劉健,侯冬偉,曾燊正,鐘志偉,高杰鋒,翁少萍,,方偉,張志,何建國,,黃志堅
(1. 廣東省南海資源與環(huán)境重點實驗室∥中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州510006;2. 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州510275;3. 廣東省水生動物疫病預(yù)防控制中心,廣東 廣州510220)
凡納濱對蝦封閉式養(yǎng)殖池塘水體氨氮、亞硝氮、硝氮變化規(guī)律及消減措施
劉健1,侯冬偉1,曾燊正1,鐘志偉2,高杰鋒2,翁少萍1,2,
方偉3,張志3,何建國1,2,黃志堅1
(1. 廣東省南海資源與環(huán)境重點實驗室∥中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州510006;2. 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州510275;3. 廣東省水生動物疫病預(yù)防控制中心,廣東 廣州510220)
凡納濱對蝦是全球主要養(yǎng)殖對蝦品種,近年來肝胰腺壞死綜合癥(hepatopancreas necrosis syndrome, HPNS)造成的損失嚴重,HPNS的發(fā)生與水體理化因子和條件致病菌有一定的相關(guān)性。2015年,選取廣東省電白地區(qū)1個凡納濱對蝦養(yǎng)殖場43個蝦塘進行氨氮、亞硝氮、硝氮的監(jiān)測。結(jié)果顯示:對蝦養(yǎng)殖第1-22天內(nèi),氨氮質(zhì)量濃度在0.01~0.30 mg·L-1的范圍內(nèi)波動,而亞硝氮低于0.01 mg·L-1,硝氮在0.01~0.60 mg·L-1的范圍內(nèi)波動,氨氮與硝氮的變化趨勢相似。養(yǎng)殖第22-72天期間內(nèi),氨氮質(zhì)量濃度波動幅度增大,處于0.30~1.50 mg·L-1,有逐步升高趨勢;亞硝氮和硝氮質(zhì)量濃度同步緩慢升高,在0.01~0.80 mg·L-1之間波動,處于平穩(wěn)升高狀態(tài)。養(yǎng)殖第72天后,三氮均處于0.60~1.50 mg·L-1的高水平波動狀態(tài),且質(zhì)量濃度不斷升高。從氨氮和亞硝氮兩者波動和升高趨勢來說,氨氮大幅波動變化比亞硝氮提前大約26 d。在養(yǎng)殖過程中選取5個塘分別檢測肥水和添加沸石粉前后的氨氮變化,施用肥料1 d后氨氮平均降低19.50%,2 d后降低37.54%;施用沸石粉后在4 d內(nèi)氨氮分別平均降低47.62%,23.34%,60.73%和76.58%。對5個塘投料量和水體三氮平均值的相關(guān)性分析顯示,投料量與水體氨氮、亞硝氮和硝氮均有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。結(jié)果表明,氨氮是凡納濱對蝦封閉養(yǎng)殖中期和晚期(約第20-95天)的限制性因子,且在養(yǎng)殖中期受氣候等因子影響波動大,表現(xiàn)出劇烈的震蕩特征,成為養(yǎng)殖環(huán)境容納量主要限制因子;亞硝氮是養(yǎng)殖中期尤其晚期的限制性因子。
凡納濱對蝦;氨氮;亞硝氮;硝氮
凡納濱對蝦是世界養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的對蝦種類[1]。但近幾年,由于對蝦肝胰腺壞死綜合癥(hepatopancreas necrosis syndrome,HPNS)[2]、早期死亡綜合癥(early mortality syndrome,EMS)[3-5]或急性肝胰腺壞死綜合癥(acute hepatopancreas necrosis syndrome,AHPNS)[6-7]的爆發(fā)流行,對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)損失嚴重[8-9]。對蝦發(fā)病原因復(fù)雜,國內(nèi)外研究主要集中在水質(zhì)、病原、有毒有害藻類等[2,10-13]。
