李寶山,陳瑋,王際英,王忠全,相智巍,王成強(qiáng),公緒鵬,韓秀杰,王麗麗

(山東省海洋資源與環(huán)境研究院,山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 煙臺(tái) 264006)

黃河三角洲(Yellow River Delta),簡稱黃三角,是我國第二大河口三角洲．黃三角地區(qū)地勢平坦、海水資源豐富,擁有標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖池塘過百萬畝．黃三角地區(qū)每年約有90～100 d池塘最低水溫高于22 ℃,適宜珍珠龍膽石斑魚的養(yǎng)殖．隨著國家對養(yǎng)殖自身污染問題的重視,池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量的估算也變的越來越重要．因此,本研究在池塘網(wǎng)箱養(yǎng)殖密度實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和已有的數(shù)學(xué)模型,對池塘珍珠龍膽石斑魚生態(tài)養(yǎng)殖容量進(jìn)行了估算,以其為當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供參考．

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用魚

實(shí)驗(yàn)用魚選自山東省海洋資源與環(huán)境研究院東營實(shí)驗(yàn)基地,體均重約為409.36±11.19 g．

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與養(yǎng)殖管理

在池塘(260 m×50 m×4,水深1.5 m)中進(jìn)行網(wǎng)箱(5 m×5 m×1 m)養(yǎng)殖密度實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)處理,分別為300(D1)、400(D2)、500(D3)、600(D4)尾/箱,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)．實(shí)驗(yàn)于2015年6月14日至9月5日進(jìn)行,共84 d．每日投喂“升索”牌石斑魚專用飼料(山東升索漁用飼料研究中心,營養(yǎng)參數(shù)見表1,飼料總能為21.55 kJ/g) 2次(6:30,17:00),日投喂量為實(shí)驗(yàn)用魚初始體重的1.5%,并依據(jù)攝食情況調(diào)整,陰天下雨時(shí)減量投喂或不投喂．每日巡塘4次,發(fā)現(xiàn)死魚及時(shí)撈出．期間定期檢測養(yǎng)殖池塘水質(zhì)變化．利用潮水漲落進(jìn)行自然換水,實(shí)驗(yàn)期間約為15 d更換一個(gè)海水全量．

表1 配合飼料的營養(yǎng)組成Tab.1 Composition of commercial feed %

1.3 樣品采集、指標(biāo)測定與計(jì)算

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,將網(wǎng)箱中的魚全部撈出,稱總重,計(jì)算增重、增重率、特定生長率、飼料系數(shù)、生物學(xué)效果綜合指數(shù)和養(yǎng)殖效果綜合指數(shù)[2]．每個(gè)網(wǎng)箱取3尾魚作為實(shí)驗(yàn)?zāi)┤~樣品．

采用恒重法(GB/T6435—2006)和凱氏定氮法(GB/T6432—1994)測定飼料、全魚樣品中水分及粗蛋白含量．

增重量(WG,kg)=(魚體總末重-魚體總初重);

增重率(WGR,%)=(末均重-初均重)/初均重×100;

特定生長率(SGR,%/d)=(ln末均重-ln初均重)/84×100;

飼料系數(shù)(FCR)=飼料投喂量/增重量;

成活率(SR,%)=成活魚尾數(shù)/總尾數(shù)×100;

蛋白質(zhì)沉積率(PDR,%)=魚體粗蛋白增加量/(飼料投喂量×飼料粗蛋白含量)×100;

粗蛋白排放率(PDP,kg/kg)=(飼料投喂量×飼料粗蛋白含量-魚體粗蛋白增加量)/魚體增重量;

生物學(xué)效果綜合指數(shù)(SI)=(產(chǎn)量×規(guī)格×飼料系數(shù))1/3;

養(yǎng)殖效果綜合指數(shù)(CI)=(SI×純利潤×產(chǎn)出投入比)1/3.

1.4 養(yǎng)殖容量估算

1.4.1 基于非離子氨排放標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)養(yǎng)殖容量估算 養(yǎng)殖過程中投入池塘的氮元素經(jīng)魚類消化吸收后,轉(zhuǎn)化為各種類型的氮元素,其中非離子氨的含量計(jì)算如下:

CPin=Feed×CPfeed，

(1)

Feed=WG×FCR，

(2)

(3)

NH3-Nout=ANout×k.

