养水机三种配置方式对仿刺参池塘部分水质指标时空变化的影响

孙广伟 张东升，3 王祖峰 郁 娇 魏亚南 林 青 雷兆霖 陈济丰 郭 超 周 玮

(1.大连海洋大学水产与生命学院，辽宁 大连 116023；2.全国水产技术推广总站，中国水产学会，北京 100026；3.农业农村部北方海水增养殖重点实验室，辽宁 大连 116023)

近年来刺参养殖已成为我国北方重要渔业产业之一，2018年全国海水养殖面积为2043070公顷，其中刺参养殖面积达238183公顷，占海水养殖总面积的11.66%，全国刺参总产量为174340吨，其中辽宁省产量为47096吨，达总产量的27%。随着养殖规模的不断扩大，中国的近海内湾海域已经处于高度饱和状态，水质的好坏已成为限制仿刺参池塘高产、优质和稳定的重要因素。初春和夏季汛期仿刺参池塘出现的温、盐跃层，导致池塘缺氧、老化臭底、大型藻类死亡，是水质败坏的常见原因，而一般常规水质调控方法难以人为调节。养水机能较好地调节温、盐跃层，同时提高水体溶氧，为仿刺参提供优良的生长环境。为深入探究养水机的作用强度、效率问题，选择仿刺参池塘养水机的最优配置，笔者从不同配置的角度探究其对仿刺参池塘的影响。

一、材料和方法

1.实验地点

本研究所选取的实验参池位于大连庄河市的固德水产有限公司1～9号仿刺参养殖池。参池为南北走向标准矩形，长600米、宽100米，均匀铺设石礁，底质均为泥沙质，北为进水口，南为排水口，养水机均安置在参池南段，各参池水深保持一致，冬季保持在160厘米左右，夏季最高200厘米。

1、2、3号参池的养水机每天4:00－22:00运转，总运转时间为18小时；4、5、6号参池的养水机每天4:00－16:00运转，总运转时间为12小时；7、8、9号参池的养水机每天4:00－10:00运转，总运转时间为6小时。实验期间各参池内仿刺参规格、密度相同，所有参池不投饵、不投药，实验期间统一管理。

2.养水机结构及机理

养水机是针对刺参养殖池塘水体温、盐跃层问题自主研发的新型水质调控设备(图1)。养水机主要分为四个部分，分别为进水组件、生物包、水循环动力装置和生物水质输出喷头。养水机在工作时，通过水循环动力装置系统抽取表层溶氧丰富的水体进入进水口，再流入提前接种过不同种类有益菌的生物包进行过滤，最后由水体底部朝向池塘对角线方向的生物水质喷头喷射出去，实现垂直方向水体快速交换，打破温、盐跃层，起到调节净化水质的作用。

图1 养水机模拟示意

3.实验方法

(1)采样时间：实验周期为2018年3－12月，采样时间分别为3月5日(春)、6月30日(夏)、8月7日(高温死亡期)、9月30日(秋)、12月30日(冬)，每次采样均在换水前3～5天，避免换水带来的影响。

(2)采样点设置：在各参池进水口、中间、出水口位置设置采样点。

(3)水样测定：使用YSI多参数水质分析仪测定不同位置表层、中间、底层即时水温、盐度、溶氧、pH，将同种配置、相同位置的参池数据放在一起取平均值。

(4)数据处理：使用Excel 2013对实验数据进行处理；利用spss19.0软件对实验数据进行标准差的统计分析。

二、实验结果

1.养水机三种配置方式下参池海水温度时空分布特征

三种配置方式下不同水层参池温度的周年变化：各池塘各水层变化趋势基本一致，均在6月30日、8月7日随着水深的增加温度降低，3月5日、12月30日随着水深的增加温度升高，9月30日随水深的增加温度无变化。18小时组温度变化范围是1.50～32.71℃，12小时组变化范围是1.54～32.59℃，6小时组变化范围是1.39～32.61℃。参池水温最高值出现在6小时组8月7日的表层，最低值出现在6小时组12月30日的表层。三种配置方式下，6月30日、8月7日、12月30日垂直差异明显，6小时组极差最大，其他月份各水层差异不明显。

三种配置方式水温变化趋势基本相同(表1)，均从3月5日开始上升，在8月7日达到全年最高值，而后开始逐渐降低，12月30日降到全年最低值。18小时组温度变化范围是2.19～32.40℃，12小时组温度变化范围是2.19～32.10℃，6小时组温度变化范围是2.15～31.93℃。

表1 养水机三种时间配置参池平均温度 ℃

2.养水机三种配置方式下参池海水盐度时空分布特征

三种配置方式下不同水层盐度季节变化：各池塘各水层周年变化趋势基本一致，除9月30日随水深的增加盐度无变化，其他月份均是随着水深的增加而升高。18小时组盐度的变化范围是24.52～35.56，12小时组变化范围是24.54～35.69，6小时组变化范围是24.60～37.72。参池盐度最高值出现在6小时组3月5日的底层，最低值出现在9月30日18小时组。三种配置方式下3月5日垂直差异明显，6小时组极差最大，其他月垂直差异不明显。

三种配置方式盐度变化趋势基本相同(表2)，全年变化趋势一致，先降后升。盐度从3月5日全年最高值开始下降，在9月30日达到全年最低值，到了12月30日又开始升高。18小时组盐度变化范围是24.52～35.25，12小时组盐度变化范围是24.54～35.33，6小时组盐度变化范围是24.60～35.48。