養(yǎng)殖水環(huán)境與HPNS的發(fā)生關(guān)系密切[13-14],蝦塘水環(huán)境中的氨氮、亞硝氮、硝氮的檢測對整個養(yǎng)殖是至關(guān)重要的,尤其是氨氮和亞硝氮,它們對凡納濱對蝦都有毒害作用,且在整個養(yǎng)殖過程的不同階段都呈現(xiàn)不同的變化趨勢[15-17]。當(dāng)對蝦養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)平衡被打破時,呈現(xiàn)氨氮脅迫,對蝦處于亞健康狀態(tài),易導(dǎo)致對蝦發(fā)病[2]。目前國內(nèi)外研究主要集中在室內(nèi)水族箱環(huán)境氨氮和亞硝氮對凡納濱對蝦的毒理性研究及室外養(yǎng)殖池塘發(fā)病前后水質(zhì)的監(jiān)測,但對室外養(yǎng)殖池塘全程跟蹤檢測氨氮和亞硝氮等指標(biāo)的動態(tài)變化報道較少[18-20]。因此全程跟蹤檢測凡納濱對蝦養(yǎng)殖水體中的氨氮、亞硝氮等化學(xué)指標(biāo)的動態(tài)變化,了解整個養(yǎng)殖過程的不同階段各水體指標(biāo)的波動范圍,進而進行合理有效的調(diào)控,有重要指導(dǎo)意義。
本文選取廣東省電白地區(qū)某凡納濱對蝦養(yǎng)殖場43個蝦塘,進行養(yǎng)殖全程水體氨氮、亞硝氮和硝氮的檢測,并通過對池塘施用肥料和沸石粉調(diào)控氨氮進行研究,為實際生產(chǎn)中對養(yǎng)殖池塘環(huán)境進行科學(xué)有效的調(diào)控提供依據(jù)。
在廣東省茂名市電白縣廣東冠利海洋生物養(yǎng)殖有限公司養(yǎng)殖場,選取43個凡納濱對蝦養(yǎng)殖池塘開展研究。43個蝦塘面積為0.27~0.51 hm2,水深1.2~1.5 m,放苗密度60萬尾/hm2。
43個養(yǎng)殖池塘均采取相同的養(yǎng)殖管理模式,每日分別在7:00、12:00、18:00投料,根據(jù)天氣、對蝦攝食、蛻殼等相關(guān)情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。養(yǎng)殖過程不換水,根據(jù)情況適量加入肥水產(chǎn)品(氨基酸肥料(7.5~12 kg·hm2))、沸石粉(300 kg·hm2)、益生菌和增氧劑等制品。記錄養(yǎng)殖過程中的天氣情況和對蝦狀態(tài)。
分別在43個蝦塘池塘邊和中央附近設(shè)水樣采集點,每天上午采集水樣一次,每個取樣點取上層(距離水面20 cm)水樣。2015年7月1日開始投放蝦苗(0.7 cm)至10月3日結(jié)束實驗。實驗全程95 d,連續(xù)監(jiān)測水體氨氮、亞硝氮、硝氮等理化因子。
43個池塘水樣帶回實驗室當(dāng)天測定,過濾所取水樣中的顆粒物,取濾液用全自動間斷化學(xué)分析儀CleverChem 200(DeChem-Tech,德國)進行檢測,參照中華人民共和國國家標(biāo)準《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準》[21]規(guī)定的測定氨氮、亞硝氮和硝氮的國家標(biāo)準方法進行分析。
數(shù)據(jù)用EXCEL和SPSS16.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計處理,采用單因子方差分析(ANOVA),以P<0.05為差異顯著水平,P<0.01為差異極顯著水平。
總體來看,氨氮在整個養(yǎng)殖過程中都在波動中升高。前22 d,氨氮低; 第23天后,氨氮持續(xù)升高,且波動大;第48天以后,硝氮和亞硝氮開始持續(xù)升高。相較于亞硝氮來說,氨氮升高的時間要提前大約26 d。
43口蝦塘養(yǎng)殖期氨氮、亞硝氮和硝氮平均值(圖1)顯示,在養(yǎng)殖前22 d(養(yǎng)殖早期),氨氮出現(xiàn)第一次升高,但整體平均低于0.30 mg·L-1(除第14天達到0.37 mg·L-1),在第14天之后緩慢降低,直到氨氮低于0.01 mg·L-1;亞硝氮并未出現(xiàn)波動,一直低于0.01 mg·L-1;而硝氮與氨氮的變化趨勢相似,都是先升后降,硝氮質(zhì)量濃度在0.01~0.60 mg·L-1之間。
養(yǎng)殖第23-42天的20 d時間里,氨氮波動范圍0.33~0.60 mg·L-1,亞硝氮和硝氮在0.20 mg·L-1以下,并未出現(xiàn)波動。在養(yǎng)殖第43-72天間,氨氮出現(xiàn)2次劇烈的波動,第1次波動在養(yǎng)殖第43-55天,最高達1.21 mg·L-1,此時硝氮和亞硝
氮也出現(xiàn)相同升高趨勢;第2次波動是在第56-72天,最高達1.50 mg·L-1。養(yǎng)殖第23-72天的50 d時間里(養(yǎng)殖中期),主要特點為氨氮處于大幅波動中,且隨養(yǎng)殖時間而波動加劇,一直處于中高端波動(0.30~1.50 mg·L-1),亞硝氮和硝氮也在本養(yǎng)殖階段逐漸升高。
