投饲量对全封闭循环水养殖虹鳟幼鱼水质影响的现场试验

杨晨，孙建，钟馨

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

我国是世界上养殖产量超过捕捞产量的国家[1]。21 世纪以来，我国鱼类养殖技术快速发展，逐渐步入了工业化、集约化、规模化的现代化养殖新时期[2]。20 世纪60 年代，以日本生物包静水养殖系统（采用碎石为载体）和欧洲组装式多级静水养殖系统为雏形的循环水养殖系统，开始广泛应用于美国、欧洲、日本等世界各地的水产养殖中[3]。

循环水养殖系统具有节水、环保、高密度、低风险、可控性强等优点。我国最初于20 世纪80 年代引入丹麦鳗鱼循环水养殖系统[4]，并于20 世纪末，在国家“863”项目和一系列科研项目推动下，其相关研究逐渐发展起来[5]。西北等缺水地区在国家大力扶持下在封闭式淡水循环水养殖系统的应用中进行了大量的摸索和尝试，取得了一定成果和经验。

我国循环水养殖研究起步较晚[3]，缺乏系统运行过程中各项基础数据积累和分析。氨氮含量过高对养殖鱼类的生长会造成极为不利的影响[6]，在循环水养殖中，氨氮和悬浮物处理是重要的生产环节。目前，对半滑舌鳎Cynoglossus semilaevis[7]、虹鳟Oncorhychus mykiss[6]、鲟Acpenser sturio Linnaeus[8]等不同淡水养殖经济鱼类的循环水养殖系统中的水质进行了分析研究，但多集中于实验阶段或小型循环水工厂化养殖车间。

额河生态养殖科技有限公司于2012 年引进了陆基全封闭式循环水养殖系统，该系统包括孵化系统、开始喂食系统、幼鱼系统和成鱼系统。其中，幼鱼系统主要用于幼鱼的培育，可在16 周内将3g 左右鱼苗培育至200g 左右幼鱼，其养殖密度可达40～60 kg/m3。本研究于2016 和2017 两年测定该幼鱼系统中300m3养殖水体中虹鳟幼鱼的投饲量、水环境中硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮浓度等相关指标，分析其相关性，以期为我国大规模循环水养殖提供科学依据和基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用虹鳟鱼卵来自丹麦，经额河生态养殖科技有限公司孵化驯化，进入幼鱼养殖车间养殖。其中虹鳟幼鱼共计10 万余尾。投喂饲料为丹麦爱乐牌鱼膨化颗粒配合饲料，主要成分：粗蛋白≥41%，粗脂肪≥24%，粗纤维≤3%，粗灰分≤8%，水分≤8.5%，总磷≤2%，钙≥0.8%，氨基酸≥3%。

氨氮、硝态氮和亚硝态氮测定试剂盒选用德国默克（Merck）品牌产品，产品编号分别为1.14752.0002、1.09713.0002 和1.14776.0001。

1.2 方法

额河生态养殖科技有限公司的循环水养殖系统为全封闭养殖系统，室温常年恒定在16～18℃，水温14～16℃，幼鱼系统养殖水体约300m3，日换水量为总水体的10%，溶解氧含量、（9.5±0.5）mg/L，pH（7.0±0.2）。

NH4-N 检测范围为0.010～3.00mg/L，检测方法为：①取1 只洁净试管，先用检测水样润洗2 次，第3 次取检测水样5mL 加入试管中，温度控制在20～30℃；②在检测水样中加入NH4-1 试剂0.6mL，并摇匀；③加入1 平匙NH4-2 粉剂，用力摇至溶解；④静置5min 后，加入NH4-3 试剂4 滴，摇匀；⑤静置5min 后，使用分光光度计检测。

NO3-N 检测范围为0.10～25.0mg/L。检测方法为：①取NO3-1 试剂4mL 加入干燥、清洁的试管中；②水样温度控制在5～25℃，向试管中加入检测水样0.5mL，不摇匀；③继续向试管中加入NO3-2 试剂0.5mL，摇匀后，静置10min，使用分光光度计检测。

NO2-N 检测范围为0.002～1.00mg/L。检测方法为：①取1 只洁净试管，先用检测水样润洗2 次，第3 次取检测水样5mL 加入试管中，温度控制在15～25℃；②在检测水样中加入1 平匙NO2-1 粉剂，用力摇至溶解；③检测pH 是否在2.0～2.5 之间，如有必要，加酸或碱将pH 调节到指定范围；④静置10min 后，使用分光光度计检测。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010 进行处理和图表制作，利用Performance Analytics 软件计算投饲量变化与水中氨氮（NH4-N）、硝态氮（NO3-N）和亚硝态氮（NO2-N）之间的皮尔逊相关系数，并形成数值分布矩阵及相关系数矩阵图。

图1 2016 和2017 年RAS 中幼鱼系统中投饲量变化Fig.1 Changes in feeding rates of rainbow trout juveniles in RAS in 2016 and 2017

图2 2016—2017 年RAS 中幼鱼系统水体中氨氮浓度变化Fig.2 Changes in NH4-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

图3 2016—2017 年RAS 中幼鱼系统水体中硝态氮浓度变化Fig.3 Changes in NO3-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

图4 2016—2017 年RAS 幼鱼系统水体中亚硝态氮浓度变化Fig.4 Change of NO2-N concentrations in RAS with rainbow trout juveniles in 2016 and 2017

