河蟹养殖闷热天气指数

朱海涛+张旭晖+王欣欣+郭煜+周勍

摘要：选取能较好反映河蟹养殖闷热天气危害灾害特征的5个气象因子——气压、相对湿度、最高气温、最低气温、日照时数和风速，以此构建闷热天气指数模型以及灾害等级划分标准，系统分析江苏省十大河蟹主要养殖区闷热天气灾害发生规律和变化趋势，并根据计算结果对江苏省的闷热天气灾害进行分析评估。结果表明：河蟹的闷热天气影响主要是以高温、高湿以及低气压来影响水中的溶解氧含量，从而对河蟹活动、觅食和发育造成影响。江苏省闷热灾害时间有2个高值区，一个是南通的海安-如皋到启东一线，还有一个出现在淮安-金湖一线。江苏省的闷热天气灾害主要集中在7—8月，发生的程度主要是轻度和中度闷热。江苏省河蟹养殖区的闷热天气灾害主要表现为减少趋势，轻度和中度闷热天气呈递减趋势，重度闷热天气呈“L”形变化，苏州市吴中区闷热天气灾害随年际变化呈现递减趋势，南京市高淳区目前处于轻度和中度闷热灾害的高发阶段，需加强监测预警和防御工作。因此，江苏省闷热天气灾害的防御须有的放矢，气象部门要加强分区域、分时段、分等级的监测预警，力保全省河蟹的高产优质。

关键词：河蟹；江苏省；养殖；闷热天气；指数；气象因子；灾害等级；防御

中图分类号： S966.16文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）07-0159-06

近年来，河蟹因其具有独特的风味、营养和经济价值而越来越受到广大水产养殖者的青睐，其养殖规模逐渐扩大，江苏省是全国最大的河蟹产地，到2015年全省养殖面积达26.7万hm2左右。杜筱玲等认为，19世纪90年代以来，自然放养的河蟹养殖模式在很大程度上被人工养殖所取代[1]，人工养殖的河蟹整个生命历程可分为卵、蚤状幼体、大眼幼体、幼蟹、成蟹5个阶段[2]，每个生长阶段都受天气条件制约明显。近年来，国内外的许多学者对河蟹生长过程中气象条件影响开展了不同程度的研究，如江苏的张永强等利用对比试验分析得出，在育幼期和生长期合理调节、利用气象条件，可以降低河蟹死亡率、发病率，取得经济效益[3]；荆州的黄永平等通过开展试验，分析了养殖溶解氧含量与6 h变温、总辐射量、气压值、水温、空气相对湿度等要素之间的关系，为后续学者的氣象灾害指标研究奠定了坚实的基础[4]；何义进等通过对采用不同增氧方式的中华绒螯蟹养殖池塘夏季水质指标进行主成分分析，研究增氧方式及养殖时间对养殖水环境的作用，并对不同增氧方式进行综合评估，以找出合理有效的增氧方法[5]；上海的戴恒鑫等对河蟹生态养殖池塘不同水层溶解氧含量进行昼夜监测，实地监测分析了高温季节各种天气河蟹生态养殖池塘内因水草分布不同而导致的溶解氧的分布和变化，为生产中应用增氧设备提供一定的参考依据[6]；洪美玲等深入研究温度骤变在以中华绒螯蟹病害发生中的可能作用，将环境温度从20 ℃突然升高或下降，然后在不同时间取样分析，从免疫学的角度探讨不同的温度改变方式对中华绒螯蟹抗氧化能力的影响[7]。

