总溶解气体过饱和对达氏鲟急性致死效应

宋明江，刘 亚，龚 全，刘晓庆，陈叶雨，赖见生

(1.四川省农业科学院水产研究所，成都 611731； 2.西华大学能源与动力工程学院， 成都 610039)

水利工程的建设有利于水资源的综合利用和水能的开发，在防洪灌溉发电等方面发挥着显著的作用[1]。但是大量建设高坝所带来的生态问题越来越受到人们的关注。高坝建成后，改变河流的水流状态、水温、水质、底质等条件，对下游鱼类的生存造成较大影响[2-3]。汛期影响尤为突出，由于高坝泄洪将大量的空气卷入水流中，使下游河道中总溶解气体(total dissolved gas，TDG)过饱和，威胁着下游鱼类的生存[4-5]。

达氏鲟(Acipenserdabryanus)为我国珍稀特有鱼种，主要分布在长江上游干流及金沙江下游[6-7]，由于我国水利工程的建设、水体污染、过度捕捞等原因，达氏鲟的资源急剧下降[8-9]。在长江上游16种特有鱼类的优先保护顺序中达氏鲟已属于一级急切保护的特有鱼类[10]。目前已开展齐口裂腹鱼[11]、岩原鲤[12-15]、长薄鳅[16-17]在TDG过饱和水体胁迫下的耐受性研究，却未见关于达氏鲟的研究报道。因此，开展达氏鲟在TDG 过饱和水体中的耐受性研究，有助于评价TDG过饱和对不同鱼类的影响，为大坝下游生态保护措施的制定提供参考。

1 实验材料与方法

1.1 实验用鱼

实验鱼来源于四川农业科学院水产研究所，为健康的4月龄幼鱼，平均体重为(7.6±0.8)g，平均体长为(13.4±1.3)cm。实验前，将实验鱼驯养在暴气的水箱中适应环境，此期间不喂食，驯养水池保持微流水(约2.5 cm/s)，溶解氧(DO)和水温分别为6～8 mg/L、22～24 ℃。

1.2 实验系统及设备

实验系统采用张亦然等[11]的总溶解气体过饱和对鱼类影响研究装置。利用水泵和空压机分别将清水和空气输送至压力钢管，在高速水流和压力作用下，使两者在钢管中充分混合，形成较高饱和度的TDG过饱和水体。将清水和高饱和度的TDG过饱和水体分别导入不同的两个大水箱，通过调节水箱上的阀门控制高饱和度的TDG过饱和水体和清水的流量，将其掺混获得具有不同饱和度的TDG过饱和水体，并输送至不同的实验水槽(长×宽×高=1 m×0.6 m×0.5 m)进而得到实验所需的实验工况。实验设备还包括手持水质仪、浊度仪(HYDROAB DS5)、温度计、溶氧仪(哈希HQ30D)、电子天平( FA1004)等。

1.3 实验方法

根据国内对高坝下游TDG过饱和原型观测数据表明，在汛期多数河流TDG饱和度在120%～145%[18]，基于此，本次实验共设置125%、130%、135%、140% 4个饱和度工况，以清水组作为对照组。实验系统启动后待各实验水箱中水体TDG饱和度值保持稳定随即开始实验，水体温度和溶解氧分别维持在23 ℃和8 mg/L左右。从驯养的水箱中挑选健康状况良好，体型规格相差不大的达氏鲟进行实验，每个实验组设置一个实验水箱，每个水箱中放置30尾实验鱼，并设置2个平行样。实验开始后，持续观察各组实验鱼的活动情况，若出现实验鱼死亡，及时捞出并记录死亡时间，待所有实验组内实验鱼全部死亡则实验结束。此外，整个实验过程，TDG饱和度、溶解氧、温度等参数每隔20 min监测一次，直至实验结束。

1.4 数据分析

本次实验采用半致死时间来衡量不同饱和度的过饱和TDG对达氏鲟的影响程度。半致死时间[19]是指在某一特定的毒物浓度下，使受暴露动物出现一半死亡所需要的时间，用LT50表示。实验结束后，根据已记录的各组实验鱼的死亡信息，计算实验鱼在不同时间下的死亡率，并采用概率单位法[20]计算不同饱和度下的半致死时间。将不同时间内实验鱼死亡率换算成概率单位，其对应关系如表1所示(即第一行与第一列数字组合的死亡率所对应的概率单位为其行列交叉处的数值，如死亡率为55%时，其概率单位为第六行与第六列交叉处的数值5.13)，以该概率单位为因变量，暴露时间的对数为自变量，建立回归方程，见式(1)。然后根据式(1)反算出实验鱼在不同TDG过饱和水体中的半致死时间。

表1 死亡率与概率单位转换关系Tab.1 Transformation between mortality and probability unit

P(C)=R(ce)×lgT+J(ce)

(1)

