养殖池塘水体温度与盐度分层结构及调控研究进展

孙亚慧 张津源 魏亚南 魏闫以琳 周玮

摘 要：综述了养殖水体的温度、盐度分层现象及其对水产养殖动物的危害，以及利用微孔曝气机、叶轮式增氧机、耕水机、扬水筒、养水机等在去除水体分层方面的研究进展。

关键词：养殖池塘;温度分层;盐度分层;去分层;水质调控

近年来，因水质问题而导致的养殖池塘水产动物大批量死亡现象屡见不鲜，该现象在夏季降雨期、春季化冰期养殖池塘中尤其突出[1-2]。据报道，2016年某地鱼塘出现3天内70%鱼类死亡的现象，对现场池塘水体进行分析调查发现该鱼塘水体上下层水温差异达10 ℃，溶氧差异达8.2 mg/L，池塘出现明显的分层结构直接导致了这一大批量死亡现象[3]。对养殖池塘进行水质调控，避免池塘出现水体分层结构，是值得水产养殖业者关注的课题。

国内外已有多种水质调控方式广泛应用于解决养殖池塘水体温度、盐度分层问题，如：微孔曝气机[4-6]、叶轮式增氧机[7-9]、耕水机[10-11]、扬水筒[12-14]、养水机[15-16]等，本文对上述五种水质调控设备在去除水体温度、盐度分层方面的研究和应用进展进行了综述，为今后开展水产养殖中水质调控设备在去分层方面的研究工作提供改进方向。

1 养殖池塘水体分层结构

1.1 养殖池塘水体温度分层结构

水温分层是一种因水体温度差异较大，导致水体密度分层的现象[17]，一般多出现在咸淡水池塘、水库、湖泊等封闭水体中，每年4—6月份（春季化冰期、夏季高温期、降雨期）为水体出现水温分层的多发期[18]。

池塘水體分层结构在夏季尤其明显，池塘水表面受光照辐射、表面热空气加温等因素影响大[2]，使上层水体温度快速升高，此部分水的密度下降，水体较轻，浮在池塘水体表面，池塘底层水体受到光照及表面热空气加温影响小，水体温度相对缓慢升高或无变化，此部分水的密度相对大，水体较重，沉在池塘底部，出现垂向的表温层、滞温层[3]，水深≥7m的封闭水体在表温层和滞温层之间还存在温跃层[19]，即“三明治结构”。

1.2 养殖池塘水体盐度分层结构

盐度分层是一种因水体盐度差异较大，导致水体密度分层的现象[20]，一般多出现在海水池塘。池塘盐度分层的特点是垂向存在上下层盐度差。在海水养殖池塘的具体表现为：因雨雪天气，密度小的淡水落入密度大的咸水水体，浮于咸水水体表面，呈现出分层的水体结构[21]。春、夏两季海水池塘极易出现盐度分层结构。春季回暖，随着温度逐渐升高，池塘冰面逐渐融化，冰面融化后低盐度水体覆盖在池塘表面，盐分及其余部分则浓缩至下层水体，高盐度的水体沉到池塘底部，形成盐度分层结构[22];夏季强降雨后，雨水大量滞留池水表层未能及时排出，浮在池塘表面，咸水沉在池塘底部，也会造成盐度分层[23]。

1.3 养殖池塘水体分层的危害

综上所述，养殖池塘的水体分层结构究其原因是池塘水体因密度差异而出现上下分层。已有研究报道，海参池塘表-底层水体温度差异为475～5.21 ℃时，池塘出现温度分层结构，表层水和底层水无法通过上下对流进行交换， 上层水中充足的溶解氧不能通过水的上下对流输送到底层[24]，结果海参赖以生存的底层水成了“死水”，池底溶解氧降至4.04 mg/L以下，氨氮超出刺参养殖的要求（低于0.02 mg/L）。下层水体厌氧菌、有害菌大量滋生，池内刺参肠道内弧菌数量为3.5×106 CFU/g，高出未分层水体池塘刺参1～3个数量级单位，水体老化、底部变臭、有毒物质增多[3]，极易诱发养殖刺参感染疾病[25]。Hudson 等[26]在对加拿大 Diefenbaker 湖（Lake Diefenbaker）的研究中也发现，因水体分层而导致的缺氧现象对水生动物影响较大，并且通过计算发现跃温层单位体积水体耗氧速率为0.034～0.12 mg·L-1·d-1。胡晓娟等[27]也报道了在强降雨天气条件下， 对虾养殖池塘出现盐度差为5‰～6‰的盐度分层结构，此时池塘异养菌数为7.01×105 cfu·mL-1，弧菌数为1.04×105 cfu·mL-1;而未分层池塘异养菌数为2.56×105 cfu·mL-1，弧菌数为1.04×105 cfu·mL-1，可见，上述池塘病原菌比例升高，与频繁降雨导致池塘水体的温度和盐度分层有直接的关系。若不对池塘温盐分层结构进行处理，其后果难以想象。

2 水体去分层技术

随着水体分层对池塘水体环境的威胁日益增加，池塘水质调控方式的去分层作用成为现阶段水产养殖业研究的重点内容。目前，研究发现养殖池塘中具有去分层作用的水质调控方式主要为：微孔曝气机、叶轮式增氧机、耕水机、扬水筒技术、养水机等。