根据江苏南京高淳固城湖和苏州吴中太湖河蟹养殖历史资料来看，夏季是河蟹生长发育的关键时期，江苏省的河蟹养殖主要灾害之一就是闷热天气，温度、气压、湿度的骤然变化使得河蟹生长环境发生突变，水体溶解氧减少，造成河蟹生理不适应、生长缓慢或直接死亡。本研究通过查阅水产方面的研究资料和江苏河蟹养殖历史观测资料、蟹塘水中自动站观测资料，结合江苏省养殖户的生产经验，总结出闷热天气影响河蟹生长的主要天气要素，从而确定河蟹闷热天气标准，建立闷热天气指数模型以及灾害等级划分标准，并根据计算结果对江苏省的闷热天气灾害进行分析评估。在实际生产中，根据闷热天气灾害的出现情况，结合未来的天气预报，对河蟹养殖的闷热天气灾害进行监测预警，以此指导养殖户科学应对闷热天气，减少或避免气象灾害的影响，从而提高经济效益。

1资料与方法

1.1试验设计

1.1.1试验方法采用正交设计，分区分期饲养的方法。

1.1.2试验品种中华绒螯蟹。

1.1.3试验地点高淳区地处南京南部，其西部为水网圩区，东部为丘陵山区，全境为固城湖、石臼湖和水阳江环抱，水资源丰富，是江苏中华绒螯蟹养殖的重点区域，因此选择代表高淳平均养殖水平和环境条件的江镇狮树渔场进行养殖试验。

1.1.4试验内容选择蟹塘2个，面积分别为1.67、2.93 hm2，排灌方便，最大水深1.3～1.5 m。2010—2013年每年的2月21日开始，隔10 d，分8期饲养，即2月21日、3月1日、3月11日、3月21日、4月1日、4月11日、4月21日、4月31日。放养规格为200只/kg的1龄幼蟹，放养量为 9万～12万只/hm2。在河蟹养殖塘中放养河虾、鳜鱼等，以观测水生动物的不良反应。整个养殖过程中投喂全价配合饲料、新鲜小杂鱼和冰鲜鱼、农家料（小麦、大豆、玉米等），投放量以池塘河蟹现存量、季节和天气情况而定。每天早、中、晚巡塘3次，记录水位、水质和河蟹摄食、活动、死伤等信息。

1.2资料来源

蟹塘水温和水质资料来自养殖塘中自动气象站自动观测收集；河蟹生长情况、伤亡率、产量等养殖情况资料来源于高淳区江镇狮树渔场的试验数据以及高淳区固城湖、吴中区河蟹养殖历史资料；历史气象数据来源于江苏省自动气象观测站观测数据。

2结果与分析

2.1指标确定

2.1.1闷热天气的气候特征我国定义日最低气温Tmin超过25 ℃为闷热天气，闷热天气昼夜温差小、湿度大、气压低，使人感到潮热和气闷，人称“桑拿天”。对于闷热指数，不同学者有不同的定义[8-12]，王迎春等将最低气温Tmin≥25 ℃定义为闷热天气[8]；王喜全等用干球温度和相对湿度定义温-湿指数[9]；另外，衡量闷热程度的指标还有热指数、炎热指数等，这些定义共同的特点是与气温和湿度有关。

2.1.2闷热天气指数确定方法研究表明，对于河蟹养殖来说，闷热天气带来的河蟹发生上岸、病害，甚至死亡[13-16]。因此，河蟹养殖的闷热天气危害程度主要受气压P、相对湿度RH、最高气温Tx最低气温Tn、日照时数S和风速V的综合影响，本研究设闷热天气指数为ITH，以气压影响指数IP，相对湿度影响指数IRH，温度影响指数IT，日照影响指数IS和风速影响指数IV来计算闷热天气指数ITH，则有：

采用线性模型来描述因子与对象之间的关系，则：

本研究通过设计隶属函数来构建1个0～1之间的无量纲的相对数，采用3级经验方法来构建闷热天气指数，有：

2.1.2.1气压影响指数IP何永坤等认为，气压水平直接影响空气中气体含量，气压越低，氧气含量减少幅度越大，空气溶解于水中的氧气越少[17]。水体中溶解氧含量也与大气压成正比，阴雨气压较低，会影响光照度，从而导致光合作用减弱，不仅使白天氧的输入量减少，还会造成大气中的氧在低气压情况下很难溶于水，而夜间水生动植物呼吸作用较气压高时对氧的消耗更大，因此水中溶解氧更少。黄永平等统计了不同气压下溶解氧平均含量，发现气压与溶解氧含量存在显著的正相关关系，相关系数达到0.868 4，即水中溶解氧含量随着气压的降低而减少[4]。