(4)

式中:CPin為粗蛋白投入量,kg;Feed為飼料投入量,kg;WG為養(yǎng)殖魚體增重量,kg;FCR為飼料系數(shù);CPfeed為飼料粗蛋白含量,%;ANout為氨氮排放量,kg;PDR為蛋白質(zhì)沉積率,%;PND為蛋白質(zhì)未消化率,%;ANp為氨氮產(chǎn)生率,%;NH3-Nout為非離子氨排放量,mg;k為特定溫度及pH值下,非離子氨含量比例．

生態(tài)養(yǎng)殖容量計(jì)算如下:

(5)

(6)

式中:A為最佳養(yǎng)殖面積,km2;m為養(yǎng)殖廢水中非離子氨的排放標(biāo)準(zhǔn),mg/L;V為養(yǎng)殖水體積,m3;n為換水次數(shù);Pcapacity為生態(tài)養(yǎng)殖容量,尾/km2;T為養(yǎng)殖尾數(shù)．

1.4.2 基于氮排放標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)養(yǎng)殖容量估算 羅國芝等(2007)[3]將養(yǎng)殖容量(Pcapacity)的計(jì)算模型定義為

Pcapacity=min (Ewp,Enp,Dp)

式中:Ewp為基于水環(huán)境容量的養(yǎng)殖容量;Enp為自然容納量;Dp為需求容量．

珍珠龍膽石斑魚是黃三角地區(qū)池塘的外來物種,Enp≈0,不能參考;而目前我國市場對珍珠龍膽石斑魚的需求旺盛,Dp較大,因此,本估算以Ewp為標(biāo)準(zhǔn)．以氮排放為基準(zhǔn)建立的計(jì)算模型如下:

Nin-Nstore=Nout,

(7)

(8)

(9)

Nfishf≈Nfishi,

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

Nout=S×V×n,

(15)

(16)

(17)

式中:Nin為投入的氮元素,kg;Nstore為儲(chǔ)存在魚體的氮元素,kg;Nout為排放到環(huán)境中的氮元素,kg;Feed為飼料投喂量,kg;CPfeed為飼料粗蛋白含量,%;Wf為養(yǎng)殖魚末均重,g;Wi為養(yǎng)殖魚初均重,g;Nfishf為養(yǎng)殖魚體末氮元素含量,%;Nfishi為養(yǎng)殖魚體初氮元素含量,%;WG為養(yǎng)殖魚增重量,g;FCR為飼料系數(shù);S為養(yǎng)殖廢水中凱氏氮允許排放標(biāo)準(zhǔn),mg/L;V為養(yǎng)殖水體積,m3;n為換水次數(shù),WGp為尾增重．

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用SPSS11.0進(jìn)行單因素方差(one-way ANOVA)分析,以Duncan’s多重比較確定處理間差異是否顯著,P<0.05 表示差異顯著．統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(means±SD)表示．用Microsoft Excel 2010 對WGR、SGR、PDP與養(yǎng)殖密度之間進(jìn)行一元二次回歸分析．

2 結(jié) 果

2.1 密度對珍珠龍膽石斑魚養(yǎng)殖效果的影響

密度對珍珠龍膽石斑魚養(yǎng)殖效果的影響見表2．由表可見,實(shí)驗(yàn)魚的成活率均高于98%,且各組之間無顯著差異;隨著養(yǎng)殖密度的升高,養(yǎng)殖魚的末均重、WGR、SGR、PDR均呈先上升后下降的趨勢,D2、D3組顯著高于其他2組,但2組之間差異不顯著(P>0.05);FCR、PDP呈先下降后上升的趨勢,D2、D3組顯著低于D1、D4組(P<0.05);SI隨養(yǎng)殖密度的升高顯著上升;CI隨養(yǎng)殖密度的升高呈先上升后平穩(wěn)的趨勢,D3、D4組顯著高于前兩組,但二者之間差異不顯著(P>0.05)．

表2 密度對珍珠龍膽石斑魚養(yǎng)殖效果的影響Tab.2 Effects of culture density on growth performance of hybrid grouper

以養(yǎng)殖密度和增重率WGR為評價(jià)指標(biāo),經(jīng)一元二次回歸分析表明:25 m3網(wǎng)箱中體重400 g左右珍珠龍膽石斑魚的適宜養(yǎng)殖密度為439尾(YWGR=-3.159X2+27.23X+9.004,R2=0.569,Xopt=4.39);以養(yǎng)殖密度和特定生長率SGR為評價(jià)指標(biāo),經(jīng)一元二次回歸分析表明:25 m3網(wǎng)箱中體重400 g左右珍珠龍膽石斑魚的適宜養(yǎng)殖密度為450尾(YWGR=-0.022X2+0.198X+0.194,R2=0.571,Xopt=4.50) (圖1)．

圖1 WGR或SGR與養(yǎng)殖密度之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between WGR or SGR and culture density

