總溶解氣體過飽和對達氏鱘急性致死效應

宋明江，劉 亞，龔 全，劉曉慶，陳葉雨，賴見生

(1.四川省農業(yè)科學院水產研究所，成都 611731； 2.西華大學能源與動力工程學院， 成都 610039)

水利工程的建設有利于水資源的綜合利用和水能的開發(fā)，在防洪灌溉發(fā)電等方面發(fā)揮著顯著的作用[1]。但是大量建設高壩所帶來的生態(tài)問題越來越受到人們的關注。高壩建成后，改變河流的水流狀態(tài)、水溫、水質、底質等條件，對下游魚類的生存造成較大影響[2-3]。汛期影響尤為突出，由于高壩泄洪將大量的空氣卷入水流中，使下游河道中總溶解氣體(total dissolved gas，TDG)過飽和，威脅著下游魚類的生存[4-5]。

達氏鱘(Acipenserdabryanus)為我國珍稀特有魚種，主要分布在長江上游干流及金沙江下游[6-7]，由于我國水利工程的建設、水體污染、過度捕撈等原因，達氏鱘的資源急劇下降[8-9]。在長江上游16種特有魚類的優(yōu)先保護順序中達氏鱘已屬于一級急切保護的特有魚類[10]。目前已開展齊口裂腹魚[11]、巖原鯉[12-15]、長薄鰍[16-17]在TDG過飽和水體脅迫下的耐受性研究，卻未見關于達氏鱘的研究報道。因此，開展達氏鱘在TDG 過飽和水體中的耐受性研究，有助于評價TDG過飽和對不同魚類的影響，為大壩下游生態(tài)保護措施的制定提供參考。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗用魚

實驗魚來源于四川農業(yè)科學院水產研究所，為健康的4月齡幼魚，平均體重為(7.6±0.8)g，平均體長為(13.4±1.3)cm。實驗前，將實驗魚馴養(yǎng)在暴氣的水箱中適應環(huán)境，此期間不喂食，馴養(yǎng)水池保持微流水(約2.5 cm/s)，溶解氧(DO)和水溫分別為6～8 mg/L、22～24 ℃。

1.2 實驗系統(tǒng)及設備

實驗系統(tǒng)采用張亦然等[11]的總溶解氣體過飽和對魚類影響研究裝置。利用水泵和空壓機分別將清水和空氣輸送至壓力鋼管，在高速水流和壓力作用下，使兩者在鋼管中充分混合，形成較高飽和度的TDG過飽和水體。將清水和高飽和度的TDG過飽和水體分別導入不同的兩個大水箱，通過調節(jié)水箱上的閥門控制高飽和度的TDG過飽和水體和清水的流量，將其摻混獲得具有不同飽和度的TDG過飽和水體，并輸送至不同的實驗水槽(長×寬×高=1 m×0.6 m×0.5 m)進而得到實驗所需的實驗工況。實驗設備還包括手持水質儀、濁度儀(HYDROAB DS5)、溫度計、溶氧儀(哈希HQ30D)、電子天平( FA1004)等。

1.3 實驗方法

根據國內對高壩下游TDG過飽和原型觀測數據表明，在汛期多數河流TDG飽和度在120%～145%[18]，基于此，本次實驗共設置125%、130%、135%、140% 4個飽和度工況，以清水組作為對照組。實驗系統(tǒng)啟動后待各實驗水箱中水體TDG飽和度值保持穩(wěn)定隨即開始實驗，水體溫度和溶解氧分別維持在23 ℃和8 mg/L左右。從馴養(yǎng)的水箱中挑選健康狀況良好，體型規(guī)格相差不大的達氏鱘進行實驗，每個實驗組設置一個實驗水箱，每個水箱中放置30尾實驗魚，并設置2個平行樣。實驗開始后，持續(xù)觀察各組實驗魚的活動情況，若出現實驗魚死亡，及時撈出并記錄死亡時間，待所有實驗組內實驗魚全部死亡則實驗結束。此外，整個實驗過程，TDG飽和度、溶解氧、溫度等參數每隔20 min監(jiān)測一次，直至實驗結束。

1.4 數據分析

本次實驗采用半致死時間來衡量不同飽和度的過飽和TDG對達氏鱘的影響程度。半致死時間[19]是指在某一特定的毒物濃度下，使受暴露動物出現一半死亡所需要的時間，用LT50表示。實驗結束后，根據已記錄的各組實驗魚的死亡信息，計算實驗魚在不同時間下的死亡率，并采用概率單位法[20]計算不同飽和度下的半致死時間。將不同時間內實驗魚死亡率換算成概率單位，其對應關系如表1所示(即第一行與第一列數字組合的死亡率所對應的概率單位為其行列交叉處的數值，如死亡率為55%時，其概率單位為第六行與第六列交叉處的數值5.13)，以該概率單位為因變量，暴露時間的對數為自變量，建立回歸方程，見式(1)。然后根據式(1)反算出實驗魚在不同TDG過飽和水體中的半致死時間。

表1 死亡率與概率單位轉換關系Tab.1 Transformation between mortality and probability unit

P(C)=R(ce)×lgT+J(ce)

(1)

