底部微孔增氧管布設距離和增氧時間對刺參養殖池塘溶氧的影響

李 彬， 王印庚， 廖梅杰， 杜 佗， 范瑞用

(1中國水產科學研究院黃海水產研究所，青島海洋科學與技術國家實驗室，海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發展有限公司，山東 青島 266409)

底部微孔增氧管布設距離和增氧時間對刺參養殖池塘溶氧的影響

李 彬1， 王印庚1， 廖梅杰1， 杜 佗2， 范瑞用3

(1中國水產科學研究院黃海水產研究所，青島海洋科學與技術國家實驗室，海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室，山東 青島 266071；2 上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306;3 青島瑞滋海珍品發展有限公司，山東 青島 266409)

1 材料與方法

1.1 實驗地點

實驗在青島某刺參養殖場養殖池塘進行。池塘呈長方形，長400 m，寬50 m，水深2 m，泥沙底質；刺參附著基為三角堆砌型瓦片。放苗規格100～200頭/kg，投苗密度3 300頭/667 m2。實驗期間底層水溫26℃～28℃，鹽度30左右，pH 6.85～7.22。

1.2 底部微孔增氧系統

底部微孔增氧系統主要由ZLS100L三葉羅茨鼓風機(功率為11 kW)、截止閥、排氣閥、主管、增氧管(支管)、接頭組成。鼓風機和主管道設置于壩頂，增氧管為微孔管(直徑20 mm)，與主管道(PVC)垂直排列延伸到池塘邊緣，增氧管長度為40 m，增氧管正上方有增氧孔，充氧微孔直徑0.8～1.0 mm，微孔間距2 m。

圖1 刺參養殖池塘增氧系統布設示意圖

1.3 實驗方法

1.3.1 池塘溶氧測定

2014年8月選擇兩個池塘，一個進行底部微孔增氧(實驗池)，另一個不增氧(對照池)，增氧時間為23:00—7:00，在23:00、3:00、7:00、15:00時間點測定兩個池塘水體底層(距池底10 cm)的溶氧(DO)，對比分析增氧對池塘溶氧的影響，并測定增氧池塘7 d內微孔增氧0、30、60、120、240、360和480 min時的溶氧，每個時間點上在3個不同位點測定3個數據，取其平均值。溶氧采用YSI-556進行測定。

1.3.3 不同位置DO測定

底部微孔增氧8 h后測定距離增氧管0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10 m處底層水體的溶氧(DO)，每個位置測定3個數據。

1.4 數據統計與分析

運用SPSS Statistics 19.0對數據進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，當組間差異顯著時(P<0.05)用Duncan檢驗進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 底部微孔增氧對溶氧的影響

圖2表示實驗池與對照池溶氧的變化。可以看出，實驗池的溶氧持續上升，由3.76 mg/L上升到5.14 mg/L，而對照池溶氧呈下降趨勢，由3.75 mg/L下降到3.16 mg/L，7:00到達最低點。停止增氧8 h后，實驗池顯著高于對照池(P<0.05)。

圖2 實驗池和對照池溶氧的變化

圖3表示溶氧隨增氧時間的變化，可以看出連續增氧8h，溶氧持續增加。增氧2 h，溶氧上升緩慢；2～6 h出現躍升期，溶氧由4.5 mg/L上升到5.03 mg/L；增氧6～8 h溶氧達5.29 mg/L，但溶氧增速下降。

圖3 溶氧隨增氧時間的變化

2.2 底部微孔增氧對COD的影響

圖4表示實驗池和對照池COD的變化。可以看出，在7 d時間內對照池COD較為穩定，保持在18.5 mg/L左右，實驗池在增氧后2 d COD顯著低于對照池(P<0.05)，并持續下降；充氧7 d后，實驗池和對照池差異極顯著(P<0.01)，對照池為18.72mg/L，實驗池為14.15mg/L。增氧第6天，COD下降速率最快，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，第7天下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

圖4 實驗池和對照池COD的變化

2.3 底部微孔增氧與未增氧對的影響

圖5 實驗池和對照池的變化

2.4 增氧管的不同布設距離對DO的影響

圖6表示DO隨增氧管距離變化的情況。可以看出，溶氧隨著與增氧管距離的增加而下降，在0 m處(微孔管上方)的溶氧為5.48 mg/L，1 m處DO下降速率較快，但與0 m處差異顯著(P<0.05)，1～2 m處DO較高，3～4 m處溶氧緩慢下降，與1～2 m處差異不顯著(P>0.05)，溶氧保持在5.22 mg/L；距離5～8 m處溶氧下降速度較快，與1～2 m處差異顯著(P<0.05)，DO接近5.00 mg/L；距離9 m、10 m處下降速度顯著，溶氧低于5.00 mg/L。

圖6 DO隨增氧管距離的變化

3 討論

3.1 底部微孔增氧對DO的影響

根據雙膜理論[9]，增加空氣與水的接觸面積可提高增氧能力。單位時間內通過曝氣器擴散于水中的氣泡相對越小，越有利于氣體向水中傳遞[10]。底部微孔增氧通過增氧管上的微孔將空氣以氣霧的形式壓入水體中，使空氣與水充分接觸，能夠快速增加DO。研究表明，底部微孔增氧能顯著提升池塘底層DO，減小池塘氧躍層[11]；底部微孔增氧夏季使用效果更加明顯[12-13]。在本實驗中，對照池由于底部微生物代謝、有機物氧化以及水生生物的呼吸作用，23：00—7：00溶氧持續下降，7:00降低到3.16 mg/L，低于刺參健康生長所需的DO，因此，夜間增氧對刺參養殖很有必要，而且在充氧結束8 h后溶氧顯著高于對照池，說明底部微孔增氧能夠充分的與水體接觸，持續保持高濃度DO。