以養(yǎng)殖密度及PDP為評價(jià)指標(biāo),經(jīng)一元二次回歸分析表明:25 m3網(wǎng)箱中體重400 g左右珍珠龍膽石斑魚的養(yǎng)殖密度為453尾時(shí),單位體重粗蛋白排放量PDR最低為0.368 72 kg/kg(YWGR=0.033X2-0.299X+1.046,R2=0.757,Xopt=4.53,Ymin=0.368 72)(圖2)．

圖2 PDP與養(yǎng)殖密度之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between PDP and culture density

2.2 生態(tài)養(yǎng)殖容量估算

2.2.1 基于非離子氨排放的池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量的估算 本實(shí)驗(yàn)中:PDR取表2中平均值28.56%;PND取20%[4-5];ANp為85%[5];27 ℃,pH值7.5時(shí),k=2%[6];依據(jù)DB33/453—2006一級標(biāo)準(zhǔn),m≤0.06 mg/L[7];V為1 500 m3/km2;n為6.6．由此計(jì)算:池塘養(yǎng)殖300、400、500、600尾體重400 g左右的珍珠龍膽石斑魚的最佳面積分別為0.30、0.38、0.50及0.61 km2,最佳生態(tài)養(yǎng)殖容量為2 219～2 374尾/km2(表3)．

表3 基于非離子氨排放的池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量估算Tab.3 Assessment of carrying capacity of pond based on the discharge of un-ionized ammonia

2.2.2 基于氮排放的池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量的估算 本實(shí)驗(yàn)中:CPfeed為50%,Nfish為2.88%[8-10],FCR取池塘實(shí)驗(yàn)平均值1.25,S為1.5mg/L[6],V為1 500 m3/km2,n為6.6．由此計(jì)算,以體重400 g左右的珍珠龍膽石斑魚為養(yǎng)殖對象,以養(yǎng)殖600～700 g為末體重為目的(體增重200～300 g),水深1.5 m的池塘養(yǎng)殖的最佳容量為1 261～1 891尾/km2(表4)．

表4 基于氮排放的池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量估算Tab.4 Assessment of carrying capacity of pond based on the discharge of nitrogen

3 討 論

3.1 珍珠龍膽石斑魚池塘網(wǎng)箱養(yǎng)殖最佳密度

珍珠龍膽石斑魚攝食兇猛,易于集群,因此在池塘養(yǎng)殖過程中需保證一定的密度．本實(shí)驗(yàn)中,分別以WGR、SGR、PDP為評價(jià)指標(biāo),25 m3網(wǎng)箱中珍珠龍膽石斑魚最佳養(yǎng)殖密度分別為450、439、453尾．黎文輝報(bào)道,在海水網(wǎng)箱(3 m×3 m×3 m)中適宜的養(yǎng)殖密度為50尾/m3(體重500～600 g)[11]．楊超等報(bào)道在循環(huán)水系統(tǒng)中,珍珠龍膽石斑魚(體重672 g)養(yǎng)殖密度可達(dá)79尾/m3[12]．養(yǎng)殖過程中,養(yǎng)殖密度過低會(huì)影響魚的攝食活躍度,而養(yǎng)殖密度過高,會(huì)造成餌料浪費(fèi)比較嚴(yán)重,由此導(dǎo)致了本實(shí)驗(yàn)中,養(yǎng)殖魚的生長性能呈先上升后下降的趨勢,這與許多研究報(bào)道相符合[13-14]．由此可見,珍珠龍膽石斑魚的適宜養(yǎng)殖密度與養(yǎng)殖設(shè)施、養(yǎng)殖管理及水質(zhì)條件密切相關(guān)．目前,池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式在我國江浙地區(qū)開始推廣,其核心為將池塘按功能劃分區(qū)域,其中小部分區(qū)域進(jìn)行高密度養(yǎng)殖,而大部分區(qū)域進(jìn)行水質(zhì)凈化,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖的零排放．從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,珍珠龍膽石斑魚是一種適宜高密度養(yǎng)殖的魚類,適合池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖．此外,黃三角地區(qū)海水池塘面積大,有效利用難度大,也適宜發(fā)展池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖．

不同于劉劍昭[2]在對蝦池封閉式綜合養(yǎng)殖的容量的研究,本實(shí)驗(yàn)中生物學(xué)效果綜合指數(shù)(SI)與養(yǎng)殖密度(D)呈正相關(guān)關(guān)系(YSI=0.049XD+40.88,R2=0.982),養(yǎng)殖效果綜合指數(shù)(CI)呈先上升后平穩(wěn)的趨勢,均未達(dá)到極值,這與本實(shí)驗(yàn)是在開放系統(tǒng)中進(jìn)行、且定期換水有關(guān)．SI未達(dá)到極值,表明池塘的生產(chǎn)力尚未完全發(fā)揮出來,繼續(xù)增加養(yǎng)殖密度會(huì)增加產(chǎn)量;而CI雖然未達(dá)到極值,但已處于平衡期,表明養(yǎng)殖純利潤及投入產(chǎn)出比已經(jīng)處于下降狀態(tài),需要調(diào)整養(yǎng)殖策略．

