鰱幼魚對氨氮脅迫的行為響應特征研究

計紅 林育青 陳求穩 王駿 張元廣 余世金 于道平

摘要：為了深入揭示城市水體中氨氮脅迫對魚類生存和棲息地的影響，有必要針對特定魚類對氨氮脅迫的行為響應進行探究。選擇對氨氮較為敏感的重要經濟魚類鰱作為目標物種，通過氨氮急性毒性預實驗確定氨氮濃度范圍，設計“靜水多室”實驗裝置， 開展鰱幼魚對氨氮脅迫的行為響應實驗。鰱幼魚體長（5 ± 1）cm；實驗條件為水溫（25 ± 1）℃，pH 7.9 ± 0.1，溶解氧>9.0 mg/L，電導率約400 [μ]S/cm。結果表明，鰱幼魚對氨氮的96 h半致死濃度為16.8 mg/L。鰱幼魚行為響應實驗中，氨氮濃度為0、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L單元中的鰱幼魚平均分布率分別為44.4%、13.9%、4.9%、13.2%、13.2%和10.4%，相應的鰱幼魚平均回避率分別為-58.0%、-48.1%、68.9%、20.8%、33.3%和37.5%。鰱幼魚對氨氮脅迫的回避閾值小于1.0 mg/L（相對應的非離子氨濃度小于0.05 mg/L）。當氨氮濃度超過1.0 mg/L后，鰱幼魚回避率呈現先下降再上升的變化趨勢。鰱幼魚能夠探測到水體中的氨氮產生回避行為響應，其表現類型為“低濃度吸引、高濃度回避”。此外，氨氮濃度過高會導致鰱幼魚的應激反應能力降低。研究結果可為進一步探討氨氮脅迫對鰱幼魚生存活動的影響提供依據。

關鍵詞： 氨氮；鰱幼魚；回避行為；回避實驗

中圖分類號：Q178.1 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1674-3075（2023）02-0120-08

隨著工農業生產的高速發展和城鎮人口的快速增長，大量污染物質進入城市水體，改變了水體的理化指標，引起水質惡化，影響用水安全。不僅如此，污染物質中一些半徑較小的親脂性分子容易穿透生物膜的疏水性微孔進入生物體內，影響其生物形態及生理指標，從而對水生生物造成損傷（劉娥，2013）。然而，這種傷害的前提是水生生物被動置于有毒的環境，并被迫吸入有毒物質。研究表明，魚類對水環境中理化因子的變化極為敏感，通過嗅覺、味覺、視覺、 側線及其他感受器官的生化、生理等變化，有些魚類的辨別能力可以達到現代儀器無法檢測到的精密程度，因此，對于水體中的有毒污染物，魚類能夠產生自然的“回避”行為，從而保護它們不受有毒物質的侵害（Tierney，2016）。魚類這種對于污染物脅迫產生的快速響應行為在很多系統中都被觀測到，如金鱒（Oncorhynchus mykiss）會對農藥、酚、重金屬、阻燃劑等多種類型的污染物產生回避（Folmar，1976；Carr et al，1990；Svecevi?ius，2001；Wells et al，2004）；大鱗大麻哈魚（Oncorhynchus tshawytscha）會對溫排水和復雜有機混合物產生回避（Gray，1990；Smith & Bailey，1990）；斑馬魚（Danio rerio）會對銅、酸礦廢水和殺真菌劑產生回避（Moreira-Santos et al，2010；Araújo et al，2014a）。

盡管魚類的這種回避行為可以幫助它們進行自我保護，如躲避排放的廢污水（章敏等，1989；Sprague et al，1965），但也會對魚類必要的生存活動（如洄游）造成干擾（Saunders & Sprague，1967）。更嚴重的，長期回避會導致魚類從喜愛的棲息地遷移至生存條件（食物、繁殖、躲避等）較差的區域（Atchison et al，1987），在一定程度上改變魚類的空間分布，進而影響整個生態系統的結構和功能，因此具有極大的生態風險（Robinson，2009；Araújo et al，2019）。

