大口黑鱸養殖池塘溶解氧適宜性評價

王壽兵，程力日見，劉興國

(1.復旦大學環境科學與工程系，上海 200433；2.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海 200092)

大口黑鱸()，俗稱加州鱸，屬輻鰭魚綱(Actinopterygii)鱸形目(Perciformes)太陽魚科(Centrarchidae)黑鱸屬()，原產于北美，于1983年引進我國。現已成為我國重要的淡水養殖品種之一，目前全國年產量已達40萬噸以上。在池塘養殖中，溶解氧濃度是決定其能否健康生長的重要環境因素之一。雖然國內外已有大量關于溶解氧對大口黑鱸生存、生長或生理影響的研究，但這些研究結果由于存在系統性或針對性不強(如僅有少量離散數據)等問題，既不能很好地指導廣大池塘養殖戶利用實測的數據來及時判別池塘的溶解氧適宜度水平，也難以指導其采取科學及時的應對舉措。本研究初步建立了面向大口黑鱸養殖池塘溶解氧濃度的適宜性分級及其分值，并通過對國內外相關文獻的薈萃分析，確定了不同適宜度等級的評價基準和評分方法。

1 溶解氧適宜度分級及其分值

為便于普通養殖戶理解和應用，本研究根據溶解氧對養殖對象生長和生存的適宜性高低，將適宜度劃分為5個等級期，分別稱為最適期、正常期、影響期、危險期和死亡期。對應的評價基準(或閾值)分別稱為最適期基準、正常期基準、影響期基準、危險期基準和死亡期基準。每個適宜度等級期的含義及賦分規定如下：

(1)最適期：養殖對象處于理論上最為理想的狀態，各項常規生理指標均不受溶解氧濃度影響。評分為3分。

(2)正常期：從最適宜狀態到可檢測到的不良影響(不適狀態)開始出現的時期。評分為3～2分。

(3)影響期：從不良影響(包括生理指標)出現開始到死亡威脅(如浮頭)開始出現的時期。評分為2～1分。

(4)危險期：從對魚類開始產生死亡威脅(如浮頭)至有個別魚體開始出現死亡的時期。評分為1～0分。

(5)死亡期：有魚開始死亡之后至可能引起大部分死亡的時期。評分為0分。

2 大口黑鱸養殖池塘溶解氧各適宜度等級評價基準值確定

通過廣泛收集和分析國內外有關溶解氧對池塘養殖大口黑鱸生長、生存以及生理指標影響的研究成果，尤其是大量急性毒性和慢性毒性實驗結果，最終確定各適宜度等級的評分基準。由于魚類個體大小對水體溶解氧濃度的適應性影響較大，而我國在池塘養殖大口黑鱸時，投放的魚種規格一般體長在50 mm或體重3.5 g以上，因此本文在搜集和分析相關文獻時重點關注實驗或研究對象體長在50 mm或體重3.5 g以上的部分。

2.1 最適期基準值的確定

目前關于大口黑鱸最適溶解氧濃度的研究還很少，相關研究僅見文獻[6,7]。該研究采用的實驗魚全長61.8～84.5 mm，馴化水溫26 ℃。研究發現溶解氧濃度在1.6～8.2 mg/L的范圍內，魚體濕重和干重增加率均隨著溶解氧濃度的增加而增加，一直達到26 ℃時的飽和度，約為8.2 mg/L。但溶解氧濃度在超過8.2 mg/L以后，增重速度并未再繼續增加。基于此，本研究確定大口黑鱸養殖池塘溶解氧最適期閾值下限為8.2 mg/L，即最適期溶解氧≥8.2 mg/L。

2.2 正常期基準值的確定

DAHLBERG等研究了溶解氧和二氧化碳對大口黑鱸游泳性能的影響，結果發現，在水溫25 ℃，氧氣濃度低于6.0 mg/L時，體重為3.51～6.93 g的幼體游泳速度顯著降低。當濃度超過6.0 mg/L時，則不再受氧氣濃度影響。HASLER綜合利用野外生物遙測和室內實驗，研究了溶解氧對大口黑鱸冬季棲息地選擇的影響，發現總長度77～110 mm的幼魚，在水溫5℃時，暴露于6.01 mg/L的溶解氧濃度下，未出現打哈欠活動，白肌乳酸濃度無增加。STEWART等的研究中，平均溶解氧分別為5.9和10.1 mg/L的情況下，平均體重為3.32～3.52 g的大口黑鱸體重在15 d內分別增加了122%和124%；平均溶解氧濃度分別為3.0、4.2和5.8 mg/L的情況下，平均體重為2.46～2.71 g的大口黑鱸體重在15 d內增加率分別為94%、135%和138%。平均溶解氧分別為3.7、5.4和8.2 mg/L的情況下，平均體重為6.13～7.06 g的大口黑鱸體重分別增加了49%、66%和88%。

