投餌量對許氏平鲉幼魚生長和水環(huán)境中污染指標的影響

陳輔利，高光智，劉磊

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧大連 116023）

投餌量對許氏平鲉幼魚生長和水環(huán)境中污染指標的影響

陳輔利，高光智，劉磊

(大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧大連 116023）

研究了許氏平鲉 Sebastes schlegeli幼魚養(yǎng)殖過程中投餌量 (30、38、46、54、62、70、86、102、120、140、160、180、200、220、240 mg/d）對魚體的增重及對水環(huán)境中懸浮物、化學(xué)需氧量 (COD）、氨氮 (NH+4－N）含量的影響。結(jié)果表明:幼魚在生長過程中的最佳投餌量為160 mg/d，當投餌量小于160 mg/d時，許氏平鲉的增長速度隨投餌量的增加而增加;當投餌量大于160 mg/d時，再增加投餌量也并不能提高幼魚的增長速度。投餌量對水體中固體懸浮物、COD、氨氮含量的影響與投餌量對幼魚增重的影響的結(jié)果具有高度的一致性，存在投餌過量指示點 (SZ）、COD污染指示點 (CZ）、氨氮污染指示點 (NZ）。當投餌量小于SZ、CZ、NZ時，懸浮物、COD、氨氮含量均隨投餌量的增加而緩慢增加;當投餌量大于SZ、CZ、NZ時，懸浮物、COD、氨氮含量迅速增加。養(yǎng)殖水體中COD的自凈符合一般水體COD的自凈規(guī)律。根據(jù)試驗結(jié)果建立了投餌量 (T）與懸浮物含量 (S）的模型為S=－18.86+1.082T－0.0069T2+0.0002T3，投餌量與COD的模型為COD=0.16+0.977T－0.055T2+0.00017T3，COD自凈模型為C=113.4×exp(－0.68t）。

許氏平鲉;投餌量;增重;污染指標

工廠化養(yǎng)魚是水產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢［1－2］。工廠化養(yǎng)魚是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，控制投餌量和水質(zhì)的目的是為了滿足魚的養(yǎng)殖條件［3］。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于工廠化養(yǎng)魚投餌控制的研究很多［4］，主要集中在投餌與魚類的增重、呼吸、排泄及能量代謝的關(guān)系，很少研究投餌與魚類生長環(huán)境的關(guān)系。呼吸與排泄是魚類新陳代謝的基本生理活動，既能反映魚類的生理狀態(tài)，又能反映環(huán)境條件對魚類生理活動的影響。投餌與排泄的關(guān)系復(fù)雜，主要影響因子有溫度、鹽度、體質(zhì)量、攝食水平和餌料種類等［5－7］。魚類的排泄物主要含有機質(zhì)、氨氮、尿酸和尿素等，可以用懸浮物、化學(xué)需氧量 (COD）、氨氮 (N－N）等污染生態(tài)因子綜合表示。本研究中，作者研究了許氏平鲉Sebastes schlegeli幼魚養(yǎng)殖過程中投餌量對魚體的增重及對水環(huán)境中懸浮物、COD、氨氮含量的影響，旨在從工廠化養(yǎng)魚污染生態(tài)的角度探討投餌量與魚類的生長和水質(zhì)指標的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用許氏平鲉取自大連旅順海水養(yǎng)殖場，已經(jīng)過人工馴化。選擇健康魚用于試驗，體質(zhì)量為4.2～14.8 g/尾，全長為5～10 cm。試驗裝置如圖1所示，有機玻璃水槽體積為30 L。

1.2 方法

試驗用水取自大連市黑石礁海域，需沉淀4 h后過濾，鹽度為30，pH為7.8～8.2，水溫為17～19℃。試驗前先將許氏平鲉幼魚暫養(yǎng)15 d，以適應(yīng)室內(nèi)水槽的養(yǎng)殖環(huán)境，并通過預(yù)試驗調(diào)節(jié)適宜的溶解氧。

試驗分為3組，平均體質(zhì)量分別為 4.3、14.1、5.1 g(分別記為A、B、C組），每組放3尾魚。試驗共進行60 d，投餌量依次定為30、38、46、54、62、70、86、102、120、140、160、180、200、220、240 mg/d，每個投餌量檔次穩(wěn)定試驗4 d，以探討投餌量對幼魚生長和水質(zhì)指標的影響。試驗期間，每48 h換水1次，換水量為3/4，每次換水前攪勻，溶解氧控制在6.5～7.0 mg/L。換水前后從各組取水樣1次，用于懸浮物、COD、－N、DO的測定。水樣測定方法按照國標方法進行。換水前用電子天平稱量魚體的質(zhì)量。投喂的餌料為市售顆粒狀餌料，粒徑為0.6～1.2 mm。每天定量投餌2次，直接撒在水槽表面。

