投饵量对许氏平鲉幼鱼生长和水环境中污染指标的影响

陈辅利,高光智,刘磊

(大连海洋大学 海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

工厂化养鱼是水产业发展的主要趋势[1-2]。工厂化养鱼是一个复杂的生态系统，控制投饵量和水质的目的是为了满足鱼的养殖条件[3]。国内外学者关于工厂化养鱼投饵控制的研究很多[4]，主要集中在投饵与鱼类的增重、呼吸、排泄及能量代谢的关系，很少研究投饵与鱼类生长环境的关系。呼吸与排泄是鱼类新陈代谢的基本生理活动，既能反映鱼类的生理状态，又能反映环境条件对鱼类生理活动的影响。投饵与排泄的关系复杂，主要影响因子有温度、盐度、体质量、摄食水平和饵料种类等[5-7]。鱼类的排泄物主要含有机质、氨氮、尿酸和尿素等，可以用悬浮物、化学需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)等污染生态因子综合表示。本研究中，作者研究了许氏平鲉Sebastesschlegeli幼鱼养殖过程中投饵量对鱼体的增重及对水环境中悬浮物、COD、氨氮含量的影响,旨在从工厂化养鱼污染生态的角度探讨投饵量与鱼类的生长和水质指标的关系。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用许氏平鲉取自大连旅顺海水养殖场，已经过人工驯化。选择健康鱼用于试验，体质量为4.2～14.8 g/尾，全长为5～10 cm。试验装置如图1所示,有机玻璃水槽体积为30 L。

1.2 方法

试验用水取自大连市黑石礁海域，需沉淀4 h后过滤，盐度为30，pH为7.8～8.2，水温为17～19 ℃。试验前先将许氏平鲉幼鱼暂养15 d,以适应室内水槽的养殖环境，并通过预试验调节适宜的溶解氧。

试验分为3组，平均体质量分别为4.3、14.1、5.1 g(分别记为A、B、C组)，每组放3尾鱼。试验共进行60 d，投饵量依次定为30、38、46、54、62、70、86、102、120、140、160、180、200、220、240 mg/d，每个投饵量档次稳定试验4 d，以探讨投饵量对幼鱼生长和水质指标的影响。试验期间，每48 h换水1次，换水量为3/4，每次换水前搅匀，溶解氧控制在6.5～7.0 mg/L。换水前后从各组取水样1次，用于悬浮物、COD、HN+4-N、DO的测定。水样测定方法按照国标方法进行。换水前用电子天平称量鱼体的质量。投喂的饵料为市售颗粒状饵料，粒径为0.6～1.2 mm。每天定量投饵2次，直接撒在水槽表面。

图1 试验装置Fig.1 The devices used in the experiment

2 结果与分析

2.1 投饵量对幼鱼体增重的影响

从图2可见，A、B、C 3组鱼的试验结果接近，均表现出明显的三个阶段：投饵量小于50 mg/d时，幼鱼生长较快，体质量日增长量呈直线上升趋势，曲线斜率达到0.6左右；投饵量为50～160 mg/d时，幼鱼生长速度明显变缓，体质量日增长量减小，曲线斜率下降为0.22～0.25；投饵量大于160 mg/d时，体质量增加非常缓慢，曲线斜率仅为0.03～0.06，是第一阶段的5%～10%，是第二阶段的14%～24%。

图2 投饵量对幼鱼体增重的影响Fig.2 The effect of feeding amount on weight gain in the juveniles

试验结果与许氏平鲉的生长规律一致。第一阶段，由于投饵量过少，许氏平鲉一直处于饥饿状态，因而对饵料的同化转化率高，表现为体质量增加速度很快。第二阶段，随着投饵量的增加，许氏平鲉的摄食量基本达到饱和，维持生长的能量趋于平衡状态，饵料的控制作用降低，因而对饵料的同化率降低，表现为体质量增加速度降低。第三阶段，许氏平鲉的摄食处于过饱和的状态，摄入的能量过剩，多余的饵料不能被同化，表现为体质量的增加速度趋于平衡。由此可见，第二阶段和第三阶段的分界点(拐点)可以视为许氏平鲉的最佳投饵量(记为Mp)。各组的最佳投饵量相等，表明许氏平鲉在一定生长期内具有相对的稳定性。本试验中各组的最佳投饵量均为160 mg/d。

根据下式可以得出单位投饵量和增重率：

单位投饵量=投饵量/体质量，

增重率=终末体质量-初始体质量初始体质量×100%。

单位投饵量和增重率的关系曲线与图2相似，也存在3个阶段，但3组出现拐点的位置有所不同。这表明日增长量与鱼体质量的大小有关，即随着体质量的增加，增重速度减缓；最佳投饵量也与体质量有关，即随着体质量的增加，投饵量逐渐减小。多种鱼类都存在类似的规律[2]。