而KERETZ等的研究發現，實驗魚平均體長335 mm，溶解氧為5.5 mg/L時，在25 ℃和29 ℃水溫條件下時生存率雖可達100%，但在33 ℃水溫時僅為65%。另外，VANLANDEGHEM等的研究發現，體長為(249.0±3.5) mm的大口黑鱸在20 ℃水溫時，如果溶解氧低至4.0 mg/L時，魚體會出現血鉀、白肌磷肌酸濃度下降等癥狀。GAULKE等將體長為150.0～180.0 mm的大口黑鱸分別放在溶解氧為3.0 mg/L和9.0 mg/L的條件下馴養50 d，結果前者體重比后者減少1/3，體長減少了8%。YANG等的研究表明，體重為110.0～130.0 g，長度18～25 cm的大口黑鱸在溶解氧為(3.5±0.3) mg/L的條件下飼養，和對照組(7.0～8.0 mg/L)相比，雖然肌糖原含量沒有明顯下降，但血漿葡萄糖含量在8 h后顯著提高。基于上述研究，本研究確定養殖池塘內大口黑鱸溶解氧正常期閾值下限為5.5 mg/L，即正常期溶氧濃度為5.5～8.2 mg/L。

2.3 影響期基準值的確定

目前已有大量關于低氧對大口黑鱸生存和生理影響的研究，但由于不同的研究所用實驗對象個體大小不同、實驗條件(如水溫等)各異，因此實驗結果尚未得到統一的結論(表1)。利用這些研究的成果，通過比較分析最終確定影響期閾值的最低限值，即開始出現浮頭時的溶解氧濃度值。

從表1中可以發現，對于不同的亞種，實驗魚體重在16.2～18.3 g,水溫為25 ℃時，開始浮頭時的溶解氧濃度為0.58～0.78 mg/L；而體重為23.9 g的大口黑鱸，在水溫為25 ℃條件下，呼吸代謝率發生明顯變化的臨界濃度為0.84 mg/L，該結果與文獻[16]具有較好相似性。GAULKE等的調查研究發現，平均溶氧低至0.96 mg/L，持續4 d，河道系統中仍發現有體重200 g左右的大口黑鱸存在,表明在該溶解氧濃度下未出現明顯的呼吸問題。BROWN等的研究表明，大口黑鱸成魚當溶解氧濃度低于1.8 mg/L時已開始了回避行為，且胃中食物出現頻率下降，但在支流中仍有少量停留。YANG等的研究表明，體重110～130 g，體長180～250 mm的大口黑鱸在溶解氧濃度為1.2 mg/L時，缺氧4 h后肝糖原分解和血糖濃度顯著增加，組織中積累大量乳酸，誘導AMPKα、HIF-1α、MCT1、MCT4和LDHα的表達，糖代謝已從有氧轉變為無氧，但仍可存活超過24 h。基于上述研究，并遵循普適性和審慎性原則，確定養殖池塘內大口黑鱸溶解氧影響期閾值下限為1.20 mg/L，即影響期溶氧濃度范圍為1.20～5.50 mg/L。

表1 低氧環境對大口黑鱸生存和生理影響的相關研究Tab.1 Studies related to the effects of hypoxia on the survival and physiology of M.salmoides

值得指出的是，雖然KERETZ等的研究發現體長335 mm的大口黑鱸在25和33 ℃條件下，在溶解氧濃度為2.00 mg/L時，其存活率分別為80%和15%，但考慮到該文實驗對象個體與我國池塘養殖個體相比要大許多，而水溫長時間保持在33 ℃的池塘也不多見，因此該文中溶解氧在2.00 mg/L時出現的魚體死亡可能并不具有普遍意義，所以未采納該研究成果。

2.4 危險期和死亡期基準值的確定

目前僅發現文獻[4]和[16]兩項研究記錄了第一尾魚開始死亡時的溶解氧濃度。這些研究的實驗魚為不同亞種，個體大小范圍平均為8.30～18.27 g，實驗水溫為14～25 ℃，測得的溶解氧濃度為0.39～0.84 mg/L，平均0.64 mg/L,中位數為0.62～0.71 mg/L，對應的實驗魚體重為10.1～10.5 g，水溫為22 ℃。總體上看，在不考慮個體大小差異的情況下，第一尾魚死亡時的溶解氧濃度有隨水溫升高而降低的趨勢，但由于不同的研究工作還存在實驗個體大小的差異，因此尚不能排除實驗個體大小差異造成的影響。由于我國池塘大口黑鱸養殖時投放的魚種大多在這個范圍內，因此這些參數對評價池塘溶解氧對大口黑鱸生存安全的影響仍有重要參考價值。另外，從文獻[16]和[19]關于窒息點(半數死亡時溶解氧濃度)的研究結果，平均體重在9.54～18.27 g的大口黑鱸，水溫13.5～25.0 ℃，窒息點溶解氧濃度為0.33～0.42 mg/L，平均0.37 mg/L,中位數0.38 mg/L(表2)。