2.1 微孔曝气机去分层技术及基本原理

微孔曝气机是养殖池塘常见的水质调控器械，其工作原理将压缩空气经管道传输至池塘底部，再通过微孔曝气盘以小气泡形式向水体充氧，充氧后的水体直接进入池塘[4];同时充氧后的水体与缺氧水体发生氧气的传质作用，向周边水体充氧，当水体上下层氧气均匀混合时，水体分层消失[5-6]。

2.2 叶轮式增氧机去分层技术及基本原理

相比微孔曝气机，叶轮式增氧机对池塘水体有比较好的混合能力，其工作原理是通过安装在水面上、下的叶轮转动，通过对水体的剧烈搅动、提升，产生水跃和负压吸气等联合作用，增加水体溶氧消除水体分层[7]，张世羊等[8]研究也发现，叶轮式增氧机能够通过增强上下水层交换，削减氧差，减少上层溶氧的逸出损失，提升下层水体的低溶氧水平的方式消除水体分层。谷坚等[9]的实验结果表明，微孔曝气机在连续开机112 min时池塘水体仍未混匀，上下水体氧差变化率为186%，而叶轮式增氧机可在开机32 min内达到全池水体混匀的效果，上下水体氧差变化率为64.3%，缩小水层氧差能力比微孔曝气高45.7%。

2.3 耕水机去分层技术及基本原理

近年来，耕水机进入了水产养殖业的视野，其工作原理是搅拌、曝气，并产生环流效应，使表层和底层的水体进行交换，溶解氧较高的上层水体到了下层，带来丰富的溶氧;底层的低溶解氧水体被带到上层，进行光合作用、曝气，从而达到水体溶解氧的均匀合理分布，打破水体分层的目的[10]。有研究表明，使用耕水机的养殖池塘，表底层的溶氧均匀[11]， 在4.5～5.5 mg/L之间，表层与底层偏差0.5 mg/L[10]。

2.4 扬水筒去分层技术及基本原理

扬水筒技术去除水体分层多见于国外报道，其工作原理是将压缩空气输送至扬水筒的气室中，产生间歇性气弹从而带动水体循环，破坏水体分层结构[12]，主要应用于湖泊、水库。研究发现，扬水筒能够去除水体分层，并且抑制湖泊藻类生长[13]。Jungo等[14]应用扬水技术的研究结果也表明，扬水筒技术去除水体分层后，水库中叶绿素a浓度和藻类生物量显著下降，有毒微囊藻生物量降低了95%。

2.5 养水机去分层技术及基本原理

养水机水质调控技术作为一种新型水质调控技术，在水体分层方面效果尤为显著，其工作原理是将表层水通过进水口从底座出水口以射流的方式排到池塘底部[15]。有研究报道，自然池塘、微孔曝气池塘、养水机池塘均存在不同程度的温盐分层现象，其中自然池塘温盐分层现象最为明显，表-底层水体温度差异最高可达3.8℃、盐度差异最高可达1.7‰;微孔曝气池塘表底层水温差异最高达1.4℃、鹽度差异最高可达1.1‰;养水机池塘表底层水温差异最高仅为0.7 ℃、盐度差异最高仅为0.7‰，得出养水机能够控制养殖池塘温、盐跃层的结论[15]。据统计，盐度跃层全年在养水机池塘仅出现2次，而自然池塘和底充氧池塘均出现5次[16]。

3 展望

每逢季节交替，池塘养殖产业频频遇到水体分层导致的养殖动物缺氧死亡现象。消除水体分层成为整个水产养殖业急需解决的问题之一，在如今要求环保养殖的大环境下，耗能低、效率高的水质调控设备，也将成为水质调控方式的下一步改进目标。

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Research progress on the stratified structure and regulation of temperature and salinity in aquaculture pond

SUN Yahui1，ZHANG Jinyuan2，WEI Yanan3，WEI Yanyilin1，ZHOU Wei1

（1.College of Fisheries and Life Sciences，Dalian Ocean University， Dalian 116023， China;2. Haikui Environmental Monitoring Technology， Dalian 116000， China;3. Zhonghao Consulting（Dalian）Co.，Ltd，Dalian 116000， China）

Abstract：The phenomenon of thermal and salinity stratification of water body and its hazards on aquatic animals，as well as the progress of destratification with microporous aerator， impeller aerator， biofan， airlift aerators and water quality regulator were reviewed.

Key words：aquaculture pond;thermal stratification;salinity stratification; destratification ;water quality control

（收稿日期：2021-09-16;修回日期：2021-11-05）

基金项目：辽宁省科学计划项目（2018104009）;辽宁省“兴辽英才”项目（XLYC1808029）;河北省现代农业产业技术体系淡水养殖创新团队资助。

作者简介：孙亚慧（1997-），女，研究生在读，研究方向：水产养殖。E-mail：1293143369@qq.com。

通信作者：周 玮（1963-），男，教授，硕士生导师，研究方向：水产养殖。E-mail：zhouwei@dlou.edu.cn。