養(yǎng)水機(jī)三種配置方式對仿刺參池塘部分水質(zhì)指標(biāo)時(shí)空變化的影響

孫廣偉 張東升，3 王祖峰 郁 嬌 魏亞南 林 青 雷兆霖 陳濟(jì)豐 郭 超 周 瑋

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.全國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，中國水產(chǎn)學(xué)會，北京 100026；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023)

近年來刺參養(yǎng)殖已成為我國北方重要漁業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，2018年全國海水養(yǎng)殖面積為2043070公頃，其中刺參養(yǎng)殖面積達(dá)238183公頃，占海水養(yǎng)殖總面積的11.66%，全國刺參總產(chǎn)量為174340噸，其中遼寧省產(chǎn)量為47096噸，達(dá)總產(chǎn)量的27%。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，中國的近海內(nèi)灣海域已經(jīng)處于高度飽和狀態(tài)，水質(zhì)的好壞已成為限制仿刺參池塘高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的重要因素。初春和夏季汛期仿刺參池塘出現(xiàn)的溫、鹽躍層，導(dǎo)致池塘缺氧、老化臭底、大型藻類死亡，是水質(zhì)敗壞的常見原因，而一般常規(guī)水質(zhì)調(diào)控方法難以人為調(diào)節(jié)。養(yǎng)水機(jī)能較好地調(diào)節(jié)溫、鹽躍層，同時(shí)提高水體溶氧，為仿刺參提供優(yōu)良的生長環(huán)境。為深入探究養(yǎng)水機(jī)的作用強(qiáng)度、效率問題，選擇仿刺參池塘養(yǎng)水機(jī)的最優(yōu)配置，筆者從不同配置的角度探究其對仿刺參池塘的影響。

一、材料和方法

1.實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

本研究所選取的實(shí)驗(yàn)參池位于大連莊河市的固德水產(chǎn)有限公司1～9號仿刺參養(yǎng)殖池。參池為南北走向標(biāo)準(zhǔn)矩形，長600米、寬100米，均勻鋪設(shè)石礁，底質(zhì)均為泥沙質(zhì)，北為進(jìn)水口，南為排水口，養(yǎng)水機(jī)均安置在參池南段，各參池水深保持一致，冬季保持在160厘米左右，夏季最高200厘米。

1、2、3號參池的養(yǎng)水機(jī)每天4:00－22:00運(yùn)轉(zhuǎn)，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為18小時(shí)；4、5、6號參池的養(yǎng)水機(jī)每天4:00－16:00運(yùn)轉(zhuǎn)，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為12小時(shí)；7、8、9號參池的養(yǎng)水機(jī)每天4:00－10:00運(yùn)轉(zhuǎn)，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為6小時(shí)。實(shí)驗(yàn)期間各參池內(nèi)仿刺參規(guī)格、密度相同，所有參池不投餌、不投藥，實(shí)驗(yàn)期間統(tǒng)一管理。

2.養(yǎng)水機(jī)結(jié)構(gòu)及機(jī)理

養(yǎng)水機(jī)是針對刺參養(yǎng)殖池塘水體溫、鹽躍層問題自主研發(fā)的新型水質(zhì)調(diào)控設(shè)備(圖1)。養(yǎng)水機(jī)主要分為四個(gè)部分，分別為進(jìn)水組件、生物包、水循環(huán)動力裝置和生物水質(zhì)輸出噴頭。養(yǎng)水機(jī)在工作時(shí)，通過水循環(huán)動力裝置系統(tǒng)抽取表層溶氧豐富的水體進(jìn)入進(jìn)水口，再流入提前接種過不同種類有益菌的生物包進(jìn)行過濾，最后由水體底部朝向池塘對角線方向的生物水質(zhì)噴頭噴射出去，實(shí)現(xiàn)垂直方向水體快速交換，打破溫、鹽躍層，起到調(diào)節(jié)凈化水質(zhì)的作用。

