紫外線位置對循環(huán)水養(yǎng)殖半滑舌鰨水環(huán)境及生長影響

周 游，黃 濱，吳 凡，宋協(xié)法，翟介明

（1.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海200092；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071；3.中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東青島266003；4.山東萊州明波水產(chǎn)公司，山東煙臺 264000）

1 前言

工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖是環(huán)境友好型和資源節(jié)約型先進(jìn)養(yǎng)殖模式的典范，實(shí)施精準(zhǔn)化是推動水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)向工業(yè)化邁進(jìn)的加速器和重要標(biāo)志[1]。水處理技術(shù)是工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖的核心，確定合適的水處理工藝是建立循環(huán)水養(yǎng)殖最重要的步驟[2～4]。高密度循環(huán)水養(yǎng)殖模式下，能否有效地對養(yǎng)殖水體進(jìn)行殺菌消毒，直接關(guān)系到循環(huán)水養(yǎng)殖成敗。目前國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中主要采用紫外線殺菌消毒裝置，并且大部分是將紫外線裝置安裝在生物濾池后端使用，關(guān)于紫外線殺菌消毒的研究也主要集中在殺菌效果和應(yīng)用研究等方面[5～7]，而對于紫外線裝置安裝位置改變對系統(tǒng)水質(zhì)及魚類生長影響的研究尚未見報道；國外有些循環(huán)水工藝將紫外線安裝在生物濾池前端，如荷蘭農(nóng)業(yè)研究院國家漁業(yè)研究所(RIVO)制造“藍(lán)標(biāo)(Blue Label)”水處理系統(tǒng)[8]，以及挪威AKVA集團(tuán)循環(huán)水養(yǎng)殖模式都是將紫外線裝置放于生物濾池之前，紫外線前置和后置的主要差別是：紫外線后置，是將水處理系統(tǒng)中從生物濾池出來的水，無論是有益菌還是有害菌進(jìn)行無差別的滅殺后再進(jìn)入養(yǎng)殖池，這其中包括了對氨氮、亞硝酸鹽氮的去除起著主要作用的優(yōu)勢菌[9]。

氨化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌以及一些異養(yǎng)菌等，一定程度上保障了進(jìn)入魚池水的無菌狀態(tài)；紫外線前置，其目的是將生物濾池中的部分硝化細(xì)菌隨水流帶入到魚池中，繼續(xù)在魚池中進(jìn)行硝化作用，改善養(yǎng)殖水環(huán)境。因此，為探究紫外線裝置工藝變化對循環(huán)水養(yǎng)殖水環(huán)境和魚類生長的影響，本文研究了紫外線殺菌消毒裝置設(shè)置在生物濾池前端和后端對水環(huán)境和魚類生長的影響，以期為循環(huán)水處理工藝的精準(zhǔn)化設(shè)計提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)施

實(shí)驗(yàn)在山東萊州明波水產(chǎn)有限公司循環(huán)水養(yǎng)殖車間（見圖1）進(jìn)行。系統(tǒng)由4個底面積為15 m2，有效水深為1m的圓形玻璃鋼魚池、弧形篩、氣浮池、多級生物濾池、紫外線殺菌消毒裝置、水質(zhì)優(yōu)化池等組成。其工藝流程為：養(yǎng)殖池排出水→弧形篩(去除糞便、殘餌及其他固體狀雜質(zhì))→緩沖調(diào)節(jié)泵池→前置紫外線消毒裝置(消毒殺菌)→氣浮凈化池(去除微小顆粒物、膠狀物)→生物濾池(降解氨氮、亞硝氮)→后置紫外線消毒裝置(消毒殺菌)→水質(zhì)優(yōu)化池(升溫、臭氧)→養(yǎng)殖池（見圖2）。

圖1 實(shí)驗(yàn)車間平面布置圖Fig.1 Fish greenhouse plan of sample workshop

圖2 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖Fig.2 Water treatment process of closed recirculation aquaculture system

