南美白对虾工厂化养殖水环境变化分析
陈明康 李耕 潘玉洲 李忠红 任传麒 申旭东
摘 要：2019年6月至9月于营口对4个南美白对虾工厂化养殖池水环境理化因子和微生物环境的变化特征进行分析。研究结果表明，养殖水体中水温、pH值、DO在实验周期内的波动较小，COD随着实验的进行持续升高。水体中氮、磷营养盐含量均在较低的浓度范围内波动。NO2-和NO3-变化趋势高度一致。NO3-是DIN的主要存在形式，平均占比达60.8%。水体中PO43-的含量变化范围为0.005～0.180 mg/L。养殖水体Chl-a的变化范围是37～185 μg/L，整体呈现先升高后下降的变化趋势，峰值出现在8月下旬。水体中弧菌占总异养菌比例均在6%以下。
关键词：南美白对虾（Penaeus vannamei）;工厂化养殖;水环境变化
南美白对虾，学名凡纳滨对虾（Penaeus vannamei），原产于南美洲太平洋沿岸水域，于1988年由中国科学院海洋研究所引入国内。由于其耐低盐、耐高温、对饲料蛋白质需求低、生长迅速等特点，特别受养殖户青睐，是我国目前对虾养殖规模最大的品种[1-2]。目前，其养殖模式主要有土池粗养、工厂化集约养殖、高位池养殖和大棚养殖等[3]。工厂化养殖模式是采用现代养殖技术，通过控制各项水质指标来保持养殖环境的稳定，进而达到低风险、高产出的目的。由于该模式单体水体小，易于操作，受外界气候环境影响小，近年来得到了快速发展。然而，由于工厂化养殖是一种半封闭状态的小的生态系统，养殖过程中会有大量的残饵粪便等有机质产生，特别是在养殖的中后期。水泥池水体小，水环境变化快，其自我调节能力又差，所以水质调控是工厂化养殖过程中的关键。本研究对凡纳滨对虾工厂化养殖的各项水环境因子进行了测定与分析，旨在为人工调控工厂化养殖水环境提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验地点位于中国水产科学研究院营口增殖实验站望海基地，实验用池为工厂化养殖车间中随机选择的4个养殖池，编号分别为1#、2#、3#、4#，水泥池规格为6.0 m×4.0 m×1.3 m，棚顶为透明塑料板。实验用虾苗为本实验基地标粗虾苗，规格为1.3～1.4 cm/尾，每池投放虾苗8 000尾。虾苗投放时间为2019年6月5日。
1.2 日常管理
养殖用水为近岸天然海水，经过沉淀过滤后使用，虾池水深1.0 m，盐度29‰～30‰。池底四周铺设有微孔曝气管，不间断充气。池底铺设有排污管道，每天可通过换水吸出池底的残饵及粪便。
前期每天换水10%，之后逐渐增加换水量，后期每天换水量为40%～50%。前期每日投喂饲料8次，后期减少为每日4次，饲料日投喂量约为体质量的3%～5%，及时观察对虾摄食情况，并对投喂量做出适当调整。定期投放碳源（活力碳），养殖过程中使用复合益生菌制剂（利菌多）进行水质调节。以上产品均购自广州利洋水产科技股份有限公司。
1.3 水环境因子的测定
定期对实验池水环境因子进行测定，测定时间为2019年6月20日、7月10日、7月30日、8月19日、9月10日、9月30日的上午10：00。测定项目主要包括温度、pH值、化学需氧量（COD）、溶解氧（DO）、营养盐（氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐）、叶绿素a（Chl-a）及弧菌占总异养菌比例。温度、pH值、溶解氧现场使用YSI ProPlus手持式多参数水质分析仪进行测定，化学需氧量、营养盐和叶绿素a使用采水器采集实验池四角及中间5个位置的次表层水，混匀后带回实验室按照国家标准HJ 828-2017和GB 17378-2007规定的方法进行测定。弧菌数和总异养菌数用平板培养计数法进行计数后（弧菌采用TCBS固体培养基，总异养菌采用2216E固体培养基），计算弧菌占总异养菌比例。
1.4 数据处理
用Excel和SPSS19.0软件对数据进行分析，将水环境因子的变化情况用折线图表示，并对部分水环境因子采用t检验表示其是否有显著性。
2 结果与分析
2.1 对虾产量
2019年10月1日四个实验池养殖周期结束，四个实验池共收获对虾645.50 kg，平均单产为6.72 kg/m2（表1）。饲料系数为1.20。
