池塘养殖换水目的和水质状态对换水频率的影响

丁惠明，沈彩娟，陈 雯，3，何 捷，3，梁 爽，张俊彪，3，蔡春芳，3② （.苏州市阳澄湖国家现代农业示范区发展有限公司苏州大学研究生工作站，江苏 苏州 2500；2.常熟市水产技术推广站，江苏 常熟 25500；3.苏州大学医学部基础医学与生物科学学院，江苏 苏州 2523；.苏州大学图书馆，江苏 苏州 25000）

良好的水质是水产动物生长和保持健康的前提。在池塘集约化养殖条件下，由于养殖动物呼吸耗氧、残饵、排泄物和代谢产物的影响，常使水体缺氧，氨氮（NH4+-N）等有害物质升高，从而影响养殖动物的生长与健康，甚至死亡[1-2]。换水可以迅速、有效地改善水质[3]。为了保障养殖动物的正常生长和健康，换水被视为水产养殖生产管理的重要工作内容，并被写入相关的技术规范[4]。

由于水质监测设备尚未普及应用，养殖者主要依赖于经验作出换水决策。常规鱼类养殖密度高，饲料投喂量大，因而水质普遍较差[5]，甚至会因缺氧而导致浮头、死亡[6]。养殖者通过观察水色、天气等影响水质的因素[6-7]作出换水决策。中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）养殖池塘栽种有水草，由于水草的光合作用和对水质的净化作用[8-9]，加之养殖动物密度小，使水体溶氧（DO）较高，NH4+-N等有害物质水平较低[5]，但不少养蟹池塘的换水量并不低[10]，提示部分换水作业可能没有客观必要性。

随着我国水体富营养化日趋严重，水产养殖污染被不断诟病，大排大放的养殖管理方式不符合可持续发展的要求。笔者首次探讨了养殖者决定换水的目的和实际水质状态与换水作业频率（FWE）的相关性，旨在解析降低池塘养殖换水强度的潜在途径。这项初探性工作对未来养殖池塘换水管理具有一定的参考意义，对开展后续相关研究也有一定的启发作用。

1 研究方法

以中华绒螯蟹养殖池塘为对象进行换水目的对FWE的影响研究。养蟹池塘各种水产动物的生物量在 300 kg·（667 m2）-1以下，池塘内约 60% 的面积栽种有伊乐藻等沉水植物，其换水高峰一般始于6月末。于2015—2018年7—8月间在江苏盐城、泰州、南京、淮安、无锡、苏州等地实地走访，调查62位养殖者，调查内容包括增氧机配置情况和开机时长、近期换水首要目的及FWE、每次换水量等，获得有效数据57个（有5位未说明换水目的和频率）。将FWE和增氧机开机时长分为3个等级，如表1所示。采用单因子方差分析和Tukey's多重比较法分析不同换水目的间FWE及增氧机使用强度的差异显著性，并用皮尔逊相关性分析法分析FWE和增氧机使用强度间的相关性，分析软件为SPSS 19.0。

表1 养蟹池塘换水频率（FWE）与增氧机开机强度分级Table 1 Classification of the frequency of water exchange(FWE)and artificial aeration

于2010—2018年在苏州市及盐城市监测养鱼池塘水质，调查塘口管理概况及监测月份的FWE和换水量。所调查池塘以养殖草鱼、鲫鱼和青鱼为主，载鱼量在 1～3 t·（667 m2）-1，未有病害等异常情况发生。水样用有机玻璃采水器在水面下50 cm处采集[11]。调查的参数包括：DO浓度、pH值、TN浓度、NH4+-N浓度、TP浓度、PO43--P浓度、CODMn、叶绿素a（Chl-a）浓度、FWE等。DO浓度采用便携式溶氧仪（哈纳HI 9146，意大利）现场测定；pH值采用便携式pH计（雷磁BJ-260，上海）现场测定；Chl-a浓度水样用w=1%MgCO3固定，乙醇萃取法测定[12]；用于其余参数分析的水样均用H2SO4固定，参照文献[11]测定。所有的水样带回实验室后于4℃条件下保存，3 d内测定完毕。共获得有明确换水信息（包括不换水）的64个池塘水质监测记录111个。为了比较换水的季节差异并减少水温的日变化引起的误差，将水温划为低温期（1—3月）、中温期（4—6月及9—11月）和高温期（6—8月）3个等级。

2 结果与讨论

2.1 换水目的对FWE的影响

根据调查结果，养殖者作出换水决策的目的可分为以下5类情形：补偿蒸发（无排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和水质改善，每种换水目的的具体特征见表2。在57位养殖者中有27位声称只注水不排水（即补偿蒸发），占比最高，达47%（表3）。这部分池塘中水草均长势茂盛，水质原位净化能力强，因而不需换水。其中部分池塘没有地表水水源，依靠地下水和雨水补偿蒸发。这一结果提示通过提高生产管理水平，实现中华绒螯蟹养殖期零 排放是完全可能的。