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)分兩個階段進(jìn)行，第一階段關(guān)閉前置紫外線裝置，打開后置紫外線裝置，運(yùn)行20 d；第二階段關(guān)閉后置紫外線裝置，打開前置紫外線裝置，運(yùn)行20 d。實(shí)驗(yàn)期間系統(tǒng)水溫控制在(19.30±0.6)℃，鹽度20～25，pH 7.0～8.0，dissolved oxygen(DO)≥12mg/L，循環(huán)率為18次/d，生物濾池水力停留時間為1.5 h，紫外線水力停留時間為1m in。

實(shí)驗(yàn)用魚來自山東濰坊昌邑，分兩批購入，總數(shù)量780尾，魚放入池中穩(wěn)定攝食后開始實(shí)驗(yàn)，兩階段放養(yǎng)的初始密度約為10 kg/m3。

2.3 日常管理

日投餌3次（8：00，15：00，22∶00），投餌量以飽食為準(zhǔn)。每天監(jiān)測并記錄養(yǎng)殖池的pH、DO、水溫等水質(zhì)指標(biāo)，每天測定一次亞硝酸氮、總氨氮和化學(xué)需氧量；水樣采樣點(diǎn)分別為養(yǎng)殖池、弧形篩進(jìn)水口、氣浮凈化池出水口、各級生物濾池出水口、前（后）置紫外線裝置進(jìn)（出）水口、水質(zhì)凈化池出口等，于每天下午13：30采樣，當(dāng)天完成測定；每個取樣點(diǎn)取樣3個，并取平均值。每4天測定前（后）置紫外線裝置進(jìn)水口、出水口、養(yǎng)殖池以及水質(zhì)優(yōu)化池內(nèi)的細(xì)菌、弧菌總數(shù)。

2.4 水質(zhì)檢測與分析方法

總氨氮的測定方法采用次溴酸鈉氧化比色法，亞硝氮采用鹽酸萘乙二胺分光光度法；化學(xué)需氧量采用堿性高錳酸鉀法測定。溶解氧、pH、水溫、鹽度、氧化還原電位等水質(zhì)數(shù)據(jù)測定使用ysiprofess ionalplus多參數(shù)水質(zhì)分析儀；細(xì)菌、弧菌數(shù)量采用平板計數(shù)法測定。

2.5 半滑舌鰨生物學(xué)指標(biāo)測定方法

1)體長、體重的測量方法：魚體長用精度為1mm的量魚板測量，使用精度為0.1 g的電子天平，分別對養(yǎng)殖前期和后期的魚稱重。

2)計算方法：

肥滿度：F=100W/L3；

平均日增重：

平均日增重率：

平均日增長：

平均日增長率：

式（1）～（4）中，W為體重，g；L為體長，cm；T為養(yǎng)殖時間，d。

特定生長率：

式（5）中，We和Wi分別為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時和實(shí)驗(yàn)開始時的魚體重量，g；t為實(shí)驗(yàn)時間，d。

3)生理指標(biāo)及測定方法：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，饑餓1 d，在同一時間采其血液樣品，用1m L醫(yī)用注射器從半滑舌鰨尾動脈取血，用1%的肝素鈉抗凝，以制備抗凝血用于各項生理指標(biāo)的測定。

4)計數(shù)方法。紅細(xì)胞計數(shù)（RBC）、白細(xì)胞計數(shù)（WBC）用顯微鏡計數(shù)法；血紅蛋白含量（Hb）用沙利氏比色法；平均紅細(xì)胞血紅蛋白（MCH）＝HB/RBC。

2.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。計算測定數(shù)據(jù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差，以P＜0.05作為差異顯著水平，P＜0.01作為差異極其顯著水平。