2.2 水温
图1为各实验池实验期间的水温变化情况。可以看出，整个实验过程中4个养殖池水温变化范围为26.2～31.8 ℃，呈现先升高再降低的趋势，在8月下旬达到峰值。2.3 pH值
4个实验池水体的pH值变化如图2所示，其在实验周期内的变化范围是7.2～8.9，前期呈上升趋势，到7月30日达到最高，之后总体呈下降趋势。这是由于工厂化养殖前期，在温度、光照、营养盐等条件适宜时，藻类大量繁殖，使pH值升高。而在养殖后期，由于投饲量和虾的代谢量的增大，水中有机物含量升高，导致pH值下降。
2.4 化学需氧量
化学需氧量是水体中需要被氧化的还原性物质的量，是一个重要有机物含量参数，如图3所示，实验池水体的化学需氧量变化范围为1.59～6.38 mg/L，4个实验池的变化趋势相似且无显著差异（P >0.05），在整个实验周期内持续升高。
2.5 溶解氧
如图4所示，实验池水体的溶解氧变化范围为5.89～7.34 mg/L，4个实验池具有相同的变化趋势，由于是24 h不间断充气，养殖池水体中溶解氧含量基本稳定，养殖前期溶解氧稍高于养殖后期，可能是由于养殖后期投饵量和虾的代谢量的增大，水中有机物含量升高，导致耗氧量升高。
2.6 营养盐
图5至图8为各实验池水体中氨氮（NH4+）、亚硝酸盐（NO2-）、硝酸盐（NO3-）和活性磷酸盐（PO43-）在实验过程中的变化情况。可以看出，NH4+、NO2-、NO3-、PO43-的含量都在较低的浓度范围内波动。如图5所示，NH4+的含量变化范围是0.006～0.076 mg/L，在养殖中期，3#池NH4+的含量显著高于1#、2#、4#池（P<0.05）。NO2-和NO3-的含量变化范围是0.002～0.432 mg/L（图6）、0.01～1.02 mg/L（圖7），在6月20日和7月10日，NO2-和NO3-的含量都极低，随着养殖的进行，NO2-和NO3-的含量呈现先升高后降低的相似趋势，并在8月19日达到峰值，NO2-和NO3-的含量最高值均出现在4#池，而且显著高于其它3个实验池（P<0.05）。由图8可以看出，PO43-的含量变化范围为0.005～0.180 mg/L，4个实验池总体呈现先升高在降低的变化趋势，峰值也出现在8月19日。4个实验池PO43-的含量均无显著差异（P>0.05）。
2.7 叶绿素a
在整个实验过程中，4个实验池水体的水色变化基本保持一致，养殖初期呈现黄绿色，之后颜色逐渐加深变为绿色，随着实验的进行，4个实验池的水体颜色均变为深褐色，直到实验结束。如图9所示，养殖周期内，养殖水体Chl-a的变化范围是37～185 μg/L，整体呈现先升高后下降的变化趋势，峰值出现在8月19日，之后由于水温降低，换水量加大而明显下降。
2.8 弧菌占比
弧菌是在进海口、浅海区域内最常见的细菌之一，是一种条件致病菌，该病菌对于对虾生长繁殖危害非常严重[4]，因此对虾弧菌病的防控就尤为重要。通过细菌培养计数，得到弧菌占总异养菌的比例如图10所示，弧菌占比变化范围为0%～5.7%，除8月19日3#池弧菌占比达到5.7%外，其余都低于3%，在8月19日监测后，通过大量换水，投放优肽（购于广州利洋水产科技股份有限公司，主要成分为蛭弧菌），使弧菌占总异养菌的比例进一步降低。
3 讨论
在对虾养殖中，水环境的好坏直接关系着对虾的生长发育，如果水环境中的某些指标超出了对虾的耐受范围，轻者不能正常生长发育，重则可能导致对虾的大量死亡，造成严重的经济损失。而工厂化养殖是一个半封闭的生态系统，人为的调控水环境因子就显得尤为重要。
水温是诸多水环境因子中最为重要的因子之一，它不仅能直接影响对虾的代谢、生长和存活等，而且还能通过影响溶解氧等其它水环境因子以及物质与能量循环间接地影响对虾的生长存活。王吉桥等指出，南美白对虾的适应水温为13～40 ℃，最适水温为23～30 ℃[5]。本研究中，水温在8月下旬以后下降较快，但尚在对虾的最适水温范围内，而进入10月份以后营口地区水温下降更为明显，对虾生长缓慢，可通过物理方法对池水进行升温处理，但这也将增加养殖成本。