養(yǎng)殖第72天(養(yǎng)殖晚期)后,氨氮出現(xiàn)持續(xù)增高趨勢,且一直維持在較高水平,即一直處于高端波動的狀態(tài)(0.60~1.50 mg·L-1);亞硝氮和硝氮急劇升高,在0.60~1.50 mg·L-1之間波動,并且在此時硝氮高于氨氮和亞硝氮。在本時期,三者變化趨勢相似且都在高端波動中升高。
由此可見,氨氮是封閉式對蝦養(yǎng)殖模式環(huán)境容納量的主要限制因子,且在養(yǎng)殖20多天后開始脅迫限制作用,這可能是近年來養(yǎng)殖對蝦單位面積產(chǎn)量下降和養(yǎng)殖時間縮短的原因之一。
選取5口蝦塘(503#、602#、604#、507#、2#),進行投料量與三氮質(zhì)量濃度統(tǒng)計學(xué)分析,結(jié)果表明投料量與水體氨氮、亞硝氮和硝氮均有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)(表1)。5口蝦塘的飼料投喂量隨養(yǎng)殖時間而增加,而三氮也是在養(yǎng)殖前22 d(養(yǎng)殖前期)較低,氨氮平均為0.13 mg·L-1,亞硝氮平均為0.02 mg·L-1,硝氮平均為0.24 mg·L-1。養(yǎng)殖到第50天(養(yǎng)殖中期)左右,三氮在波動中升高,氨氮平均為0.54 mg·L-1,亞硝氮平均為0.21 mg·L-1,硝氮平均為0.30 mg·L-1;本時期三氮分別是養(yǎng)殖前期的4.2倍、10.5倍、1.3倍。養(yǎng)殖第72天(養(yǎng)殖晚期)后,三氮明顯高于前中期,氨氮平均達到0.76 mg·L-1,亞硝氮平均達到0.91 mg·L-1,硝氮平均達到1.34 mg·L-1,分別是養(yǎng)殖前期的5.8倍、45.5倍、5.6倍。綜上所述,隨投料量的增加,氨氮、亞硝氮、硝氮質(zhì)量濃度逐漸升高(圖2)。
表1 5口池塘飼料投喂量和水體三氮的關(guān)系1)**表示P<0.01(極顯著線性相關(guān)性)Table1 Relationship between feed amount and ammonia-N, nitrite-N, nitrate-N in 5 ponds
圖1 三氮均值隨養(yǎng)殖時間的變化Fig.1 Variation of the average value of ammonia-N, nitrite-N and nitrate-N during the culture period
圖2 5口塘投料量與三氮平均值隨養(yǎng)殖時間的變化Fig.2 Variation of the feed amount and average value of ammonia-N, nitrite-N, nitrate-N in 5 ponds during culture period
選取養(yǎng)殖過程中正常投料的5口塘(503#、602#、604#、507#、2#),測定施肥料前后水體氨氮變化(圖3),肥水后氨氮在2 d內(nèi)有明顯下降。施肥料水前5口塘氨氮平均為2.77 mg·L-1。肥水后1 d平均值為2.23 mg·L-1,平均降低了19.50%,最高降低30.06%,最低降低6.91%;肥水后2 d平均值為1.73 mg·L-1,平均降低了37.54%,最高降低52.33%,最低降低28.80%。整體看來,肥水后水體氨氮在2 d內(nèi)呈現(xiàn)不同程度的降低。
圖3 5口塘肥水前后氨氮變化Fig.3 Variation of ammonia- N value after fertilization addition in 5 ponds
選取養(yǎng)殖過程中正常投料的5口塘測定沸石粉添加前3 d和添加后4 d水體氨氮變化(圖4)。添加當(dāng)天5個塘氨氮質(zhì)量濃度平均為1.26 mg·L-1,添加后1 d氨氮質(zhì)量濃度為0.66 mg·L-1,2 d后質(zhì)量濃度為0.97 mg·L-1,3 d后質(zhì)量濃度為0.49 mg·L-1,4 d后質(zhì)量濃度為0.29 mg·L-1。與添加時相比平均降低了47.62%,23.34%,60.73%,76.58%。整體看來,水體氨氮在添加沸石粉后4 d內(nèi)都會呈現(xiàn)不同程度的降低。
圖4 5口塘添加沸石粉前后氨氮變化Fig.4 Variation of ammonia- N value after zeolite powder addition in 5 ponds