表2 池塘养蟹换水目的分类Table 2 Classification of water exchange purpose in pond crab aquaculture

表3 蟹塘换水目的对换水频率（FWE）的影响Table 3 The effect of water exchange purpose on water exchange frequency

有9位养殖者声称换水主要是为了防止缺氧浮头，占16%。这部分养殖者注重养殖成本控制，较少使用增氧机，意在通过频繁地换水提高DO浓度。调查中发现缺氧是由水草管理不当引起的，个别池塘上午08：00时ρ（DO）低至0.3 mg·L-1，晴天的午后ρ（DO）低于2 mg·L-1，但在这9位养殖者中有5位的池塘早晨ρ（DO）＞6 mg·L-1，并不缺氧。

有6位养殖者（占比11%）将换水作为日常管理工作内容。他们相信“换换水总归有好处的”，然而从其蟹塘的水质（DO浓度、透明度、NH4+-N浓度）看，不比水源水质差，无需换水。因此帮助养殖者更新观念也将有利于减少FWE。

另有6位养殖者（占11%）声称平时“基本不换水”，近期出于病害防控的需要换水。其中部分是因为施用了防病、杀鱼、消毒的药物，担心药物残留的影响而换水。调查中发现，施用的药物中有一部分在防病、治病的原理和疗效方面没有依据，疑似以讹传讹。这一现象提示，规范药物使用也将有利于降低养蟹池塘的FWE。

水草具有净化水质的作用[8-9]，因此蟹塘水草长势对FWE具有较大的影响。调查中发现有9位蟹农（占16%）的塘口由于水草管理不当，过早衰败，引起水质恶化，藻华滋生，只能依赖大量换水来改善水质。这部分养殖者生产管理（水草养护）水平提高后也有望降低FWE。

换水目的不同，FWE显著不同。当换水目的是为了防止缺氧和改善水质时FWE显著高于其他3种情况（P＜0.05）。因此，要降低换水需要，重点应准确评估和改善池塘DO浓度，还应加强池塘生态调控（水草管理），以避免水质恶化。

将FWE和增氧机使用强度间进行皮尔逊相关性分析，相关系数r=-0.177（P＜0.1），呈负相关关系，表明加强人工增氧可降低换水需要。

2.2 水质状态对换水决策的影响

对大多数常规鱼类养殖者而言，池塘水质状态是其作出换水决策的重要依据。他们常根据水色、天气等判断水质状况。由表4可知，不同池塘间水质差异很大，与高月香等[13]的调研结果一致。放养密度和管理模式相似的2个池塘，其中一口池塘5月份时 ρ（TN）、ρ（NH4+-N）、ρ（TP）、ρ（PO43--P）和CODMn分别为 7.57、0.98、0.58、0.43 和 25.98 mg·L-1，另一口池塘则分别为2.54、0.40、0.16、0.06和12.28 mg·L-1，前者各项指标是后者的2倍多，说明池塘原位生态调控大有潜力可挖。但如何定向操控还有赖于进一步研究，目前已有许多调水产品在使用中效果良好[14]。池塘水质调控有望成为降低换水量和养殖污染排放量的重要途径。

鱼池每次换水量在5%～20%范围内，FWE从每月0次（未计补水）到15次，平均为（0.96±2.56）次·月-1（表4）。FWE与水质指标的相关系数见表5。DO浓度与FWE呈显著负相关（P＜0.001），再一次表明可通过人工增氧降低换水需求。FWE与水温呈极显著正相关（P＜0.001），水温越高，FWE 越高（表5）。

由表5可知，pH值与FWE呈极显著负相关（P＜0.001）。水产养殖过程中投入品以及鱼类代谢产物往往使水体呈酸性，但由于微藻的存在，其光合作用消耗大量CO2，使水体pH值上升[15]，可以说水体pH值一定程度上是微藻活力的反映。微藻光合作用时不仅消耗CO，还吸收水体营养盐，使2-P、TP浓度下降[16]，并产生氧气[15]。这可能是pH值与FWE呈显著负相关的原因所在。在2017年5月的调研中笔者注意到，有2口养殖青鱼的池塘由于除草剂的渗入，微藻难以生长，pH＜7.0，DO浓度较低，TN、NH4+-N、PO43--P、TP浓度都非常高，而没有除草剂渗入的相邻池塘pH=8.9，营养盐浓度较低。这个案例也佐证了微藻的光合作用在水质调节中的重要意义。

表4 养鱼池塘水质概况Table 4 Water quality status of investigated fish ponds

表5 换水频率（FWE）与水质指标的相关系数Table 5 Correlation coefficients between the frequency of water exchange and the parameters of water quality