郑振华等研究发现，凡纳滨对虾在pH值不同幅度（4.0～9.4）的周期性的刺激下，其生长受到明显影响[6]，而南美白对虾在pH值 7.3～8.6的弱碱性水中生活较好[7]，本研究中，pH值的变化范围为7.2～8.9，基本处于最佳pH值范围内。尽管工厂化养殖水环境的pH值在短时间内可以通过换水、充气、酸碱中和等方式进行调节，但是难以长时间地控制其变化趋势和幅度[8]。
有研究表明，低溶解氧会使凡纳滨对虾生长受到抑制，死亡率升高;而超饱和溶解氧则能够促进对虾的饵料转化效率，保证其存活率[9]。而且不同的养殖阶段，南美白对虾对水体溶解氧的需求不同，具体是随着对虾个体增大，耗氧量增加而耗氧率降低[10]。但在工厂化养殖过程中，由于养殖水体是24 h不间断充气，使水体中的溶解氧含量一直维持在相对较高的水平，受天气影响较小，是可以完全受人为控制的。
氨氮是对虾养殖水环境中主要的污染物。养殖水体中的氨氮会发生硝化作用消耗水中溶解氧[11]。而且氨氮对对虾具有很强的毒性，是虾病的重要诱发因子。熊大林等的研究表明，急性氨氮胁迫对凡纳滨对虾肠道免疫功能相关指标影响显著，对其肠道免疫防御系统有明显的损伤作用[12]。Hargreaves的研究表明[13]，生物絮团对氨氮的转化速率要高于硝化作用速率，而生物絮团中转化氨氮的主要成员就是异养细菌。因此，可通过向水体中补充碳源和益生菌，形成以异养菌为主的养殖系统，进而降低氨氮含量[14]。本研究中，正是定期补充碳源和益生菌，使4个实验池水体的氨氮含量一直處于较低水平。
亚硝酸盐同氨氮一样是养殖水体中主要的监控污染指标，特别是夏季高温时，养殖水体中容易积累较高浓度的亚硝酸盐。有研究表明，在海水pH值8.15、水温27℃、盐度20.0‰的条件下，亚硝酸盐对南美白对虾的安全浓度为5.551 mg/L[15]。硝酸盐是DIN的主要存在形式，本研究中，硝酸盐占DIN的平均比率达60.8%。通常认为，硝酸盐在一定浓度范围内对水产动物无毒害，渔业水质标准等国标也未对其进行限制。但较高浓度硝酸盐（>150 mg/L）能对南美白对虾的生长不利，高浓度硝酸盐（>600 mg/L）则能引起南美白对虾死亡[16]。工厂化养殖中，硝酸盐将随养殖时间增加而积累，浓度逐渐增大。因此高浓度硝酸盐对南美白对虾的毒害作用也不容忽视，应采取有效措施进行调控。亚硝酸态氮是氨态氮和硝酸态氮之间的一种中间氧化状态，它可以作为氨态氮的氧化和硝酸态氮的还原的一种中间过渡形态，在自然条件下，这两种过程受微生物的作用而活化[11]，若中间任一过程不能顺利进行，都有可能增加亚硝酸盐的积累。
在南美白对虾养殖过程中，微藻发挥着重要作用，其可通过自身进行光合作用不断向水体中输送养分和有机物，特别是养殖初期，微藻是对虾重要的开口饵料;同时通过光合作用提高水体中的溶解氧含量，还能加速养殖水体中还原性有害物质的氧化过程，起到净化水环境的作用。另外，微藻对养殖水体水色、透明度也有着重要的影响[17]。例如本研究中，养殖初期实验池水色呈黄绿色后变为绿色，水体中可能以绿藻为主，而后期养殖水体水色变为褐色，是由于硅藻大量繁殖成为了优势藻类。但是藻类也是一把双刃剑，好的藻类有利于养殖的顺利进行，而有害藻类则可能导致养殖的失败，因此，在工厂化养殖中，应随时监控养殖水体的水色变化。
异养菌是养殖水体中的分解者，对于同化无机离子、调控水质起到重要作用[18]。而大部分弧菌都被认为是水产养殖中的致病菌，当水环境恶化、对虾免疫力降低时，容易发生弧菌感染，从而引起对虾烂尾病、红体病等细菌性疾病[19-20]。不同种类和数量的异养菌在养殖环境中扮演着有益菌或致病菌等不同角色[21]。当有益菌大量繁殖成为优势菌群时，致病菌的生长繁殖就会受到抑制。本研究中，在整个实验周期里，定期使用益生菌制剂，很好地控制了弧菌的生长繁殖，在整个养殖周期中，弧菌占总异养菌比例都在6%以下。
总之，南美白对虾工厂化养殖的水环境，是一个非常活跃的半封闭的简单的生态系统，其物质和能量循环渠道较少，但是通过正确及时的人为调控，控制水环境中理化因子和微生物的相对稳定，打造适合对虾生长的水环境，可以达到低风险、高产出的目的。
参考文献：
[1] 张伟权.世界重要养殖品种：南美白对虾生物学简介[J].海洋科学，1990，14（3）：69-72.