根据观测资料显示，2011年高淳河蟹6月27日进入第4次蜕壳，7月1日进入高峰，据气象数据显示，7月2—8日期间的日平均气压在1 000 hPa以下，观测河蟹的日平均死亡率高达67.5只/（d·hm2）。2012年6月8—11日，南京高淳天气闷热，据蟹塘水温自动站观测，蟹塘中水深在60 cm之内的温度超过30 ℃，7—10日平均气压均在1 004 hPa以下。由于气温偏高，气压偏低，天气闷热，蟹塘水质浑浊，水体环境差，有螃蟹上岸现象。因此，本研究确定日平均气压1 004、1 000 hPa 是闷热害发生和加重的气压临界值，代入（3）式，气压影响指数模型如下：

2.1.2.2相对湿度影响指数IRH黄永平等研究發现，逐时相对湿度与逐时溶解氧含量具有极显著的负相关性，通过 0.001 水平的显著性检验，相关系数达0.709 2[4]。闷热天气带来的高湿度一般对应阴雨期间或夜间，一方面使水体光合作用生氧机制减弱；另一方面阴雨天气易在水面形成轻雾，导致空气中氧密度减小，水体中溶解氧也随之减少，河蟹上岸多。据试验资料可得，2010年7月4—17日，高淳出现连续闷热、阴雨天气，相对湿度维持在85%以上，给河蟹生长带来了严重影响。因此，本研究确定相对湿度85%、95%是闷热害发生和加重的相对湿度临界值，代入（4）式，相对湿度影响指数模型如下：

2.1.2.3温度影响指数IT根据高淳固城湖的逐日资料统计，蟹塘中水下0.6 m、底部日平均水温T水与日最高气温Tmax呈正相关，且通过0.001水平显著性检验。而根据黄永平等的研究成果[4]，日平均溶解氧含量与日平均水温呈现显著的负相关，水温与溶解氧含量的相关系数达0.683 9。水温较高时，溶解氧含量受水体环境的影响更大。

据调研，螃蟹的成蟹阶段也就是最后一次蜕壳，又为生殖蜕壳，是最终形成大蟹和产量的关键性时期[18]。张永强等的试验结果表明，成蟹最适宜的生长气温为19～28 ℃，当气温升至25～26 ℃时，螃蟹活动和觅食频繁，脱壳时间缩短2～3 d，当温度升到30 ℃时，螃蟹退入深水或阴暗处，少动，觅食没有规律，气温超过32 ℃，开始出现死亡[3]。而这次蜕壳生长期，恰好在7、8月，此段时期闷热天气常有发生，闷热天气往往最高气温不高，最低气温却不低，高温在30～35 ℃之间都有可能，而低温往往在25 ℃以上，对河蟹的生长发育造成影响，诱发疾病，增加死亡率。因此，本研究确定日平均气温30 ℃是闷热害发生和加重的温度临界值，代入公式（5），得：

2.1.2.4光照影响指数IS水生植物的光合作用是水体中溶解氧的主要来源，因此光照时数和光照度是影响水体中溶解氧的主要气象因素之一。范永祥的水产养殖试验结果显示，晴天白天养殖水体中的溶解氧含量比阴雨天偏高2～5 mg/L，夜间偏高0.5～2.5 mg/L[19]。闷热阴雨天气的日照时数越短，水生生物的光合作用越弱，溶解氧日平均含量越低，研究表明，出现2 d以上连阴天气，河蟹少动，出现4 d以上连阴天气，河蟹基本不动，脱壳时间延长，甚至诱发狂抓病。因此，本研究确定日照影响指数IS模型如下：