氨氮是水環境質量的常見表征因子，每年大量的氨氮通過污水排放、地表徑流和大氣沉降進入城市水體。氨氮中的非離子氨 （NH3）對魚類具有較強的毒性，這一點被很多早期的研究所證實（姜禮燔，1983），在此基礎上國內外學者對氨氮的急性毒理效應開展了大量研究（周瑩等，2016；陳智威等，2019；Liu et al，2017），然而，魚類對氨氮脅迫的行為響應研究較少，主要見于十刺魚（Pygosteus pungitius）、南乳魚（Galaxias maculatus）、胡瓜魚（Retropinna retropinna）、大鮈塘鱧 （Gobiomorphus cotidianus）及鰱（Hypophthalmichthys molitrix）等報道（Jones，1948；姜禮燔，1983；Richardson et al，2001）。由于氨氮中的非離子氨濃度受水溫、pH等因素的影響很大（劉娥，2013），實驗條件不同，得出的結論也不盡相同，現有成果不宜直接引用。

為了深入揭示城市水體中氨氮脅迫對魚類生存和棲息地的影響，有必要針對特定魚類對氨氮脅迫的行為響應進行探究。本文選擇對非離子氨反應非常敏感的鰱幼魚（王夢杰等，2019）作為實驗對象，通過氨氮急性毒性預實驗和鰱幼魚在不同氨氮濃度下的行為響應實驗，分析鰱幼魚對氨氮脅迫的行為響應特征，為進一步探索城市河道廢污水排放生態風險分析與魚類棲息地保護提供科學依據。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 實驗魚

實驗鰱幼魚購于水產市場，體長（5 ± 1）cm，實驗開始前在實驗室水族箱馴養2周，每2 d換水1/3，投喂1次，實驗開始前24 h停止喂食。實驗用水為經充分曝氣的自來水，其水質指標如下：水溫（25 ± 1）℃，pH7.9 ± 0.1，溶解氧> 9.0 mg/L，電導率約400 [μ]S/cm。

1.2 ? 實驗方法

1.2.1 ? 氨氮急性毒性預實驗 ? 采用 96 h靜水式實驗法對鰱幼魚進行氨氮急性毒性預實驗，確定其24、48、72、96 h的半數致死濃度LC50，以確定回避實驗中氨氮濃度范圍，防止濃度過高引起鰱幼魚死亡。

采用干燥分析純晶體 NH4Cl（分析純）配制不同濃度的氨氮溶液（5、10、20、40 mg/L），挑選體質健康、大小均勻的鰱幼魚各10尾放于水族箱中。每組氨氮濃度設置3個重復。日曝氣12 h，且日換水1次，換水率 30％。實時觀察幼魚中毒癥狀，并做好死亡個體記錄，及時撈出死亡個體，防止因水質變壞影響實驗結果 。

1.2.2 ? 鰱幼魚行為響應實驗 ? 為了排除其他因素（如流速）的干擾，研究參照Araújo等（2014a；2014b；2014c）提出的“靜態多室無壓系統”設計了滿足本實驗需求的實驗裝置（圖1）。該裝置由6個首尾相接的單元串聯而成，每個單元由2個去底的聚對苯二甲酸乙二醇酯瓶匯接而成，長度為25 cm，單元上部開口（6 cm × 4 cm），整個實驗裝置總長為150 cm。各單元中氨氮濃度依據氨氮毒性預實驗結果及我國地表水環境質量標準確定為0、0.5、1.0、5.0、10.0和20.0 mg/L，其中0.5 mg/L和1.0 mg/L分別對應我國地表水II、III類水體氨氮濃度標準。

實驗在安靜、光線均勻的環境中開展。首先開展對照實驗。在實驗裝置中充入清水（每個單元300 mL），每個單元中放入2條鰱幼魚（共12條），2 h內通過紅外攝像機每30 min記錄鰱幼魚在各單元中的數量，實驗開始和實驗結束后分別測水溫、DO、pH和電導率，整個實驗持續2 h，重復3次。開展鰱幼魚的行為響應實驗時，先往每個單元中注入不同濃度的氨氮溶液（每個單元300 mL），其中單元1內為無氨氮的清水。為保持氨氮濃度梯度，實驗開始前各單元間用橡皮塞隔開，每個單元中放入2條鰱幼魚（共12條），實驗開始后通過鑷子迅速去除各單元間的橡皮塞，2 h內通過紅外攝像機每30 min記錄鰱幼魚在各單元中的數量，實驗開始和實驗結束后分別測水溫、DO、pH和電導率，重復3次。依據實驗結果，計算和分析鰱幼魚對各氨氮濃度的喜好或回避。