3 結(jié)果

3.1 紫外線安裝位置對殺菌效果的影響

表1中記錄了2011年12月—2012年4月紫外線裝置進(jìn)水和出水細(xì)菌、弧菌總數(shù)。經(jīng)測定，后置組細(xì)菌最高去除率為100%，最低去除率為99.80%，平均去除率為99.94%；前置組最高去除率為100%，最低去除率為99.80%，平均去除率為99.92%。后置組的弧菌最高去除率為100%，最低去除率為99.30%，平均去除率為99.94%；前置組最高去除率100%，最低去除率為99.62%，平均去除率為99.75%。紫外線裝置前后置對細(xì)菌、弧菌的去除率無顯著的影響（P＞0.05）。但是紫外線前置時，魚池進(jìn)水口的細(xì)菌平均數(shù)量達(dá)到818個/m L，弧菌平均數(shù)量也達(dá)到340個/m L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紫外線后置時魚池進(jìn)水口的細(xì)菌和弧菌數(shù)。紫外線裝置前后置對養(yǎng)殖池進(jìn)水口的細(xì)菌、弧菌有顯著的影響（P＜0.05）。

表1 紫外線裝置對細(xì)菌、弧菌去除率及養(yǎng)殖池進(jìn)水細(xì)菌、弧菌的檢測結(jié)果Table 1 The bacterial removal rate of UV device and test result of bacteria in intlet of tank

3.2 紫外線安裝位置對生物濾池水質(zhì)狀況的影響

表2 紫外線安裝位置對生物濾池的進(jìn)出口水質(zhì)的影響情況Table 2 Changes of water quality in water coming in and out of filters when UV device installed on before and after the biological filter

3.3 紫外線安裝位置對魚池中氨氮、亞硝酸氮的影響

由圖3知，紫外線前置時魚池氨氮平均濃度為（0.148±0.043）mg/L與后置時氨氮平均濃度（0.164±0.050）mg/L相比降低9.70%。在此過程中，前置時的氨氮在初始較高的情況下隨著養(yǎng)殖時間的推移而逐漸降低，最終低于后置時的氨氮濃度。

圖3 紫外線安裝位置對魚池中氨氮的影響F ig.3 The effect of UV position change on N-N in tank

由圖4知，紫外線前置時魚池亞硝酸氮平均濃度為0.025±0.043mg/L與后置時亞硝酸氮平均濃度0.032±0.007mg/L相比降低21.6%。在此過程中，前置工藝下的亞硝酸氮在初始較高的情況下隨著養(yǎng)殖時間的推移而逐漸降低，最終低于后置時的亞硝酸氮。

圖4 紫外線安裝位置對魚池中亞硝酸氮的影響Fig.4 The effect of UV position change on N-N in tank

3.4 紫外線安裝位置對半滑舌鰨生理狀況的影響

由表3可見，紫外線后置組與前置組相比半滑舌鰨的血液指標(biāo)更優(yōu)，紅細(xì)胞數(shù)、白細(xì)胞數(shù)、平均紅細(xì)胞血紅蛋白，血紅蛋白含量較前置組顯著增高（P＜0.05）其中，紅細(xì)胞數(shù)、白細(xì)胞數(shù)、平均紅細(xì)胞血紅蛋白較對照極顯著降低（P＜0.01）。

表3 紫外線安裝位置對半滑舌鰨血液生理指標(biāo)的影響Table 3 The influence of UV on blood physiological parameters of Cynoglossusse milaevis Günther

3.5 紫外線安裝位置對半滑舌鰨的生長狀況的影響

兩階段實(shí)驗(yàn)半滑舌鰨的密度、平均體重和肥滿度見表4，魚SGR值、體重增長情況和成活率見表5。從表4和表5中可以看出，紫外線在后置時魚體的平均體重由（640.10±63.30）g增重至(779.06±140.32)g，前置時平均體重由(1099.44±162.18)g增重至(1 112.60±194.38)g，兩階段魚的體重增長出現(xiàn)顯著差異(P＜0.05)；后置魚體肥滿度由0.83降低至0.76，前置由0.82降低至0.80，兩者沒有明顯的差異(P＞0.05)；紫外線后置時SGR、增重率(WGR)、日增重率分別為0.99%、21.71%、0.98%均高于前置時的0.21%、4.27%、0.38%；紫外線安裝位置對半滑舌鰨的SGR、WGR、日增重率均具有極顯著的影響(P＜0.01)；實(shí)驗(yàn)期間，成活率無明顯差異，后置死亡5尾，前置死亡10尾，存活率均為99.99%。這說明該系統(tǒng)的水處理能力、所提供的養(yǎng)殖條件能夠滿足半滑舌鰨的生長需求。

