大口黑鱸養(yǎng)殖池塘溶解氧適宜性評(píng)價(jià)

王壽兵，程力日見，劉興國(guó)

(1.復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200433；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

大口黑鱸()，俗稱加州鱸，屬輻鰭魚綱(Actinopterygii)鱸形目(Perciformes)太陽(yáng)魚科(Centrarchidae)黑鱸屬()，原產(chǎn)于北美，于1983年引進(jìn)我國(guó)?，F(xiàn)已成為我國(guó)重要的淡水養(yǎng)殖品種之一，目前全國(guó)年產(chǎn)量已達(dá)40萬(wàn)噸以上。在池塘養(yǎng)殖中，溶解氧濃度是決定其能否健康生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素之一。雖然國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于溶解氧對(duì)大口黑鱸生存、生長(zhǎng)或生理影響的研究，但這些研究結(jié)果由于存在系統(tǒng)性或針對(duì)性不強(qiáng)(如僅有少量離散數(shù)據(jù))等問題，既不能很好地指導(dǎo)廣大池塘養(yǎng)殖戶利用實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來及時(shí)判別池塘的溶解氧適宜度水平，也難以指導(dǎo)其采取科學(xué)及時(shí)的應(yīng)對(duì)舉措。本研究初步建立了面向大口黑鱸養(yǎng)殖池塘溶解氧濃度的適宜性分級(jí)及其分值，并通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的薈萃分析，確定了不同適宜度等級(jí)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)和評(píng)分方法。

1 溶解氧適宜度分級(jí)及其分值

為便于普通養(yǎng)殖戶理解和應(yīng)用，本研究根據(jù)溶解氧對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象生長(zhǎng)和生存的適宜性高低，將適宜度劃分為5個(gè)等級(jí)期，分別稱為最適期、正常期、影響期、危險(xiǎn)期和死亡期。對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)(或閾值)分別稱為最適期基準(zhǔn)、正常期基準(zhǔn)、影響期基準(zhǔn)、危險(xiǎn)期基準(zhǔn)和死亡期基準(zhǔn)。每個(gè)適宜度等級(jí)期的含義及賦分規(guī)定如下：

(1)最適期：養(yǎng)殖對(duì)象處于理論上最為理想的狀態(tài)，各項(xiàng)常規(guī)生理指標(biāo)均不受溶解氧濃度影響。評(píng)分為3分。

(2)正常期：從最適宜狀態(tài)到可檢測(cè)到的不良影響(不適狀態(tài))開始出現(xiàn)的時(shí)期。評(píng)分為3～2分。

(3)影響期：從不良影響(包括生理指標(biāo))出現(xiàn)開始到死亡威脅(如浮頭)開始出現(xiàn)的時(shí)期。評(píng)分為2～1分。

(4)危險(xiǎn)期：從對(duì)魚類開始產(chǎn)生死亡威脅(如浮頭)至有個(gè)別魚體開始出現(xiàn)死亡的時(shí)期。評(píng)分為1～0分。

(5)死亡期：有魚開始死亡之后至可能引起大部分死亡的時(shí)期。評(píng)分為0分。

2 大口黑鱸養(yǎng)殖池塘溶解氧各適宜度等級(jí)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)值確定

通過廣泛收集和分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)溶解氧對(duì)池塘養(yǎng)殖大口黑鱸生長(zhǎng)、生存以及生理指標(biāo)影響的研究成果，尤其是大量急性毒性和慢性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定各適宜度等級(jí)的評(píng)分基準(zhǔn)。由于魚類個(gè)體大小對(duì)水體溶解氧濃度的適應(yīng)性影響較大，而我國(guó)在池塘養(yǎng)殖大口黑鱸時(shí)，投放的魚種規(guī)格一般體長(zhǎng)在50 mm或體重3.5 g以上，因此本文在搜集和分析相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)或研究對(duì)象體長(zhǎng)在50 mm或體重3.5 g以上的部分。

2.1 最適期基準(zhǔn)值的確定

目前關(guān)于大口黑鱸最適溶解氧濃度的研究還很少，相關(guān)研究?jī)H見文獻(xiàn)[6,7]。該研究采用的實(shí)驗(yàn)魚全長(zhǎng)61.8～84.5 mm，馴化水溫26 ℃。研究發(fā)現(xiàn)溶解氧濃度在1.6～8.2 mg/L的范圍內(nèi)，魚體濕重和干重增加率均隨著溶解氧濃度的增加而增加，一直達(dá)到26 ℃時(shí)的飽和度，約為8.2 mg/L。但溶解氧濃度在超過8.2 mg/L以后，增重速度并未再繼續(xù)增加?；诖?，本研究確定大口黑鱸養(yǎng)殖池塘溶解氧最適期閾值下限為8.2 mg/L，即最適期溶解氧≥8.2 mg/L。