Chl-a是微藻生物量的反映。虽然pH值与FWE呈显著负相关，但Chl-a浓度与FWE相关性不显著（r=-0.011，P=0.908，表5）。由于微藻在适当条件下一天内可数倍增长[17-20]，且有昼夜垂直迁移现象[21]，因此瞬时监测值的代表性较差。此外，鱼塘中ρ（Chl-a）平均值达（133±12）µg·L-1（表4），较高的本底值也会削弱其浓度变化对水质影响的幅度。后续研究中在监测池塘Chl-a浓度时，应充分考虑其时空变化特点。值得一提的是，尽管池塘水体营养水平较高，Chl-a浓度也高，但由Chl-a浓度与FWE间的负相关关系可以推测鱼塘内藻华很少发生，不是驱动换水的主要原因。

由表5还可见，NH4+-N、TP、PO43--P浓度与FWE都极显著相关（P＜0.001），这意味着不仅在更换等量的水时排出的营养性污染物多，还由于FWE高而进一步提高营养性污染物排放量。因此，采取措施降低鱼塘营养盐水平是削减养殖污染排放量的重要途径。除了前述利用微藻、调水产品等可对水体营养盐水平进行定向调控外，降低氮、磷输入量也是选项之一。饲料是养鱼池塘氮、磷的主要来源，占总输入的90%以上[5]。我国应参照国际上先进的水产管理经验，将氮、磷和饲料系数纳入饲料限量标准，控制饲料氮、磷含量，提高饲料氮、磷利用效率，从而减少FWE。此外，饲料投入量也与养殖动物密度有关，而降低养殖密度不仅可以改善水质，还可以改善养殖动物福利和产品品质，同时还有利于解决当今卖鱼难、价格低的问题。

2.3 降低FWE的途径

从养殖者实施换水作业的目的来看，部分换水作业并非客观需要。至少11位养蟹者（5位声称换水目的是防止缺氧但事实上不缺氧的，以及6位把换水当作日常管理工作内容的）的换水作业（有排水）并非客观需要，占调查人数的19%。从水质状态来看，虽然鱼塘DO浓度、pH值、N-N、TPP浓度都与FWE显著相关，但DO浓度[22-24]和NH4+-N浓度[25-27]才是影响养殖动物生长与健康的水质指标。DO浓度可通过人工增氧得到改善。氨是鱼类尿中主要成分，虽然有研究结果表明ρ（NH4+-N）＜1 mg·L-1即可引起养殖动物氧化应激或影响生长[25-27]，但 ZHAO 等[28]将 草 鱼（Ctenopharyngodon idellus）幼鱼置于ρ（NH4+-N）分别为0、0.5、2.0、4.5、9.0 和 18.0 mg·L-1的水体 80 d，发现 ρ（NH4+-N）为0.5和2.0 mg·L-1时草鱼特定增长率反而高于0 mg·L-1时。JIA 等[29]将大菱鲆（Scophthalmus maximus）暴露于ρ（NH4+-N）为0（对照）、1、5、20和40 mg·L-1的水体96 h，发现只在高浓度（ρ为20和40 mg·L-1）时才引起氧化应激。而该研究监测结果显示，常规鱼类养殖池的ρ（NH4+-N）为（1.0±1.0）mg·L-1，胁迫效应较小。事实上调查中也发现有些不换水的常规鱼类养殖池塘的产量并不低。

3 结论

（1）从养殖者角度分析，换水目的可分为补偿蒸发（无排水）、防止缺氧、日常管理、病害防控和改善水质5类，占比分别为47%、16%、11%、11%和16%。其中19%的养殖者其换水作业（有排水）与水质状态无关。换水目的不同，FWE显著不同，当换水目的是为了防止缺氧和改善水质时FWE显著高于其他3种情况（P＜0.05）。

（2）从池塘水质分析，常规鱼类养殖池塘FWE与DO浓度及pH值呈显著负相关（P＜0.001），与水温、-N、TP、PO43--P浓度呈显著正相关（P＜0.01）。

（3）无论是养蟹还是养鱼，相似的养殖模式不同池塘间水质差异很大，因此通过加强生产管理，可提高水质原位修复能力，降低换水的客观需要。有待进一步改进的蟹塘生产管理举措包括水草养护、观念更新、科学用药等，鱼塘管理举措包括提高饲料质量、加强水质调控等。

（4）生产性条件下，NH4+-N等有害物质浓度对养殖动物生长和生理的影响可能较小，DO浓度影响较大，加强人工增氧也是降低FWE的重要途径。

致谢：感谢无锡三智生物科技有限公司彭卫先生、滕峰先生及其团队、南通海大生物科技有限公司缪建海先生及其团队、兴华市水产技术推广站戴子坚先生等人在研究过程中给予的帮助，感谢Finley Qian在写作过程中给予的支持。