換水率和密度對刺參生長和水質(zhì)的影響

王光玉， 姜佳惠， 祝 楠， 陳 雷

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 威海 264209)

換水率和密度對刺參生長和水質(zhì)的影響

王光玉， 姜佳惠， 祝 楠， 陳 雷

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 威海 264209)

為探究日換水率(0、10%、20%、30%和100%)和養(yǎng)殖密度[0.980±0.008、1.760±0.005、2.810±0.007和(3.640±0.006) kg/m3]對刺參(Apostichopusjaponicus)生長率和養(yǎng)殖水質(zhì)的影響，養(yǎng)殖試驗首先在非循環(huán)水養(yǎng)殖條件下，測定各組刺參綜合特定生長率(ISGR)及養(yǎng)殖水體中氨氮及亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度。結(jié)果顯示，日換水率為10%和20%處理組的ISGR分別達到每天(1.330±0.161)%和(1.410±0.182)%，顯著高于其他處理組；密度養(yǎng)殖試驗證明，隨著養(yǎng)殖密度的增加，ISGR逐漸降低，分別達到每天(0.610±0.500)%,(0.570±0.030)%,(0.560±0.045)% 和(0.320±0.040)%，各組換水率及養(yǎng)殖密度組水體中氨氮及亞硝酸鹽氮均在安全濃度范圍內(nèi)波動；養(yǎng)殖結(jié)果顯示，循環(huán)水養(yǎng)殖試驗組刺參的ISGR高于非循環(huán)水養(yǎng)殖組，可達(0.130±0.007)%，且氨氮及亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度在0.020 mg/L以下，而非循環(huán)水養(yǎng)殖的分別積累到(0.600±0.015)mg/L和(0.076±0.002)mg/L。研究表明，在換水率15%，養(yǎng)殖密度(2.810±0.007)kg/m3的循環(huán)水養(yǎng)殖條件下，可以保證水體水質(zhì)穩(wěn)定，刺參生長良好。

刺參；循環(huán)水養(yǎng)殖；換水率；養(yǎng)殖密度；水質(zhì)

刺參(Apostichopusjaponicus)在遼寧、山東、河北等北方沿海地區(qū)廣泛養(yǎng)殖，具有較高營養(yǎng)價值[1-2]。刺參池塘養(yǎng)殖、近海底播養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、潮間帶圍塘養(yǎng)殖、大棚養(yǎng)殖等蓬勃發(fā)展，但外界環(huán)境對其負面影響也逐漸增加[3]。如富營養(yǎng)化導(dǎo)致的海水水質(zhì)變化，近海污染導(dǎo)致底泥重金屬濃度超標，臺風、赤潮、暴雨、大雪等惡劣天氣都對成參養(yǎng)殖產(chǎn)生不利影響；適合刺參生長的水溫為13-18℃，使得刺參的生長周期較長，加劇了養(yǎng)殖風險。保證刺參在最適條件下養(yǎng)殖、少受或不受外界環(huán)境影響，對食用刺參養(yǎng)殖的發(fā)展具有重要意義。

循環(huán)水養(yǎng)殖具有節(jié)水、節(jié)能、精細化控制養(yǎng)殖過程的特點[4]。刺參循環(huán)水養(yǎng)殖的主要目的是解除刺參的夏眠現(xiàn)象，消除自然環(huán)境下海水水質(zhì)對刺參的影響，在最適條件下進行成參養(yǎng)殖。循環(huán)水養(yǎng)殖受外界環(huán)境干擾少，可降低高密度養(yǎng)殖帶來的環(huán)境承載問題和養(yǎng)殖動物病害風險[5]。本試驗研究了換水率和養(yǎng)殖密度對刺參生長和水質(zhì)的影響，為刺參室內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖提供實踐經(jīng)驗。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用刺參狀態(tài)良好、健康，體質(zhì)量在(35.0～40.0)g之間，購自山東省威海市威海日鑫水產(chǎn)科技開發(fā)有限公司。試驗用發(fā)酵餌料的主要原料為海帶渣，購自榮成凱普生物工程有限公司。輔料為海帶粉、馬尾藻粉、貝殼粉等，均購自市場。發(fā)酵餌料所用微生態(tài)制劑購自威海四合生物科技股份有限公司，主要是海水培養(yǎng)的乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌。將發(fā)酵原料與微生態(tài)制劑混合均勻后置于(33±1)℃下發(fā)酵5 d[6]，發(fā)酵后烘干、粉碎、保存?zhèn)溆谩?/p>