1.3 ? 數據分析

采用spss軟件分析急性毒性預實驗和回避實驗結果。采用卡方檢驗分析對照實驗中的分布均勻性，采用圖基檢驗分析不同實驗單元分布的顯著性差異。采用 Probit法（賈春生，2006）計算96 h半致死濃度及其置信區間。

鰱幼魚分布率的計算公式為：

D = [NoN][×]100% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ①

式中：[No]為各單元出現的鰱幼魚數；N為單次實驗的鰱幼魚總數。

回避（或喜好）率的計算公式為：

A [=Nc-NoNc×100]% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?②

式中：[Nc]為對照實驗各單元出現的鰱幼魚數；[No]為回避實驗中各單元出現的鰱幼魚數。

非離子氨與氨氮的換算公式為（張武肖等，2015）：

[CNH3=1.216×CNH3-N×f/100]

[f=100/（10pKa-pH+1）] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③

[pKa=0.09018+2729.92/T]

式中：[CNH3]為測定溫度和pH值下水樣中的非離子氨濃度，mg/L； [C][NH3-N]為水樣中的氨氮濃度，mg/L；f為非離子氨的摩爾百分比，%；T為水樣的開氏溫度，K。

2 ? 結果與分析

2.1 ? 氨氮急性毒性預實驗

毒性預實驗結果見圖2。在水溫（25±1）℃、pH7.9±0.1、溶解氧>9.0 mg/L條件下，當氨氮濃度為5.0 mg/L時，鰱幼魚96 h平均死亡率為16.67%；當氨氮濃度為20.0 mg/L時，鰱幼魚96 h平均死亡率達到53.33%；當氨氮濃度為40.0 mg/L時，72 h內鰱幼魚全部死亡。本文實驗條件下鰱幼魚對氨氮的96 h半致死濃度為16.8 mg/L，95%置信區間為13.9～20.4。

2.2 ? 鰱幼魚在不同濃度下的行為響應

實驗過程中未見個體死亡。對照實驗整個過程中鰱幼魚分布不隨時間變化（ANOVA： F=0.000，P=1.000，N=48）且分布均勻（卡方檢驗：P=0.131）。如圖3所示，控制實驗中各單元的鰱幼魚平均分布率分別為21.9%、13.5%、15.6%、11.5%、19.8%和17.7%。

回避實驗的雙因素方差分析結果表明，鰱幼魚分布不隨時間變化（F=0.000，P=1.000，N=72），但受濃度影響（F=7.869，P<0.05，N=72）。如圖4所示，氨氮濃度為0、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L單元中的鰱幼魚平均分布率分別為44.4%、13.9%、4.9%、13.2%、13.2%和10.4%。根據鰱幼魚分布計算出的回避率，見圖5。0 、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L單元中的鰱幼魚平均回避率分別為 -58.0%、-48.1%、68.9%、20.8%、33.3%和37.5%。實驗結束后，各單元的平均氨氮濃度分別為0.99、1.35、2.19、7.78、9.03和18.82 mg/L。

由圖5可以看出，鰱幼魚對0.5 mg/L以下和1.0 mg/L以上的氨氮濃度響應表現明顯不同。當氨氮濃度小于0.5 mg/L時，鰱幼魚數量較對照實驗有所增加（回避率均為負值），鰱幼魚對該濃度范圍表現出喜好（preference）；當單元內氨氮濃度大于1.0 mg/L時，鰱幼魚數量較對照實驗有所減少（回避率為正值），鰱幼魚對該濃度范圍表現出回避，且在1.0 mg/L時回避率最高。當氨氮濃度超過1.0 mg/L后，鰱幼魚回避率有所下降，氨氮濃度為5.0 mg/L時回避率最低，之后又開始回升。

