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    水产养殖环境下的氨浓度管理

    2014-03-27 08:06:29

     

        水产养殖业是一种在受控环境下放养和捕捞水生生物的行业。水产养殖业如今已成为成长*快速的动物类食品行业,2012年,所有全球消费鱼类的约46%都是由水产养殖设施生产的。根据联合国粮食与农业组织(UN FAO)报告《2012年世界渔业和水产养殖业状态》称,2010年水产养殖生产已经达到估计1250亿美元的总产值,近30多年以来一直以平均8.8%的年度成长率扩张着,而这样的成长率将在未来年份有望进一步增长1。由于健康的水生环境对于成功经营水产养殖具有至关重要的意义,所以保持水质达标和稳定水质参数一直是水产养殖业所面对的*大关注点之一。尽管鱼类都养殖在受控环境下,但水产养殖的密集而封闭的特性都对鱼塘和循环系统的使用提出了额外挑战。

      在影响鱼类行为特性和健康的所有水质参数当中,氨浓度是*重要的一项。氨是一种氮与氢的无色气态化合物,浓度较大时具有强烈的刺激性气味。在水生环境当中,氨以两种形式存在:离子态氨,相对没有毒性,其化学结构式为NH4+,而有毒性的非离子态的氨则不带电荷,其化学结构式为NH32 在任何给定时间呈现的氨的形式变化则完全受水温和pH值控制,在碱度较高的状况下,往往会导致有毒的非离子氨浓度升高。

      在任何水生环境下的氮循环当中,氨都发挥着重要的作用。氮循环是一个氧化过程,氨在其中首先被水中天然存在的亚硝化螺旋菌和亚硝化单胞菌转化成亚硝酸盐(NO2-),然后其它细菌品种,即硝化螺旋菌和硝化杆菌,再将亚硝酸盐转化成硝酸盐(NO3-)。这个硝化过程既可发生在淤泥底层和植物的表面,也可发生在箱式养殖系统的生物过滤器内。亚硝酸盐对鱼类仍有毒性,但可以刺激硝化杆菌的生长和移殖,从而将亚硝酸盐转化成毒性较低的硝酸盐形式。硝酸盐会随后被水产养殖系统内的水生植物和藻类所吸取。氮气循环直接受氧气浓度和碱度影响,这两者的降低都会造成循环终结,然后等待氨和亚硝酸盐浓度的再次上升4。值得注意的是,一定浓度的氨有利于特定浮游生物和藻类的生长,从而会改变水生生物多样性和生态系统的动态。

      氨主要是经由鱼类本身的废物而进入水生环境的。鱼类饲料当中经常包含高浓度的蛋白质,而当蛋白质经过分解代谢之后,就会生成副产品氨。随后,鱼类会通过自己鳃上皮组织内的局部分压梯度,将氨从自己的血液内排出至水中,并有一小部分经尿液排出5。而饲料当中的食物蛋白质含量与所生成的氨浓度直接成正比,蛋白质含量越高,氨浓度越大。氨的其它来源包括了藻类或未吃尽食物在水生环境内的分解,容积较小的水体内更容易出现氨浓度尖峰。

      在鱼塘内,氨“沉积”会以植物和藻类的形式发生。这些有机物需要氮气作为生成的关键营养物质,而且这些营养来自于对水内含氨的吸收。随着光合作用速率的提高,植物和藻类生长会加快,对氨的摄入量也会增加。尽管水生系统内藻类的存在会直接导致氨浓度的降低,但并不是一种去除氨的可行长期性方法。在冬季月份当中,氨的生产量稳定不变,但藻类的氨摄入量却受到了限制。这会导致氨浓度上升,因此鱼会因此感到压力,而这段时间内,鱼的免疫系统会由于气温较低而受到抑制9。而藻类的茂盛生长也会被破坏无遗,藻类种群会无缘无故地突然死亡。在这种状况之下,藻类物质从氨的沉积处变成了另一个氨的来源,同时降低了溶解氧浓度和pH值,增加了二氧化碳的存在浓度。

      根据其存在浓度,氨会直接和间接地影响到鱼类,某些鱼种更容易受到氨毒性的影响。在约0.05mg/L的较低浓度下,非离子氨对于鱼类是有害的,有可能导致鱼类生长不良以及饲料转化率降低,降低产卵能力和受精能力,增加所承受的压力和受细菌感染和疾病侵袭的易感性6。而在其浓度超过2.0mg/L的情况下,氨会造成鱼的鳃和组织损害、极度昏睡和死亡。在进食饲料量较少的冬季,氨的浓度可能会因为低温降低了藻类光合作用的速率,导致以这种方式所能去除的氨数量较少,使得氨的浓度更高。

