換水率和密度對刺參生長和水質的影響

王光玉， 姜佳惠， 祝 楠， 陳 雷

(哈爾濱工業大學(威海)海洋科學與技術學院，山東 威海 264209)

換水率和密度對刺參生長和水質的影響

王光玉， 姜佳惠， 祝 楠， 陳 雷

(哈爾濱工業大學(威海)海洋科學與技術學院，山東 威海 264209)

為探究日換水率(0、10%、20%、30%和100%)和養殖密度[0.980±0.008、1.760±0.005、2.810±0.007和(3.640±0.006) kg/m3]對刺參(Apostichopusjaponicus)生長率和養殖水質的影響，養殖試驗首先在非循環水養殖條件下，測定各組刺參綜合特定生長率(ISGR)及養殖水體中氨氮及亞硝酸鹽氮質量濃度。結果顯示，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；密度養殖試驗證明，隨著養殖密度的增加，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)%，各組換水率及養殖密度組水體中氨氮及亞硝酸鹽氮均在安全濃度范圍內波動；養殖結果顯示，循環水養殖試驗組刺參的ISGR高于非循環水養殖組，可達(0.130±0.007)%，且氨氮及亞硝酸鹽氮質量濃度在0.020 mg/L以下，而非循環水養殖的分別積累到(0.600±0.015)mg/L和(0.076±0.002)mg/L。研究表明，在換水率15%，養殖密度(2.810±0.007)kg/m3的循環水養殖條件下，可以保證水體水質穩定，刺參生長良好。

刺參；循環水養殖；換水率；養殖密度；水質

刺參(Apostichopusjaponicus)在遼寧、山東、河北等北方沿海地區廣泛養殖，具有較高營養價值[1-2]。刺參池塘養殖、近海底播養殖、網箱養殖、潮間帶圍塘養殖、大棚養殖等蓬勃發展，但外界環境對其負面影響也逐漸增加[3]。如富營養化導致的海水水質變化，近海污染導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殖產生不利影響；適合刺參生長的水溫為13-18℃，使得刺參的生長周期較長，加劇了養殖風險。保證刺參在最適條件下養殖、少受或不受外界環境影響，對食用刺參養殖的發展具有重要意義。

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

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用刺參狀態良好、健康，體質量在(35.0～40.0)g之間，購自山東省威海市威海日鑫水產科技開發有限公司。試驗用發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。發酵餌料所用微生態制劑購自威海四合生物科技股份有限公司，主要是海水培養的乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌。將發酵原料與微生態制劑混合均勻后置于(33±1)℃下發酵5 d[6]，發酵后烘干、粉碎、保存備用。

試驗在循環水養殖系統中進行。該系統由10個養殖池(0.97 m×0.77 m×0.25 m)、沉淀蓄水池、水處理系統、紫外殺菌器和自動控制系統組成。水處理系統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調控。循環水養殖時，水流依次經過上述各單元，進行循環使用。非循環(流水式)養殖時，養殖池每天交換一定量的海水進行養殖。

1.2 方法

1.2.1 換水率、刺參生長速率和水質測定

1.2.2 換水率15%的循環水刺參養殖試驗

以非循環水養殖為對照，比較循環水養殖刺參的生長狀況和水質變化。試驗在6個養殖池內進行，1～3號池為循環水養殖，4～6號為非循環水養殖，共持續21 d。循環水養殖池內海水由池內高位排水口排出后進入蓄水池，再流經牡蠣殼、蛋白質過濾器及控溫系統后重新流回養殖池內。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養殖，第2天早上待餌料沉降后試驗組開啟循環水系統，每天運行8 h以上，試驗共持續12 d。

1.2.3 養殖密度與刺參生長、水質測定

試驗共設4個密度組：(3.640±0.006)、(2.810±0.007)、(1.760±0.005)和(0.980±0.008)kg/m3，每個處理設置2個重復。試驗期間，每天用虹吸管吸除養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。每天投喂發酵飼料一次，投喂量為刺參重量的1.5%，試驗持續28 d。

1.2.4 刺參的循環水養殖試驗

試驗共設2組，其中試驗組重復6次，對照組(非循環水養殖)重復3次，試驗期間每天補充新海水，換水率均為15%，養殖密度(2.810±0.007) kg/m3。飼喂發酵餌料，每天將餌料與占刺參總重2倍餌料重量的微生態制劑混合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養殖，第2天待飼料沉降后開啟循環水系統，保證系統每天運行8 h以上，試驗共持續28 d。試驗期間，循環水系統每天運行8～10 h，試驗共持續24 d。

1.2.5 養殖條件控制

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

1.2.6 實驗數據測定與處理

試驗期間，每7 d稱量各組刺參的體質量，每組共6個，生長數據取平均值和標準差，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—飼養時間，d；n—取樣次數，次。

