池塘養(yǎng)殖換水目的和水質(zhì)狀態(tài)對換水頻率的影響

丁惠明，沈彩娟，陳 雯，3，何 捷，3，梁 爽，張俊彪，3，蔡春芳，3② （.蘇州市陽澄湖國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)發(fā)展有限公司蘇州大學(xué)研究生工作站，江蘇 蘇州 2500；2.常熟市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，江蘇 常熟 25500；3.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，江蘇 蘇州 2523；.蘇州大學(xué)圖書館，江蘇 蘇州 25000）

良好的水質(zhì)是水產(chǎn)動物生長和保持健康的前提。在池塘集約化養(yǎng)殖條件下，由于養(yǎng)殖動物呼吸耗氧、殘餌、排泄物和代謝產(chǎn)物的影響，常使水體缺氧，氨氮（NH4+-N）等有害物質(zhì)升高，從而影響?zhàn)B殖動物的生長與健康，甚至死亡[1-2]。換水可以迅速、有效地改善水質(zhì)[3]。為了保障養(yǎng)殖動物的正常生長和健康，換水被視為水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容，并被寫入相關(guān)的技術(shù)規(guī)范[4]。

由于水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備尚未普及應(yīng)用，養(yǎng)殖者主要依賴于經(jīng)驗(yàn)作出換水決策。常規(guī)魚類養(yǎng)殖密度高，飼料投喂量大，因而水質(zhì)普遍較差[5]，甚至?xí)蛉毖醵鴮?dǎo)致浮頭、死亡[6]。養(yǎng)殖者通過觀察水色、天氣等影響水質(zhì)的因素[6-7]作出換水決策。中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）養(yǎng)殖池塘栽種有水草，由于水草的光合作用和對水質(zhì)的凈化作用[8-9]，加之養(yǎng)殖動物密度小，使水體溶氧（DO）較高，NH4+-N等有害物質(zhì)水平較低[5]，但不少養(yǎng)蟹池塘的換水量并不低[10]，提示部分換水作業(yè)可能沒有客觀必要性。

隨著我國水體富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染被不斷詬病，大排大放的養(yǎng)殖管理方式不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。筆者首次探討了養(yǎng)殖者決定換水的目的和實(shí)際水質(zhì)狀態(tài)與換水作業(yè)頻率（FWE）的相關(guān)性，旨在解析降低池塘養(yǎng)殖換水強(qiáng)度的潛在途徑。這項(xiàng)初探性工作對未來養(yǎng)殖池塘換水管理具有一定的參考意義，對開展后續(xù)相關(guān)研究也有一定的啟發(fā)作用。

1 研究方法

以中華絨螯蟹養(yǎng)殖池塘為對象進(jìn)行換水目的對FWE的影響研究。養(yǎng)蟹池塘各種水產(chǎn)動物的生物量在 300 kg·（667 m2）-1以下，池塘內(nèi)約 60% 的面積栽種有伊樂藻等沉水植物，其換水高峰一般始于6月末。于2015—2018年7—8月間在江蘇鹽城、泰州、南京、淮安、無錫、蘇州等地實(shí)地走訪，調(diào)查62位養(yǎng)殖者，調(diào)查內(nèi)容包括增氧機(jī)配置情況和開機(jī)時(shí)長、近期換水首要目的及FWE、每次換水量等，獲得有效數(shù)據(jù)57個（有5位未說明換水目的和頻率）。將FWE和增氧機(jī)開機(jī)時(shí)長分為3個等級，如表1所示。采用單因子方差分析和Tukey's多重比較法分析不同換水目的間FWE及增氧機(jī)使用強(qiáng)度的差異顯著性，并用皮爾遜相關(guān)性分析法分析FWE和增氧機(jī)使用強(qiáng)度間的相關(guān)性，分析軟件為SPSS 19.0。

表1 養(yǎng)蟹池塘換水頻率（FWE）與增氧機(jī)開機(jī)強(qiáng)度分級Table 1 Classification of the frequency of water exchange(FWE)and artificial aeration