圖1 試驗裝置Fig.1 The devices used in the experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 投餌量對幼魚體增重的影響

從圖2可見，A、B、C 3組魚的試驗結(jié)果接近，均表現(xiàn)出明顯的三個階段:投餌量小于50 mg/d時，幼魚生長較快，體質(zhì)量日增長量呈直線上升趨勢，曲線斜率達到0.6左右;投餌量為50～160 mg/d時，幼魚生長速度明顯變緩，體質(zhì)量日增長量減小，曲線斜率下降為0.22～0.25;投餌量大于160 mg/d時，體質(zhì)量增加非常緩慢，曲線斜率僅為0.03～0.06，是第一階段的5% ～10%，是第二階段的14%～24%。

圖2 投餌量對幼魚體增重的影響Fig.2 The effect of feeding amount on weight gain in the juveniles

單位投餌量和增重率的關(guān)系曲線與圖2相似，也存在3個階段，但3組出現(xiàn)拐點的位置有所不同。這表明日增長量與魚體質(zhì)量的大小有關(guān)，即隨著體質(zhì)量的增加，增重速度減緩;最佳投餌量也與體質(zhì)量有關(guān)，即隨著體質(zhì)量的增加，投餌量逐漸減小。多種魚類都存在類似的規(guī)律［2］。

在試驗范圍內(nèi)和營養(yǎng)平衡狀態(tài)下，許氏平鲉體質(zhì)量的總增量隨著體質(zhì)量的增加而增加，體質(zhì)量越大總增量越大，但并不是按比例增加，也就是說單位體質(zhì)量增加速度不是固定不變的常數(shù)。本試驗表明，隨著體質(zhì)量的增加單位增重速度減緩，表明單位體質(zhì)量的能量轉(zhuǎn)換率降低，單位體質(zhì)量的合成數(shù)率降低，因而單位體質(zhì)量的攝食量也降低，這種降低的結(jié)果可能導(dǎo)致Mp在一定生長期內(nèi)具有相對穩(wěn)定性。

2.2 投餌量對水體中懸浮物含量的影響

養(yǎng)殖水體中懸浮物含量的變化反映了殘餌、魚類排泄和微生物降解等綜合過程。從圖3可見，投餌量與懸浮物含量的變化也表現(xiàn)出明顯的3個階段:第一階段，投餌量小于120 mg/d時，隨著投餌量的逐漸增多，懸浮物含量不斷增大;第二階段，投餌量為120～200 mg/d時，隨著投餌量的增加，懸浮物含量依然增加，但增加的速率有所減緩;第三階段，投餌量大于200 mg/d時，曲線出現(xiàn)拐點，懸浮物量增加的速率急劇變大。

試驗結(jié)果與許氏平鲉的生長規(guī)律一致。第一階段，由于投餌量過少，許氏平鲉一直處于饑餓狀態(tài)，因而對餌料的同化轉(zhuǎn)化率高，表現(xiàn)為體質(zhì)量增加速度很快。第二階段，隨著投餌量的增加，許氏平鲉的攝食量基本達到飽和，維持生長的能量趨于平衡狀態(tài)，餌料的控制作用降低，因而對餌料的同化率降低，表現(xiàn)為體質(zhì)量增加速度降低。第三階段，許氏平鲉的攝食處于過飽和的狀態(tài)，攝入的能量過剩，多余的餌料不能被同化，表現(xiàn)為體質(zhì)量的增加速度趨于平衡。由此可見，第二階段和第三階段的分界點 (拐點）可以視為許氏平鲉的最佳投餌量 (記為Mp）。各組的最佳投餌量相等，表明許氏平鲉在一定生長期內(nèi)具有相對的穩(wěn)定性。本試驗中各組的最佳投餌量均為160 mg/d。

根據(jù)下式可以得出單位投餌量和增重率:

圖3 投餌量對水體中懸浮物含量的影響Fig.3 The effect of feeding amount on suspended material level in the water