按照《海洋監測規范》測定養殖水質，用靛酚藍分光光度法測定氨態氮[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。試驗數據用平均數±標準差表示，用SPSS 22.0軟件進行數據統計分析。使用OriginPro8.0軟件進行數據作圖，柱狀圖中用字母標記法標記差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 換水率對刺參生長和水質的影響

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，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%作為循環水養殖的換水率較為合適。

2.2 換水率15%下循環水養殖刺參試驗

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

圖4 非循環水和循環水養殖組刺參的 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

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

試驗期間,養殖水中亞硝酸鹽氮、氨氮濃度變化見圖5和圖6。

圖5 非循環水和循環水養殖條件下水體中 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 非循環水和循環水養殖條件下水體中的 氨氮濃度變化

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

發酵飼料可降低養殖水體中氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，明顯改善水質。開始階段非循環水養殖水體中亞硝酸鹽氮濃度高于循環水養殖，隨著養殖的進行，濃度逐漸降低。非循環水養殖水體中氨氮濃度始終上升，顯著高于循環水系統氨氮數據(P< 0.05)。

2.3 不同放養密度下刺參的生長

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)%，養殖密度與ISGR成負相關，密度越大，ISGR越低。在循環水養殖中，密度(2.810±0.007)kg/m3相對較大，ISGR相對也較大，比較適合循環水養殖。

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，不同密度對養殖水體內亞硝酸鹽氮濃度的影響規律基本相同。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 循環水養殖刺參試驗結果

2種養殖方式的ISGR見圖10。

圖10 非循環水和循環水養殖中刺參的 綜合特定生長率

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

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

圖11 非循環水和循環水養殖中刺參特定 生長率的變化

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

兩種養殖模式的水質變化表明，發酵飼料能很好控制氨氮和亞硝酸鹽氮濃度，且能維持穩定水平；在非循環水養殖中，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)。可以看出，循環水養殖比非循環水養殖具有顯著優勢。

圖12 非循環水養殖和循環水養殖條件下水體中 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 非循環水養殖和循環水養殖條件下水體中的 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

養殖過程中換水可以改善養殖生物的環境條件，盡量維持海水的理化性質。換水量過大會增加養殖成本，過小則排泄物及殘餌積累在水中，難以保持良好的水質而影響刺參生長。因此，合適的換水率對刺參養殖非常重要[9]。沈加正等[10]利用循環水養殖系統高密度飼養羅非魚(Oreochromisniloticus)，發現總換水率為10%～20% ，氨氮和亞硝酸鹽質量濃度可以保持在安全范圍內，這與本文的結論相吻合。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)試驗發現，氨氮、硝態氮、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。綜合考慮養殖生物的生長、水質及換水成本，循環水刺參養殖的換水率15%較為適宜。

循環水養殖能加速水系統的物質循環和能量流動，使養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，刺參在非循環水養殖中的ISGR比循環水養殖高，其原因可能是循環水養殖系統水處理單元中的牡蠣殼過濾器、泡沫蛋白質分離器等截留了水體中的微生物、藻類和有機質，使養殖水中的營養成分不豐富，紫外殺菌器也有一定作用。因此在循環水養殖刺參中應添加活性益生菌，以增加水體中微生物的數量。

3.2 不同養殖密度對刺參生長的影響

近年來，有關不同養殖密度對水產養殖效果的研究較多。刺參養殖密度與刺參的大小密切相關。王吉橋等[13]發現刺參的終末體質量隨放養密度的增加而降低；同一密度下刺參的生長和成活率與放養規格呈負相關。吳艷慶等[14]發現在育苗期低密度養殖大規格參苗可以保證較高的生存率和凈生產率。Dong等[15]認為在養殖密度為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量在(35.0～40.0)g的刺參，密度也相應提高，結果顯示特定比生長率隨著刺參養殖密度的增加而逐漸降低，這與Tolon[16]、Serang等[17]的研究結果相似。

本試驗結果表明，在循環水系統中亞硝酸鹽氮和氨氮濃度一直保持在平穩的低水平，循環水養殖可以較好地控制養殖水質。Pei等[18]研究表明隨著飼養密度的增加，養殖個體間相互制約程度加強，導致刺參體質量的變異系數顯著增加。Xia等[19]發現隨著放養密度的增加，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密度的增加而上升。結果表明，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，這一結果與Zhang等[20]的研究結果相一致。

3.3 提高養殖區微生物有利于刺參生長速率

水處理系統中的尼龍絲掛網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殖水體中的有機質生長繁殖、凈化水質。刺參腸道正常菌群及其代謝產物能促進某些營養成分的吸收，提高腸道內消化酶活性，促進新陳代謝[22]。在基礎餌料中添加酵母菌、微生態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構[23]，促進刺參生長繁殖[24]，有效改善養殖水質[25]。本試驗中飼喂的發酵餌料中營養成分豐富，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制劑，增加了刺參腸道微生物的數量，促進消化酶的產生和活性，利于提高刺參的生長速率。

4 結論

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

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[1] 唐賢明,楊守國,顧志峰.仿刺參在海南地區的苗種培育與養成[J].基因組學與應用生物學,2017,36(1):183-189.