于2010—2018年在蘇州市及鹽城市監(jiān)測養(yǎng)魚池塘水質(zhì)，調(diào)查塘口管理概況及監(jiān)測月份的FWE和換水量。所調(diào)查池塘以養(yǎng)殖草魚、鯽魚和青魚為主，載魚量在 1～3 t·（667 m2）-1，未有病害等異常情況發(fā)生。水樣用有機(jī)玻璃采水器在水面下50 cm處采集[11]。調(diào)查的參數(shù)包括：DO濃度、pH值、TN濃度、NH4+-N濃度、TP濃度、PO43--P濃度、CODMn、葉綠素a（Chl-a）濃度、FWE等。DO濃度采用便攜式溶氧儀（哈納HI 9146，意大利）現(xiàn)場測定；pH值采用便攜式pH計(jì)（雷磁BJ-260，上海）現(xiàn)場測定；Chl-a濃度水樣用w=1%MgCO3固定，乙醇萃取法測定[12]；用于其余參數(shù)分析的水樣均用H2SO4固定，參照文獻(xiàn)[11]測定。所有的水樣帶回實(shí)驗(yàn)室后于4℃條件下保存，3 d內(nèi)測定完畢。共獲得有明確換水信息（包括不換水）的64個池塘水質(zhì)監(jiān)測記錄111個。為了比較換水的季節(jié)差異并減少水溫的日變化引起的誤差，將水溫劃為低溫期（1—3月）、中溫期（4—6月及9—11月）和高溫期（6—8月）3個等級。

2 結(jié)果與討論

2.1 換水目的對FWE的影響

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，養(yǎng)殖者作出換水決策的目的可分為以下5類情形：補(bǔ)償蒸發(fā)（無排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和水質(zhì)改善，每種換水目的的具體特征見表2。在57位養(yǎng)殖者中有27位聲稱只注水不排水（即補(bǔ)償蒸發(fā)），占比最高，達(dá)47%（表3）。這部分池塘中水草均長勢茂盛，水質(zhì)原位凈化能力強(qiáng)，因而不需換水。其中部分池塘沒有地表水水源，依靠地下水和雨水補(bǔ)償蒸發(fā)。這一結(jié)果提示通過提高生產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)中華絨螯蟹養(yǎng)殖期零 排放是完全可能的。

表2 池塘養(yǎng)蟹換水目的分類Table 2 Classification of water exchange purpose in pond crab aquaculture

表3 蟹塘換水目的對換水頻率（FWE）的影響Table 3 The effect of water exchange purpose on water exchange frequency

有9位養(yǎng)殖者聲稱換水主要是為了防止缺氧浮頭，占16%。這部分養(yǎng)殖者注重養(yǎng)殖成本控制，較少使用增氧機(jī)，意在通過頻繁地?fù)Q水提高DO濃度。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)缺氧是由水草管理不當(dāng)引起的，個別池塘上午08：00時(shí)ρ（DO）低至0.3 mg·L-1，晴天的午后ρ（DO）低于2 mg·L-1，但在這9位養(yǎng)殖者中有5位的池塘早晨ρ（DO）＞6 mg·L-1，并不缺氧。

有6位養(yǎng)殖者（占比11%）將換水作為日常管理工作內(nèi)容。他們相信“換換水總歸有好處的”，然而從其蟹塘的水質(zhì)（DO濃度、透明度、NH4+-N濃度）看，不比水源水質(zhì)差，無需換水。因此幫助養(yǎng)殖者更新觀念也將有利于減少FWE。

另有6位養(yǎng)殖者（占11%）聲稱平時(shí)“基本不換水”，近期出于病害防控的需要換水。其中部分是因?yàn)槭┯昧朔啦　Ⅳ~、消毒的藥物，擔(dān)心藥物殘留的影響而換水。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，施用的藥物中有一部分在防病、治病的原理和療效方面沒有依據(jù)，疑似以訛傳訛。這一現(xiàn)象提示，規(guī)范藥物使用也將有利于降低養(yǎng)蟹池塘的FWE。

水草具有凈化水質(zhì)的作用[8-9]，因此蟹塘水草長勢對FWE具有較大的影響。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)有9位蟹農(nóng)（占16%）的塘口由于水草管理不當(dāng)，過早衰敗，引起水質(zhì)惡化，藻華滋生，只能依賴大量換水來改善水質(zhì)。這部分養(yǎng)殖者生產(chǎn)管理（水草養(yǎng)護(hù)）水平提高后也有望降低FWE。

換水目的不同，F(xiàn)WE顯著不同。當(dāng)換水目的是為了防止缺氧和改善水質(zhì)時(shí)FWE顯著高于其他3種情況（P＜0.05）。因此，要降低換水需要，重點(diǎn)應(yīng)準(zhǔn)確評估和改善池塘DO濃度，還應(yīng)加強(qiáng)池塘生態(tài)調(diào)控（水草管理），以避免水質(zhì)惡化。

將FWE和增氧機(jī)使用強(qiáng)度間進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)r=-0.177（P＜0.1），呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明加強(qiáng)人工增氧可降低換水需要。