3 ? 討論

3.1 ? 氨氮對鰱的急性毒理效應

早在20世紀上葉，國外學者就研究過氨對魚類的毒性，對魚類起毒性作用的是氨氮中的非離子氨，魚類受氨中毒后，魚類粘液增多，表皮細胞充血，損害肝腎及腸道組織，還會使血紅蛋白喪失結合氧的能力，呼吸率及心跳率增加，并使血漿中鈉含量減少，擾亂血液緩沖系統及酶化學作用（劉娥，2013）。陳惠等（1994）的研究表明，與鯉、草魚相比，鰱[全長（5.14±0.24）cm，體重（0.84±0.165）g]對氨的毒性最為敏感，其對非離子氨的96 h半致死濃度為0.712 mg/L[水溫（20±1）℃，pH7.14±0.16]；徐鏡波和馬遜風（1994）的研究表明，鰱在13℃時的非離子氨96 h半致死濃度為0.38 mg/L；Wang等（2017）的研究表明，孵化后5 d大的鰱仔魚對非離子氨的96 h半致死濃度為0.35 mg/L，相應條件下[水溫（19±0.1）℃、pH8.63±0.1，溶解氧（7.6±0.2） mg/L]的氨氮96 h半致死濃度為30.8 mg/L。

在本文實驗條件下[水溫（25±1）℃，pH7.9±0.1，溶解氧>9.0 mg/L，電導率約400 [μ]S/cm]的實驗結果表明，體長為（5±1）cm的鰱幼魚對氨氮的96 h半致死濃度為16.8 mg/L，換算成相應的非離子氨濃度為0.87 mg/L。由于鰱幼魚大小、體重以及水溫、pH值等實驗條件的不同，本文結果與前人結果有所差異。

3.2 ? 氨氮脅迫對鰱幼魚的行為學影響

3.2.1 ? 行為響應實驗裝置 ? 回避實驗裝置是研究魚類回避行為的基本工具，目前主要有管道型、雙槽/多槽型、“流動多室無壓系統”和“靜態多室無壓系統”。早期的管道型回避裝置由Jones（1947）在研究十刺魚對乙醇、氯仿、福爾馬林、氯化汞和硫酸鋅的回避反應時設計并提出，其優點是魚類反應的敏感性高、效果好，缺點是操作不便，不適應實驗需要。雙槽型回避裝置由清水槽和污水槽于混合區聯結構成，通過魚類進入左槽或右槽的數量計算回避率（姜禮燔和王鴻太，1982；Degraeve，1982；Carr et al，1990），該裝置操作簡便，但每次實驗只能設置某個特定濃度，不符合污染物在水體中的實際分布。“流動多室無壓系統” （Lopes et al，2010；Moreira-Santos et al，2010）能夠反映污染物在水體中的梯度分布，但形成的濃度不可調節。Araújo等（2014a；2014b；2014c；2016；2018）從經濟、節省能耗的角度出發設計了“靜態多室無壓系統”，并利用這一裝置開展了不同水生生物對銅、農藥、殺蟲劑、多環芳烴等污染物的回避行為的一系列研究 。“靜態多室無壓系統”中各實驗單元中的水是靜止的，單元中的污染物濃度是可以任意設定的。Araújo 等（2014a）認為“回避”是一種快速響應的行為，只要實驗時間被控制在合理的范圍內（如4 h），污染物濃度梯度的穩定性可以得到有效保證，因而是一種有效的研究魚類回避行為的裝置。

3.2.2 ? 鰱幼魚對氨氮的行為響應表現類型 ? 綜合目前研究成果，魚類對有毒染物的行為響應主要有3種類型，分別為不回避、某一閾值觸發回避、由濃度決定吸引或回避3種表現類型（Beitinger，1990；姜禮燔等，2004；Tierney，2016）。如魚類對內毒素、敵草快、草甘膦、三氯乙酸、林丹五種農藥以及勒倫酸硒不產生回避（Summerfelt & Lewis，1967；Halter et al，1980；Beitinger，1990），而在Beitinger和 Freeman（1983）的研究中，包括氯胺、丙烯醛、鎘、二甲胺、鐵、鎳、氰化鈉、甲苯等在內的28種化學污染物均在某一閾值引起了實驗魚類的回避行為。還有些實驗案例中，魚類對污染物展現出“高濃度回避、低濃度吸引”的行為特征，如Folmar（1976）的研究中，二甲苯濃度達到0.1 mg/L時虹鱒顯著回避，但是對于0.01 mg/L的二甲苯有明顯被吸引的行為；Beitinger（1990）認為總余氯、總殘余氧化劑、氯化一級出水和氨這些污染物也會引起魚類在高濃度回避和低濃度吸引。某些學者的研究表明，魚類對馬拉硫磷和銅這2種污染物表現出“低濃度回避、高濃度吸引或不回避”的行為特征，如食蚊魚（Gambusia affinis）在濃度為50 mg/L時對馬拉硫磷產生回避，而當馬拉硫磷的濃度高達5 000 mg/L時食蚊魚沒有回避（Halter et al，1980）；虹鱒（Oncorhynchus mykiss）會對10～200 mg/L的銅產生回避，卻會被300～390 mg/L的銅吸引（Giattina & Garton，1983）。