式中：P(C)—不同死亡率对应的概率单位；T—每尾实验鱼苗的死亡时间，h；R(ce)—斜率；J(ce)—截距；ce—不同实验组的TDG饱和度值，%。

2 实验结果

2.1 实验的表现

实验开始时，大部分鱼聚集在水箱底部和边缘，少部分鱼在水箱中上下来回游动，并不时把头部伸出水面。在实验进行约20 min后，在TDG饱和度为140%实验水箱中实验鱼最先出现了异常反应，部分实验鱼开始水箱表面游动，呼吸急促，其游泳速度和摆尾频率明显加快。约10 min后，实验鱼体表出现气泡、探头现象明显。随着实验的进行，实验鱼腹部膨胀较明显，身体变得弯曲，游动变缓，游泳能力明显减弱，大都在水体上层活动，腹部朝上浮于水面，身体开始失去平衡最后死亡漂浮于水面。死亡的鱼体表面呈灰白色，体表粘滑，鱼嘴张开，在鱼口两侧和腮盖周围可以看到附着有气泡；部分鱼会出现头部充血，鱼口四周红肿的现象。通过显微镜观察，鱼鳃、背鳍、胸鳍、腹鳍等均发现有气泡(图1)。在整个实验过程中，清水对照组实验鱼无异常现象，活动正常。

图1 显微镜下的气泡病症状Fig.1 Symptoms of gas bubble disease observed in A.dabryanus

2.2 死亡率与暴露时间的关系

图2显示了达氏鲟暴露在TDG饱和度为140%、135%、130%和125%水体中暴露时间与死亡率的关系，死亡率随着暴露时间的延长而增加，在相同暴露时间下，TDG饱和度越高，死亡率也越高。在高饱和度(TDG饱和度≥130%)实验水体中，实验鱼在短时间内快速死亡，140%、135%和130%实验组中实验鱼的死亡时间分别为3.5、4.5和5 h。而在TDG饱和度为125%的水体中实验鱼则存活了较长时间，暴露8 h后实验鱼死亡率达到100%。在清水对照组中实验鱼无死亡现象。

图2 暴露时间和死亡率的关系Fig.2 Relationship between death rate and exposure time

表2显示了达氏鲟在不同TDG饱和度下的半致死时间。在TDG饱和度为125%、130%、135%和140%水体中，达氏鲟的半致死时间分别为4.4、2.54、2.36、2.23 h。说明TDG饱和度越高，达氏鲟半致死时间越短，鱼的存活时间越短。

表2 不同TDG饱和度下达氏鲟的半致死时间Tab.2 LT50 of Acipenser dabryanus in different TDG levels

3 讨论

通常情况下，鱼类患气泡病而出现死亡是由于TDG过饱和水体中微小气泡进入鱼体，导致密度相对减少，鱼体漂浮于水面之上，气体进入血管后形成栓塞致鱼死亡[21]。本研究发现，达氏鲟幼鱼受TDG过饱和气体胁迫后，首先表现为腹部膨胀，然后头部出现充血并伴随口部四周红肿。究其原因可能是水中的气泡进入血液的循环系统后，血红蛋白仅吸收利用氧气，其余的气体会进入腹腔堆积，而使整个肠道充满气泡，这与Knittel等[21]在虹鳟上的研究结果相似。

关于TDG过饱和对鱼类的影响，张辉等[9]将四种鱼类(大鳞亚口鱼、长鼻鲟、大白鱼、白斑鱼)暴露于水深为0.26 m的不同浓度的TDG过饱和水体中，证实了不同鱼类对TDG过饱和的耐受性不同。达氏鲟、胭脂鱼、岩原鲤分布于长江上游，均是长江上游优先保护物种，但三种鱼类对TDG过饱和水体的耐受性不同。在TDG饱和度从125%升高至130%时，岩原鲤、胭脂鱼和达氏鲟的半致死时间都有明显减少，分别减少约46%，40%和42%。TDG饱和度在130%～140%之间时，达氏鲟的半致死时间变化幅度在0.3 h左右，说明TDG饱和度超过一定的浓度时，达氏鲟的半致死时间会明显的减少，而继续增大TDG饱和度后，半致死时间变化的范围不大。这是因为较高的过饱和TDG已严重破坏鱼体机能，它们不能通过自身的调节来有效减弱TDG过饱和水体的伤害，进而在短时间内快速死亡。达氏鲟与其他鱼类(如岩原鲤、胭脂鱼)相比，更易受到TDG过饱和水体的伤害，表现出较弱的耐受性。

表3 不同鱼种在各TDG饱和度下的半致死时间Tab.3 LT50 of different species in TDG supersaturated water with different levels

达氏鲟分布于长江流域，而流域内三峡、二滩等高坝工程导致下游河段具有较高TDG饱和度(120%～145%)[14]，达氏鲟会不可避免的受到TDG过饱和水体的影响。达氏鲟是国家一级保护动物，因其对TDG的耐受力较低，因而在水电开发、运行等方面，应该重点对其进行保护。