式中：P(C)—不同死亡率對應的概率單位；T—每尾實驗魚苗的死亡時間，h；R(ce)—斜率；J(ce)—截距；ce—不同實驗組的TDG飽和度值，%。

2 實驗結果

2.1 實驗的表現

實驗開始時，大部分魚聚集在水箱底部和邊緣，少部分魚在水箱中上下來回游動，并不時把頭部伸出水面。在實驗進行約20 min后，在TDG飽和度為140%實驗水箱中實驗魚最先出現了異常反應，部分實驗魚開始水箱表面游動，呼吸急促，其游泳速度和擺尾頻率明顯加快。約10 min后，實驗魚體表出現氣泡、探頭現象明顯。隨著實驗的進行，實驗魚腹部膨脹較明顯，身體變得彎曲，游動變緩，游泳能力明顯減弱，大都在水體上層活動，腹部朝上浮于水面，身體開始失去平衡最后死亡漂浮于水面。死亡的魚體表面呈灰白色，體表粘滑，魚嘴張開，在魚口兩側和腮蓋周圍可以看到附著有氣泡；部分魚會出現頭部充血，魚口四周紅腫的現象。通過顯微鏡觀察，魚鰓、背鰭、胸鰭、腹鰭等均發(fā)現有氣泡(圖1)。在整個實驗過程中，清水對照組實驗魚無異?，F象，活動正常。

圖1 顯微鏡下的氣泡病癥狀Fig.1 Symptoms of gas bubble disease observed in A.dabryanus

2.2 死亡率與暴露時間的關系

圖2顯示了達氏鱘暴露在TDG飽和度為140%、135%、130%和125%水體中暴露時間與死亡率的關系，死亡率隨著暴露時間的延長而增加，在相同暴露時間下，TDG飽和度越高，死亡率也越高。在高飽和度(TDG飽和度≥130%)實驗水體中，實驗魚在短時間內快速死亡，140%、135%和130%實驗組中實驗魚的死亡時間分別為3.5、4.5和5 h。而在TDG飽和度為125%的水體中實驗魚則存活了較長時間，暴露8 h后實驗魚死亡率達到100%。在清水對照組中實驗魚無死亡現象。

圖2 暴露時間和死亡率的關系Fig.2 Relationship between death rate and exposure time

表2顯示了達氏鱘在不同TDG飽和度下的半致死時間。在TDG飽和度為125%、130%、135%和140%水體中，達氏鱘的半致死時間分別為4.4、2.54、2.36、2.23 h。說明TDG飽和度越高，達氏鱘半致死時間越短，魚的存活時間越短。

表2 不同TDG飽和度下達氏鱘的半致死時間Tab.2 LT50 of Acipenser dabryanus in different TDG levels

3 討論

通常情況下，魚類患氣泡病而出現死亡是由于TDG過飽和水體中微小氣泡進入魚體，導致密度相對減少，魚體漂浮于水面之上，氣體進入血管后形成栓塞致魚死亡[21]。本研究發(fā)現，達氏鱘幼魚受TDG過飽和氣體脅迫后，首先表現為腹部膨脹，然后頭部出現充血并伴隨口部四周紅腫。究其原因可能是水中的氣泡進入血液的循環(huán)系統(tǒng)后，血紅蛋白僅吸收利用氧氣，其余的氣體會進入腹腔堆積，而使整個腸道充滿氣泡，這與Knittel等[21]在虹鱒上的研究結果相似。

關于TDG過飽和對魚類的影響，張輝等[9]將四種魚類(大鱗亞口魚、長鼻鱘、大白魚、白斑魚)暴露于水深為0.26 m的不同濃度的TDG過飽和水體中，證實了不同魚類對TDG過飽和的耐受性不同。達氏鱘、胭脂魚、巖原鯉分布于長江上游，均是長江上游優(yōu)先保護物種，但三種魚類對TDG過飽和水體的耐受性不同。在TDG飽和度從125%升高至130%時，巖原鯉、胭脂魚和達氏鱘的半致死時間都有明顯減少，分別減少約46%，40%和42%。TDG飽和度在130%～140%之間時，達氏鱘的半致死時間變化幅度在0.3 h左右，說明TDG飽和度超過一定的濃度時，達氏鱘的半致死時間會明顯的減少，而繼續(xù)增大TDG飽和度后，半致死時間變化的范圍不大。這是因為較高的過飽和TDG已嚴重破壞魚體機能，它們不能通過自身的調節(jié)來有效減弱TDG過飽和水體的傷害，進而在短時間內快速死亡。達氏鱘與其他魚類(如巖原鯉、胭脂魚)相比，更易受到TDG過飽和水體的傷害，表現出較弱的耐受性。

表3 不同魚種在各TDG飽和度下的半致死時間Tab.3 LT50 of different species in TDG supersaturated water with different levels

達氏鱘分布于長江流域，而流域內三峽、二灘等高壩工程導致下游河段具有較高TDG飽和度(120%～145%)[14]，達氏鱘會不可避免的受到TDG過飽和水體的影響。達氏鱘是國家一級保護動物，因其對TDG的耐受力較低，因而在水電開發(fā)、運行等方面，應該重點對其進行保護。