底部微孔增氧管布設(shè)距離和增氧時間對刺參養(yǎng)殖池塘溶氧的影響

李 彬， 王印庚， 廖梅杰， 杜 佗， 范瑞用

(1中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發(fā)展有限公司，山東 青島 266409)

底部微孔增氧管布設(shè)距離和增氧時間對刺參養(yǎng)殖池塘溶氧的影響

李 彬1， 王印庚1， 廖梅杰1， 杜 佗2， 范瑞用3

(1中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發(fā)展有限公司，山東 青島 266409)

1 材料與方法

1.1 實驗地點

實驗在青島某刺參養(yǎng)殖場養(yǎng)殖池塘進行。池塘呈長方形，長400 m，寬50 m，水深2 m，泥沙底質(zhì)；刺參附著基為三角堆砌型瓦片。放苗規(guī)格100～200頭/kg，投苗密度3 300頭/667 m2。實驗期間底層水溫26℃～28℃，鹽度30左右，pH 6.85～7.22。

1.2 底部微孔增氧系統(tǒng)

底部微孔增氧系統(tǒng)主要由ZLS100L三葉羅茨鼓風機(功率為11 kW)、截止閥、排氣閥、主管、增氧管(支管)、接頭組成。鼓風機和主管道設(shè)置于壩頂，增氧管為微孔管(直徑20 mm)，與主管道(PVC)垂直排列延伸到池塘邊緣，增氧管長度為40 m，增氧管正上方有增氧孔，充氧微孔直徑0.8～1.0 mm，微孔間距2 m。

圖1 刺參養(yǎng)殖池塘增氧系統(tǒng)布設(shè)示意圖

1.3 實驗方法

1.3.1 池塘溶氧測定

2014年8月選擇兩個池塘，一個進行底部微孔增氧(實驗池)，另一個不增氧(對照池)，增氧時間為23:00—7:00，在23:00、3:00、7:00、15:00時間點測定兩個池塘水體底層(距池底10 cm)的溶氧(DO)，對比分析增氧對池塘溶氧的影響，并測定增氧池塘7 d內(nèi)微孔增氧0、30、60、120、240、360和480 min時的溶氧，每個時間點上在3個不同位點測定3個數(shù)據(jù)，取其平均值。溶氧采用YSI-556進行測定。

1.3.3 不同位置DO測定

底部微孔增氧8 h后測定距離增氧管0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10 m處底層水體的溶氧(DO)，每個位置測定3個數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運用SPSS Statistics 19.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，當組間差異顯著時(P<0.05)用Duncan檢驗進行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 底部微孔增氧對溶氧的影響

圖2表示實驗池與對照池溶氧的變化。可以看出，實驗池的溶氧持續(xù)上升，由3.76 mg/L上升到5.14 mg/L，而對照池溶氧呈下降趨勢，由3.75 mg/L下降到3.16 mg/L，7:00到達最低點。停止增氧8 h后，實驗池顯著高于對照池(P<0.05)。

圖2 實驗池和對照池溶氧的變化

圖3表示溶氧隨增氧時間的變化，可以看出連續(xù)增氧8h，溶氧持續(xù)增加。增氧2 h，溶氧上升緩慢；2～6 h出現(xiàn)躍升期，溶氧由4.5 mg/L上升到5.03 mg/L；增氧6～8 h溶氧達5.29 mg/L，但溶氧增速下降。

圖3 溶氧隨增氧時間的變化

2.2 底部微孔增氧對COD的影響

圖4表示實驗池和對照池COD的變化。可以看出，在7 d時間內(nèi)對照池COD較為穩(wěn)定，保持在18.5 mg/L左右，實驗池在增氧后2 d COD顯著低于對照池(P<0.05)，并持續(xù)下降；充氧7 d后，實驗池和對照池差異極顯著(P<0.01)，對照池為18.72mg/L，實驗池為14.15mg/L。增氧第6天，COD下降速率最快，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，第7天下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

