養殖池塘水體溫度與鹽度分層結構及調控研究進展

孫亞慧 張津源 魏亞南 魏閆以琳 周瑋

摘 要：綜述了養殖水體的溫度、鹽度分層現象及其對水產養殖動物的危害，以及利用微孔曝氣機、葉輪式增氧機、耕水機、揚水筒、養水機等在去除水體分層方面的研究進展。

關鍵詞：養殖池塘;溫度分層;鹽度分層;去分層;水質調控

近年來，因水質問題而導致的養殖池塘水產動物大批量死亡現象屢見不鮮，該現象在夏季降雨期、春季化冰期養殖池塘中尤其突出[1-2]。據報道，2016年某地魚塘出現3天內70%魚類死亡的現象，對現場池塘水體進行分析調查發現該魚塘水體上下層水溫差異達10 ℃，溶氧差異達8.2 mg/L，池塘出現明顯的分層結構直接導致了這一大批量死亡現象[3]。對養殖池塘進行水質調控，避免池塘出現水體分層結構，是值得水產養殖業者關注的課題。

國內外已有多種水質調控方式廣泛應用于解決養殖池塘水體溫度、鹽度分層問題，如：微孔曝氣機[4-6]、葉輪式增氧機[7-9]、耕水機[10-11]、揚水筒[12-14]、養水機[15-16]等，本文對上述五種水質調控設備在去除水體溫度、鹽度分層方面的研究和應用進展進行了綜述，為今后開展水產養殖中水質調控設備在去分層方面的研究工作提供改進方向。

1 養殖池塘水體分層結構

1.1 養殖池塘水體溫度分層結構

水溫分層是一種因水體溫度差異較大，導致水體密度分層的現象[17]，一般多出現在咸淡水池塘、水庫、湖泊等封閉水體中，每年4—6月份（春季化冰期、夏季高溫期、降雨期）為水體出現水溫分層的多發期[18]。

池塘水體分層結構在夏季尤其明顯，池塘水表面受光照輻射、表面熱空氣加溫等因素影響大[2]，使上層水體溫度快速升高，此部分水的密度下降，水體較輕，浮在池塘水體表面，池塘底層水體受到光照及表面熱空氣加溫影響小，水體溫度相對緩慢升高或無變化，此部分水的密度相對大，水體較重，沉在池塘底部，出現垂向的表溫層、滯溫層[3]，水深≥7m的封閉水體在表溫層和滯溫層之間還存在溫躍層[19]，即“三明治結構”。

1.2 養殖池塘水體鹽度分層結構

鹽度分層是一種因水體鹽度差異較大，導致水體密度分層的現象[20]，一般多出現在海水池塘。池塘鹽度分層的特點是垂向存在上下層鹽度差。在海水養殖池塘的具體表現為：因雨雪天氣，密度小的淡水落入密度大的咸水水體，浮于咸水水體表面，呈現出分層的水體結構[21]。春、夏兩季海水池塘極易出現鹽度分層結構。春季回暖，隨著溫度逐漸升高，池塘冰面逐漸融化，冰面融化后低鹽度水體覆蓋在池塘表面，鹽分及其余部分則濃縮至下層水體，高鹽度的水體沉到池塘底部，形成鹽度分層結構[22];夏季強降雨后，雨水大量滯留池水表層未能及時排出，浮在池塘表面，咸水沉在池塘底部，也會造成鹽度分層[23]。

1.3 養殖池塘水體分層的危害

綜上所述，養殖池塘的水體分層結構究其原因是池塘水體因密度差異而出現上下分層。已有研究報道，海參池塘表-底層水體溫度差異為475～5.21 ℃時，池塘出現溫度分層結構，表層水和底層水無法通過上下對流進行交換， 上層水中充足的溶解氧不能通過水的上下對流輸送到底層[24]，結果海參賴以生存的底層水成了“死水”，池底溶解氧降至4.04 mg/L以下，氨氮超出刺參養殖的要求（低于0.02 mg/L）。下層水體厭氧菌、有害菌大量滋生，池內刺參腸道內弧菌數量為3.5×106 CFU/g，高出未分層水體池塘刺參1～3個數量級單位，水體老化、底部變臭、有毒物質增多[3]，極易誘發養殖刺參感染疾病[25]。Hudson 等[26]在對加拿大 Diefenbaker 湖（Lake Diefenbaker）的研究中也發現，因水體分層而導致的缺氧現象對水生動物影響較大，并且通過計算發現躍溫層單位體積水體耗氧速率為0.034～0.12 mg·L-1·d-1。胡曉娟等[27]也報道了在強降雨天氣條件下， 對蝦養殖池塘出現鹽度差為5‰～6‰的鹽度分層結構，此時池塘異養菌數為7.01×105 cfu·mL-1，弧菌數為1.04×105 cfu·mL-1;而未分層池塘異養菌數為2.56×105 cfu·mL-1，弧菌數為1.04×105 cfu·mL-1，可見，上述池塘病原菌比例升高，與頻繁降雨導致池塘水體的溫度和鹽度分層有直接的關系。若不對池塘溫鹽分層結構進行處理，其后果難以想象。