2.2 正常期基準(zhǔn)值的確定

DAHLBERG等研究了溶解氧和二氧化碳對(duì)大口黑鱸游泳性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在水溫25 ℃，氧氣濃度低于6.0 mg/L時(shí)，體重為3.51～6.93 g的幼體游泳速度顯著降低。當(dāng)濃度超過6.0 mg/L時(shí)，則不再受氧氣濃度影響。HASLER綜合利用野外生物遙測(cè)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究了溶解氧對(duì)大口黑鱸冬季棲息地選擇的影響，發(fā)現(xiàn)總長(zhǎng)度77～110 mm的幼魚，在水溫5℃時(shí)，暴露于6.01 mg/L的溶解氧濃度下，未出現(xiàn)打哈欠活動(dòng)，白肌乳酸濃度無增加。STEWART等的研究中，平均溶解氧分別為5.9和10.1 mg/L的情況下，平均體重為3.32～3.52 g的大口黑鱸體重在15 d內(nèi)分別增加了122%和124%；平均溶解氧濃度分別為3.0、4.2和5.8 mg/L的情況下，平均體重為2.46～2.71 g的大口黑鱸體重在15 d內(nèi)增加率分別為94%、135%和138%。平均溶解氧分別為3.7、5.4和8.2 mg/L的情況下，平均體重為6.13～7.06 g的大口黑鱸體重分別增加了49%、66%和88%。

而KERETZ等的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)魚平均體長(zhǎng)335 mm，溶解氧為5.5 mg/L時(shí)，在25 ℃和29 ℃水溫條件下時(shí)生存率雖可達(dá)100%，但在33 ℃水溫時(shí)僅為65%。另外，VANLANDEGHEM等的研究發(fā)現(xiàn)，體長(zhǎng)為(249.0±3.5) mm的大口黑鱸在20 ℃水溫時(shí)，如果溶解氧低至4.0 mg/L時(shí)，魚體會(huì)出現(xiàn)血鉀、白肌磷肌酸濃度下降等癥狀。GAULKE等將體長(zhǎng)為150.0～180.0 mm的大口黑鱸分別放在溶解氧為3.0 mg/L和9.0 mg/L的條件下馴養(yǎng)50 d，結(jié)果前者體重比后者減少1/3，體長(zhǎng)減少了8%。YANG等的研究表明，體重為110.0～130.0 g，長(zhǎng)度18～25 cm的大口黑鱸在溶解氧為(3.5±0.3) mg/L的條件下飼養(yǎng)，和對(duì)照組(7.0～8.0 mg/L)相比，雖然肌糖原含量沒有明顯下降，但血漿葡萄糖含量在8 h后顯著提高。基于上述研究，本研究確定養(yǎng)殖池塘內(nèi)大口黑鱸溶解氧正常期閾值下限為5.5 mg/L，即正常期溶氧濃度為5.5～8.2 mg/L。

2.3 影響期基準(zhǔn)值的確定

目前已有大量關(guān)于低氧對(duì)大口黑鱸生存和生理影響的研究，但由于不同的研究所用實(shí)驗(yàn)對(duì)象個(gè)體大小不同、實(shí)驗(yàn)條件(如水溫等)各異，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚未得到統(tǒng)一的結(jié)論(表1)。利用這些研究的成果，通過比較分析最終確定影響期閾值的最低限值，即開始出現(xiàn)浮頭時(shí)的溶解氧濃度值。

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的亞種，實(shí)驗(yàn)魚體重在16.2～18.3 g,水溫為25 ℃時(shí)，開始浮頭時(shí)的溶解氧濃度為0.58～0.78 mg/L；而體重為23.9 g的大口黑鱸，在水溫為25 ℃條件下，呼吸代謝率發(fā)生明顯變化的臨界濃度為0.84 mg/L，該結(jié)果與文獻(xiàn)[16]具有較好相似性。GAULKE等的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，平均溶氧低至0.96 mg/L，持續(xù)4 d，河道系統(tǒng)中仍發(fā)現(xiàn)有體重200 g左右的大口黑鱸存在,表明在該溶解氧濃度下未出現(xiàn)明顯的呼吸問題。BROWN等的研究表明，大口黑鱸成魚當(dāng)溶解氧濃度低于1.8 mg/L時(shí)已開始了回避行為，且胃中食物出現(xiàn)頻率下降，但在支流中仍有少量停留。YANG等的研究表明，體重110～130 g，體長(zhǎng)180～250 mm的大口黑鱸在溶解氧濃度為1.2 mg/L時(shí)，缺氧4 h后肝糖原分解和血糖濃度顯著增加，組織中積累大量乳酸，誘導(dǎo)AMPKα、HIF-1α、MCT1、MCT4和LDHα的表達(dá)，糖代謝已從有氧轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧，但仍可存活超過24 h?；谏鲜鲅芯浚⒆裱者m性和審慎性原則，確定養(yǎng)殖池塘內(nèi)大口黑鱸溶解氧影響期閾值下限為1.20 mg/L，即影響期溶氧濃度范圍為1.20～5.50 mg/L。