圖4 實驗池和對照池COD的變化

2.3 底部微孔增氧與未增氧對的影響

圖5 實驗池和對照池的變化

2.4 增氧管的不同布設(shè)距離對DO的影響

圖6表示DO隨增氧管距離變化的情況。可以看出，溶氧隨著與增氧管距離的增加而下降，在0 m處(微孔管上方)的溶氧為5.48 mg/L，1 m處DO下降速率較快，但與0 m處差異顯著(P<0.05)，1～2 m處DO較高，3～4 m處溶氧緩慢下降，與1～2 m處差異不顯著(P>0.05)，溶氧保持在5.22 mg/L；距離5～8 m處溶氧下降速度較快，與1～2 m處差異顯著(P<0.05)，DO接近5.00 mg/L；距離9 m、10 m處下降速度顯著，溶氧低于5.00 mg/L。

圖6 DO隨增氧管距離的變化

3 討論

3.1 底部微孔增氧對DO的影響

根據(jù)雙膜理論[9]，增加空氣與水的接觸面積可提高增氧能力。單位時間內(nèi)通過曝氣器擴散于水中的氣泡相對越小，越有利于氣體向水中傳遞[10]。底部微孔增氧通過增氧管上的微孔將空氣以氣霧的形式壓入水體中，使空氣與水充分接觸，能夠快速增加DO。研究表明，底部微孔增氧能顯著提升池塘底層DO，減小池塘氧躍層[11]；底部微孔增氧夏季使用效果更加明顯[12-13]。在本實驗中，對照池由于底部微生物代謝、有機物氧化以及水生生物的呼吸作用，23：00—7：00溶氧持續(xù)下降，7:00降低到3.16 mg/L，低于刺參健康生長所需的DO，因此，夜間增氧對刺參養(yǎng)殖很有必要，而且在充氧結(jié)束8 h后溶氧顯著高于對照池，說明底部微孔增氧能夠充分的與水體接觸，持續(xù)保持高濃度DO。

影響底部微孔增氧的因素很多，包括增氧機功率、水溫、增氧時長、增氧管布設(shè)密度以及水體生物量等[14-15]。養(yǎng)殖生產(chǎn)中可以通過增氧時長控制溶氧濃度，明確底部微孔增氧時間與增氧效果的關(guān)系對刺參高效養(yǎng)殖至關(guān)重要。谷堅等[16]研究了水深1.2 m的團頭魴養(yǎng)殖池塘中微孔曝氣增氧112 min可使池塘溶氧增加0.4 mg/L；王瑋等[17]利用圓環(huán)形增氧管研究管長與增氧效果的關(guān)系，管長20 m時溶氧達到飽和值需要360 min。本實驗增氧管的布設(shè)采用并列擺放的方式，實驗時間內(nèi)水體中的溶氧隨增氧時長增加而提高，在增氧2 h內(nèi)溶氧增加緩慢。研究表明在夜間開機3 h增氧效果不明顯[18]，與本實驗結(jié)果相近。增氧2～6 h時增氧速率提高，6 h后DO達到5 mg/L以上，說明水體的氧債已經(jīng)得到補償，溶氧開始迅速上升；增氧6～8 h，增氧速率開始下降。因此，在生產(chǎn)上結(jié)合增氧效果和增氧成本，增氧時間6～8 h效果較好，也可以根據(jù)實際情況調(diào)整。

3.2 底部微孔增氧對的影響

COD反應(yīng)了水體有機物的污染程度。姜森顥等[19]的調(diào)查表明，刺參池塘中COD為(17.46±1.75)mg/L。水體中溶氧水平對底泥COD的釋放有著重要影響，遲爽等[20]對刺參養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)監(jiān)測表明，池塘COD為(6.17～47.73) mg/L，COD變化趨勢與溶氧相反。厭氧狀態(tài)下COD釋放曲線的峰值是好氧狀態(tài)下的1.6倍[21]。楊春娟等[18]研究表明底部微孔增氧對底泥COD的釋放、無機元素的分解有優(yōu)異的表現(xiàn)。本實驗結(jié)果表明，底部微孔增氧可使COD持續(xù)下降，可能是由于增氧后微生物活性增加，好氧微生物利用有機物的代謝作用，將其轉(zhuǎn)化為自身的能量，減少水體和底泥中COD。增氧前期增加的溶氧用來抵消水體氧債，而長期增氧后水體中氧債的抵消使水體中有充足的溶氧來氧化有機物，好氧微生物活性增加，故增氧后第6天COD下降明顯，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，連續(xù)增氧7 d后，COD下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

