海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)冬季運(yùn)行水溫和水質(zhì)控制

鐘 非, 趙永超, 孫 宇, 陳玉生, 許程林, 吉紅九

(1 江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇 南通 226007； 2 南通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226019)

海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)冬季運(yùn)行水溫和水質(zhì)控制

鐘 非2, 趙永超1, 孫 宇1, 陳玉生1, 許程林1, 吉紅九1

(1 江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇 南通 226007； 2 南通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226019)

黑鯛；越冬問(wèn)題；溫室保溫；微藻凈水

近年來(lái)中國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，養(yǎng)殖總產(chǎn)量已連續(xù)多年居世界首位，然而從主要養(yǎng)殖品種產(chǎn)量的區(qū)域分布來(lái)看，氣候條件的差異使得海水養(yǎng)殖業(yè)存在區(qū)域發(fā)展不均衡現(xiàn)象。在江蘇沿海地區(qū)，陸基開(kāi)放式海水養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫高于15℃的時(shí)間一般不足半年，其間可滿足暖溫性或暖水性魚(yú)類適宜生長(zhǎng)的溫度需求，其余時(shí)間魚(yú)類的新陳代謝水平低、生長(zhǎng)速度慢，使得養(yǎng)成周期往往需要2～3年[1]。此外，越冬期間需要將魚(yú)類轉(zhuǎn)移到室內(nèi)暫養(yǎng)，轉(zhuǎn)移與暫養(yǎng)過(guò)程損耗大、生產(chǎn)成本高。為了應(yīng)對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程中春秋兩季積溫不足和越冬問(wèn)題，有必要強(qiáng)化海水養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫調(diào)控。相比于燃煤鍋爐與電加熱設(shè)備等水溫調(diào)控措施，構(gòu)建基于太陽(yáng)能溫室的封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，有利于維持水溫的相對(duì)穩(wěn)定并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[2]。

1 材料與方法

1.1養(yǎng)殖系統(tǒng)

RAS系統(tǒng)設(shè)有8個(gè)養(yǎng)殖池(每個(gè)面積約9 m2)，配備兩套由固液分離器-凈化槽-泡沫分離器-三級(jí)過(guò)濾器組成的水處理設(shè)備，每套設(shè)備處理4個(gè)養(yǎng)殖池，保障養(yǎng)殖水體24 h連續(xù)循環(huán)利用(圖1)。固液分離器主要用于去除養(yǎng)殖水體中的殘餌和糞便，通過(guò)自動(dòng)沖洗實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)[9]；凈化槽中放置有球形、毛刷式以及組合式生物填料，通過(guò)填料上附著的生物膜實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化；泡沫分離置于三級(jí)過(guò)濾器頂部，分別填充不同粒級(jí)的濾料，用于去除水體中微小懸浮顆粒與溶解有機(jī)物。為保障冬季適宜水溫，養(yǎng)殖池與水處理設(shè)備均建在溫室中。溫室采用雙層透光塑料薄膜覆蓋，并將霧化噴頭均勻布設(shè)在兩層塑料薄膜中間，最大限度地利用太陽(yáng)能溫室維持養(yǎng)殖系統(tǒng)適宜水溫。

圖1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of the recirculating aquaculture system

試驗(yàn)為期2個(gè)月(2014年12月至次年1月，江蘇海洋水產(chǎn)研究所試驗(yàn)基地)，前一個(gè)月僅采用水處理設(shè)備對(duì)水質(zhì)進(jìn)行維護(hù)，后一個(gè)月在此基礎(chǔ)上接種小球藻(Chlorellasp.)至養(yǎng)殖水體，并輔助人工光照，用于比較微藻接種前后的水質(zhì)變化。實(shí)驗(yàn)期間使用2個(gè)養(yǎng)殖池分別養(yǎng)殖1齡和2齡黑鯛，平均體質(zhì)量分別為172 g和450 g，養(yǎng)殖密度40 kg/m3；另外2個(gè)養(yǎng)殖池用于儲(chǔ)存海水，未參與水體循環(huán)。

1.2樣品采集與分析

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件開(kāi)展單因素方差分析，判別溫室內(nèi)、外溫度，以及微藻接種前后養(yǎng)殖系統(tǒng)水體水質(zhì)是否存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫

從2014年12月至次年1月對(duì)太陽(yáng)能溫室內(nèi)外氣溫與水溫進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)。由圖2可知，試驗(yàn)期間，溫室內(nèi)平均氣溫(13.4±1.9)℃，最低和最高日均氣溫為8.7℃和19.5℃，而溫室外平均氣溫(5.3±3.5)℃，最低和最高日均氣溫為-1.5℃和14.1℃，溫室內(nèi)外日均氣溫存在顯著性差異(P< 0.05)；溫室外水溫在兩個(gè)月的監(jiān)測(cè)期內(nèi)出現(xiàn)了較大波動(dòng)，平均水溫(6.7±2.1)℃，而溫室內(nèi)養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫較為穩(wěn)定，平均水溫(13.5±1.3)℃，溫室內(nèi)外水溫存在顯著性差異(P< 0.05)。此外，在試驗(yàn)期間，選取溫室外日均氣溫最低的

圖2 溫室內(nèi)外氣溫與水溫變化情況Fig.2 The variation of temperature inside and outside the greenhouse

1月13日(-1.5℃)對(duì)溫室內(nèi)外氣溫與水溫的變化情況進(jìn)行比較(圖3)。室內(nèi)氣溫一直高于5℃，變化范圍為5.3℃～29.0℃，而室外氣溫僅在9:00—16:00高于0℃，變化范圍為-5.6℃～4.8℃；室內(nèi)養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫變化范圍為10.9℃～12.1℃，最高水溫出現(xiàn)在15:00—16:00，而室外水溫變化范圍為3.6℃～6.1℃，僅在11:00—15:00高于5℃。

圖3 冬季低溫環(huán)境下溫室內(nèi)外氣溫與水溫日變化情況Fig.3 The daily variation of temperature inside and outside the greenhouse

數(shù)據(jù)表明，采用雙層透光塑料薄膜覆蓋的溫室系統(tǒng)能夠維持海水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)冬季運(yùn)行所需水溫。由圖4可知，試驗(yàn)期間養(yǎng)殖系統(tǒng)補(bǔ)水4次，其中12月7日、21日和1月18日各補(bǔ)充鹽度為15的新鮮海水，1月4日補(bǔ)水同時(shí)加入藻液。除由滲漏、蒸發(fā)、泡沫分離器排水和三級(jí)過(guò)濾器反沖洗排水造成的水量損失外，養(yǎng)殖系統(tǒng)水體全部循環(huán)利用。根據(jù)水位變化情況計(jì)算得出平均日補(bǔ)水率0.9%，較低的系統(tǒng)補(bǔ)水率使得僅依靠太陽(yáng)能溫室來(lái)維持養(yǎng)殖系統(tǒng)適宜水溫成為可能。

圖4 養(yǎng)殖系統(tǒng)凈化槽水位變化情況Fig.4 The variation of the water lever in the biological purification tank

2.2養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)

試驗(yàn)期間水溫較穩(wěn)定，一直高于10℃(表1)。在微藻接種前后，pH與鹽度變化不大，且pH較低。由于增氧機(jī)24 h連續(xù)開(kāi)啟，溶氧始終維持在適宜水平。接種微藻后，由于藻類光合作用釋放氧氣，溶氧比接種前(4.20 mg/L)顯著升高，達(dá)到5.14 mg/L。微藻接種前后養(yǎng)殖水體總懸浮物濃度存在顯著性差異，1月4日接種微藻后，藻細(xì)胞密度逐步提升，導(dǎo)致水體總懸浮物濃度明顯升高。

表1微藻接種前后養(yǎng)殖系統(tǒng)水體常規(guī)理化指標(biāo)均值

微藻接種溫度/℃pH鹽度溶氧/(mg/L)總懸浮物/(mg/L)接種前13．7±1．6a6．14±0．04a11．3±0．19a4．20±0．93a7．4±3．4a接種后12．9±0．6a6．08±0．03a11．5±0．27a5．14±1．30b27．0±18．3b

注：上標(biāo)a、b表示具有顯著性差異 (P< 0.05)，n=30

表2微藻接種前后養(yǎng)殖系統(tǒng)水體氮、磷濃度

微藻接種NO-2-N/(mg/L)NH+4-N/(mg/L)NO-3-N/(mg/L)PO3-4-P/(mg/L)接種前0．04±0．06a16．31±1．90a166．50±9．59a35．48±0．85a接種后0．05±0．04a9．76±3．35b154．45±12．66a31．07±1．51b