表1 低氧環(huán)境對(duì)大口黑鱸生存和生理影響的相關(guān)研究Tab.1 Studies related to the effects of hypoxia on the survival and physiology of M.salmoides

值得指出的是，雖然KERETZ等的研究發(fā)現(xiàn)體長(zhǎng)335 mm的大口黑鱸在25和33 ℃條件下，在溶解氧濃度為2.00 mg/L時(shí)，其存活率分別為80%和15%，但考慮到該文實(shí)驗(yàn)對(duì)象個(gè)體與我國(guó)池塘養(yǎng)殖個(gè)體相比要大許多，而水溫長(zhǎng)時(shí)間保持在33 ℃的池塘也不多見，因此該文中溶解氧在2.00 mg/L時(shí)出現(xiàn)的魚體死亡可能并不具有普遍意義，所以未采納該研究成果。

2.4 危險(xiǎn)期和死亡期基準(zhǔn)值的確定

目前僅發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[4]和[16]兩項(xiàng)研究記錄了第一尾魚開始死亡時(shí)的溶解氧濃度。這些研究的實(shí)驗(yàn)魚為不同亞種，個(gè)體大小范圍平均為8.30～18.27 g，實(shí)驗(yàn)水溫為14～25 ℃，測(cè)得的溶解氧濃度為0.39～0.84 mg/L，平均0.64 mg/L,中位數(shù)為0.62～0.71 mg/L，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)魚體重為10.1～10.5 g，水溫為22 ℃?？傮w上看，在不考慮個(gè)體大小差異的情況下，第一尾魚死亡時(shí)的溶解氧濃度有隨水溫升高而降低的趨勢(shì)，但由于不同的研究工作還存在實(shí)驗(yàn)個(gè)體大小的差異，因此尚不能排除實(shí)驗(yàn)個(gè)體大小差異造成的影響。由于我國(guó)池塘大口黑鱸養(yǎng)殖時(shí)投放的魚種大多在這個(gè)范圍內(nèi)，因此這些參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)池塘溶解氧對(duì)大口黑鱸生存安全的影響仍有重要參考價(jià)值。另外，從文獻(xiàn)[16]和[19]關(guān)于窒息點(diǎn)(半數(shù)死亡時(shí)溶解氧濃度)的研究結(jié)果，平均體重在9.54～18.27 g的大口黑鱸，水溫13.5～25.0 ℃，窒息點(diǎn)溶解氧濃度為0.33～0.42 mg/L，平均0.37 mg/L,中位數(shù)0.38 mg/L(表2)。

表2 與第一尾和半數(shù)死亡時(shí)的溶解氧濃度相關(guān)的研究Tab.2 The studies related to the DO concentrations at the time of the first and the half of individuals death

基于上述研究，同樣，遵循普適性和審慎性原則，本文確定養(yǎng)殖池塘內(nèi)大口黑鱸溶解氧危險(xiǎn)期閾值下限為0.80 mg/L，即危險(xiǎn)期溶解氧范圍為0.80～1.20 mg/L，而相應(yīng)的死亡期則為0～0.80 mg/L。