水質(zhì)監(jiān)測是凡納濱對蝦養(yǎng)殖過程中重要的一個環(huán)節(jié),水體理化因子往往直接決定了凡納濱對蝦的養(yǎng)殖結(jié)果,而氨氮、亞硝氮和硝氮又是衡量水質(zhì)的重要標(biāo)準[22]。本研究檢測了43個蝦塘三氮在90 d左右的動態(tài)變化,三氮質(zhì)量濃度隨養(yǎng)殖時間逐步升高,氨氮在升高過程中波動較大,基本在劇烈震蕩中升高;而亞硝氮和硝氮則較為緩和,在平穩(wěn)中升高。從氨氮變化來看,總體呈現(xiàn)三個養(yǎng)殖階段,早期總體在0.30 mg·L-1以下,約22 d左右,中期在0.30~1.50 mg·L-1之間劇烈震蕩,大約50天左右,晚期在0.60~1.50 mg·L-1之間波動,且在波動中升高。與國內(nèi)其他專家的研究結(jié)果相比,本次實驗中氨氮質(zhì)量濃度的變化范圍略高于申玉春[23]的研究結(jié)果0.02~1.02 mg·L-1及陳世祥[24]的研究結(jié)果0.01~1.00 mg·L-1,但比李卓佳[25]的研究結(jié)果0.01~4.00 mg·L-1要低,與張瑜斌[26]的研究結(jié)果0.01~1.37 mg·L-1的變化范圍相近。在變化趨勢上,本研究中氨氮總體呈現(xiàn)升高趨勢,并且在養(yǎng)殖第22-72天(養(yǎng)殖中期)左右,出現(xiàn)大幅劇烈振蕩的狀態(tài),這可能是與期間劇烈的天氣變化有關(guān)。第72天后(養(yǎng)殖晚期),在輕微震蕩中逐漸升高。而在亞硝氮方面,總體為早期較低,到晚期急劇升高,這與國內(nèi)其他專家研究的氨氮和亞硝氮的總體變化趨勢相似[23-26]。本研究中氨氮隨時間變化呈現(xiàn)明顯的3個階段變化趨勢,氨氮是凡納濱對蝦養(yǎng)殖中期和晚期的限制性因子,且在養(yǎng)殖中期受氣候等因子影響波動大,表現(xiàn)出劇烈的震蕩特征,對養(yǎng)殖有一定的影響;亞硝氮是養(yǎng)殖中期尤其是晚期的限制性因子。對蝦養(yǎng)殖池塘的氨氮質(zhì)量濃度受氣候影響比較大,在氣候異常和池塘富營養(yǎng)化的條件下,水體氨氮質(zhì)量濃度的劇烈升高導(dǎo)致對蝦脅迫嚴重,且脅迫提前,結(jié)果是導(dǎo)致養(yǎng)殖時間縮短,養(yǎng)殖環(huán)境容納量降低。
飼料是對蝦集約化養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中輸入的主要營養(yǎng)鹽,飼料過多投喂,產(chǎn)生大量糞便沉積在池底,池底大量的有機質(zhì)堆積,有機質(zhì)分解會消耗氧,使池底處于低氧的狀態(tài),厭氧菌大量增殖,有機質(zhì)不完全分解還會產(chǎn)生大量的氨氮、亞硝氮等有毒有害理化因子,降低對蝦的免疫力,增加對病原體的易感性,容易誘發(fā)HPNS發(fā)生[27];過少的飼料輸入也會影響對蝦的正常生長,營養(yǎng)鹽過少不利于水體功能性藻類的繁殖[28]。本研究結(jié)果表明,投料量與水體三氮總量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),因此投料量的增加是水體三氮升高的一個重要原因。建議在整個養(yǎng)殖過程應(yīng)適當(dāng)投料,不能盲目過度投料。氨氮質(zhì)量濃度的升高與降低除了與飼料投喂有關(guān)外,與天氣變化,如陰天降雨有直接關(guān)系,天氣變化氨氮就會發(fā)生波動,這也是在養(yǎng)殖過程中氨氮大幅波動有關(guān),也說明對蝦發(fā)生HPNS與氨氮和天氣變化有關(guān)。
亞硝氮和氨氮對凡納濱對蝦都有毒害作用。水體中的氨氮達到一定質(zhì)量濃度后,非離子氨容易透過細胞膜進入體內(nèi),使得水生動物自身的生理調(diào)節(jié)失衡,而引起體內(nèi)組織缺氧表現(xiàn)為中毒癥狀[29]。而一定質(zhì)量濃度的亞硝酸鹽會抑制蝦類的生長和變態(tài)發(fā)育,尤其對血藍蛋白載氧能力的破壞被認為是其對蝦類產(chǎn)生毒性的主要機制之一[30]。在本研究中,與亞硝氮變化相比,氨氮質(zhì)量濃度升高時間提前大約26 d且超過我國水質(zhì)漁業(yè)標(biāo)準(GB11607-89)[21]。氨氮檢測在養(yǎng)殖前、中期顯得更為重要。