表2 與第一尾和半數死亡時的溶解氧濃度相關的研究Tab.2 The studies related to the DO concentrations at the time of the first and the half of individuals death

基于上述研究，同樣，遵循普適性和審慎性原則，本文確定養殖池塘內大口黑鱸溶解氧危險期閾值下限為0.80 mg/L，即危險期溶解氧范圍為0.80～1.20 mg/L，而相應的死亡期則為0～0.80 mg/L。

3 各適宜度評分計算方法

具體評分采用隸屬度函數法進行計算，除最適期和死亡期外，其余三個時期隸屬度函數采用線性方程進行擬合構建，即認為該時期內的適宜度分值()與其溶解氧濃度()之間呈一元線性回歸關系，且其分值范圍的上限和下限分別對應該時期評價基準上限和下限。采用最小二乘法得到以適宜度分值為因變量，溶解氧濃度為自變量的線性方程，即評分的具體計算公式。如危險期，即認為溶解氧濃度為1.20 mg/L時，對應的適宜度分值為1分，而溶解氧濃度為0.80 mg/L時，對應的適宜度分值為0分，利用最小二乘法得到分值與溶解氧濃度之間的線性回歸方程為=25-2。正常期和影響期計算公式也按此方法，結果如表3所示。單個指標最高得分為3分，最低得分為0分，分數越高越好。評分為3分，代表池塘溶解氧濃度正處于最適期，是最適合大口黑鱸生長的理想狀態，這是眾多養殖戶需要努力爭取的目標；評分為2～3分之間，表示溶解氧濃度處在正常范圍，不會對大口黑鱸生長造成不良影響，一般情況下養殖戶只需要維持好這種狀態即可；評分處在1～2分之間，表示已經開始對大口黑鱸生長造成不良影響，甚至有一定的死亡威脅，此時養殖戶需要采取補救措施，使溶解氧提高到正常狀態；指標評分低于1分，意味著對大口黑鱸而言已非常危險了，養殖戶必須立即采取緊急措施，否則將在短期內出現死亡現象；當指標評分為0分時，已完全不適合養殖對象的生存，此時再采取措施可能為時已晚。

表3 各適宜度的評價基準、分值范圍和基于實測濃度(C)的分值計算公式Tab.3 The evaluation benchmark and score range of each suitability degree and the score calculation formula based on the measured concentration(C)

養殖戶通過實測得到池塘溶解氧濃度()后，即可根據評分基準初步判斷所處的適宜度分期，然后可利用對應的評分公式計算得到最終適宜度評分。如在上海松江區某大口黑鱸養殖池塘實測溶解氧濃度()為5.3 mg/L,介于5.50～1.20 mg/L，可判定為處于“影響期”，利用影響期對應的評分公式“0232 6+0.720 9”，計算得到最終評分為：0.232 6×5.3+0.720 9=1.953 7分,非常接近正常期的最低分2分,表明該池塘溶解氧雖然處于影響期，但離正常期很近，此時溶氧濃度尚不會對養殖對象造成大的危害。據此評價結果，養殖戶做到了“心中有數”，此時可根據溶氧控制目標采取相應的措施，如果僅需要控制在正常期，既可采取適當增氧的措施，如開一會兒增氧機或補充少量新鮮水等，也可暫時保持現狀，后續根據天氣(如日照條件)等因素再決定是否采取增氧措施。當然如果打算“提檔升級”到最適期，則需要采取更進一步的增氧措施。

4 結論

本文將大口黑鱸養殖池塘溶解氧濃度所處水平劃分為最適期、正常期、影響期、危險期和死亡期，并賦予各期適宜度得分為3分、3～2分、2～1分、1～0分和0分。通過國內外相關文獻薈萃分析，研究確定了各期溶解氧濃度范圍分別為≥8.20 mg/L、8.20～5.50 mg/L、5.50～1.20 mg/L、1.20～0.80 mg/L和<0.80 mg/L。采用線性方程構建各期隸屬度函數，可用于實測濃度的適宜度評分計算。值得指出的是，雖然本文在確定各期基準時盡可能遵循了普適性和審慎原則，但由于水溫、魚體大小、氨氮濃度等因素對溶解氧的適宜度也會有一定影響，因此，本文研究確定的相關參數雖然在一般情況下具有較好參考應用價值，但在更特定條件下的評價基準還需進一步研究。