3 各適宜度評(píng)分計(jì)算方法

具體評(píng)分采用隸屬度函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，除最適期和死亡期外，其余三個(gè)時(shí)期隸屬度函數(shù)采用線性方程進(jìn)行擬合構(gòu)建，即認(rèn)為該時(shí)期內(nèi)的適宜度分值()與其溶解氧濃度()之間呈一元線性回歸關(guān)系，且其分值范圍的上限和下限分別對(duì)應(yīng)該時(shí)期評(píng)價(jià)基準(zhǔn)上限和下限。采用最小二乘法得到以適宜度分值為因變量，溶解氧濃度為自變量的線性方程，即評(píng)分的具體計(jì)算公式。如危險(xiǎn)期，即認(rèn)為溶解氧濃度為1.20 mg/L時(shí)，對(duì)應(yīng)的適宜度分值為1分，而溶解氧濃度為0.80 mg/L時(shí)，對(duì)應(yīng)的適宜度分值為0分，利用最小二乘法得到分值與溶解氧濃度之間的線性回歸方程為=25-2。正常期和影響期計(jì)算公式也按此方法，結(jié)果如表3所示。單個(gè)指標(biāo)最高得分為3分，最低得分為0分，分?jǐn)?shù)越高越好。評(píng)分為3分，代表池塘溶解氧濃度正處于最適期，是最適合大口黑鱸生長(zhǎng)的理想狀態(tài)，這是眾多養(yǎng)殖戶需要努力爭(zhēng)取的目標(biāo)；評(píng)分為2～3分之間，表示溶解氧濃度處在正常范圍，不會(huì)對(duì)大口黑鱸生長(zhǎng)造成不良影響，一般情況下養(yǎng)殖戶只需要維持好這種狀態(tài)即可；評(píng)分處在1～2分之間，表示已經(jīng)開始對(duì)大口黑鱸生長(zhǎng)造成不良影響，甚至有一定的死亡威脅，此時(shí)養(yǎng)殖戶需要采取補(bǔ)救措施，使溶解氧提高到正常狀態(tài)；指標(biāo)評(píng)分低于1分，意味著對(duì)大口黑鱸而言已非常危險(xiǎn)了，養(yǎng)殖戶必須立即采取緊急措施，否則將在短期內(nèi)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象；當(dāng)指標(biāo)評(píng)分為0分時(shí)，已完全不適合養(yǎng)殖對(duì)象的生存，此時(shí)再采取措施可能為時(shí)已晚。

表3 各適宜度的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)、分值范圍和基于實(shí)測(cè)濃度(C)的分值計(jì)算公式Tab.3 The evaluation benchmark and score range of each suitability degree and the score calculation formula based on the measured concentration(C)

養(yǎng)殖戶通過實(shí)測(cè)得到池塘溶解氧濃度()后，即可根據(jù)評(píng)分基準(zhǔn)初步判斷所處的適宜度分期，然后可利用對(duì)應(yīng)的評(píng)分公式計(jì)算得到最終適宜度評(píng)分。如在上海松江區(qū)某大口黑鱸養(yǎng)殖池塘實(shí)測(cè)溶解氧濃度()為5.3 mg/L,介于5.50～1.20 mg/L，可判定為處于“影響期”，利用影響期對(duì)應(yīng)的評(píng)分公式“0232 6+0.720 9”，計(jì)算得到最終評(píng)分為：0.232 6×5.3+0.720 9=1.953 7分,非常接近正常期的最低分2分,表明該池塘溶解氧雖然處于影響期，但離正常期很近，此時(shí)溶氧濃度尚不會(huì)對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象造成大的危害。據(jù)此評(píng)價(jià)結(jié)果，養(yǎng)殖戶做到了“心中有數(shù)”，此時(shí)可根據(jù)溶氧控制目標(biāo)采取相應(yīng)的措施，如果僅需要控制在正常期，既可采取適當(dāng)增氧的措施，如開一會(huì)兒增氧機(jī)或補(bǔ)充少量新鮮水等，也可暫時(shí)保持現(xiàn)狀，后續(xù)根據(jù)天氣(如日照條件)等因素再?zèng)Q定是否采取增氧措施。當(dāng)然如果打算“提檔升級(jí)”到最適期，則需要采取更進(jìn)一步的增氧措施。

4 結(jié)論

本文將大口黑鱸養(yǎng)殖池塘溶解氧濃度所處水平劃分為最適期、正常期、影響期、危險(xiǎn)期和死亡期，并賦予各期適宜度得分為3分、3～2分、2～1分、1～0分和0分。通過國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)薈萃分析，研究確定了各期溶解氧濃度范圍分別為≥8.20 mg/L、8.20～5.50 mg/L、5.50～1.20 mg/L、1.20～0.80 mg/L和<0.80 mg/L。采用線性方程構(gòu)建各期隸屬度函數(shù)，可用于實(shí)測(cè)濃度的適宜度評(píng)分計(jì)算。值得指出的是，雖然本文在確定各期基準(zhǔn)時(shí)盡可能遵循了普適性和審慎原則，但由于水溫、魚體大小、氨氮濃度等因素對(duì)溶解氧的適宜度也會(huì)有一定影響，因此，本文研究確定的相關(guān)參數(shù)雖然在一般情況下具有較好參考應(yīng)用價(jià)值，但在更特定條件下的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)還需進(jìn)一步研究。