2.2 水質(zhì)狀態(tài)對換水決策的影響

對大多數(shù)常規(guī)魚類養(yǎng)殖者而言，池塘水質(zhì)狀態(tài)是其作出換水決策的重要依據(jù)。他們常根據(jù)水色、天氣等判斷水質(zhì)狀況。由表4可知，不同池塘間水質(zhì)差異很大，與高月香等[13]的調(diào)研結(jié)果一致。放養(yǎng)密度和管理模式相似的2個池塘，其中一口池塘5月份時(shí) ρ（TN）、ρ（NH4+-N）、ρ（TP）、ρ（PO43--P）和CODMn分別為 7.57、0.98、0.58、0.43 和 25.98 mg·L-1，另一口池塘則分別為2.54、0.40、0.16、0.06和12.28 mg·L-1，前者各項(xiàng)指標(biāo)是后者的2倍多，說明池塘原位生態(tài)調(diào)控大有潛力可挖。但如何定向操控還有賴于進(jìn)一步研究，目前已有許多調(diào)水產(chǎn)品在使用中效果良好[14]。池塘水質(zhì)調(diào)控有望成為降低換水量和養(yǎng)殖污染排放量的重要途徑。

魚池每次換水量在5%～20%范圍內(nèi)，F(xiàn)WE從每月0次（未計(jì)補(bǔ)水）到15次，平均為（0.96±2.56）次·月-1（表4）。FWE與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)見表5。DO濃度與FWE呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），再一次表明可通過人工增氧降低換水需求。FWE與水溫呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），水溫越高，F(xiàn)WE 越高（表5）。

由表5可知，pH值與FWE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001）。水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中投入品以及魚類代謝產(chǎn)物往往使水體呈酸性，但由于微藻的存在，其光合作用消耗大量CO2，使水體pH值上升[15]，可以說水體pH值一定程度上是微藻活力的反映。微藻光合作用時(shí)不僅消耗CO，還吸收水體營養(yǎng)鹽，使2-P、TP濃度下降[16]，并產(chǎn)生氧氣[15]。這可能是pH值與FWE呈顯著負(fù)相關(guān)的原因所在。在2017年5月的調(diào)研中筆者注意到，有2口養(yǎng)殖青魚的池塘由于除草劑的滲入，微藻難以生長，pH＜7.0，DO濃度較低，TN、NH4+-N、PO43--P、TP濃度都非常高，而沒有除草劑滲入的相鄰池塘pH=8.9，營養(yǎng)鹽濃度較低。這個案例也佐證了微藻的光合作用在水質(zhì)調(diào)節(jié)中的重要意義。

表4 養(yǎng)魚池塘水質(zhì)概況Table 4 Water quality status of investigated fish ponds

表5 換水頻率（FWE）與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between the frequency of water exchange and the parameters of water quality

Chl-a是微藻生物量的反映。雖然pH值與FWE呈顯著負(fù)相關(guān)，但Chl-a濃度與FWE相關(guān)性不顯著（r=-0.011，P=0.908，表5）。由于微藻在適當(dāng)條件下一天內(nèi)可數(shù)倍增長[17-20]，且有晝夜垂直遷移現(xiàn)象[21]，因此瞬時(shí)監(jiān)測值的代表性較差。此外，魚塘中ρ（Chl-a）平均值達(dá)（133±12）μg·L-1（表4），較高的本底值也會削弱其濃度變化對水質(zhì)影響的幅度。后續(xù)研究中在監(jiān)測池塘Chl-a濃度時(shí)，應(yīng)充分考慮其時(shí)空變化特點(diǎn)。值得一提的是，盡管池塘水體營養(yǎng)水平較高，Chl-a濃度也高，但由Chl-a濃度與FWE間的負(fù)相關(guān)關(guān)系可以推測魚塘內(nèi)藻華很少發(fā)生，不是驅(qū)動換水的主要原因。

由表5還可見，NH4+-N、TP、PO43--P濃度與FWE都極顯著相關(guān)（P＜0.001），這意味著不僅在更換等量的水時(shí)排出的營養(yǎng)性污染物多，還由于FWE高而進(jìn)一步提高營養(yǎng)性污染物排放量。因此，采取措施降低魚塘營養(yǎng)鹽水平是削減養(yǎng)殖污染排放量的重要途徑。除了前述利用微藻、調(diào)水產(chǎn)品等可對水體營養(yǎng)鹽水平進(jìn)行定向調(diào)控外，降低氮、磷輸入量也是選項(xiàng)之一。飼料是養(yǎng)魚池塘氮、磷的主要來源，占總輸入的90%以上[5]。我國應(yīng)參照國際上先進(jìn)的水產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，將氮、磷和飼料系數(shù)納入飼料限量標(biāo)準(zhǔn)，控制飼料氮、磷含量，提高飼料氮、磷利用效率，從而減少FWE。此外，飼料投入量也與養(yǎng)殖動物密度有關(guān)，而降低養(yǎng)殖密度不僅可以改善水質(zhì)，還可以改善養(yǎng)殖動物福利和產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)還有利于解決當(dāng)今賣魚難、價(jià)格低的問題。