在本實驗條件下[水溫（25±1）℃，pH7.9±0.1，溶解氧>9.0 mg/L，電導率約400 [μ]S/cm]的結果表明，當氨氮濃度為0.5 mg/L時，鰱幼魚表現出明顯的偏愛（平均回避率為 -48.1%）。當氨氮濃度升高到1.0 mg/L后，鰱幼魚對氨氮的響應行為表現為回避。因此，鰱幼魚對氨氮脅迫做出的行為響應表現為“低濃度吸引、高濃度回避”，與姜禮燔（1983）、Jones（1948）和Richardson等（2001）的實驗中其他魚類對氨氮的響應表現類型一致。

3.2.3 ? 鰱幼魚對氨氮的回避閾值 ? Beitinger 和Freeman（1983）的研究表明，28種化學污染物中的25種在濃度小于1 mg/L時均引起了實驗魚類的回避行為，其中90%的回避閾值小于其他文獻報道的致死濃度，只有小部分污染物的回避閾值超過了其致死濃度，如石油烴、毒殺芬、丙烯醛 、煤漿中的水溶性部分以及鎘（Kynard，1974；Weber，1981；Dauble et al，1985）

本實驗條件下，鰱幼魚在0.5～1.0 mg/L這一濃度區間對氨氮由喜愛轉為回避，顯然引起幼魚由喜愛轉為回避的氨氮濃度閾值小于1.0 mg/L。若按鰱幼魚回避率在0.5～1.0 mg/L線性變化推算，引起鰱幼魚回避的氨氮濃度閾值為0.55 mg/L。姜禮燔（1983）的研究結果為，鰱幼魚在氨氮濃度為0.51 mg/L時回避率為 -33%，在氨氮濃度為0.75 mg/L時回避率為42.8%，推算回避閾值約為0.61 mg/L，與本文結果接近。根據非離子氨與總氨的換算關系，本實驗條件下1.0 mg/L氨氮相對應的非離子氨濃度為0.05 mg/L，該值略大于我國《漁業水質標準（GB11607-89）》中的非離子氨濃度限值（0.02 mg/L）。鰱幼魚回避閾值遠遠小于本實驗得出及其他文獻報道的96 h半致死濃度值，表明回避行為可以有效保護鰱幼魚免受有毒物質的侵害。

3.2.4 ? 高濃度氨氮的生理麻痹效應 ? 污染物濃度過高引起的感官麻痹會阻止或妨礙魚類逃生（Robinson，2009；Araújo et al，2018），如Tierney（2016）的研究表明，高濃度的阿特拉律會影響魚類的神經生理學反應以及基于嗅覺的行為響應，從而降低實驗魚類對其他物質的偏好，做出行為改變。本實驗中，當氨氮濃度超過1.0 mg/L后，隨著氨氮濃度升高，鰱幼魚回避率并未呈現正相關變化趨勢，而是在氨氮濃度為5.0 mg/L時降到最低點，然后逐漸回升。這一現象與氨氮濃度過高導致鰱幼魚的生理指標變化和應激反應能力降低有關。在自然環境中，當氨氮濃度為2 mg/L時，鰱幼魚的肝臟和鰓仍能保持正常形狀；而當氨氮濃度達到10和20 mg/L時，鰱幼魚的肝細胞會出現渾濁腫脹及水樣變化，鰓會出現基底上皮增厚伴隨毛細血管擴張和氯細胞增生（Wang et al，2017）。相比于自然環境，由于無法對氨氮進行轉化和吸收，實驗室中氨的毒性應該更大。如Richardson等（2001）曾發現，南乳魚、胡瓜魚和大鮈塘鱧對高濃度非離子氨（7.8～9.2 mg/L）均沒有明顯的回避行為。