3.3 管道布設(shè)對增氧效果的影響

微孔增氧機增氧管的布設(shè)密度是影響池塘中增氧效果重要條件之一。養(yǎng)殖生產(chǎn)中多數(shù)養(yǎng)殖者根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗盲目布設(shè)，不能使微孔增氧能力獲得較大發(fā)揮，而相關(guān)的研究較少。王瑋等[18]研究圓盤式微孔底部增氧在刺參池塘養(yǎng)殖中應(yīng)用較少。本實驗基于生產(chǎn)應(yīng)用研究與增氧管不同距離溶氧的變化，從實驗結(jié)果可以看出，距離增氧管3～4 m處溶氧緩慢下降，但保持較高值5.22 mg/L；距離增氧管5 m以上，溶氧顯著下降，距離超過8 m時溶氧低于5.00 mg/mL。故在本實驗條件下，微孔增氧管之間的布設(shè)距離在6～8 m可以實現(xiàn)高效增氧。金忠文等[27]研究表明鼓風機功率配置0.3 kW/667 m2時充氣管道的合理間距為4～6 m，與本實驗結(jié)果基本一致。由于增氧設(shè)施以及外界環(huán)境的不同，其增氧效果有一定差異。實際生產(chǎn)中增氧管的具體布設(shè)距離要根據(jù)增氧機功率、曝氣管長度、曝氣孔大小以及池塘中的生物量和水深來確定[28]，也可考慮采用混合增氧的方式來增加微孔增氧管的敷設(shè)距離。

3.4 混合充氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用

底部微孔增氧是一種垂直增氧方式，在距離增氧管較近水體中的DO較高，隨著與增氧管距離的增加DO降低，說明該增氧方式增氧容易造成水體中的DO分布不均勻。針對該現(xiàn)象，可以與其它增氧方式如水車式增氧機、涌浪式增氧機等混合使用[29]，利用其推流能力將池水水平向四周推動形成水流，垂直增氧與水平增氧相結(jié)合可以大大提升DO的均勻度和濃度。同時，可以進一步增大底部微孔增氧氣管的布設(shè)距離，可以節(jié)約能源和生產(chǎn)成本。對于混合增氧的增氧效果還有待進一步研究。

4 結(jié)論

□

[1] 楊秀蘭,王鵬飛,焦玉龍,等.刺參中間培育及生長特性的研究[J].齊魯漁業(yè),2005,22(10):1-4.

[2] 王印庚,榮小軍,廖梅杰,等.刺參健康養(yǎng)殖與病害防控技術(shù)叢解[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2013:66-67.

[3] 鄭慧,李彬,榮小軍,等.鹽度和溶解氧對刺參非特異性免疫酶活性的影響[J].漁業(yè)科學進展,2014,1(35):118-124.

[4] 王興國,王悅蕾,趙水標.養(yǎng)殖水體增氧技術(shù)及方法探討[J].浙江海洋學院學報,2004,23(2):114-118.

[5] 蔣宏斌.增氧設(shè)備在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用[J].中國水產(chǎn),2011,11:49-50.

[6] 鄒明慧.池塘育種微孔增氧與葉輪式單機增氧效果的對比試驗[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖,2014,11:7-8.

[7] 駱向萍,張靜,劉園園.底部微孔增氧技術(shù)在海參池塘養(yǎng)殖中應(yīng)用對比試驗[J].河北漁業(yè),2014,4:25-26.

[8] 顧海濤,王逸清.池塘水深與通氣量對微孔曝氣增氧性能的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2015,42(5):29-33.

[9] 哈爾濱建筑工程學院.排水工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1981:75-76.

[10] 張斌,郝玉萍,張東盛,等.幾種型式微孔曝氣器清水充氧性能對比試驗研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2013,39(3):14-15.

[11] 金中文,鄭忠明,吳松杰,等.底充式增氧對改善池塘水質(zhì)效果的初步研究[J]南方水產(chǎn),2010,6(6):20-25.