[2] 王斌,胡亮,程振遠,等.仿刺參不同組織液的抗菌活性[J].大連海洋大學學報,2010,25(6):523-527.

[3] 杜佗,李彬,王印庚,等.刺參(Apostichopusjaponicus)大水面養殖池塘環境中優勢益生菌篩選及其特性分析[J].漁業科學進展,2017,38(3):180-187.

[4] 王峰,雷霽霖,高淳仁,等.國內外工廠化循環水養殖研究進展[J].中國水產科學,2013,20(5):1100-1111.

[5] 王路平,吳垠,班紅琴,等.微生態制劑對刺參幼參在封閉式循環養殖系統中的應用研究[J].中國微生態學雜志,2009,21(6):497-499,504.

[6] 郝繼浦.利用海帶渣和啤酒糟生產刺參餌料的研究[D].威海:哈爾濱工業大學,2014.

[7] 李小衛,江雨秦.靛酚藍分光光度法測定海水中的氨型氮的方法探究[J].當代化工研究,2017(1):159-160.

[8] 田良.仿刺參消化道中產酶菌株的篩選鑒定及其在仿刺參飼料中的應用[D].廈門:集美大學,2015.

[9] 盧超超,孫永軍,高勤峰,等.不同換水頻率對刺參養殖池塘底泥環境的影響[J].海洋湖沼通報,2014,38(4):59-66.

[10] 沈加正,史明明,阮贇杰,等.變速流操作調控循環水養殖系統水質效果研究[J].農業機械學報,2016,47(7):309-314.

[11] 李曉莉,張世羊,陶玲,等.基于生物塘處理的不同水交換率對池塘水質及鯽魚生長的影響[J].水處理技術,2012,38(12)：85-89.

[12] 張業韡,吳凡,陳翔,等.基于易控的工業化循環水養殖系統[J].漁業現代化,2017,44(1):21-25.

[13] 王吉橋,董恩東,張玉滿,等.土池網箱育苗中放養密度對刺參生長及成活的影響[J].水產科學,2011,30(10):621-625.

[14] 吳艷慶,張玉祥,杜榮斌,等.不同規格和投苗密度對仿刺參池塘網箱保苗效果的影響[J].水產科學,2016,35(6):633-638.

[15] DONG S L，LIANG M，GAO Q F，et al.Intra-specific effects of sea cucumber(Apostichopusjaponicus) with reference to stocking density and body size[J].Aquaculture Research,2010,41(8):1170-1178.

[16] TOLON T,EMIROGLU D,GUNAY D,et al.Effect of stocking density on growth performance of juvenile sea cucumberHolothuriatubulosa(Gmelin，1788)[J].Aquaculture Research,2017,48(8):4124-4131.

[17] SERANG A M，RAHANTOKNAM S P T，TOMATALA P.Effect of different stocking densities on growth and survival rates of sea cucumberHolothuriascabraseedlings [J].Aquaculture Indonesiana,2016,17(1):30-34.

[18] PEI S，DONG S，WANG F,et al.Effects of density on variation in individual growth and differentiation in endocrine response of Japanese sea cucumber(Apostichopusjaponicus，Selenka)[J]. Aquaculture,2012,356-357(4):398-403.

[19] XIA B，REN Y C，WANG J Y，et al.Effects of feeding frequency and density on growth,energy budget and physiological performance of sea cucumber(Apostichopusjaponicus)[J]. Aquaculture,2017,466:26-32.

[20] ZHANG S，LIU S L，ZHANG L B，et al.Effect of stocking density on key growth traits of a fast-growing and heat-resistant strain of sea cucumber(Apostichopusjaponicus)[J]. Aquaculture Research,2016,47(11):3636-3643.

[21] 鄧德波，馬英，徐春燕，等.鰻鱺養殖循環水處理系統細菌的組成及其數量[J].集美大學學報(自然科學版)，2010，15(5)：321-326.

[22] 樊英,李樂,于曉清,等.免疫增強劑對仿刺參腸道微生物的影響[J].中國農學通報,2015,31(2):91-96.

[23] 聶琴,楊凡,萬龍飛,等.飼料中添加酵母對刺參腸道消化酶活性和腸道微生物的影響[J].中國飼料,2014(17):42-44.

[24] 陽鋼.幾種微生態制劑對刺參(Apostichopusjaponicus)養殖水體及刺參腸道菌群結構的影響[D].青島:中國海洋大學，2012.

[25] 董春光,楊愛國,孫秀俊,等.枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)在刺參養殖中的益生作用[J].漁業科學進展,2015,36(3):109-115.

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

哈爾濱工業大學威海校區學科建設引導基金項目(WH20150204和WH20160205)

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

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

P735

A

1007-9580(2017)06-055-07