      对氨的耐受力依鱼种而不同。非洲肺鱼(Protopterus dolloi)能够将解除氨的毒性,将其转化成其它类型的废弃产物,诸如尿素或谷氨酸盐7,而诸如巨弹涂鱼(Periophthalmodon schlosseri)的鱼类能够通过部分氨基酸分解代谢来减少体内氨含量8。其它诸如泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)能够耐受更为极端的氨浓度。
     
     
     
     
     测量水体的氨浓度水平只能提供了当时时刻的快照式信息,但却不能反映出其在硝化过程当中的动态波动。在氨浓度达到较高水平时,作为权宜之计,可以使用一系列的常用的替代手段来纠正这种现象。但是每一种方法的有效性都有待讨论,绝大多数方法都不属于长期解决方案。
      过度喂食是出现氨累积现象的主要根源,但减少喂食率并非短期方案,极少能够即刻产生效果。为了减少长期范围内的风险以及尽量减少在亚致死量下氨暴露的相关影响,应按每个季度实施适度管理的保守喂食率,同时在每季度调整、监测蛋白质含量。在压力紧张期内喂食会进一步恶化这个问题,因为这样会让饲料不能吃尽,助长氨浓度的上升。
      而添加石灰或磷也是另一种方案。添加石灰制剂对于纠正极端pH值很有帮助,而且经常在氨的毒性形式*有可能达到*高点的下午后半段时间施用10。这种方法不是通过去除氨发挥作用,而是改变氨的存在形式,使其在低pH值条件下从有毒形式转化为无毒形式。实际上,在碱度足够的鱼塘内添加石灰,会导致pH值的快速偏离,只会让氨的问题更加恶化。磷对于藻类起到了肥料的作用,增加了藻类数量,由此可以提高氨的摄入量11。在水产养殖业当中,光照才是藻类茂盛生长的主要催化剂,而不是营养物质的供应量,所以,尽管在藻类数量崩溃后重新恢复藻类茂盛生长方面有用,但增加磷在增长藻类数量方面效果甚低。
      其它解决方案包括了增加鱼塘内的通氧量以及用新水冲淡。通过给鱼塘加氧,毒性形式的溶解氨将从水中扩散到空气当中。这种方式在小规模上有效,但对于更大型的水产养殖塘则效果却不好,在大型塘内增加通氧量只能起到将塘底沉淀物翻搅起来的作用,反而更增加了氨的浓度12。用鱼水冲淡在较小规模下有效,能够稀释和减少所含有的氨浓度。但是,在较大规模的水产养殖企业,降低氨浓度尖峰所需的水量极为庞大,这样会增加经济和时间上的成本,并有可能将鱼塘污水排放到当地环境内。
      在水产养殖环境下,特别是在大规模养殖场内,对于高浓度氨并没有什么快速见效的解决手段,所以重点应放在预防上而不是纠正上,而定期监测也成为其中关键的组成要素。
      在水产养殖池塘或水箱较少的小规模养殖设计之内,手动氨测试套件就足够使用,市面上也有许多种不同的液体或粉末测试套件可供选购。这些套件使用简便,能够提供快照式的氨读数。
      而采用诸如Seneye这样的沉潜式箱内监测产品,将能够对包括氨浓度在内的多种水质参数实现连续监测,提供精确的和更为详尽的记录,并起到早期警报系统的作用。对于更大的养殖规模,手动测试套件使用起来耗时过长,其结果有可能只适合提供一定的范围,而不能提供精确的数值。在这种情况下,手持式监测仪器就是*佳解决方案,它能够在大量养殖水塘或水箱设施范围内高效监测氨浓度。这种装置减少了监测每份水样所花费的时间,并能读取到实际读数。
      鱼类生长并不会受对较高氨浓度的短暂日常暴露的影响。由于没有什么保证奏效的可以在短期内减少较高氨浓度的办法,所以重点仍要放在预防上。通过采取连续或定期监测水质参数的办法,将可以识别出日常和季度性波动和趋势。这些数据可随后帮助实现更优秀的水产养殖管理规范,并兼顾考虑到放养密度、捕捞密度以及所要实施的饲喂制度这几个方面的问题。
     


     

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