2.1.2.5风速影响指数IV有研究表明，水体中溶解氧在一定程度下，风力越大，空气中的氧气扩散进入水体中的速度越快，因此适宜的风速能加强空气的流动，便于新鲜空气的注入，对河蟹活动有益处。然而，闷热天气往往伴随着少风多雨，空气流动慢，蟹塘水质浑浊，对河蟹生长不利。因此，本研究确定风速影响指数IV模型如下：

2.1.2.6闷热天气指数综合各要素影响特点，基于层次分析法和专家打分法，本研究考虑闷热天气对河蟹影响突出的是气压P、相对湿度RH和平均气温T，最终给出权重系数 0.3，而日照时数S和风速V的影响较弱，给出影响权重 0.05，得：

2.1.2.7闷热天气等级划分根据上述分析，本研究确定Tx≥28 ℃、RH>80、P<1 010以及闷热指数ITH≥0.1为闷热天气，在此基础上根据式（13）计算出河蟹闷热天气指数，灾害等级划分标准见表1。表1河蟹日闷热天气灾害等级划分标准

等级ITH值闷热天气的特征轻度满足闷热天气条件且ITH<0.4日平均气压在1 010 hPa以下，相对湿度在0～80%之间，日最高气温28 ℃以上，河蟹因闷热天气厌食拒食，上岸，白天爬坡，上岸不下水，对外界刺激反应迟钝，步足无力，自身免疫能力减弱，开始出现病害中度满足闷热天气条件且0.4≤ITH≤0.65日平均气压在1 004～1 000 hPa之间，相对湿度在85%～95%之间，日最低气温25 ℃以上，日最高气温30 ℃以上，日照时数在3～6 h之间，风速在1.5～2.5 m/s之间，部分水草腐烂，水质浑浊，水体溶解氧也随之减少，河蟹上岸多，并出现脱壳缓慢，连续性脱壳，脱壳不遂，相互残杀，抵抗力下降的情况重度满足闷热天气条件且ITH>0.65日平均气压在1 000 hPa以下，相对湿度95%以上，日最低气温25 ℃以上，日最高气温32 ℃以上，日照时数在3 h以下，风速在1.5 m/s以下，天气闷热不堪，高温高湿低气压，空气中氧密度减小，水生生物的光合作用也减弱，溶解氧日平均含量降低，河蟹基本进入休眠状态，摄食停止，易发生病害而成批死亡

2.2江苏省河蟹主要养殖区闷热天气特征分析

闷热时间出现最多的是金湖地区，最少的是高淳地区，轻度闷热出现时间最多是盐城地区，中度和重度闷热出现时间最多是金湖地区；吴中的闷热天气中轻度闷热出现频率最高，高淳闷热时间虽然最少，但是其中的中度和重度闷热出现频率却高，仅次于泗洪。

江苏省共有十大河蟹养殖区（表2），这十大养殖区出现闷热天气的平均时间为1 938 d，轻度闷热灾害出现频率达54%，共1 048 d，出现中度闷热灾害的时间是706 d，出现重度闷热灾害频率为9.5%，有184 d。其中闷热时间出现最多的是金湖地区，轻度闷热出现时间最多的是盐城地区，中度和重度闷热出现时间最多的是金湖地区。重点分析吴中和高淳地区，1961—2015年间，吴中区共出现闷热天气1 835 d，其中出现比率最高的是轻度闷热，有1 098 d占总体的59.8%；高淳出现闷热天气的时间为1 619 d，其中中度闷热占39%、重度闷热占13.4%，在十大养殖区中出现频率仅次于泗洪区。

2.3闷热天气灾害5—9月分布特征

由图1可以看出，吴中闷热天气灾害主要集中在7—8月，平均出现时间在11～14 d/年之间，其中轻度闷热出现最多，为6～9 d/年，中度闷热天气出现4 d/年左右；6月闷热天气也频有发生，平均出现时间为4.4 d/年左右。