氨氮由于其毒害作用且在養(yǎng)殖前期就開始升高,所以控制氨氮的質(zhì)量濃度極為重要。本研究在肥水后和添加沸石粉后,氨氮都有不同程度的降低。這可能是因為肥水后,藻類迅速繁殖,一方面產(chǎn)生大量的氧氣,有利于亞硝化細菌和硝化細菌的生長繁殖,從而加快氨氮向硝氮的轉(zhuǎn)化,并且在高溶氧的條件下抑制反硝化細菌的繁殖及其作用[31-32];另一方面藻類大量繁殖后,直接吸收氨氮,將其轉(zhuǎn)化為藻類自身營養(yǎng)物質(zhì),這與在養(yǎng)殖開始到第4天后,氨氮緩慢降低,并且低于0.01 mg·L-1有關(guān)。沸石粉降低氨氮的能力與其物理吸附作用有關(guān),它能將水體中的氨氮吸附沉降,達到凈化水質(zhì)的作用[33]。因此適當(dāng)肥水和添加沸石粉有助于控制養(yǎng)殖水體中的氨氮。
在凡納濱對蝦封閉的養(yǎng)殖模式生態(tài)系統(tǒng)中,三氮尤其是氨氮在整個養(yǎng)殖過程的檢測顯得極為重要,投料與三氮呈顯著相關(guān)性,過量投料會快速升高三氮質(zhì)量濃度,適當(dāng)肥水和添加沸石粉有助于氨氮的控制。由于氨氮質(zhì)量濃度的大范圍波動,1 d時間里會升高10倍,因此建議每天都要檢測氨氮,并據(jù)此采取措施調(diào)控降低氨氮質(zhì)量濃度和緩解氨氮脅迫。
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Thechangeregularityandcontrolmeasureofammonia,nitriteandnitratenitrogeninclosedculturepondsofLitopenaeusvannamei
LIUJian1,HOUDongwei1,ZENGShenzheng1,ZHONGZhiwei2,GAOJiefeng2,WENGShaoping1,2,F(xiàn)ANGWei3,ZHANGZhi3,HEJianguo1,2,HUANGZhijian1
(1. Key Laboratory of South China Sea Resource and Environment, School of Marine Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China;2. School of Life Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China;3. Guangdong Provincial Aquatic Animal Epidemic Disease Prevention and Control Center,Guangzhou 510220, China)
Litopenaeusvannameiis a major farmed shrimp species in the world, suffering serious losses because of hepatopancreas necrosis syndrome (HPNS) in recent years. The outbreak of HPNS is believed to be correlated with toxic chemical and physical factors as well as opportunistic pathogens. In 2015, we detected the concentration of ammonia, nitrite and nitrate nitrogen in 43 shrimp ponds of a aquaculture farm in Dianbai county, Guangdong province, China. In the first 22 days of breeding, the concentration of ammonia nitrogen ranged from 0.01 to 0.30 mg·L-1, while nitrite nitrogen was below 0.01 mg·L-1. The concentration of nitrate nitrogen ranged from 0.01 to 0.60 mg·L-1, with a similar tendency to that of ammonia nitrogen. During 22 to 72 days of breeding, the concentration of ammonia nitrogen increased from 0.30 mg·L-1to 1.50 mg·L-1in volatility. Unlike