圖1 養(yǎng)水機(jī)模擬示意

3.實(shí)驗(yàn)方法

(1)采樣時(shí)間：實(shí)驗(yàn)周期為2018年3－12月，采樣時(shí)間分別為3月5日(春)、6月30日(夏)、8月7日(高溫死亡期)、9月30日(秋)、12月30日(冬)，每次采樣均在換水前3～5天，避免換水帶來的影響。

(2)采樣點(diǎn)設(shè)置：在各參池進(jìn)水口、中間、出水口位置設(shè)置采樣點(diǎn)。

(3)水樣測定：使用YSI多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定不同位置表層、中間、底層即時(shí)水溫、鹽度、溶氧、pH，將同種配置、相同位置的參池?cái)?shù)據(jù)放在一起取平均值。

(4)數(shù)據(jù)處理：使用Excel 2013對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；利用spss19.0軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)分析。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.養(yǎng)水機(jī)三種配置方式下參池海水溫度時(shí)空分布特征

三種配置方式下不同水層參池溫度的周年變化：各池塘各水層變化趨勢基本一致，均在6月30日、8月7日隨著水深的增加溫度降低，3月5日、12月30日隨著水深的增加溫度升高，9月30日隨水深的增加溫度無變化。18小時(shí)組溫度變化范圍是1.50～32.71℃，12小時(shí)組變化范圍是1.54～32.59℃，6小時(shí)組變化范圍是1.39～32.61℃。參池水溫最高值出現(xiàn)在6小時(shí)組8月7日的表層，最低值出現(xiàn)在6小時(shí)組12月30日的表層。三種配置方式下，6月30日、8月7日、12月30日垂直差異明顯，6小時(shí)組極差最大，其他月份各水層差異不明顯。

三種配置方式水溫變化趨勢基本相同(表1)，均從3月5日開始上升，在8月7日達(dá)到全年最高值，而后開始逐漸降低，12月30日降到全年最低值。18小時(shí)組溫度變化范圍是2.19～32.40℃，12小時(shí)組溫度變化范圍是2.19～32.10℃，6小時(shí)組溫度變化范圍是2.15～31.93℃。

表1 養(yǎng)水機(jī)三種時(shí)間配置參池平均溫度 ℃

2.養(yǎng)水機(jī)三種配置方式下參池海水鹽度時(shí)空分布特征

三種配置方式下不同水層鹽度季節(jié)變化：各池塘各水層周年變化趨勢基本一致，除9月30日隨水深的增加鹽度無變化，其他月份均是隨著水深的增加而升高。18小時(shí)組鹽度的變化范圍是24.52～35.56，12小時(shí)組變化范圍是24.54～35.69，6小時(shí)組變化范圍是24.60～37.72。參池鹽度最高值出現(xiàn)在6小時(shí)組3月5日的底層，最低值出現(xiàn)在9月30日18小時(shí)組。三種配置方式下3月5日垂直差異明顯，6小時(shí)組極差最大，其他月垂直差異不明顯。

三種配置方式鹽度變化趨勢基本相同(表2)，全年變化趨勢一致，先降后升。鹽度從3月5日全年最高值開始下降，在9月30日達(dá)到全年最低值，到了12月30日又開始升高。18小時(shí)組鹽度變化范圍是24.52～35.25，12小時(shí)組鹽度變化范圍是24.54～35.33，6小時(shí)組鹽度變化范圍是24.60～35.48。