表4 紫外線安裝位置對半滑舌鰨的養(yǎng)殖密度、平均體重和肥滿度變化Table 4 Density，average weight and fat factor during experiment of Cynoglossus senilaevis Günther

表5 紫外線安裝位置對半滑舌鰨生長指標(biāo)Table 5 Grow th factor during experiment of Cynoglossus senilaevis Günther

4 討論

4.1 紫外線安裝位置對細(xì)菌的滅殺率及魚池進(jìn)水口的細(xì)菌總數(shù)的影響

紫外線裝置安裝在生物濾池的后端時，生物濾池出口水體中的細(xì)菌被紫外線裝置殺滅，細(xì)菌去除率高達(dá)99.9%，因此進(jìn)入魚池的水體中幾乎沒有細(xì)菌。而紫外線裝置安裝在生物濾池的前端時，魚池進(jìn)水口的細(xì)菌總數(shù)主要是由生物濾池水流中細(xì)菌多少決定，四級生物濾池出水口的細(xì)菌數(shù)量大約為20 000 cfu/m L，弧菌大約為11 000～16 000 cfu/m L，以及其他異養(yǎng)細(xì)菌等。比狼鱸循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾器中載體上的異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量為106cfu/m L和105cfu/m L 略少[10，11]。

有研究表明弧菌屬(Vibrio)最佳的繁殖溫度為24℃[12]，而在生物濾池生態(tài)環(huán)境中，構(gòu)成生物膜的硝化細(xì)菌作為優(yōu)勢菌種，在一定程度上抑制了一些有害細(xì)菌的生長，并且將有害菌數(shù)量控制在一個低的數(shù)量級上。在本實(shí)驗(yàn)中將紫外殺菌環(huán)節(jié)由水處理系統(tǒng)的后端改在前端設(shè)置使濾池中少量的弧菌也隨水一同流入到養(yǎng)殖池中，一旦弧菌進(jìn)入到養(yǎng)殖池中，隨著硝化細(xì)菌的數(shù)量急劇降低而優(yōu)勢不在，加之在20℃左右水溫適合的水環(huán)境下，有害弧菌數(shù)量以幾倍于硝化細(xì)菌繁殖速度的量級增加，由此弧菌就會快速上升為主要細(xì)菌，對養(yǎng)殖魚類形成潛在的威脅，一旦時機(jī)成熟就會對養(yǎng)殖魚類造成極大的危害，甚至死亡。實(shí)際情況中半滑舌鰨確實(shí)出現(xiàn)部分爛尾、爛鰭、紅邊病等情況。

4.2 紫外線安裝位置對生物濾池進(jìn)出口水質(zhì)的影響

紫外線裝置在前置時，進(jìn)入生物濾池的水經(jīng)過紫外線殺菌后，這樣一定程度上保障了進(jìn)入生物濾池水的無菌狀態(tài)。生物膜上的氨化細(xì)菌及硝化細(xì)菌群等優(yōu)勢菌減少了競爭，提高氨氮及亞硝酸鹽氮去除效果。本實(shí)驗(yàn)中N-N、N-N的去除率分別為51.51%、11.54%高于后置的35.81%、6.67%。有研究表明，在海水體系硝化菌群中，氨化細(xì)菌(亞硝化細(xì)菌)競爭力強(qiáng)于亞硝化細(xì)菌(硝化細(xì)菌)[15]，和本研究結(jié)果一致，紫外線位置的變化對N-N的去除率影響強(qiáng)于對N-N的去除率。

4.3 紫外線安裝位置對魚池中氨氮、亞硝酸鹽氮的影響

魚池中氨氮濃度過高是高密度養(yǎng)殖模式下限制產(chǎn)量提高的最大因素之一。魚體內(nèi)氨氮濃度過高會導(dǎo)致魚驚厥、抽搐直至死亡[16]。高濃度的亞硝酸鹽會將魚體血液中的血紅蛋白轉(zhuǎn)化成高鐵血紅蛋白，導(dǎo)致其失去攜帶氧的功能，引起排泄功能紊亂等一系列生理變化，最終導(dǎo)致魚類死亡[17]。