影響底部微孔增氧的因素很多，包括增氧機功率、水溫、增氧時長、增氧管布設密度以及水體生物量等[14-15]。養殖生產中可以通過增氧時長控制溶氧濃度，明確底部微孔增氧時間與增氧效果的關系對刺參高效養殖至關重要。谷堅等[16]研究了水深1.2 m的團頭魴養殖池塘中微孔曝氣增氧112 min可使池塘溶氧增加0.4 mg/L；王瑋等[17]利用圓環形增氧管研究管長與增氧效果的關系，管長20 m時溶氧達到飽和值需要360 min。本實驗增氧管的布設采用并列擺放的方式，實驗時間內水體中的溶氧隨增氧時長增加而提高，在增氧2 h內溶氧增加緩慢。研究表明在夜間開機3 h增氧效果不明顯[18]，與本實驗結果相近。增氧2～6 h時增氧速率提高，6 h后DO達到5 mg/L以上，說明水體的氧債已經得到補償，溶氧開始迅速上升；增氧6～8 h，增氧速率開始下降。因此，在生產上結合增氧效果和增氧成本，增氧時間6～8 h效果較好，也可以根據實際情況調整。

3.2 底部微孔增氧對的影響

COD反應了水體有機物的污染程度。姜森顥等[19]的調查表明，刺參池塘中COD為(17.46±1.75)mg/L。水體中溶氧水平對底泥COD的釋放有著重要影響，遲爽等[20]對刺參養殖池塘的水質監測表明，池塘COD為(6.17～47.73) mg/L，COD變化趨勢與溶氧相反。厭氧狀態下COD釋放曲線的峰值是好氧狀態下的1.6倍[21]。楊春娟等[18]研究表明底部微孔增氧對底泥COD的釋放、無機元素的分解有優異的表現。本實驗結果表明，底部微孔增氧可使COD持續下降，可能是由于增氧后微生物活性增加，好氧微生物利用有機物的代謝作用，將其轉化為自身的能量，減少水體和底泥中COD。增氧前期增加的溶氧用來抵消水體氧債，而長期增氧后水體中氧債的抵消使水體中有充足的溶氧來氧化有機物，好氧微生物活性增加，故增氧后第6天COD下降明顯，從15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，連續增氧7 d后，COD下降速率減緩，從14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

3.3 管道布設對增氧效果的影響

微孔增氧機增氧管的布設密度是影響池塘中增氧效果重要條件之一。養殖生產中多數養殖者根據生產經驗盲目布設，不能使微孔增氧能力獲得較大發揮，而相關的研究較少。王瑋等[18]研究圓盤式微孔底部增氧在刺參池塘養殖中應用較少。本實驗基于生產應用研究與增氧管不同距離溶氧的變化，從實驗結果可以看出，距離增氧管3～4 m處溶氧緩慢下降，但保持較高值5.22 mg/L；距離增氧管5 m以上，溶氧顯著下降，距離超過8 m時溶氧低于5.00 mg/mL。故在本實驗條件下，微孔增氧管之間的布設距離在6～8 m可以實現高效增氧。金忠文等[27]研究表明鼓風機功率配置0.3 kW/667 m2時充氣管道的合理間距為4～6 m，與本實驗結果基本一致。由于增氧設施以及外界環境的不同，其增氧效果有一定差異。實際生產中增氧管的具體布設距離要根據增氧機功率、曝氣管長度、曝氣孔大小以及池塘中的生物量和水深來確定[28]，也可考慮采用混合增氧的方式來增加微孔增氧管的敷設距離。

3.4 混合充氧在水產養殖上的應用

底部微孔增氧是一種垂直增氧方式，在距離增氧管較近水體中的DO較高，隨著與增氧管距離的增加DO降低，說明該增氧方式增氧容易造成水體中的DO分布不均勻。針對該現象，可以與其它增氧方式如水車式增氧機、涌浪式增氧機等混合使用[29]，利用其推流能力將池水水平向四周推動形成水流，垂直增氧與水平增氧相結合可以大大提升DO的均勻度和濃度。同時，可以進一步增大底部微孔增氧氣管的布設距離，可以節約能源和生產成本。對于混合增氧的增氧效果還有待進一步研究。

4 結論

□

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TheinfluenceofspacingandaerobictimeonthedissolvedoxygenlevelsbymicroporetubeaeratoronthebottomofApostichopusjaponicusponds

LIBin1，WANGYingeng1,LIAOMeijie1，DUTuo2，FANRuiyong3

( 1YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences;QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,LaboratoryforMarineFisheriesScienceandFoodProductionProcesses,Qingdao266071,China；2ShanghaiOceanUniversity,CollegeofFisheriesandLifeScience,Shanghai201306,China;3QingdaoRuiziPreciousSeafoodDevelopmentLimitedCompany,Qingdao266409，China)

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.06.003

2017-10-01

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項(20603022016008)；山東省農業良種工程重大課題“速生抗病耐高溫刺參良種選育”

李彬(1984—)，男，助理研究員，研究方向：養殖生態與疾病防控。E-mail: libin@ysfri.ac.cn

王印庚(1963—)，男，研究員，研究方向：水產病害控制。E-mail: wangyg@ysfri.ac.cn

S967.4

A

1007-9580(2017)06-013-06