在试验范围内和营养平衡状态下，许氏平鲉体质量的总增量随着体质量的增加而增加，体质量越大总增量越大，但并不是按比例增加，也就是说单位体质量增加速度不是固定不变的常数。本试验表明，随着体质量的增加单位增重速度减缓，表明单位体质量的能量转换率降低，单位体质量的合成数率降低，因而单位体质量的摄食量也降低，这种降低的结果可能导致Mp在一定生长期内具有相对稳定性。

2.2 投饵量对水体中悬浮物含量的影响

养殖水体中悬浮物含量的变化反映了残饵、鱼类排泄和微生物降解等综合过程。从图3可见，投饵量与悬浮物含量的变化也表现出明显的3个阶段：第一阶段，投饵量小于120 mg/d时，随着投饵量的逐渐增多，悬浮物含量不断增大；第二阶段，投饵量为120～200 mg/d时，随着投饵量的增加，悬浮物含量依然增加，但增加的速率有所减缓；第三阶段，投饵量大于200 mg/d时，曲线出现拐点，悬浮物量增加的速率急剧变大。

图3 投饵量对水体中悬浮物含量的影响Fig.3 The effect of feeding amount on suspended material level in the water

悬浮物含量的变化规律与许氏平鲉的生长规律一致。第一、二阶段，由于投饵量偏小，许氏平鲉的摄食量较少，处在未饱状态，而饵料是同化的控制因素，鱼类的排泄量受其摄食量控制，水中也几乎没有残饵，因而悬浮物含量变化很小。第三阶段，投饵量超过了鱼类的营养需求，鱼类不会自我控制摄食，当投饵过量时，鱼吃饱后摄食欲望虽然降低，但不会停止摄食。这时，将导致两种情况发生：第一，由于营养供给大于吸收(同化)能力，摄食量大于消化能力，排泄量大幅增加；第二，部分饵料来不及被摄食，成为了残饵。排泄量和残饵量的增加，导致水体中的悬浮物含量快速增加。第二阶段和第三阶段的分界点(拐点)表明了投饵明显过量，可以视为许氏平鲉养殖中过量投饵的指示点，记为SZ。各组的SZ相等，具有相对稳定性。本试验中各组的SZ均为200 mg/d。

比较图2和图3可以看出，投饵量和日增长量与投饵量和悬浮物含量的变化规律具有高度的一致性，SZ与Mp具有很好的相关关系。但两者也存在一定的差别：第一，图3第一阶段与第二阶段的转折点没有图2明显，这是因为第一阶段鱼类的同化能力很强，因此，体质量的增速较快，排泄的增速较慢；第二，SZ大于Mp，这是因为Mp是由同化能力决定的，而SZ是由消化能力决定的。饵料只有先被鱼类消化后，才能被吸收同化，因此鱼类的消化能力通常大于同化能力。SZ虽然滞后于Mp，但可以发挥同样的作用，即通过水体中悬浮物的变化直接判断鱼类的营养状态，通过SZ间接地确定Mp。

根据下式可以得出单位悬浮物含量：

单位悬浮物含量=悬浮物含量/体质量。

单位投饵量与单位悬浮物含量的关系曲线也存在3个阶段，表明单位悬浮物含量的增加速率与体质量有关，即随着体质量的增加，单位悬浮物含量也增加；单位体质量投饵过量指示点与体质量有关，即随着体质量的增加，单位体质量投饵过量指示点减小。

2.3 投饵量对水体中COD含量的影响

有机物是水体污染的重要指标，通常用化学需氧量(COD)表示。养殖水体中COD的增量同样反映了残饵、排泄、微生物降解等一系列过程。投饵量与水体中COD含量变化的试验结果见图4。

图4 投饵量对水体中COD含量的影响Fig.4 The effect of feeding amount on COD levels in the water

水体中COD含量的变化与悬浮物含量的变化规律几乎相同。水体中的COD主要来自残饵和鱼类的排泄物，而水体中微生物降解的贡献很少。排泄物和残饵中的COD分别与鱼类的排泄量(SP)、残饵量(SC)呈正相关关系。对于一个运行正常的稳定养殖系统，生物降解状态点不变， 悬浮物中COD所占的比例稳定，每天降解的COD和悬浮物中的COD所占的比例都可以视为常数。因此，COD可以表示为

COD=a·SP+b·SC-r，

(1)

式中：a、b分别为鱼类的排泄量(SP)、残饵量(SC)中COD所占的比例；r为每天降解的COD总量。

r对悬浮物含量(S)的影响很小，令

k=(a·SP+b·SC)/(SP+SC)，

则式(1)可以写为

COD=k(SP+SC)-r

=k·S-r≈k·S，

(2)