3.2.5 ? 水質指標對實驗結果的影響 ? 對魚類產生毒性作用的是氨氮中的非離子氨，其在水體中的含量主要受pH、水溫、溶解氧和含鹽量等水質指標的影響。pH是影響水環境中非離子氨和離子氨含量的最為重要的因素之一，當水體中pH升高，非離子氨的比例增加，水體毒性增強（Broderius et al，1985），引起魚類回避的氨氮閾值減小；反之，pH降低時非離子氨的比例減少，毒性隨之減弱，氨氮閾值會有所增加。

由于離子氨向非離子氨的轉化是一個吸熱過程，因此水溫是影響非離子氨含量的另一主要因素。水溫升高，氨氮中的非離子氨濃度增加，氨氮毒性呈增大的趨勢（沈成鋼和鮑文奎，1995），將導致氨氮閾值進一步減小。因此要更加留意溫度較高水域氨氮對魚類的行為學效應和生態風險。

非離子氨含量還受到水體中溶解氧含量的影響。在富氧狀態下，水體中有效氮以硝態氮為主，而在缺氧狀態下以氨態氮為主，魚類對氨氮的耐受性減弱（李波等，2009），從而降低引起魚類回避的氨氮閾值。高鹽度會抑制硝化菌和反硝化菌產生，進而影響水體中的硝化作用，使水體中的非離子氨含量增加，毒性增強，氨氮閾值降低（劉娥，2013）。

參考文獻

陳惠，王麗華，劉蘭，1994. 氨對魚類毒性的研究[J].水產學雜志，7（2）：55-61.

陳智威，許然，南澤，等，2019. 不同濃度氨氮脅迫下長蛸（Octopus minor）的半致死濃度和急性毒性評估[J].海洋與湖沼，50（6）：1361-1369.

姜禮燔，王鴻太，1982. 魚類對水污染回避反應的機制及實驗裝置[J].環境污染與防治，（2）：38-41.

姜禮燔，1983. 氨對魚類的毒性影響試驗[J].環境污染與防治，（3）：19-22.

姜禮燔，樊俊峰，宗網華，2004. 在不同藥物及其不同施藥濃度中魚類的行為反應[J].當代水產，29（3）：44-45.

李波， 樊啟學， 張磊，等，2009.不同溶氧水平下氨氮和亞硝酸鹽對黃顙魚的急性毒性研究[J].淡水漁業，39（3）：31-35.

劉娥，2013. 草幼魚對氨氮脅迫的形態及生理學響應[D].濟南：山東大學.

賈春生，2006. 利用SPSS軟件計算殺蟲劑的LC50[J].應用昆蟲學報，43（3）：414-417.

沈成鋼，鮑文奎，1995. 氨態氮在低溫下對魚的急性毒性研究[J].大連海洋大學學報，10（3）：58-64.

王夢杰， 陳建華，王海華，2019. 氨氮對水產動物的毒性效應研究進展[J].江西水產科技， （2）：38-43.

徐鏡波，馬遜風，1994. 溫度、氨對鰱、鳙、草、鯉魚的影響[J].中國環境科學，14（3）：214-219.

章敏，周風帆，丁樹榮，1989. 白鰱對常州市主要工業廢水及部分有機毒物的回避反應[J].南京大學學報（自然科學版），（4）：122-128.

張武肖，孫盛明，戈賢平，等，2015. 急性氨氮脅迫及毒后恢復對團頭魴幼魚鰓，肝和腎組織結構的影響[J].水產學報，39（2）：233-244.

周瑩，孫梨宗，劉志紅，等，2016. 氨氮對斑馬魚3種酶活性和基因表達的影響[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），34（1）：88-91.

Araújo C V M，Shinn C，Mendes L B，et al，2014a. Avoidance response of Danio rerio to a fungicide in a linear contamination gradient[J].Science of the Total Environment，484（1）：36-42.

Araújo C V M，Shinn C，Moreira-Santos M，et al，2014b. Copper-driven avoidance and mortality in temperate and tropical tadpoles[J]. Aquatic Toxicology，146：70-75.

Araújo C V M，Shinn C，Vasconcelos A M，et al，2014c. Preference and avoidance responses by tadpoles： the fungicide pyrimethanil as a habitat disturber[J]. Ecotoxicology，23（5）：851-860.

Araújo C V M，Moreira-Santos M，Ribeiro R，2016. Active and passive spatial avoidance by aquatic organisms from environmental stressors： A complementary perspective and a critical review[J]. Environment International，（92/93）：405-415.