2.3 降低FWE的途徑

從養(yǎng)殖者實(shí)施換水作業(yè)的目的來看，部分換水作業(yè)并非客觀需要。至少11位養(yǎng)蟹者（5位聲稱換水目的是防止缺氧但事實(shí)上不缺氧的，以及6位把換水當(dāng)作日常管理工作內(nèi)容的）的換水作業(yè)（有排水）并非客觀需要，占調(diào)查人數(shù)的19%。從水質(zhì)狀態(tài)來看，雖然魚塘DO濃度、pH值、N-N、TPP濃度都與FWE顯著相關(guān)，但DO濃度[22-24]和NH4+-N濃度[25-27]才是影響?zhàn)B殖動物生長與健康的水質(zhì)指標(biāo)。DO濃度可通過人工增氧得到改善。氨是魚類尿中主要成分，雖然有研究結(jié)果表明ρ（NH4+-N）＜1 mg·L-1即可引起養(yǎng)殖動物氧化應(yīng)激或影響生長[25-27]，但 ZHAO 等[28]將 草 魚（Ctenopharyngodon idellus）幼魚置于ρ（NH4+-N）分別為0、0.5、2.0、4.5、9.0 和 18.0 mg·L-1的水體 80 d，發(fā)現(xiàn) ρ（NH4+-N）為0.5和2.0 mg·L-1時(shí)草魚特定增長率反而高于0 mg·L-1時(shí)。JIA 等[29]將大菱鲆（Scophthalmus maximus）暴露于ρ（NH4+-N）為0（對照）、1、5、20和40 mg·L-1的水體96 h，發(fā)現(xiàn)只在高濃度（ρ為20和40 mg·L-1）時(shí)才引起氧化應(yīng)激。而該研究監(jiān)測結(jié)果顯示，常規(guī)魚類養(yǎng)殖池的ρ（NH4+-N）為（1.0±1.0）mg·L-1，脅迫效應(yīng)較小。事實(shí)上調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)有些不換水的常規(guī)魚類養(yǎng)殖池塘的產(chǎn)量并不低。

3 結(jié)論

（1）從養(yǎng)殖者角度分析，換水目的可分為補(bǔ)償蒸發(fā)（無排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和改善水質(zhì)5類，占比分別為47%、16%、11%、11%和16%。其中19%的養(yǎng)殖者其換水作業(yè)（有排水）與水質(zhì)狀態(tài)無關(guān)。換水目的不同，F(xiàn)WE顯著不同，當(dāng)換水目的是為了防止缺氧和改善水質(zhì)時(shí)FWE顯著高于其他3種情況（P＜0.05）。

（2）從池塘水質(zhì)分析，常規(guī)魚類養(yǎng)殖池塘FWE與DO濃度及pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），與水溫、-N、TP、PO43--P濃度呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

（3）無論是養(yǎng)蟹還是養(yǎng)魚，相似的養(yǎng)殖模式不同池塘間水質(zhì)差異很大，因此通過加強(qiáng)生產(chǎn)管理，可提高水質(zhì)原位修復(fù)能力，降低換水的客觀需要。有待進(jìn)一步改進(jìn)的蟹塘生產(chǎn)管理舉措包括水草養(yǎng)護(hù)、觀念更新、科學(xué)用藥等，魚塘管理舉措包括提高飼料質(zhì)量、加強(qiáng)水質(zhì)調(diào)控等。

（4）生產(chǎn)性條件下，NH4+-N等有害物質(zhì)濃度對養(yǎng)殖動物生長和生理的影響可能較小，DO濃度影響較大，加強(qiáng)人工增氧也是降低FWE的重要途徑。

致謝：感謝無錫三智生物科技有限公司彭衛(wèi)先生、滕峰先生及其團(tuán)隊(duì)、南通海大生物科技有限公司繆建海先生及其團(tuán)隊(duì)、興華市水產(chǎn)技術(shù)推廣站戴子堅(jiān)先生等人在研究過程中給予的幫助，感謝Finley Qian在寫作過程中給予的支持。