底部微孔增氧管布设距离和增氧时间对刺参养殖池塘溶氧的影响

2017-12-25王印庚廖梅杰范瑞用

渔业现代化 2017年6期

关键词：刺参增氧溶氧

李彬，王印庚，廖梅杰，杜佗，范瑞用

(1中国水产科学研究院黄海水产研究所，青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室，山东青岛 266071；2 上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306;3 青岛瑞滋海珍品发展有限公司，山东青岛 266409)

底部微孔增氧管布设距离和增氧时间对刺参养殖池塘溶氧的影响

李彬1，王印庚1，廖梅杰1，杜佗2，范瑞用3

1 材料与方法

1.1 实验地点

实验在青岛某刺参养殖场养殖池塘进行。池塘呈长方形，长400 m，宽50 m，水深2 m，泥沙底质；刺参附着基为三角堆砌型瓦片。放苗规格100～200头/kg，投苗密度3 300头/667 m2。实验期间底层水温26℃～28℃，盐度30左右，pH 6.85～7.22。

1.2 底部微孔增氧系统

底部微孔增氧系统主要由ZLS100L三叶罗茨鼓风机(功率为11 kW)、截止阀、排气阀、主管、增氧管(支管)、接头组成。鼓风机和主管道设置于坝顶，增氧管为微孔管(直径20 mm)，与主管道(PVC)垂直排列延伸到池塘边缘，增氧管长度为40 m，增氧管正上方有增氧孔，充氧微孔直径0.8～1.0 mm，微孔间距2 m。

图1 刺参养殖池塘增氧系统布设示意图

1.3 实验方法

1.3.1 池塘溶氧测定

2014年8月选择两个池塘，一个进行底部微孔增氧(实验池)，另一个不增氧(对照池)，增氧时间为23:00—7:00，在23:00、3:00、7:00、15:00时间点测定两个池塘水体底层(距池底10 cm)的溶氧(DO)，对比分析增氧对池塘溶氧的影响，并测定增氧池塘7 d内微孔增氧0、30、60、120、240、360和480 min时的溶氧，每个时间点上在3个不同位点测定3个数据，取其平均值。溶氧采用YSI-556进行测定。

1.3.3 不同位置DO测定

底部微孔增氧8 h后测定距离增氧管0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10 m处底层水体的溶氧(DO)，每个位置测定3个数据。

1.4 数据统计与分析

运用SPSS Statistics 19.0对数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，当组间差异显著时(P<0.05)用Duncan检验进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 底部微孔增氧对溶氧的影响

图2表示实验池与对照池溶氧的变化。可以看出，实验池的溶氧持续上升，由3.76 mg/L上升到5.14 mg/L，而对照池溶氧呈下降趋势，由3.75 mg/L下降到3.16 mg/L，7:00到达最低点。停止增氧8 h后，实验池显著高于对照池(P<0.05)。

图2 实验池和对照池溶氧的变化

图3表示溶氧随增氧时间的变化，可以看出连续增氧8h，溶氧持续增加。增氧2 h，溶氧上升缓慢；2～6 h出现跃升期，溶氧由4.5 mg/L上升到5.03 mg/L；增氧6～8 h溶氧达5.29 mg/L，但溶氧增速下降。

图3 溶氧随增氧时间的变化

2.2 底部微孔增氧对COD的影响

图4表示实验池和对照池COD的变化。可以看出，在7 d时间内对照池COD较为稳定，保持在18.5 mg/L左右，实验池在增氧后2 d COD显著低于对照池(P<0.05)，并持续下降；充氧7 d后，实验池和对照池差异极显著(P<0.01)，对照池为18.72mg/L，实验池为14.15mg/L。增氧第6天，COD下降速率最快，从15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，第7天下降速率减缓，从14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

图4 实验池和对照池COD的变化

2.3 底部微孔增氧与未增氧对的影响

图5 实验池和对照池的变化

2.4 增氧管的不同布设距离对DO的影响

图6表示DO随增氧管距离变化的情况。可以看出，溶氧随着与增氧管距离的增加而下降，在0 m处(微孔管上方)的溶氧为5.48 mg/L，1 m处DO下降速率较快，但与0 m处差异显著(P<0.05)，1～2 m处DO较高，3～4 m处溶氧缓慢下降，与1～2 m处差异不显著(P>0.05)，溶氧保持在5.22 mg/L；距离5～8 m处溶氧下降速度较快，与1～2 m处差异显著(P<0.05)，DO接近5.00 mg/L；距离9 m、10 m处下降速度显著，溶氧低于5.00 mg/L。