表2 养水机三种时间配置参池平均盐度

3.养水机三种配置方式下参池海水pH时空分布特征

三种配置方式下不同水层参池pH季节变化：各池塘各水层随季节变化趋势基本一致，6月30日pH值随深度的增加先下降后升高，8月7日随深度增加而下降，3月5日、12月30日随深度增加而升高，9月30日随水深的增加无变化。18小时组pH变化范围是7.76～8.81，均值是8.29；12小时组变化范围是7.74～8.74，均值是8.24；6小时组变化范围是7.78～8.86，均值是8.32。参池pH最高值出现在6小时组的3月5日表层，最低值出现在12小时组12月30日的表层。三种配置方式下，8月7日垂直差异明显，6小时组极差最大，其他季节各水层差异不明显。

三种配置方式pH变化趋势基本相同(表3)，全年变化趋势一致，整体呈下降趋势。18小时组pH范围是7.81～8.75，12小时组pH变化范围是7.76～8.71，6小时组pH变化范围是7.83～8.79。

表3 养水机三种时间配置参池平均pH

4.养水机三种配置方式下参池海水溶氧时空分布特征

三种配置方式下不同水层溶氧季节变化：除6月30日、8月7日溶氧随着水深的增加先升高、后下降，其余月均是随着水深的增加而递减。18小时组溶氧的变化范围是4.37～10.10毫克/升，12小时组溶氧的变化范围是3.89～9.83毫克/升，6小时组溶氧的变化范围是3.60～9.76毫克/升。参池溶氧的最高值出现在18小时组3月5日的表层，最低值出现在6小时组8月7日的底层。三种配置方式下6月30日、8月7日、12月30日垂直差异明显，6小时组极差最大，其他季节差异不明显。

三种配置方式溶氧变化趋势基本相同(表4)，全年变化趋势一致，先降后升。溶氧从3月5日全年最高值开始下降，随后在8月7日达到全年最低值，随后又上升到12月30日。18小时组溶氧变化范围是5.50～10.05毫克/升，12小时组溶氧变化范围是5.21～9.71毫克/升，6小时组溶氧变化范围是4.85～9.63毫克/升。

表4 养水机三种时间配置参池平均溶氧 毫克/升

三、讨论

1.养水机环境中的基本理化因子变化

笔者对大连固德水产有限公司仿刺参养殖池塘进行水质周年检测，结果显示：水温变化范围为2.15～32.40℃，盐度变化范围为24.52～35.48，溶氧变化范围为4.85～10.05毫克/升，pH变化范围为7.76～8.79。上述结果与相关学者研究仿刺参池塘水质变化结果相一致，并且符合渔业水质标准、海水水质标准中的要求。4项水质指标与大连宝发海珍品有限公司研究的刺参池塘水质条件变化趋势一致，但具体数值不同，分析原因是因为池塘位置相近(都在庄河)，但2019年7月23日至8月7日养殖地区庄河始终处于罕见极端高温季(35～38.3℃)，而海参在高于30℃水体中会发生自溶现象，因此该时段的仿刺参死亡对本次采样实验造成影响。

夏、冬季出现的温、盐跃层现象较为典型，本文测定的三种配置的养水机池塘在6月30日垂直方向上的温度差为0.07～0.82℃，盐度差为0.11～0.14； 12 月 30日 的 温 度 差 为 0.98～1.18℃，盐度差为0.17～0.46，相比2015年6月大连宝发海珍品有限公司自然纳潮池塘的温度差3.8℃、上下盐度一致、12月温度差1.7℃、盐度差0.55，温度和盐度垂直方向上的变化都更为稳定，说明相比自然纳潮池塘，三种配置方式的养水机由于不同的运行时间，在夏季和冬季出现了不同程度轻微的温、盐跃层。由于温、盐跃层现象的出现，池塘的溶氧也会产生相应变化，本实验中6月30日和8月7日溶氧较低，这是由于夏季上层光合作用较强使溶氧丰富，下层由于跃层现象得不到足够光照，光合作用产氧少，溶氧很快被消耗，导致底层一直处于低氧水平，而溶氧随深度的加深先升高、后下降是因为光抑制现象。pH受生物光合作用、呼吸作用等化学反应影响，冬季由于水面结冰，浮游植物产生二氧化碳无法排出水面，导致pH降低；化冰后浮游植物快速繁殖，吸收二氧化碳，pH快速升高，此后，刺参逐渐从越冬期苏醒，消耗有机质，pH不断降低。

2.三种配置方式对基本理化因子的影响

(1)对于温度跃层作用的效果：18小时、12小时组作用效果优于6小时组，夏季最为明显，笔者认为这是由于夏季的辐射较为强烈，且风力作用较弱，导致养水机的低运行时间不能够较好地消除温度跃层，但到了8月高温期，18小时组池塘温度相比6月明显提升，这是因为养水机将表层较高温度输入底层，提高了整体池塘水的温度。

(2)对于盐度跃层作用的效果：春季和冬季都产生了明显的盐度跃层现象，18小时、12小时组明显优于6小时组，18小时组略优于12小时组，这说明养水机较高的运行时间对于打破盐度跃层较为有效。

(3)对于溶氧、pH的作用效果：三种参池溶氧含量季节差异不显著，但数值略有差异，分析原因是养水机具有增氧作用，因此水体溶氧含量与养水机运转时间成正比，从而呈现本实验中18小时组＞12小时组＞6小时组的结果。6小时组pH整体偏高，垂直差异明显，笔者认为这是由于6小时组生物量较少、呼吸作用较弱、同时养水机的低运行不能很好混合水体导致。

四、小结

通过4项基本水质指标季节变化可以看出养水机的运行有助于溶氧的提高，6小时组垂直变化最大，18小时组的调节作用略优于12小时组，这说明养水机池塘运行12小时就具有调节跃层作用，较高的运行时间对于跃层的调节较为有利，但在夏季高温期建议将养水机运行时间调至12小时。