試驗在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中進行。該系統(tǒng)由10個養(yǎng)殖池(0.97 m×0.77 m×0.25 m)、沉淀蓄水池、水處理系統(tǒng)、紫外殺菌器和自動控制系統(tǒng)組成。水處理系統(tǒng)中的牡蠣殼過濾器和泡沫蛋白分離器可去除水中的固體懸浮物；水溫和水流由水處理系統(tǒng)調(diào)控。循環(huán)水養(yǎng)殖時，水流依次經(jīng)過上述各單元，進行循環(huán)使用。非循環(huán)(流水式)養(yǎng)殖時，養(yǎng)殖池每天交換一定量的海水進行養(yǎng)殖。

1.2 方法

1.2.1 換水率、刺參生長速率和水質(zhì)測定

1.2.2 換水率15%的循環(huán)水刺參養(yǎng)殖試驗

以非循環(huán)水養(yǎng)殖為對照，比較循環(huán)水養(yǎng)殖刺參的生長狀況和水質(zhì)變化。試驗在6個養(yǎng)殖池內(nèi)進行，1～3號池為循環(huán)水養(yǎng)殖，4～6號為非循環(huán)水養(yǎng)殖，共持續(xù)21 d。循環(huán)水養(yǎng)殖池內(nèi)海水由池內(nèi)高位排水口排出后進入蓄水池，再流經(jīng)牡蠣殼、蛋白質(zhì)過濾器及控溫系統(tǒng)后重新流回養(yǎng)殖池內(nèi)。試驗期間每天清除底部殘餌和糞便并補充新鮮海水，換水率平均15%。給刺參投喂發(fā)酵飼料，日投喂量為刺參總重的2%。每天投餌后均進行非循環(huán)養(yǎng)殖，第2天早上待餌料沉降后試驗組開啟循環(huán)水系統(tǒng)，每天運行8 h以上，試驗共持續(xù)12 d。

1.2.3 養(yǎng)殖密度與刺參生長、水質(zhì)測定

試驗共設(shè)4個密度組：(3.640±0.006)、(2.810±0.007)、(1.760±0.005)和(0.980±0.008)kg/m3，每個處理設(shè)置2個重復(fù)。試驗期間，每天用虹吸管吸除養(yǎng)殖池底部的糞便和殘餌，換水率為15%，補充與排水量相同的新鮮海水。每天投喂發(fā)酵飼料一次，投喂量為刺參重量的1.5%，試驗持續(xù)28 d。

1.2.4 刺參的循環(huán)水養(yǎng)殖試驗

試驗共設(shè)2組，其中試驗組重復(fù)6次，對照組(非循環(huán)水養(yǎng)殖)重復(fù)3次，試驗期間每天補充新海水，換水率均為15%，養(yǎng)殖密度(2.810±0.007) kg/m3。飼喂發(fā)酵餌料，每天將餌料與占刺參總重2倍餌料重量的微生態(tài)制劑混合8 h后進行投喂，投喂量為刺參總重的1.5%。每天投喂后兩組都進行非循環(huán)養(yǎng)殖，第2天待飼料沉降后開啟循環(huán)水系統(tǒng)，保證系統(tǒng)每天運行8 h以上，試驗共持續(xù)28 d。試驗期間，循環(huán)水系統(tǒng)每天運行8～10 h，試驗共持續(xù)24 d。

1.2.5 養(yǎng)殖條件控制

上述4個試驗分別依次進行，試驗期間，由控溫設(shè)備保持水溫(16±1) ℃，24 h連續(xù)充氧，水中溶氧保持在5.0 mg/L以上，pH7.5～8.5，鹽度28～32。