懸浮物含量的變化規(guī)律與許氏平鲉的生長規(guī)律一致。第一、二階段，由于投餌量偏小，許氏平鲉的攝食量較少，處在未飽狀態(tài)，而餌料是同化的控制因素，魚類的排泄量受其攝食量控制，水中也幾乎沒有殘餌，因而懸浮物含量變化很小。第三階段，投餌量超過了魚類的營養(yǎng)需求，魚類不會自我控制攝食，當投餌過量時，魚吃飽后攝食欲望雖然降低，但不會停止攝食。這時，將導(dǎo)致兩種情況發(fā)生:第一，由于營養(yǎng)供給大于吸收 (同化）能力，攝食量大于消化能力，排泄量大幅增加;第二，部分餌料來不及被攝食，成為了殘餌。排泄量和殘餌量的增加，導(dǎo)致水體中的懸浮物含量快速增加。第二階段和第三階段的分界點 (拐點）表明了投餌明顯過量，可以視為許氏平鲉養(yǎng)殖中過量投餌的指示點，記為SZ。各組的SZ相等，具有相對穩(wěn)定性。本試驗中各組的SZ均為200 mg/d。

比較圖2和圖3可以看出，投餌量和日增長量與投餌量和懸浮物含量的變化規(guī)律具有高度的一致性，SZ與Mp具有很好的相關(guān)關(guān)系。但兩者也存在一定的差別:第一，圖3第一階段與第二階段的轉(zhuǎn)折點沒有圖2明顯，這是因為第一階段魚類的同化能力很強，因此，體質(zhì)量的增速較快，排泄的增速較慢;第二，SZ大于Mp，這是因為Mp是由同化能力決定的，而SZ是由消化能力決定的。餌料只有先被魚類消化后，才能被吸收同化，因此魚類的消化能力通常大于同化能力。SZ雖然滯后于Mp，但可以發(fā)揮同樣的作用，即通過水體中懸浮物的變化直接判斷魚類的營養(yǎng)狀態(tài)，通過SZ間接地確定Mp。

單位投餌量與單位懸浮物含量的關(guān)系曲線也存在3個階段，表明單位懸浮物含量的增加速率與體質(zhì)量有關(guān)，即隨著體質(zhì)量的增加，單位懸浮物含量也增加;單位體質(zhì)量投餌過量指示點與體質(zhì)量有關(guān)，即隨著體質(zhì)量的增加，單位體質(zhì)量投餌過量指示點減小。

2.3 投餌量對水體中COD含量的影響

有機物是水體污染的重要指標，通常用化學(xué)需氧量 (COD）表示。養(yǎng)殖水體中COD的增量同樣反映了殘餌、排泄、微生物降解等一系列過程。投餌量與水體中COD含量變化的試驗結(jié)果見圖4。

圖4 投餌量對水體中COD含量的影響Fig.4 The effect of feeding amount on COD levels in the water

水體中COD含量的變化與懸浮物含量的變化規(guī)律幾乎相同。水體中的COD主要來自殘餌和魚類的排泄物，而水體中微生物降解的貢獻很少。排泄物和殘餌中的COD分別與魚類的排泄量 (SP）、殘餌量 (SC）呈正相關(guān)關(guān)系。對于一個運行正常的穩(wěn)定養(yǎng)殖系統(tǒng)，生物降解狀態(tài)點不變，懸浮物中COD所占的比例穩(wěn)定，每天降解的COD和懸浮物中的COD所占的比例都可以視為常數(shù)。因此，COD可以表示為

式中:a、b分別為魚類的排泄量 (SP）、殘餌量(SC）中COD所占的比例;r為每天降解的COD總量。

r對懸浮物含量 (S）的影響很小，令

式 (2）表明，COD與懸浮物呈線性關(guān)系，近似呈正比關(guān)系。因此，投餌量與COD的關(guān)系和投餌量與懸浮物的關(guān)系近似，具有相同的特征:第一，也存在3個階段，第二階段與第三階段的轉(zhuǎn)折點明顯，本研究中稱之為COD污染指示點，記為CZ;第二，試驗結(jié)果和式 (2）都表明CZ與SZ不僅性質(zhì)相同，而且數(shù)值近似相等;第三，COD污染指示點CZ也具有相對穩(wěn)定性。

2.4 投餌量對水體中氨氮含量的影響

圖5 投餌量對水體中氨氮含量的影響Fig.5 The effect of feeding amount and N－N levels in the water

水體中氨氮含量的變化規(guī)律與COD含量的變化規(guī)律類似。從圖5可見:氨氮的變化同樣也存在3個階段，第二階段與第三階段的轉(zhuǎn)折點比較明顯，記為氨氮污染指示點 (NZ），NZ也具有相對穩(wěn)定的特點。NZ較CZ明顯滯后，這是因有機物生物降解過程中不斷釋放氨氮的結(jié)果。