[2] 梁萌青，王士稳，王家林，等.海水养殖与低盐养殖凡纳滨对虾生长性能、酶活及RNA/DNA比值的差异[J].渔业科学进展，2008，29（4）： 69-73.
[3] 罗强.凡纳滨对虾工厂化养殖系统中浮游动物群落结构及功能研究[D].上海海洋大学，2019.
[4] 周英.对虾弧菌病的分类与防治[J].热带农业工程，2020，44（2）：109-112.
[5] 王吉桥.南美白对虾生物学研究与养殖[M].北京：海洋出版社，2003：10.
[6] 郑振华，董双林，田相利.pH不同处理时间的周期性变动对凡纳滨对虾生长的影响[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2008，38（01）：45-51.
[7] 李法君.南美白对虾生物学特性概述[J].生物学教学，2017，42（9）：56.
[8] 刘娇，曲克明，刘海英，等.对虾工厂化养殖水环境基本特征研究[J].海洋水产研究，2008，29（6）：1-8.
[9] 段妍，张秀梅，张志新.溶解氧对凡纳滨对虾生长及消化酶活性的影响[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2013，43（2）：8-24.
[10] 蒋天宝.常见理化因子对凡纳滨对虾生长存活的影响研究概况[J].当代水产，2015（9）：92-95.
[11] 雷衍之.养殖水环境化学（水产养殖专业用）[M].北京：农业出版社，2004：121.
[12] 熊大林，段亚飞，王芸，等.氨氮胁迫对凡纳滨对虾肠道免疫相关指标的影响[J].海洋渔业，2020，42（1）：53-60.
[13] HARGREAVES J A.Photosynthetic suspended-growth systems in aquaculture [J].Aquacultural Engineering，2006，34（3）： 344-363.
[14] 罗亮，李卓佳，张家松，等.对虾精养池塘碳、氮和异养细菌含量的变化及其相关性研究[J].南方水产科学，2011，7（5） ：24-29.
[15] 孙国铭，汤建华，仲霞铭.氨氮和亚硝酸氮对南美白对虾的毒性研究[J].水产养殖，2002（1）：22-24.
[16] 彭自然，臧维玲，高杨，等.氨和亚硝酸盐对凡纳滨对虾幼虾的毒性影响[J].上海海洋大学学报，2004，13（3）：274-278.
[17] 王骅.微藻在对虾养殖中的应用[J].吉林农业，2019（20）：72.
[18] 盛建海.凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）养殖水体中生物絮团菌群结构及功能分析[D].浙江海洋大学，2018.
[19] 黄雪敏，梁华芳，薛明，等.凡纳滨对虾烂尾病病原的分离鉴定及药敏分析[J].广东海洋大学学报，2019，39（4）：42-48.
[20] 翟秀梅，王斌，毛连菊，等.副溶血弧菌对南美白对虾生理生化指标的影响[J].上海海洋大学学报，2007，16（2）：162-168.
[21] 杜秀萍，杨章武，张哲，等.凡纳滨对虾工厂化养殖水环境分析[J].渔业研究，2020，42（3）：261-267.
Analysis of water environment variations for industrialized Penaeus vannamei culture system
CHEN MingKang，LI Geng，PAN YuZhou，LI ZhongHong，REN ChuanQi，SHEN XuDong
（Yingkou Enhancement and Experiment Station，Chinese Academy of Fishery Sciences，Yingkou 115004，China）
Abstract：The features of water environment variations were analyzed in 4 industrialized Penaeus vannamei culture ponds.The results showed that the fluctuation of temperature，pH and dissolved oxygen content in the culture water was less.Chemical oxygen demand continued to increase in the experiment.The range of nutrient content fluctuation was at low levels in the water.The trend of NO2- and NO3- was highly consistent.NO3- was the major form of DIN， which had average proportion of 60.8%.The content of PO43- ranged from 0.005 mg/L to 0.180 mg/L in the culture water.The content of Chl-a ranged from 37 μg/L to 185 μg/L，which showed a trend of increasing first and then decreasing，and the peak appeared in late August.Proportions of Vibrio in total heterotrophic bacteria were less than 6%.
Key words：Penaeus vannamei; industrialized culture system; water environment variation
（收稿日期：2020-09-18）
基金項目：中国水产科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助（海水虾类规模化繁育技术创新团队项目）。
作者简介：陈明康（1993 -），男，硕士，助理工程师，研究方向：水产增养殖。E-mail： chenmingkang@foxmail.com。
通信作者：李耕（1968 -），男，高级工程师，研究方向：水产动物遗传育种与繁殖。E-mail： mdlg124@163.com。