ammonia nitrogen, the nitrite nitrogen and nitrate nitrogen were generally stable, slowly and synchronously rising from 0.01 mg·L-1to 0.80 mg·L-1. After 72 days of breeding, their concentration all enhanced and fluctuated between 0.60 mg·L-1and 1.50 mg·L-1. Compared with the change of nitrite nitrogen, the sharp fluctuation of ammonia nitrogen was occurred about 26 days in advance. Moreover, we also detected the concentration of ammonia nitrogen after the zeolite and fertilizer were added in five shrimp ponds during breeding. The concentration of ammonia nitrogen was reduced by 19.50% at 1 day and reduced by 37.54% at 2 days after fertilizer addition. After adding zeolite powder, ammonia nitrogen was decreased by 47.62%,23.34%,60.73% and 76.58% in 4 days,respectively. Results also showed that the feed amount was positive correlated with the concentration of ammonia, nitrite and nitrate nitrogen (P<0.01). In summary, this study showed that the ammonia nitrogen was the limiting factor in closed culture ofL.vannameiduring the middle and late culture period, greatly influenced by climate. Besides, nitrite nitrogen was the restrictive factor, especially in the late culture period. Considering the tendency of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen, the ecological system of closed shrimp culture mode can be divided into early ecosystem, medium ecosystem and late ecosystem.
Litopenaeusvannamei; ammonia nitrogen; nitrite nitrogen; nitrate nitrogen
10.13471/j.cnki.acta.snus.2017.06.018
2016-11-23
國家基金聯(lián)合基金(U1131002);國家科技支撐項目(2012BAD17B03);國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS-47);農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201103034);廣東省科技計劃項目(2012A020602084);廣州市科技計劃項目(201510010071);廣東省海洋與漁業(yè)局項目(20164200042090023)
劉健(1991年生),男;研究方向海洋生物學(xué); E-mail: 1395636196@qq.com
黃志堅(1976年生),男;研究方向海洋生物學(xué);E-mail:lsshzhj@mail.sysu.edu.cn
何建國(1962年生),男;研究方向:海洋生物學(xué);E-mail:lsshjg@mail.sysu.edu.cn
S966.12
A
0529-6579(2017)06-0116-07