2.5 水體自凈

水體自凈試驗時，將試驗魚移出，其它條件不變，試驗共進行5 d。結(jié)果表明，3組水體自凈的趨勢基本相同，COD呈現(xiàn)下降趨勢 (圖6）。COD在天然水體中的自凈主要是水中好氧微生物的代謝降解，符合酶促反應(yīng)規(guī)律。本試驗結(jié)果與天然水體的自凈規(guī)律一致。

3 污染生態(tài)模型

采用SPSS統(tǒng)計軟件對試驗進行回歸分析，得出投餌量 (T）與懸浮物含量 (S）的回歸方程:

圖6 水體自凈過程中連續(xù)5 d COD含量的變化規(guī)律Fig.6 The changes in the COD levels for consecutive 5 days

式中:S為水體中懸浮物的含量 (mg/L）;T為投餌量 (mg/d）。

用同樣方法可以得出投餌量與COD含量的回歸方程:

COD自凈符合水體自凈規(guī)律，采用Street－Phelps模式［8］:

取對數(shù)，則得到

采用最小二乘法估值，得出:

式中:C為基質(zhì)COD含量 (mg/L）;C0為基質(zhì)起始COD含量 (mg/L）;t為時間 (d）。

4 結(jié)論

1）許氏平鲉養(yǎng)殖過程中存在一個最佳投餌量(本試驗中的最佳投餌量Mp為160 mg/d），并在一定的生長期內(nèi)相對穩(wěn)定。投餌量小于Mp時，許氏平鲉的生長速度隨投餌量的增加而增加;投餌量大于Mp時，即便再增加投餌量，魚類的生長速度也并不能提高。

2）投餌量對水體中懸浮物、COD、氨氮含量的影響與投餌量對魚體增重的影響具有高度的一致性;存在投餌過量指示點SZ、COD污染指示點CZ、氨氮污染指示點NZ。投餌量小于SZ、CZ、NZ時，水體中懸浮物、COD、氨氮的含量均隨投餌量的增加而緩慢增加;反之迅速增加。Mp、SZ、CZ、NZ具有相關(guān)性，即 Mp=KS×SZ，CZ=SZ，NZ＞SZ。

投餌量與懸浮物含量的關(guān)系模型為

投餌量與水體中COD的關(guān)系模型為

許氏平鲉養(yǎng)殖水體中COD的自凈符合天然水體中COD的自凈規(guī)律，自凈模型為

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Effects of feeding rate on growth and pollution in aquaculture of Schlegel's rockfish Sebastes schlegeli

CHEN Fu-li，GAO Guang-zhi，LIU Lei
(College of Marine and Civil Engineering，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China）

The effects of feeding amount(30，38，46，54，62，70，86，102，120，140，160，180，200，or 240 mg/d）on weight gain and water quality including suspended material level，chemical oxygen demand(COD）and ammonia nitrogen(NH+4－ N）was studied in aquaculture of Schlegel's rockfishSebastes schlegeli.Results showed that the growth of the fish was shown to increase with increase in feeding amount ranging from 30 mg/d to 160 mg/d.However，the fish had no weight increment when the fish was fed at a feeding amount of greater than 160 mg/d.The relationship of feeding amount with apparent suspended substance apparent COD levels and apparent ammonia nitrogen levels was found to be highly consistent with the relationship of feeding amount with weight gain.There existed an excessive feeding indication point，SZ，a COD pollution indication point，CZ，and an ammonia nitrogen pollution indicating point NZ.When the feeding amount was below SZ，CZand NZ，the apparent suspended material level，apparent COD level and apparent ammonia nitrogen level were increased slowly with the increase in feeding amount;when the feeding amount was found above SZ，CZand NZ，however，apparent suspended material level，apparent COD level and apparent ammonia nitrogen level were increased rapidly.Self－ purification in aquaculture water was the same as general water.The feeding amount(T）－ apparent suspended material level(S）model was established:S= －18.86+1.082T －0.0069T2+0.0002T3;feeding － apparent COD level excretion model:COD=0.16+0.977T －0.055T2+0.00017T3;and COD － self－ purification model:C=113.4exp(－0.68t）.

Sebastes schlegeli;feeding rate;weight gain;pollution factor

S967

A

2095－1388(2012）02－0177－05

2011－08－27

遼寧省教育廳高?？蒲许椖?(202133210）

陳輔利 (1957－），男，教授。E－mail:dlhaoyuan@163.com