由图2可以看出，高淳闷热天气灾害主要集中在7—8月，平均出现时间在9～11 d/年之间，其中7月中度闷热出现最多，为4.5 d/年；8月轻度闷热出现最多；6月闷热天气也偶有发生，平均出现时间为5 d/年，轻度和中度闷热天气出现的时间均超过2 d/年。高淳的重度闷热出现时间最多的是在7月，为2 d/年左右。

由图3可以看出，在江苏省的主要河蟹养殖区闷热天气灾害主要集中在7—8月，平均出现时间在12～14 d/年之间，其中轻度闷热出现概率最高，1年中有7～8 d，中度闷热出现3～4 d，重度闷热出现1～2 d；闷热天气出现最少的月份是5月，1年出现不足1 d，其次6、9月，1年当中出现时间仅为 2～3 d，其中轻度闷热出现2 d左右，中度悶热在0.7～1.3 d之间，重度天气出现的时间更少，远不足1 d。

根据上述分析，每年的7—8月是须要重点防范闷热天气，闷热天气发生的程度主要是轻度和中度闷热。7月，高淳的中度闷热天气出现时间多于轻度，且其重度闷热天气出现时间多于全省主要养殖区的平均值；8月，吴中的轻度闷热天气出现时间也多于全省主要养殖区的平均值，因此须更重视闷热天气对高淳、吴中河蟹安全生产的影响。

2.4闷热天气灾害年际变化特征

由图4可知，从线性趋势和6次多项式趋势曲线看（通过0.01信度检验），吴中区闷热天气灾害随年际变化呈递减趋势，总体趋势以轻度为主，中度次之，重度最少。吴中区闷热天气出现最少的为2004—2010年间，仅出现42 d闷热天气，其中轻度闷热18 d，中度闷热15 d，重度为9 d；但2011年开始闷热天气有所增多，仅2011—2012年2年闷热天气出现时间达55 d，2012年重度闷热出现时间有9 d，仅次于吴中区的最高纪录11 d，排第二。

由图5可知，从多项式趋势曲线看（通过0.01信度检验），高淳区闷热天气灾害出现时间变化趋势比较复杂，轻度和中度闷热天气呈“W”形波动，中度和重度闷热天气呈“M”形波动。高淳轻度和中度闷热灾害经历了3个相对高峰期，其中第一、第三高发期同期，为19世纪60年代前期和2014年至今，第二高发期略有不同，轻度闷热灾害发生在19世纪80年代中后期至90年代前期，而中度发生在19世纪70年代中后期至80年代前期，且第二高发期持续时间和发生时间均高于第一高发期，目前处于第三高发阶段。重度闷热天气灾害有2个高发阶段，分别是19世纪70年代前期和20世纪中期。高淳区目前处于轻度和中度闷热灾害的高发阶段，须加强监测预警和防御工作。

由图6可知，从多项式趋势曲线看（通过0.01信度检验），江苏省河蟹养殖区的闷热天气灾害主要表现为减少趋势，轻度和中度闷热天气呈递减趋势，重度闷热天气呈“L”形变化，经历了19世纪60年代初期的一个相对高峰期后，年际变化小，基本在3～5次间波动。

2.5江苏省闷热天气灾害空间分布特征

全省闷热天气灾害地区分布不同（图7），全省闷热灾害时间有2个高值区，一个是南通的海安-如皋到启东一线，平均出现40～43 d/年，还有一个出现在淮安-金湖一线，平均出现时间在40 d/年以上。

重度闷热天气灾害全省出现时间均不是特别多，各地平均年发生时间为4 d，全省总体分布呈现西多东少，主要集中在淮河以北的西北角，其中徐州大部分、连云港东海地区重度闷热天气年均出现时间都在7～8d，重度闷热天气出现比较少的是东部沿海一线，其中连云港和苏州的大部分年均出现时间都在3 d以内。

中度闷热天气灾害全省总体呈现西北多、东北少，出现时间最多的集中在淮北西部，年均发生时间都在15 d以上，第二高发区为丹阳和常州的部分地区，年均发生时间在14 d以上，出现最少的苏北沿海的背部地区，主要为连云港和盐城的滨海地区，年均发生时间都在10 d以内。