2 水體去分層技術

隨著水體分層對池塘水體環境的威脅日益增加，池塘水質調控方式的去分層作用成為現階段水產養殖業研究的重點內容。目前，研究發現養殖池塘中具有去分層作用的水質調控方式主要為：微孔曝氣機、葉輪式增氧機、耕水機、揚水筒技術、養水機等。

2.1 微孔曝氣機去分層技術及基本原理

微孔曝氣機是養殖池塘常見的水質調控器械，其工作原理將壓縮空氣經管道傳輸至池塘底部，再通過微孔曝氣盤以小氣泡形式向水體充氧，充氧后的水體直接進入池塘[4];同時充氧后的水體與缺氧水體發生氧氣的傳質作用，向周邊水體充氧，當水體上下層氧氣均勻混合時，水體分層消失[5-6]。

2.2 葉輪式增氧機去分層技術及基本原理

相比微孔曝氣機，葉輪式增氧機對池塘水體有比較好的混合能力，其工作原理是通過安裝在水面上、下的葉輪轉動，通過對水體的劇烈攪動、提升，產生水躍和負壓吸氣等聯合作用，增加水體溶氧消除水體分層[7]，張世羊等[8]研究也發現，葉輪式增氧機能夠通過增強上下水層交換，削減氧差，減少上層溶氧的逸出損失，提升下層水體的低溶氧水平的方式消除水體分層。谷堅等[9]的實驗結果表明，微孔曝氣機在連續開機112 min時池塘水體仍未混勻，上下水體氧差變化率為186%，而葉輪式增氧機可在開機32 min內達到全池水體混勻的效果，上下水體氧差變化率為64.3%，縮小水層氧差能力比微孔曝氣高45.7%。

2.3 耕水機去分層技術及基本原理

近年來，耕水機進入了水產養殖業的視野，其工作原理是攪拌、曝氣，并產生環流效應，使表層和底層的水體進行交換，溶解氧較高的上層水體到了下層，帶來豐富的溶氧;底層的低溶解氧水體被帶到上層，進行光合作用、曝氣，從而達到水體溶解氧的均勻合理分布，打破水體分層的目的[10]。有研究表明，使用耕水機的養殖池塘，表底層的溶氧均勻[11]， 在4.5～5.5 mg/L之間，表層與底層偏差0.5 mg/L[10]。

2.4 揚水筒去分層技術及基本原理

揚水筒技術去除水體分層多見于國外報道，其工作原理是將壓縮空氣輸送至揚水筒的氣室中，產生間歇性氣彈從而帶動水體循環，破壞水體分層結構[12]，主要應用于湖泊、水庫。研究發現，揚水筒能夠去除水體分層，并且抑制湖泊藻類生長[13]。Jungo等[14]應用揚水技術的研究結果也表明，揚水筒技術去除水體分層后，水庫中葉綠素a濃度和藻類生物量顯著下降，有毒微囊藻生物量降低了95%。

2.5 養水機去分層技術及基本原理

養水機水質調控技術作為一種新型水質調控技術，在水體分層方面效果尤為顯著，其工作原理是將表層水通過進水口從底座出水口以射流的方式排到池塘底部[15]。有研究報道，自然池塘、微孔曝氣池塘、養水機池塘均存在不同程度的溫鹽分層現象，其中自然池塘溫鹽分層現象最為明顯，表-底層水體溫度差異最高可達3.8℃、鹽度差異最高可達1.7‰;微孔曝氣池塘表底層水溫差異最高達1.4℃、鹽度差異最高可達1.1‰;養水機池塘表底層水溫差異最高僅為0.7 ℃、鹽度差異最高僅為0.7‰，得出養水機能夠控制養殖池塘溫、鹽躍層的結論[15]。據統計，鹽度躍層全年在養水機池塘僅出現2次，而自然池塘和底充氧池塘均出現5次[16]。

3 展望

每逢季節交替，池塘養殖產業頻頻遇到水體分層導致的養殖動物缺氧死亡現象。消除水體分層成為整個水產養殖業急需解決的問題之一，在如今要求環保養殖的大環境下，耗能低、效率高的水質調控設備，也將成為水質調控方式的下一步改進目標。

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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）

基金項目：遼寧省科學計劃項目（2018104009）;遼寧省“興遼英才”項目（XLYC1808029）;河北省現代農業產業技術體系淡水養殖創新團隊資助。

作者簡介：孫亞慧（1997-），女，研究生在讀，研究方向：水產養殖。E-mail：1293143369@qq.com。

通信作者：周 瑋（1963-），男，教授，碩士生導師，研究方向：水產養殖。E-mail：zhouwei@dlou.edu.cn。