式(2)表明，COD与悬浮物呈线性关系，近似呈正比关系。因此，投饵量与COD的关系和投饵量与悬浮物的关系近似，具有相同的特征：第一，也存在3个阶段，第二阶段与第三阶段的转折点明显，本研究中称之为COD污染指示点，记为CZ；第二，试验结果和式(2)都表明CZ与SZ不仅性质相同，而且数值近似相等；第三，COD污染指示点CZ也具有相对稳定性。

2.4 投饵量对水体中氨氮含量的影响

氨氮(NH+4-N)也是水体污染的重要指标，主要来自鱼类的排泄物和蛋白质的生物氧化。养殖水体中氨氮含量的变化同样反映了水体中的残饵、排泄物和生物化学等一系列的降解过程。投饵量对水体中氨氮含量的影响结果见图5。

图5 投饵量对水体中氨氮含量的影响Fig.5 The effect of feeding amount and NH+4-N levels in the water

水体中氨氮含量的变化规律与COD含量的变化规律类似。从图5可见：氨氮的变化同样也存在3个阶段，第二阶段与第三阶段的转折点比较明显，记为氨氮污染指示点(NZ)，NZ也具有相对稳定的特点。NZ较CZ明显滞后，这是因有机物生物降解过程中不断释放氨氮的结果。

2.5 水体自净

水体自净试验时，将试验鱼移出，其它条件不变，试验共进行5 d。结果表明，3组水体自净的趋势基本相同，COD呈现下降趋势(图6)。COD在天然水体中的自净主要是水中好氧微生物的代谢降解，符合酶促反应规律。本试验结果与天然水体的自净规律一致。

3 污染生态模型

采用SPSS统计软件对试验进行回归分析，得出投饵量(T)与悬浮物含量(S)的回归方程：

S=-18.86+1.082T-0.0069T2+0.0002T3，

(3)

图6 水体自净过程中连续5 d COD含量的变化规律Fig.6 The changes in the COD levels for consecutive 5 days

式中：S为水体中悬浮物的含量(mg/L)；T为投饵量(mg/d)。

用同样方法可以得出投饵量与COD含量的回归方程：

COD=0.16+0.977T-0.055T2+0.00017T3。

(4)

COD自净符合水体自净规律，采用Street-Phelps模式[8]：

C=C0exp(-kt)，

取对数，则得到

lnC=lnC0-kt,

采用最小二乘法估值，得出：

C=113.4exp(-0.68t),

(5)

式中：C为基质COD含量(mg/L)；C0为基质起始COD含量(mg/L)；t为时间(d)。

4 结论

1)许氏平鲉养殖过程中存在一个最佳投饵量(本试验中的最佳投饵量Mp为160 mg/d),并在一定的生长期内相对稳定。投饵量小于Mp时，许氏平鲉的生长速度随投饵量的增加而增加；投饵量大于Mp时，即便再增加投饵量，鱼类的生长速度也并不能提高。

2)投饵量对水体中悬浮物、COD、氨氮含量的影响与投饵量对鱼体增重的影响具有高度的一致性；存在投饵过量指示点SZ、COD污染指示点CZ、氨氮污染指示点NZ。投饵量小于SZ、CZ、NZ时，水体中悬浮物、COD、氨氮的含量均随投饵量的增加而缓慢增加；反之迅速增加。Mp、SZ、CZ、NZ具有相关性，即Mp=KS×SZ，CZ=SZ，NZ>SZ。

投饵量与悬浮物含量的关系模型为

S=-18.86+1.082T-0.0069T2+0.0002T3。

投饵量与水体中COD的关系模型为

COD=0.16+0.977T-0.055T2+0.00017T3。

许氏平鲉养殖水体中COD的自净符合天然水体中COD的自净规律，自净模型为

C=113.4exp(-0.68t)。

参考文献：

[1] 王能贻．国内外工业化养鱼新技术[J].渔业现代化，2006(1)：9-12.

[2] 李大海，潘克厚，韩立民.我国海水养殖业的发展历程[J].中国渔业经济，2005(6)：11-13.

[3] 梁宁，潘伟斌.工厂化养殖循环水处理工艺探讨[J].水产科技情报，2004, 31(6):255-258.

[4] 张文香，王志敏，张志国.海水鱼类工厂化养殖的现状与发展趋势[J].水产科学，2005，24(5)：53-55.

[5] Sun L，Chen H，Huang L，et al. Effect of temperature on growth and energy budget of juvenile cobia[J].Aquaculture，2006，261：872-878.

[6] 唐启升，孙耀，张波.7种海洋鱼类的生物能量学模式[J].水产学报,2003,27(5)：443-449.

[7] 刘勇，孙耀.不同大小玉筋鱼摄食、生长和生态转换效率的比较[J].海洋湖沼通报，2005(1)：73-78.

[8] 马文林.封闭式循环流水养鱼系统水质循环过滤单元概述[J].渔业现代化，2004,32(4)：26-28.