3.2 珍珠龍膽石斑魚池塘養(yǎng)殖最佳容量

董雙林等[15]將水產(chǎn)養(yǎng)殖容量概括為:單位水體內(nèi),在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源和保證應(yīng)用效益的各個(gè)方面都符合可持續(xù)發(fā)展要求的最大養(yǎng)殖量．目前國內(nèi)針對水產(chǎn)養(yǎng)殖容量的研究多集中在湖泊或淺海生態(tài)系統(tǒng)上[16-18],且多集中于藻類和雙殼貝類[19-20],研究模型及方法也較為多樣[21-23],其中現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)法更適合小面積的灘涂、池塘等生態(tài)環(huán)境的養(yǎng)殖容量研究[24],因此本研究在網(wǎng)箱養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量的估算．與湖泊海洋等生態(tài)系統(tǒng)不同,池塘屬于人工開放型生態(tài)系統(tǒng),特點(diǎn)是面積小、池水淺、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)簡單、食物鏈較短,兼之養(yǎng)殖時(shí)間較短,池塘有足夠的時(shí)間和空間自身分解養(yǎng)殖廢棄物[25-27],因此在估算池塘生態(tài)養(yǎng)殖容量時(shí)可稍微偏高．隨著養(yǎng)殖自身污染問題的凸現(xiàn),養(yǎng)殖廢棄物的處理及排放也成為研究的熱點(diǎn)[28-30],而氨氮和顆粒物是網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中輸出的廢棄物[31-32],因此本研究在氮平衡的基礎(chǔ)上[33-34],依據(jù)池塘網(wǎng)箱養(yǎng)殖結(jié)果,結(jié)合自然換水率,按照海水養(yǎng)殖廢水排放要求(SC/T 9103—2007)中一級標(biāo)準(zhǔn)中非離子氨和凱氏氮的排放要求,計(jì)算了珍珠龍膽石斑魚池塘養(yǎng)殖的最佳容量分別為2 441～2 611尾/km2和1 406～2 109尾/km2(1 628～1 742尾/畝和938～1 406尾/畝)．以非離子氨排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果顯著高于以凱氏氮排放計(jì)算結(jié)果,這是由于以非離子氨排放為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算中沒有包含殘餌糞便分解產(chǎn)生的氨氮,因此計(jì)算結(jié)果偏高．此外,非離子氨含量受pH值影響較大,估算結(jié)果波動(dòng)范圍較大,因此在養(yǎng)殖過程中需檢測養(yǎng)殖水pH值,如果變動(dòng)較大,需及時(shí)采取措施進(jìn)行處理．

依據(jù)本研究的結(jié)果,推薦黃三角地區(qū)池塘珍珠龍膽石斑魚的生態(tài)養(yǎng)殖容量為1 758～2 526尾/km2(1 172～1 685尾/畝),即以凱氏氮排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的平均數(shù)到以非離子氨排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的平均數(shù)．郭澤雄等報(bào)道了珍珠龍膽石斑魚(體重700 g)高位池?zé)o公害養(yǎng)殖的密度為2 688尾/km3(1 793尾/畝)[35],顯著高于本研究估算的結(jié)果,這可能與其養(yǎng)殖過程中使用水質(zhì)、底質(zhì)改良劑和微生物制劑有關(guān),或于養(yǎng)殖過程中水交換控制有關(guān)[36]．

由公式(5)、(6)及(15)可見,養(yǎng)殖容量與養(yǎng)殖水體積及換水率呈正比,本研究結(jié)果是在水深1.5 m、換水率(次/15 d)的基礎(chǔ)上計(jì)算得來的．因此,養(yǎng)殖容量可根據(jù)養(yǎng)殖池塘及設(shè)施的實(shí)際情況進(jìn)行重新估算．

4 結(jié) 論

采用25 m3的網(wǎng)箱在池塘中養(yǎng)殖體重400 g左右的珍珠龍膽石斑魚時(shí),適宜的養(yǎng)殖密度為450尾/箱;以養(yǎng)殖排放水中凱氏氮和非離子氨濃度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算時(shí),珍珠龍膽石斑魚適宜的生態(tài)養(yǎng)殖容量為1 758～2 526尾/km2．