1.2.6 實驗數(shù)據(jù)測定與處理

試驗期間，每7 d稱量各組刺參的體質(zhì)量，每組共6個，生長數(shù)據(jù)取平均值和標準差，計算特定生長率(SGR)和綜合特定生長率(ISGR)。喂食后取樣，于干濾紙上靜置30 s，待其體腔內(nèi)的水盡量排空后用感量為0.01 g的電子天平進行稱重。刺參的SGR和ISGR的計算公式如下：

(1)

(2)

式中：Wn—當次刺參的總重量，g；Wn-1—前次刺參的總重量，g；t—飼養(yǎng)時間，d；n—取樣次數(shù)，次。

按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》測定養(yǎng)殖水質(zhì)，用靛酚藍分光光度法測定氨態(tài)氮[7]，萘乙二胺分光光度法測定亞硝酸鹽氮[8]，用酸度計測定pH，用溫度計測定溫度，用鹽度計測定鹽度。試驗數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標準差表示，用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。使用OriginPro8.0軟件進行數(shù)據(jù)作圖，柱狀圖中用字母標記法標記差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 換水率對刺參生長和水質(zhì)的影響

由圖1可知，日換水率為10%和20%組的ISGR最高，分別為每天(1.330±0.161)%和(1.410±0.182)%，兩組之間沒有明顯差異(P>0.05)，但明顯高于其他組(P< 0.05)。而換水率100%的第5組ISGR低于其他試驗組，說明全換水并不是促進刺參生長的最好辦法。

圖1 不同日換水率對刺參的綜合特定生長 速率的影響結(jié)果

Fig. 1 Effects of different water exchange rates on the integrated specific growth rate of Apostichopus japonicus

由圖2和圖3可知，不同日換水率水體中組亞硝酸鹽氮濃度的變化基本一致，換水率越高，水質(zhì)中的亞硝酸鹽氮和氨氮濃度越低。

圖2 不同日換水率對水體中亞硝酸鹽氮含量的 影響結(jié)果

Fig. 2 Effects of different water exchange rates on nitrite concentration in water

圖3 不同日換水率對水體中氨氮含量的影響結(jié)果

Fig. 3 Effects of different water exchange rates on ammonia concentration in water

換水率為10%、20%、30%試驗組之間氨氮和亞硝酸鹽氮濃度差異并不顯著(P>0.05)，各組均處于安全濃度(0.50 mg/L)范圍內(nèi)，對刺參的生長沒有顯著影響。因此，選取刺參生長率最高的兩個中間日換水率即15%作為循環(huán)水養(yǎng)殖的換水率較為合適。

2.2 換水率15%下循環(huán)水養(yǎng)殖刺參試驗

非循環(huán)水養(yǎng)殖(對照組)每天的ISGR為(0.700 ± 0.060)%，循環(huán)水每天的ISGR為(0.320± 0.032)%(圖4)。

圖4 非循環(huán)水和循環(huán)水養(yǎng)殖組刺參的 綜合特定生長率

Fig. 4 The integrated specific growth rate of Apostichopus japonicus cultured in non- recirculating water and recirculating water

循環(huán)水養(yǎng)殖組刺參的ISGR低于非循環(huán)水養(yǎng)殖組。但循環(huán)水養(yǎng)殖中刺參的攝食率比對照組高，殘餌的剩余率低，糞便形態(tài)更粗壯，養(yǎng)殖水體更加清澈。

試驗期間,養(yǎng)殖水中亞硝酸鹽氮、氨氮濃度變化見圖5和圖6。

圖5 非循環(huán)水和循環(huán)水養(yǎng)殖條件下水體中 亞硝酸鹽氮濃度變化

Fig. 5 Changes of nitrite concentration in non-recirculating and recirculating water for Apostichopus japonicus aquaculture

圖6 非循環(huán)水和循環(huán)水養(yǎng)殖條件下水體中的 氨氮濃度變化

Fig. 6 Changes of ammonia concentration in non-recirculating and recirculating water for Apostichopus japonicus aquaculture