Araújo C V M，Silva D C V R，Gomes L E T，et al，2018. Habitat fragmentation caused by contaminants： Atrazine as a chemical barrier isolating fish populations[J].Chemosphere，193：24-31.

Araújo C V M，Gonzalez-Ortegon E，Pintado-Herrera M G，et al，2019. Disturbance of ecological habitat distribution driven by a chemical barrier of domestic and agricultural discharges： An experimental approach to test habitat fragmentation[J].Science of the Total Environment， 651：2820-2829.

Atchison G J，Henry M G，Sandheinrich M B，1987. Effects of metals on fish behavior：a review [J]. Environmental Biology of Fishes，18（1）：11-25.

Beitinger T L，Freeman L，1983. Behavioral avoidance and selection responses of fishes to chemicals[J].Residue Reviews，90（10）：35-55.

Beitinger T L，1990. Behavioral reactions for the assessment of stress in fishes[J]. Journal of Great Lakes Research，16（4）：495-528.

Broderius S，Drummond R，Fiandt J，et a1，1985. Toxicity of ammonia to early life stages of the smallmouth bass at four pH values[J].Environmental Toxicology and Chemistry，4（1）：87-96．

Carr R S，Barrows M E，Reichenbach N G，et al，1990. Investigation of preference-avoidance responses to an oil refinery effluent with striped bass and steelhead trout[J].Environmental Toxicology and Chemistry，9（12）：1513-1521.

Dauble D D，Gray R H，Skalski J R，et al，1985. Avoidance of a water-soluble fraction of coal liquid by fathead minnows[J].Transaction of the American Fisheries Society，114（5）：754-760.

Degraeve G M，1982. Avoidance response of rainbow trout to phenol[J].The Progressive Fish-Culturist，44（2）：82-87.

Folmar L C，1976. Overt avoidance reaction of rainbow trout fry to nine herbicides[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，15（5）：509-14.

Giattina J D，Garton R R，1983. A review of the preference-avoidance response of fishes to aquatic contaminants[J]. Residue Reviews，87（12）：43-90.

Gray R H，1990. Fish behavior and environmental assessment[J].Environmental Toxicology and Chemistry，9（1）：53-67.

Halter M T，Adams W J，Johnson H E，1980. Selenium toxicity to Daphnia magna，Hyallela azteca， and the fathead minnow in hard water[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，24（1）：102-107.

Jones J R E，1947. The reactions of Pygosteus pungitius to toxic solutions[J].Journal of Experimental Biology，24（1/2）：110-122.

Jones J R E，1948. A further study of the reactions of fish to toxic solutions[J].J Exp Biol，25：22-34.

Kynard B，1974. Avoidance behavior of insecticide susceptible and resistant populations of mosquitofish to four insecticides[J]. Transaction of the American Fisheries Society，103（3）：557-561.

Liu Z，Li X，Tai P，et al，2017. Toxicity of ammonia， cadmium， and nitrobenzene to four local fishes in the Liao River，China and the derivation of site-specific water quality criteria[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，147：656-663.

Lopes I，Baird D J，Ribeiro R，2010. Avoidance of copper contamination by field populations of Daphnia longispina[J].Environmental Toxicology and Chemistry，23：1702-1708.

Moreira-Santos M，Donato C，Lopes I，et al，2010. Avoidance tests with small fish： determination of the median avoidance concentration and of the lowest-observed-effect gradient[J].Environmental Toxicology and Chemistry，27（7）：1576-1582.

Richardson J，Williams E K，Hickey C W，2001. Avoidance behavior of freshwater fish and shrimp exposed to ammonia and low dissolved oxygen separately and in combination[J]. New Zealand Journal of Marine & Freshwater Research，35（3）：625-633.

Robinson P D，2009. Behavioral toxicity of organic chemical contaminants in fish： application to ecological risk assessments （ERAs）[J].Candian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences， 66（7）：1179-1188.

Saunders R L，Sprague J B，1967. Effects of copper-zinc mining pollution on a spawning migration of Atlantic salmon[J].Water Research，1（6）：419-432.

Smith E H，Bailey H C，1990. Preference/avoidance testing of waste discharges on anadromous fish[J]. Environmental Toxicology and Chemistry，9（1）：77-86.