表2 養(yǎng)水機(jī)三種時(shí)間配置參池平均鹽度

3.養(yǎng)水機(jī)三種配置方式下參池海水pH時(shí)空分布特征

三種配置方式下不同水層參池pH季節(jié)變化：各池塘各水層隨季節(jié)變化趨勢基本一致，6月30日pH值隨深度的增加先下降后升高，8月7日隨深度增加而下降，3月5日、12月30日隨深度增加而升高，9月30日隨水深的增加無變化。18小時(shí)組pH變化范圍是7.76～8.81，均值是8.29；12小時(shí)組變化范圍是7.74～8.74，均值是8.24；6小時(shí)組變化范圍是7.78～8.86，均值是8.32。參池pH最高值出現(xiàn)在6小時(shí)組的3月5日表層，最低值出現(xiàn)在12小時(shí)組12月30日的表層。三種配置方式下，8月7日垂直差異明顯，6小時(shí)組極差最大，其他季節(jié)各水層差異不明顯。

三種配置方式pH變化趨勢基本相同(表3)，全年變化趨勢一致，整體呈下降趨勢。18小時(shí)組pH范圍是7.81～8.75，12小時(shí)組pH變化范圍是7.76～8.71，6小時(shí)組pH變化范圍是7.83～8.79。

表3 養(yǎng)水機(jī)三種時(shí)間配置參池平均pH

4.養(yǎng)水機(jī)三種配置方式下參池海水溶氧時(shí)空分布特征

三種配置方式下不同水層溶氧季節(jié)變化：除6月30日、8月7日溶氧隨著水深的增加先升高、后下降，其余月均是隨著水深的增加而遞減。18小時(shí)組溶氧的變化范圍是4.37～10.10毫克/升，12小時(shí)組溶氧的變化范圍是3.89～9.83毫克/升，6小時(shí)組溶氧的變化范圍是3.60～9.76毫克/升。參池溶氧的最高值出現(xiàn)在18小時(shí)組3月5日的表層，最低值出現(xiàn)在6小時(shí)組8月7日的底層。三種配置方式下6月30日、8月7日、12月30日垂直差異明顯，6小時(shí)組極差最大，其他季節(jié)差異不明顯。

三種配置方式溶氧變化趨勢基本相同(表4)，全年變化趨勢一致，先降后升。溶氧從3月5日全年最高值開始下降，隨后在8月7日達(dá)到全年最低值，隨后又上升到12月30日。18小時(shí)組溶氧變化范圍是5.50～10.05毫克/升，12小時(shí)組溶氧變化范圍是5.21～9.71毫克/升，6小時(shí)組溶氧變化范圍是4.85～9.63毫克/升。

表4 養(yǎng)水機(jī)三種時(shí)間配置參池平均溶氧 毫克/升

三、討論

1.養(yǎng)水機(jī)環(huán)境中的基本理化因子變化

筆者對大連固德水產(chǎn)有限公司仿刺參養(yǎng)殖池塘進(jìn)行水質(zhì)周年檢測，結(jié)果顯示：水溫變化范圍為2.15～32.40℃，鹽度變化范圍為24.52～35.48，溶氧變化范圍為4.85～10.05毫克/升，pH變化范圍為7.76～8.79。上述結(jié)果與相關(guān)學(xué)者研究仿刺參池塘水質(zhì)變化結(jié)果相一致，并且符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的要求。4項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)與大連寶發(fā)海珍品有限公司研究的刺參池塘水質(zhì)條件變化趨勢一致，但具體數(shù)值不同，分析原因是因?yàn)槌靥廖恢孟嘟?都在莊河)，但2019年7月23日至8月7日養(yǎng)殖地區(qū)莊河始終處于罕見極端高溫季(35～38.3℃)，而海參在高于30℃水體中會發(fā)生自溶現(xiàn)象，因此該時(shí)段的仿刺參死亡對本次采樣實(shí)驗(yàn)造成影響。