[12] 劉勃.不同增氧方式對中華絨螯蟹養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2009,39(4):23-26.

[13] 劉勃.河蟹池塘養(yǎng)殖底層微孔曝氣增氧技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖,2009,4:9-14.

[14] 顧海濤,劉興國,何雅萍,等.微孔曝氣式增氧機的性能及應(yīng)用效果[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2017,44(3):25-28.

[15] 魏延苓,齊魯,劉國華,等.微孔曝氣器增氧性能影響的因素[J].水處理技術(shù),2014,40(2):1-7.

[16] 谷堅,顧海濤,門濤,等.幾種機械增氧方式在池塘養(yǎng)殖中的增氧性能比較[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(1):148-152.

[17] 王瑋,陸慶剛,顧海濤,等.微孔曝氣增氧機的增氧能力試驗[J].水產(chǎn)學報,2010,34(1):97-100.

[18] 楊春娟.底部微孔增氧對池塘水體溶氧變化影響的研究[J].山西水利科技,2013.3(189):63-65.

[19] 姜森顥,劉雙鳳,蔡勛.刺參養(yǎng)殖池塘主要生態(tài)因子周邊變化特征[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2015,42(5):1-10.

[20] 遲爽,曾勇,趙振軍,等.刺參養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)變化[J].濟南大學學報,2013,27(3):239-244.

[21] 朱健,李捍東,王平.環(huán)境因子對底泥釋放COD、TN和TP的影響研究[J].水處理技術(shù),2009,35(8):44-49.

[22] 余瑞蘭,聶湘平,魏泰莉,等.分子氨和亞硝酸鹽對魚類的危害及其對策[J].中國水產(chǎn)科學,1999,40(29): 14326-14330.

[23] 趙元鳳,祝國琴.亞硝酸鹽對尼羅羅非魚的毒性及其機理的研究[J].大連水產(chǎn)學院學報,1991,6(1):62-65.

[24] 姚雪梅,王洪勇,邢少雷,等.不同水溫和水質(zhì)理化因子對糙海參攝食、生長影響研究[J].水產(chǎn)科學,2007,26(5): 292-295.

[25] 許艷,關(guān)嬌宏,葛娟,等.池塘水體中亞硝酸鹽的產(chǎn)生及預防[J].黑龍江水產(chǎn),2005,3:19-21.

[26] 王龍.兩種溶氧條件下亞硝酸鹽和氨氮對羅氏沼蝦毒性比較的研究[J].水產(chǎn)營養(yǎng)與飼料科技,2011,8(12):12-16.

[27] 金忠文,華建權(quán),戴海平,等.池塘底充式增氧設(shè)施的配置與應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2009,36(5):27-32.

[28] WAGER M R,POPEL H J.Oxygen transfer and aeration efficiency — Influence of diffuser submergence,diffuser density,and blower type[J].Water Science and Technology,1998,38(3):1-6.

[29] 何雅萍,顧海濤,門濤,等.水車式增氧機性能試驗研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2011,38(5):38-42.

TheinfluenceofspacingandaerobictimeonthedissolvedoxygenlevelsbymicroporetubeaeratoronthebottomofApostichopusjaponicusponds

LIBin1，WANGYingeng1,LIAOMeijie1，DUTuo2，F(xiàn)ANRuiyong3

( 1YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences;QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,LaboratoryforMarineFisheriesScienceandFoodProductionProcesses,Qingdao266071,China；2ShanghaiOceanUniversity,CollegeofFisheriesandLifeScience,Shanghai201306,China;3QingdaoRuiziPreciousSeafoodDevelopmentLimitedCompany,Qingdao266409，China)

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.06.003

2017-10-01

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項(20603022016008)；山東省農(nóng)業(yè)良種工程重大課題“速生抗病耐高溫刺參良種選育”

李彬(1984—)，男，助理研究員，研究方向：養(yǎng)殖生態(tài)與疾病防控。E-mail: libin@ysfri.ac.cn

王印庚(1963—)，男，研究員，研究方向：水產(chǎn)病害控制。E-mail: wangyg@ysfri.ac.cn

S967.4

A

1007-9580(2017)06-013-06