從生物濾池進(jìn)水端到出水端，水體中的菌群從異養(yǎng)菌逐漸過渡到自養(yǎng)菌，生物濾池出水端的自養(yǎng)菌數(shù)量較多，大約104cfu/m L，因此進(jìn)入魚池后，有一定的硝化效果，仍然有較好的氨氮、亞硝酸鹽氮去除效果。紫外線前置時，氨氮、亞硝酸氮濃度低于紫外線后置情況，有可能是末級濾池出水端的自養(yǎng)菌未經(jīng)紫外線滅殺，進(jìn)入魚池的自養(yǎng)菌數(shù)量對魚池中的氨氮、亞硝酸鹽氮起到去除作用。

4.4 紫外線安裝位置對半滑舌鰨的生理狀況及生長的影響

血液生理指標(biāo)在一定程度上反映出養(yǎng)殖對象的營養(yǎng)和機(jī)能狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，魚類在餌料不充足、水質(zhì)條件惡劣的情況下，紅細(xì)胞數(shù)目和血紅蛋白含量將下降[18]。本研究結(jié)果表明，紫外線后置時，魚類的紅細(xì)胞數(shù)、白細(xì)胞數(shù)、平均紅細(xì)胞血紅蛋白均明顯高于前置。同樣是由于紫外線前置時魚池進(jìn)水口的弧菌數(shù)較多而導(dǎo)致魚體質(zhì)變?nèi)?，攝食能力降低，紅細(xì)胞數(shù)和血紅蛋白指標(biāo)的下降。有研究發(fā)現(xiàn)，魚體的紅細(xì)胞數(shù)和血紅蛋白指標(biāo)的下降反映血液輸氧能力的降低，導(dǎo)致魚體需氧量減少，進(jìn)而使代謝水平降低[19]。

紫外線安裝位置對半滑舌鰨的特定生長率、增重率、平均日增重率、肥滿度具有顯著的影響。其中，后置組的特定生長率、增重率、平均日增重率均較前置組極顯著增加(P＜0.01)；后置組的特定生長率為0.99%比王華等[20]研究的特定生長率為0.89%略高，而前置組特定生長率顯著降低僅為0.21%；后置組的增重率比前置組提高了17.44%。主要的原因可能是紫外線在前置時，魚池有害菌大量繁殖，導(dǎo)致魚體爛尾、爛鰭、紅邊病等情況發(fā)生，攝食能力下降，使魚體的各項生長指標(biāo)均低于后置情況，影響到魚類的正常生長。

5 結(jié)語

1)在一個循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，紫外線安裝工藝是影響魚池進(jìn)水口的細(xì)菌總數(shù)的重要因素。紫外線后置時，魚池進(jìn)水口的細(xì)菌總數(shù)顯著低于前置。

2)采用紫外線前置時，對生物濾池進(jìn)出口水質(zhì)優(yōu)化效果強(qiáng)于后置，且紫外線位置的變化對生物濾池去除NH-N、COD的影響強(qiáng)于去除NO-N的影響；魚池中氨氮、亞硝酸氮濃度低于紫外線后置，說明部分自養(yǎng)菌進(jìn)入魚池并對魚池中的氨氮、亞硝酸鹽氮起到去除效果作用。

3)研究結(jié)果表明，在采用紫外線后置時，半滑舌鰨的生理、生長指標(biāo)均優(yōu)于前置，且魚體發(fā)生病害的情況大大減少。

總之，在海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中紫外線安裝位置的變化對整個養(yǎng)殖系統(tǒng)水環(huán)境以及養(yǎng)殖物的生長、生理狀況均有影響。且考慮到水質(zhì)與養(yǎng)殖物福利健康方面，該研究認(rèn)為在本系統(tǒng)中紫外線安裝位置宜安裝在生物濾池的后端。

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