注：上標(biāo)a，b表示具有顯著性差異 (P< 0.05)，n=7

圖5 養(yǎng)殖水體氮磷濃度與藻細(xì)胞濃度Fig.5 The variation of the nitrogen and phosphate concentrations and algal density in the recirculating aquaculture system

3 討論

3.1溫室對(duì)黑鯛越冬養(yǎng)殖的影響

越冬試驗(yàn)期間，室外平均水溫(6.7±2.1)℃，雖然稍高于黑鯛致死水溫(3.4℃)[12]，但在1月13日晚上11時(shí)系統(tǒng)外水溫(3.6℃)已逼近黑鯛致死水溫。此外，參考當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料可發(fā)現(xiàn)，如有寒潮過(guò)境，可引發(fā)黑鯛死亡的水溫低值時(shí)有出現(xiàn)。在江蘇沿海，黑鯛1齡魚(yú)種從當(dāng)年11月開(kāi)始轉(zhuǎn)運(yùn)到室內(nèi)越冬暫養(yǎng)，至次年4月再轉(zhuǎn)運(yùn)到室外池塘放養(yǎng)，黑鯛達(dá)到上市規(guī)格往往需要兩年[12]。其間，兩次轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程不僅需要投入大量人工成本，而且拖網(wǎng)起捕會(huì)導(dǎo)致黑鯛背鰭棘互相刺傷，產(chǎn)生較大損耗。在成功解決黑鯛人工育苗技術(shù)之后[13]，越冬問(wèn)題一直制約著江蘇黑鯛養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本研究中，通過(guò)設(shè)在雙層框架上的卡槽分別覆蓋兩層透光塑料薄膜，并在薄膜中間均勻布設(shè)霧化噴頭，最大限度地利用太陽(yáng)能提升養(yǎng)殖系統(tǒng)溫度。由于采用雙層框架式設(shè)計(jì)，便于冬季安裝與夏季拆卸，使黑鯛連續(xù)養(yǎng)殖成為可能。相比于傳統(tǒng)黑鯛養(yǎng)殖模式，由于越冬期無(wú)需室內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)，不僅節(jié)約大量人工成本，而且能有效避免轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程可能帶來(lái)的損耗，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)黑鯛存活率為96%。越冬試驗(yàn)期間，養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)平均水溫(13.5±1.3)℃，高于黑鯛最低攝食水溫(8℃)[14]，黑鯛在越冬期間可以繼續(xù)進(jìn)食生長(zhǎng)。

3.2接種微藻對(duì)養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)的影響

4 結(jié)論

□

[1] 商舜.江蘇沿海海水魚(yú)類養(yǎng)殖氣候適宜性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(33): 14567-14568.

[2] 沈紀(jì)樣.太陽(yáng)能應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可行性的探討[J].淡水漁業(yè), 1990(3): 3-7.

[3] 劉華麗,曹秀云,宋春雷,等.水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘沉積物有機(jī)質(zhì)富集的環(huán)境效應(yīng)與修復(fù)策略[J].水生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 32 (6): 130-134.

[4] PINTO W, ARAGO C, SOARES F, et al. Growth, stress response and free amino acid levels in Senegalese sole (Solea senegalensis, Kaup 1858) chronically exposed to exogenous ammonia[J]. Aquaculture Research, 2007, 38(11): 1198-1204.

[5] LI X, LI G, ZHANG S, et al. Effect of Recirculating Aquaculture System (RAS) on Growth Performance, Body Composition and Hematological Indicators of Allogynogenetic crucian Carp (Carassiusauratusgibelio)[J]. Advance Journal of Food Science & Technology, 2013, 5(3): 348-355.

[6] 溫珊珊,徐姍楠,肖君,等.真江蘺-黑鯛的網(wǎng)箱生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)研究[J].海洋科學(xué)集刊, 2009(49): 60-67.

[7] PRZYTOCKA-JUSIAKA M, DUSZOTAA M, MATUSIAKA K, et al. Intensive culture of Chlorella vulgaris/AA as the second stage of biological purification of nitrogen industry wastewaters[J]. Water research, 1984, 18(1): 1-7.

[8] 胡海燕,單寶田,金衛(wèi)紅,等.一株淡水螺旋藻的鹽度馴化及其凈化養(yǎng)殖廢水作用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化, 2009, 36(1): 1-4.

[9] 鐘非,許程林,陳玉生,等.養(yǎng)殖水體懸浮顆粒物去除裝置: 201020269791.5[P]. 2011-05-25.