Sprague J B，Elson P F，Saunders R L，1965. Sublethal copper-zinc pollution in a salmon river-A field and laboratory study//[M].Advances in Water Pollution Research：Proceedings of the Second International Conference Held in Tokyo：61-82.

Summerfelt R C，Lewis W M，1967. Repulsion of green sunfish by certain chemicals[J].Water Pollution Control Federation，39（12）：2030-2038.

Svecevi?ius G，2001. Avoidance response of rainbow trout Oncorhynchus mykiss to heavy metal model mixtures： a comparison with acute toxicity tests[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，67（5）： 680-687.

Tierney K B，2016. Chemical avoidance responses of fishes[J].Aquatic Toxicology，174：228-241.

Wang H J，Xiao X C，Wang H Z，et al，2017. Effects of high ammonia concentrations on three cyprinid fish： Acute and whole-ecosystem chronic tests[J].Science of the Total Environment， 598（15）：900-909.

Weber D，1981. Avoidance Reactions of Juvenile Coho Salmon （Oncorhynchus kisutch） to Monocyclic Aromatics[J].Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，38（7）：772-778.

Wells J B，Little E E，Calfee R D，2004. Behavioral response of young rainbow trout （Oncorhynchus mykiss） to forest fire-retardant chemicals in the laboratory[J].Environmental Toxicology and Chemistry，23：621-625.

（責任編輯 ? 鄭金秀）

Behavioral Response of Juvenile Silver Carp to Ammonia Nitrogen Stress

JI Hong1，3，LIN Yu‐qing2，CHEN Qiu‐wen2，WANG Jun2，ZHANG Yuan‐guang1，YU Shi‐jin1，YU Dao‐ping3

（1. School of Resources & Environment，Anqing Normal University，Anqing 246133，P.R. China；

2. Eco-Environmental Research Department，Nanjing Hydraulic Research Institute，

Nanjing ? 210029，P.R. China；

3. Engineering & Technology Research Center of Higher Education Institute in Anhui Province for

Aquatic Organism Protection and Aquatic Ecological Restoration，Anqing ? 246133，P.R. China）

Abstract：Silver carp， an important economic fish species that is sensitive to ammonia nitrogen was selected for study in this investigation. We studied the behavioral response of silver carp to ammonia nitrogen， aiming to better understand the effect of ammonia nitrogen toxicity on fish survival and habitat in urban waters. The concentration range of ammonia nitrogen for testing was determined based on the literature value of acute ammonia nitrogen toxicity. The 96-hour LC50 reported for silver carp [BL = （5 ± 1） cm] is 16.8mg/L. Based on the result， six ammonia nitrogen concentrations （0， 0.5， 1.0， 5.0， 10.0， 20.0 mg/L） were set for the test， and a "static multi-compartment" experimental device was designed for the behavioral response experiment， with a different ammonia nitrogen concentration in each compartment. The experimental conditions were as follows： water temperature （25 ± 1）℃， pH （7.9 ± 0.1）， dissolved oxygen > 9.0 mg/L， conductivity 400 [μ]S/cm. The fraction of test fish in each compartment was recorded and the avoidance rate was calculated. The average distribution of juvenile silver carp in the six compartments were， respectively， 44.4%， 13.9%， 4.9%， 13.2%， 13.2% and 10.4% ， and the corresponding average avoidance rates were， -58.0%，-48.1%，68.9%，20.8%，33.3% and 37.5%. The avoidance threshold of juvenile silver carp to ammonia nitrogen was estimated to be < 1.0 mg/L， with a corresponding non-ionic ammonia concentration < 0.05mg/L. When the concentration of ammonia nitrogen exceeded 1.0 mg/L， the avoidance rate of juvenile silver carps decreased initially and then increased. Our study shows that juvenile silver carp detect and avoid ammonia nitrogen， and display a behavioral pattern of attraction at low concentration and avoidance at high concentration. The avoidance threshold is far less than the lethal concentration reported in the literature， so the avoidance response can effectively protect juvenile silver carps from ammonia nitrogen toxicity. However， at very high concentrations of ammonia nitrogen the behavioral response of juvenile silver carp is diminished and increases vulnerability toward ammonia-nitrogen toxicity. This study provide a basis for further research on the effect of ammonia nitrogen toxicity on the survival of juvenile silver carp.

Key words：ammonia nitrogen；juvenile silver carp；avoidance behavior；avoidance test