2 结果与分析

2.1 循环养殖系统中投饲量的变化

综合水温、pH、幼鱼数量及生长情况等因素，实时调整循环养殖系统中投饲量，2016、2017 年系统中日投饲量如图1 所示。

图5 循环养殖系统中投饲量与氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度变化关系Fig.5 The relationship between feeding rate and concentrations of NH4-N,NO3-N and NO2-N in RAS

由图1 可知，循环水养殖系统中的日投饲量2016年多在50～150kg/d 间，2017 年多在20～100kg/d 之间，呈波浪形波动变化。日投饲量最大值出现在2016 年第55d，为215kg/d。2017 年日投饲量波动相对较小，最大值出现在2017 年第163d 和第244d，分别为105 kg/d 和106kg/d。除两次峰值及附近几天外，2017 年日投饲量均低于2016 年同日水平。2016年日投饲量的两次峰值均出现在温度较高的6 月和8 月；而2017 年日投饲量的两次峰值均出现在温度较低的2 月和12 月。

2.2 水体中氨氮浓度的变化

由图2 可知：2016 年水体中氨氮含量变化幅度较大，峰值出现2016 年的第57d、149d 和200d，分别达到了0.87mg/L、0.66mg/L 和0.61mg/L；而2017年循环水养殖系统水体中氨氮变化起伏较小，多在0.10～0.20mg/L 之间变化。

2.3 水体中硝态氮浓度的变化

由图3 可知：2016 年循环水养殖系统水体中硝态氮浓度变化频繁，在2016 年第12d 和198d 达到峰值，分别为412mg/L 和342mg/L，且全年水体中硝态氮浓度均高于100mg/L。2017 年循环养殖系统水体中硝态氮浓度变化起伏较大，峰值为2016 年第19d、103d 和151d，分别达到了332mg/L、339 mg/L和330 mg/L；而第55～72d 和第271 d 之后均低于150 mg/L。

2.4 水体中亚硝态氮浓度的变化

由图4 可知：2016 和2017 年循环水养殖系统水体中亚硝态氮的浓度变化较小，多在0.50mg/L 附近波动。2016 年循环水养殖系统水体中亚硝态氮浓度变化较平缓，仅在5 月至7 月间和11 月左右有较大波动，峰值出现在2016 年第200d、150d 和343d，分别达到了2.39mg/L、1.56mg/L 和1.47mg/L。而2017 年的峰值出现在2017 年的第250d、28d 和206d，分别达到了1.59mg/L、1.25mg/L 和1.22mg/L。

2.5 投饲量对氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度的影响

采用皮尔逊相关分析方法分析了循环水养殖系统中投饲量变化与水体中氨氮（NH4-N）、硝态氮（NO3-N）和亚硝态氮（NO2-N）之间的相关性。图5 中投饲量、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的变化趋势显示在对角线上，左下角为具有回归线的双变量散布图，右上角为相关系数及显著性水平，数字标注大小与数值成正比，P＜0.001 标记为“***”。

由图5 可知，循环水养殖系统中投饲量与水体中氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度均呈正相关；投饲量与氨氮浓度相关性最大，为0.49；与亚硝态氮次之，为0.38；与硝态氮相关系数为0.31。而氨氮浓度与亚硝态氮浓度相关系数最大，为0.63；氨氮浓度和亚硝态氮浓度与硝态氮浓度相关系数相同，均为0.37。

3 讨论

水产养殖带来的诸如能源、水资源消耗及废水排放等问题已严重限制了传统水产养殖业的可持续性发展[9,10]。近年来，我国水产养殖业正向集约化、高密度、高产出的新型养殖模式转变[11]。循环水养殖模式是水产养殖诸多模式中工业化程度最高的一种生产模式，与流水型养殖模式相比，可节水90%以上，节地高达99%。若污水处理还可以实现节能减排、环境友好型生产[12]。欧洲2009 年封闭循环水养殖水产品产量约2.5 万t，鱼种产量约15 亿尾，且随着环保政策、市场需求以及水资源制约等因素的推动，荷兰几乎全部的水产养殖都采用封闭循环水养殖模式[13]。发展封闭循环水养殖模式是可持续渔业发展的必然要求，也是未来渔业可持续发展的必然趋势之一[14]。

而养殖水的处理与循环利用是工厂化循环水养殖系统的最主要特点[8]，如何优质高效地利用有限的水资源，达到最好的养殖效果是目前循环水养殖需要面对和解决的主要问题之一。郭浩等[8]指出，循环水养殖系统中相同养殖密度下，连续运行30d 养殖水体中氨氮浓度增加45.7%，高于鲟的21.6%。曹广斌等[15]发现，在虹鳟循环水养殖系统水体中氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度分别在0.17～0.89 mg/L、0.54～56.07 mg/L 和0.004～0.399 mg/L 之间，在此条件下虹鳟生长良好，养殖密度可达38 kg/m3。此研究的循环系统中，水体中氨氮浓度与本研究相近，硝态氮和亚硝态氮浓度差距较大，可能与养殖鱼类规格差距较大和换水频率有关。氨是鱼类主要排泄产物，氨排泄率与摄食量呈正线性相关[16]，这一结论与本研究中投饲量与水体中氨氮浓度相关性最高的现象相一致。而养殖水体中氨氮过高会导致鱼类大量死亡[17]，循环系统可通过水处理将鱼类排泄的氨氮绝大部分转化为对鱼类生长无害的硝酸盐[15]，因而也可以阐明本研究中循环系统水体中氨氮浓度与硝态氮和亚硝态氮相关性极高的原因。