轻度闷热天气灾害全省分布呈东南向西北减少，发生时间最多的集中在南通和苏州的大部分，年均发生时间都在 20 d 以上，从21～26 d不等，轻度闷热天气灾害发生时间最少的集中在徐州的西北角，年均发生时间不足10 d。

3结论与讨论

闷热天气通过破坏河蟹生长的水环境，从而影响河蟹的品质和产量，为了探明江苏省河蟹生长中闷热天气带来的影响程度和分布情况，本研究以吴中、高淳提供的蟹塘资料、河蟹生长数据以及江苏省自动气象观测站的历史气象数据为基础，构建一个闷热天气灾害指数，从而确定闷热天气的灾害等级，并根据计算结果分析江苏省河蟹主要养殖区以及2个试验点高淳、吴中的闷热天气发生的时间和空间分布特征：（1）河蟹的闷热天气影响主要是以高温、高湿以及低气压来影响水中的溶解氧含量，从而对河蟹活动、觅食和发育造成影响。水体溶解氧含量也与大气压成正比，气压越低，水中溶解氧就越少；逐时相对湿度与逐时溶解氧含量具有极显著的负相关性，闷热天气带来的高湿度导致空气中氧密度减小，水体溶解氧含量也随之减少，河蟹上岸多；日平均溶解氧含量与日平均水温呈现显著负相关，河蟹最适宜的生长气温为19～28 ℃，超过30 ℃时，河蟹少动，觅食没有规律；闷热阴雨天气，日照时数越短，水生生物的光合作用越弱，溶解氧日平均含量越低；在水体中含有一定量的溶解氧情况下，风力越大，空气中的氧气扩散进入水体中的速度越快，对河蟹活动有益处。因此，本研究选用气压影响指数IP、相对湿度影响指数IRH、温度影响指数IT、日照影响指数IS和风速影响指数IV构建闷热天气指数，确定闷热灾害等级。（2）吴中为太湖区域的代表，其闷热天气出现时间少，且出现的闷热天以轻度闷热影响为主，作为全国知名品牌“阳澄湖”河蟹的养殖区，这有利于河蟹产量和品质的提高。江苏省闷热灾害时间有2个高值区，一个是南通的海安-如皋到启东一线，平均出现40～43 d/年，还有一个出现在淮安-金湖一线，平均出现时间在40 d/年以上；高淳的闷热天气出现时间虽不多，但其中度和重度闷热天气出现时间频率高。金湖和高淳作为全国知名品牌“金湖”和“固城湖”螃蟹的主要养殖区，闷热天气影响程度也较重，因此要加强对闷热天气灾害的研究和防御。（3）江苏省的闷热天气灾害主要集中在7—8月，6月次之，5、9月偶有发生，闷热天气发生的程度主要是轻度和中度闷热，重度较少。近55年来，江苏省河蟹养殖区的闷热天气灾害主要表现为减少趋势，轻度和中度闷热天气呈递减趋势，重度闷热天气呈“L”形变化，经历了19世纪60年代初期的一个相对高峰期后，年际变化小，基本在3～5次间波动。吴中区闷热天气灾害随年际变化呈现递减趋势，总体趋势以轻度为主，中度次之，重度最少。高淳区闷热天气灾害出现时间变化趋势比较复杂，轻度和中度闷热天气呈“W”形波动，中度和重度闷热天气呈“M”形波动。从变化趋势来看，高淳区目前处于轻度和中度闷热灾害的高发阶段，须加强监测预警和防御工作。因此，江苏省闷热天气灾害的防御须有的放矢，气象部门要加强分区域、分时段、分等级的监测预警，养殖部门要坚持收听气象预报信息，并采取调节水体溶解氧含量、调整河蟹摄食量、放养密度等手段来减轻影响，保障河蟹养殖的高产优质。

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