發(fā)酵飼料可降低養(yǎng)殖水體中氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，明顯改善水質(zhì)。開始階段非循環(huán)水養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽氮濃度高于循環(huán)水養(yǎng)殖，隨著養(yǎng)殖的進行，濃度逐漸降低。非循環(huán)水養(yǎng)殖水體中氨氮濃度始終上升，顯著高于循環(huán)水系統(tǒng)氨氮數(shù)據(jù)(P< 0.05)。

2.3 不同放養(yǎng)密度下刺參的生長

圖7表明，初始密度為3.640±0.006、2.810±0.007、1.760±0.005和(0.980±0.008 )kg/m3時，刺參的ISGR分別為每天(0.320±0.040)%、(0.560±0.045)%、(0.570±0.030)%和(0.610±0.050)%，養(yǎng)殖密度與ISGR成負相關(guān)，密度越大，ISGR越低。在循環(huán)水養(yǎng)殖中，密度(2.810±0.007)kg/m3相對較大，ISGR相對也較大，比較適合循環(huán)水養(yǎng)殖。

圖7 不同密度下刺參的綜合特定生長率

由圖8和圖9看出，不同密度對養(yǎng)殖水體內(nèi)亞硝酸鹽氮濃度的影響規(guī)律基本相同。試驗期間，最高密度組水中所積累的亞硝酸鹽氮濃度為(0.047 ±0.001)mg/L；氨氮濃度也逐漸升高，最大養(yǎng)殖密度(3.640±0.006)kg/m3組28 d后水中氨氮積累量最終達到(0.191±0.005)mg/L。

圖8 不同密度對亞硝酸鹽氮濃度的影響

圖9 不同密度對氨氮濃度的影響

2.4 循環(huán)水養(yǎng)殖刺參試驗結(jié)果

2種養(yǎng)殖方式的ISGR見圖10。

圖10 非循環(huán)水和循環(huán)水養(yǎng)殖中刺參的 綜合特定生長率

Fig. 10 The integrated specific growth rate of Apostichopus japonicus cultured in non-recirculating and recirculating water

循環(huán)水養(yǎng)殖組的ISGR高于非循環(huán)水養(yǎng)殖組，每天的ISGR分別為(0.130±0.007)%和(0.010±0.004)%，說明可以運用循環(huán)水系統(tǒng)養(yǎng)殖刺參。兩種養(yǎng)殖方式的特定生長率變化見圖11。1周后2種養(yǎng)殖方式下刺參均增重，2周后出現(xiàn)了負增長，3周后，2種養(yǎng)殖方式恢復(fù)增重，保持相對平穩(wěn)的增長率，循環(huán)水養(yǎng)殖增重比非循環(huán)水的增重快。

圖11 非循環(huán)水和循環(huán)水養(yǎng)殖中刺參特定 生長率的變化

Fig. 11 The specific growth rate of of apostichopus japonicus cultured in non-recirculating and recirculating water

兩種養(yǎng)殖模式的水質(zhì)變化表明，發(fā)酵飼料能很好控制氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，且能維持穩(wěn)定水平；在非循環(huán)水養(yǎng)殖中，氨氮和亞硝酸鹽氮不斷積累，第24 天亞硝酸鹽氮濃度已達(0.076±0.002) mg/L，氨氮濃度最高達(0.600±0.015)mg/L(圖12和圖13)?？梢钥闯觯h(huán)水養(yǎng)殖比非循環(huán)水養(yǎng)殖具有顯著優(yōu)勢。

圖12 非循環(huán)水養(yǎng)殖和循環(huán)水養(yǎng)殖條件下水體中 的亞硝酸鹽氮濃度變化

Fig．12 Changes of nitrite concentration in non-recirculating and recirculating water for Apostichopus japonicus aquaculture

圖13 非循環(huán)水養(yǎng)殖和循環(huán)水養(yǎng)殖條件下水體中的 氨氮濃度變化

Fig．13 Changes of ammonia concentration in non-recirculating and recirculating water for Apostichopus japonicus aquaculture