夏、冬季出現(xiàn)的溫、鹽躍層現(xiàn)象較為典型，本文測定的三種配置的養(yǎng)水機(jī)池塘在6月30日垂直方向上的溫度差為0.07～0.82℃，鹽度差為0.11～0.14； 12 月 30日 的 溫 度 差 為 0.98～1.18℃，鹽度差為0.17～0.46，相比2015年6月大連寶發(fā)海珍品有限公司自然納潮池塘的溫度差3.8℃、上下鹽度一致、12月溫度差1.7℃、鹽度差0.55，溫度和鹽度垂直方向上的變化都更為穩(wěn)定，說明相比自然納潮池塘，三種配置方式的養(yǎng)水機(jī)由于不同的運(yùn)行時(shí)間，在夏季和冬季出現(xiàn)了不同程度輕微的溫、鹽躍層。由于溫、鹽躍層現(xiàn)象的出現(xiàn)，池塘的溶氧也會產(chǎn)生相應(yīng)變化，本實(shí)驗(yàn)中6月30日和8月7日溶氧較低，這是由于夏季上層光合作用較強(qiáng)使溶氧豐富，下層由于躍層現(xiàn)象得不到足夠光照，光合作用產(chǎn)氧少，溶氧很快被消耗，導(dǎo)致底層一直處于低氧水平，而溶氧隨深度的加深先升高、后下降是因?yàn)楣庖种片F(xiàn)象。pH受生物光合作用、呼吸作用等化學(xué)反應(yīng)影響，冬季由于水面結(jié)冰，浮游植物產(chǎn)生二氧化碳無法排出水面，導(dǎo)致pH降低；化冰后浮游植物快速繁殖，吸收二氧化碳，pH快速升高，此后，刺參逐漸從越冬期蘇醒，消耗有機(jī)質(zhì)，pH不斷降低。

2.三種配置方式對基本理化因子的影響

(1)對于溫度躍層作用的效果：18小時(shí)、12小時(shí)組作用效果優(yōu)于6小時(shí)組，夏季最為明顯，筆者認(rèn)為這是由于夏季的輻射較為強(qiáng)烈，且風(fēng)力作用較弱，導(dǎo)致養(yǎng)水機(jī)的低運(yùn)行時(shí)間不能夠較好地消除溫度躍層，但到了8月高溫期，18小時(shí)組池塘溫度相比6月明顯提升，這是因?yàn)轲B(yǎng)水機(jī)將表層較高溫度輸入底層，提高了整體池塘水的溫度。

(2)對于鹽度躍層作用的效果：春季和冬季都產(chǎn)生了明顯的鹽度躍層現(xiàn)象，18小時(shí)、12小時(shí)組明顯優(yōu)于6小時(shí)組，18小時(shí)組略優(yōu)于12小時(shí)組，這說明養(yǎng)水機(jī)較高的運(yùn)行時(shí)間對于打破鹽度躍層較為有效。

(3)對于溶氧、pH的作用效果：三種參池溶氧含量季節(jié)差異不顯著，但數(shù)值略有差異，分析原因是養(yǎng)水機(jī)具有增氧作用，因此水體溶氧含量與養(yǎng)水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間成正比，從而呈現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)中18小時(shí)組＞12小時(shí)組＞6小時(shí)組的結(jié)果。6小時(shí)組pH整體偏高，垂直差異明顯，筆者認(rèn)為這是由于6小時(shí)組生物量較少、呼吸作用較弱、同時(shí)養(yǎng)水機(jī)的低運(yùn)行不能很好混合水體導(dǎo)致。

四、小結(jié)

通過4項(xiàng)基本水質(zhì)指標(biāo)季節(jié)變化可以看出養(yǎng)水機(jī)的運(yùn)行有助于溶氧的提高，6小時(shí)組垂直變化最大，18小時(shí)組的調(diào)節(jié)作用略優(yōu)于12小時(shí)組，這說明養(yǎng)水機(jī)池塘運(yùn)行12小時(shí)就具有調(diào)節(jié)躍層作用，較高的運(yùn)行時(shí)間對于躍層的調(diào)節(jié)較為有利，但在夏季高溫期建議將養(yǎng)水機(jī)運(yùn)行時(shí)間調(diào)至12小時(shí)。