[10] GB/T 12763.4—2007 海洋調(diào)查規(guī)范第4部分: 海水化學(xué)要素調(diào)查[S] .

[11] 于波,王青.利用EXCEL求算水中非離子氨[J].重慶環(huán)境科學(xué), 2002, 24(5): 74-75.

[12] 楊純武,宋立清.黑鯛(Sparus macrocephalus)苗種室外地溝塑料薄膜棚越冬試驗(yàn)[J].海洋科學(xué), 1996, 20(2): 1-2.

[13] 仲霞銘,倪金弟,湯建華,等.黑鯛全人工繁育及其增殖放流[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖, 1998(5):28-29.

[14] 吳常文,徐梅英,胡春春.幾種深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)類行為習(xí)性的觀察[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2006, 30(4): 481-488.

[15] 張宇雷,曹偉,蔡計(jì)強(qiáng).基于氨氮平衡的水產(chǎn)養(yǎng)殖換水率計(jì)算方法研究[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化, 2016, 43(5): 1-5.

[16] 強(qiáng)俊,徐跑,何杰,等.氨氮與擁擠脅迫對(duì)吉富品系尼羅羅非魚(yú)幼魚(yú)生長(zhǎng)和肝臟抗氧化指標(biāo)的聯(lián)合影響[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2011, 35(12): 1837-1848.

[17] 李志霞,王磊,王韜,等.自制微電極分析pH對(duì)硝化反應(yīng)的影響研究[J].環(huán)境污染與防治, 2008, 30(4): 56-59.

[18] ASIAN S, KAPDAN I K. Batch kinetics of nitrogen and phosphorus removal from synthetic wastewater by algae[J]. Ecological Engineering, 2006, 28(1): 64-70.

[19] GARCíA J, GREEN B F, LUNDQUIST T, et al. Long term diurnal variations in contaminant removal in high rate ponds treating urban wastewater[J]. Bioresource Technology, 2006, 97(14): 1709-1715.

[20] HAYWOOD G P. Ammonia Toxicity in Teleost Fishes: A review[J]. Canadian Technical Report of Fisheries and Aquatic Sciences, 1983, 1177: 1-35.

[21] ELSHAFAI S A, ELGOHARY F A, NASR F A, et al. Chronic ammonia toxicity to duckweed-fed tilapia (Oreochromis niloticus)[J]. Aquaculture, 2004, 232(1/4): 117-127.

[22] 劉晃, 倪琦, 顧川川. 海水對(duì)蝦工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)模式分析[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化, 2008, 35(1): 15-19.

Watertemperatureandwaterqualitycontrolinarecirculatingaquaculturesystemduringwinter

ZHONGFei2,ZHAOYongchao1,SUNYu1,CHENYusheng1,XUChenglin1,JIHongjiu1

(1MarineFisheriesResearchInstituteofJiangsuProvince,Nantong226007,China; 2SchoolofLifeSciences,NantongUniversity,Nantong226019,China)

In order to solve the overwintering problems in the process of marine fish farming in Jiangsu coastal areas, a recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was constructed for the overwintering experiment ofSparusmacrocephlus. The heat preservation property of solar greenhouse was studied through the temperature inside and outside the system during the winter recorded by a real-time monitoring system; the purification of wastewater by intensive algal cultures was studied by comparison of the different water qualities before and after the intensive cultures of algal. The results showed that the water temperature in greenhouse during winter was significantly higher than that outside the greenhouse, which will be beneficial for the survival ofSparusmacrocephlusduring winter. The ammonium concentration decreased and the nitrite concentration maintained at a low level in the recirculating aquaculture system by intensive algal cultures, which would be helpful for the stability of aquaculture water quality. The study proved that recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was beneficial for the overwintering growth of black seabream. This study can provide some suggestions for the development of marine fish farming in areas where are faced with overwintering problems.

Sparusmacrocephlus; overwintering problems; heat preservation effect of solar greenhouse; purification of wastewater by intensive algal cultures

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.05.005

2017-07-09

江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開(kāi)發(fā)示范類項(xiàng)目(BE2015323)；江蘇省水產(chǎn)三新工程項(xiàng)目(Y2015-20)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20130398)

鐘非 (1981—)，男，副研究員，研究方向：環(huán)境生物學(xué)，E-mail: fzhong@ntu.edu.cn

吉紅九 (1968— )，男，研究員，研究方向：海洋生物學(xué)，E-mail: jijiu99@163.comn

S967.9

A

1007-9580(2017)05-025-06