3 討論

3.1 不同日換水率對刺參生長的影響

養(yǎng)殖過程中換水可以改善養(yǎng)殖生物的環(huán)境條件，盡量維持海水的理化性質(zhì)。換水量過大會增加養(yǎng)殖成本，過小則排泄物及殘餌積累在水中，難以保持良好的水質(zhì)而影響刺參生長。因此，合適的換水率對刺參養(yǎng)殖非常重要[9]。沈加正等[10]利用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)高密度飼養(yǎng)羅非魚(Oreochromisniloticus)，發(fā)現(xiàn)總換水率為10%～20% ，氨氮和亞硝酸鹽質(zhì)量濃度可以保持在安全范圍內(nèi)，這與本文的結(jié)論相吻合。本文中換水率為10%和20%試驗組刺參的ISGR較高，分別達到每天1.33 %和每天1.41 %，明顯高于其他換水率。李曉莉等[11]的海鯽(Embiotocajacksoni)試驗發(fā)現(xiàn)，氨氮、硝態(tài)氮、活性磷酸鹽濃度均隨水交換率的增大而降低，10%和15%是合適的換水率。綜合考慮養(yǎng)殖生物的生長、水質(zhì)及換水成本，循環(huán)水刺參養(yǎng)殖的換水率15%較為適宜。

循環(huán)水養(yǎng)殖能加速水系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，使養(yǎng)殖水的氨氮及亞硝酸鹽氮濃度一直保持在較低水平[12]。然而，刺參在非循環(huán)水養(yǎng)殖中的ISGR比循環(huán)水養(yǎng)殖高，其原因可能是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理單元中的牡蠣殼過濾器、泡沫蛋白質(zhì)分離器等截留了水體中的微生物、藻類和有機質(zhì)，使養(yǎng)殖水中的營養(yǎng)成分不豐富，紫外殺菌器也有一定作用。因此在循環(huán)水養(yǎng)殖刺參中應(yīng)添加活性益生菌，以增加水體中微生物的數(shù)量。

3.2 不同養(yǎng)殖密度對刺參生長的影響

近年來，有關(guān)不同養(yǎng)殖密度對水產(chǎn)養(yǎng)殖效果的研究較多。刺參養(yǎng)殖密度與刺參的大小密切相關(guān)。王吉橋等[13]發(fā)現(xiàn)刺參的終末體質(zhì)量隨放養(yǎng)密度的增加而降低；同一密度下刺參的生長和成活率與放養(yǎng)規(guī)格呈負相關(guān)。吳艷慶等[14]發(fā)現(xiàn)在育苗期低密度養(yǎng)殖大規(guī)格參苗可以保證較高的生存率和凈生產(chǎn)率。Dong等[15]認為在養(yǎng)殖密度為20 頭/100 L時刺參的特定比生長率達最高(1.460 %)。本試驗選取初始體質(zhì)量在(35.0～40.0)g的刺參，密度也相應(yīng)提高，結(jié)果顯示特定比生長率隨著刺參養(yǎng)殖密度的增加而逐漸降低，這與Tolon[16]、Serang等[17]的研究結(jié)果相似。

本試驗結(jié)果表明，在循環(huán)水系統(tǒng)中亞硝酸鹽氮和氨氮濃度一直保持在平穩(wěn)的低水平，循環(huán)水養(yǎng)殖可以較好地控制養(yǎng)殖水質(zhì)。Pei等[18]研究表明隨著飼養(yǎng)密度的增加，養(yǎng)殖個體間相互制約程度加強，導(dǎo)致刺參體質(zhì)量的變異系數(shù)顯著增加。Xia等[19]發(fā)現(xiàn)隨著放養(yǎng)密度的增加，刺參粗蛋白、粗脂肪的表觀消化率下降，生長代謝所需要的能量隨放養(yǎng)密度的增加而上升。結(jié)果表明，擁擠壓力通過抑制生長能量的積累，加速刺參的能量消耗來改變能量分配，這一結(jié)果與Zhang等[20]的研究結(jié)果相一致。

3.3 提高養(yǎng)殖區(qū)微生物有利于刺參生長速率

水處理系統(tǒng)中的尼龍絲掛網(wǎng)和牡蠣殼等填料對微生物有良好的吸附功能[21]，附著的微生物利用養(yǎng)殖水體中的有機質(zhì)生長繁殖、凈化水質(zhì)。刺參腸道正常菌群及其代謝產(chǎn)物能促進某些營養(yǎng)成分的吸收，提高腸道內(nèi)消化酶活性，促進新陳代謝[22]。在基礎(chǔ)餌料中添加酵母菌、微生態(tài)制劑等可以顯著提高刺參消化酶活性，改善腸道微生物群落結(jié)構(gòu)[23]，促進刺參生長繁殖[24]，有效改善養(yǎng)殖水質(zhì)[25]。本試驗中飼喂的發(fā)酵餌料中營養(yǎng)成分豐富，含有微生物的代謝物，但在加工粉碎過程中過高的溫度造成微生物大量死亡，后期通過添加微生態(tài)制劑，增加了刺參腸道微生物的數(shù)量，促進消化酶的產(chǎn)生和活性，利于提高刺參的生長速率。

4 結(jié)論

試驗證明，在飼喂發(fā)酵餌料條件下，采用循環(huán)水養(yǎng)殖模式的水體水質(zhì)可以得到穩(wěn)定控制，刺參生長狀態(tài)良好。在保證水質(zhì)滿足刺參健康生長的條件下，15%日換水率較為合理；在養(yǎng)殖密度為(0.980±0.008～3.640±0.006) kg/m3的范圍內(nèi)，刺參的特定生長率隨著養(yǎng)殖密度增加而降低，考慮實際養(yǎng)殖成本，養(yǎng)殖密度為(2.810±0.007)kg/m3最適宜刺參循環(huán)水養(yǎng)殖。

□

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EffectsofwaterexchangerateandstockingdensityongrowthofApostichopusjaponicusandwaterquality

WANGGuangyu,JIANGJiahui,ZHUNan,CHENLei

(SchoolofMarineScienceandTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Weihai,264209,China)

In order to investigate the effects of water exchange rate(0,10%,20%,30% and 100%) and stocking density(0.980±0.008,1.760±0.005,2.810±0.007 and(3.640±0.006)kg / m3) on growth ofApostichopusjaponicusand water quality,An aquaculture experiment was carried out in the non-recirculating water to determine the integrated special growth rate(ISGR) forApostichopusjaponicusin various groups and the concentrations of ammonia and nitrite in the water.The results showed that the ISGR for the treatment groups with water exchange rate of 10% and 20% was (1.330±0.161)% and (1.410±0.182)% per day respectively,which was significantly higher than that of other treatment groups.As the stocking density being ineread,the ISGR reduced gradually with a result(0.610±0.500)%,(0.570±0.030)%,(0.560±0.045)% and (0.320±0.040)%)respectively.The concentration of ammonia and nitrite in each group fluctuated within the safe concentration range.The results showed that the ISGR ofApostichopusjaponicuscultured in the recirculating water was(0.130±0.007)%,higher than that in the non-recirculating water,and the concentration of ammonia and nitrite was controlled below 0.02 mg/L in the recirculating aquaculture group,which was higher than that of the non-recirculating aquaculture group.The Ammonia and nitrite nitrogen accumulated in the recirculating water group were (0.600±0.015)mg/L and (0.076±0.002)mg/L,respectively.The results showed that the water quality was stable and the growth ofapostichopusjaponicuswas fast with an exchange rate of 15% and stocking density of (2.810±0.007 )kg / m3in the rerecirculating water.

Apostichopusjaponicus；recirculating aquaculture；water exchange rate；stocking density；water quality

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.06.010

2017-11-23

哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海校區(qū)學(xué)科建設(shè)引導(dǎo)基金項目(WH20150204和WH20160205)

王光玉(1972—)，男，副教授，研究方向：海洋生物學(xué)。E-mail:wanggy18_2007@163.com

陳雷(1974—)，女，副教授，研究方向：海洋微生物學(xué)。E-mail:chenleihit@163.com

P735

A

1007-9580(2017)06-055-07