图6 DO随增氧管距离的变化

3 讨论

3.1 底部微孔增氧对DO的影响

根据双膜理论[9]，增加空气与水的接触面积可提高增氧能力。单位时间内通过曝气器扩散于水中的气泡相对越小，越有利于气体向水中传递[10]。底部微孔增氧通过增氧管上的微孔将空气以气雾的形式压入水体中，使空气与水充分接触，能够快速增加DO。研究表明，底部微孔增氧能显著提升池塘底层DO，减小池塘氧跃层[11]；底部微孔增氧夏季使用效果更加明显[12-13]。在本实验中，对照池由于底部微生物代谢、有机物氧化以及水生生物的呼吸作用，23：00—7：00溶氧持续下降，7:00降低到3.16 mg/L，低于刺参健康生长所需的DO，因此，夜间增氧对刺参养殖很有必要，而且在充氧结束8 h后溶氧显著高于对照池，说明底部微孔增氧能够充分的与水体接触，持续保持高浓度DO。

影响底部微孔增氧的因素很多，包括增氧机功率、水温、增氧时长、增氧管布设密度以及水体生物量等[14-15]。养殖生产中可以通过增氧时长控制溶氧浓度，明确底部微孔增氧时间与增氧效果的关系对刺参高效养殖至关重要。谷坚等[16]研究了水深1.2 m的团头鲂养殖池塘中微孔曝气增氧112 min可使池塘溶氧增加0.4 mg/L；王玮等[17]利用圆环形增氧管研究管长与增氧效果的关系，管长20 m时溶氧达到饱和值需要360 min。本实验增氧管的布设采用并列摆放的方式，实验时间内水体中的溶氧随增氧时长增加而提高，在增氧2 h内溶氧增加缓慢。研究表明在夜间开机3 h增氧效果不明显[18]，与本实验结果相近。增氧2～6 h时增氧速率提高，6 h后DO达到5 mg/L以上，说明水体的氧债已经得到补偿，溶氧开始迅速上升；增氧6～8 h，增氧速率开始下降。因此，在生产上结合增氧效果和增氧成本，增氧时间6～8 h效果较好，也可以根据实际情况调整。

3.2 底部微孔增氧对的影响

COD反应了水体有机物的污染程度。姜森颢等[19]的调查表明，刺参池塘中COD为(17.46±1.75)mg/L。水体中溶氧水平对底泥COD的释放有着重要影响，迟爽等[20]对刺参养殖池塘的水质监测表明，池塘COD为(6.17～47.73) mg/L，COD变化趋势与溶氧相反。厌氧状态下COD释放曲线的峰值是好氧状态下的1.6倍[21]。杨春娟等[18]研究表明底部微孔增氧对底泥COD的释放、无机元素的分解有优异的表现。本实验结果表明，底部微孔增氧可使COD持续下降，可能是由于增氧后微生物活性增加，好氧微生物利用有机物的代谢作用，将其转化为自身的能量，减少水体和底泥中COD。增氧前期增加的溶氧用来抵消水体氧债，而长期增氧后水体中氧债的抵消使水体中有充足的溶氧来氧化有机物，好氧微生物活性增加，故增氧后第6天COD下降明显，从15.82 mg/L下降到14.76 mg/L，连续增氧7 d后，COD下降速率减缓，从14.76 mg/L下降到14.15 mg/L。

3.3 管道布设对增氧效果的影响

微孔增氧机增氧管的布设密度是影响池塘中增氧效果重要条件之一。养殖生产中多数养殖者根据生产经验盲目布设，不能使微孔增氧能力获得较大发挥，而相关的研究较少。王玮等[18]研究圆盘式微孔底部增氧在刺参池塘养殖中应用较少。本实验基于生产应用研究与增氧管不同距离溶氧的变化，从实验结果可以看出，距离增氧管3～4 m处溶氧缓慢下降，但保持较高值5.22 mg/L；距离增氧管5 m以上，溶氧显著下降，距离超过8 m时溶氧低于5.00 mg/mL。故在本实验条件下，微孔增氧管之间的布设距离在6～8 m可以实现高效增氧。金忠文等[27]研究表明鼓风机功率配置0.3 kW/667 m2时充气管道的合理间距为4～6 m，与本实验结果基本一致。由于增氧设施以及外界环境的不同，其增氧效果有一定差异。实际生产中增氧管的具体布设距离要根据增氧机功率、曝气管长度、曝气孔大小以及池塘中的生物量和水深来确定[28]，也可考虑采用混合增氧的方式来增加微孔增氧管的敷设距离。

3.4 混合充氧在水产养殖上的应用

底部微孔增氧是一种垂直增氧方式，在距离增氧管较近水体中的DO较高，随着与增氧管距离的增加DO降低，说明该增氧方式增氧容易造成水体中的DO分布不均匀。针对该现象，可以与其它增氧方式如水车式增氧机、涌浪式增氧机等混合使用[29]，利用其推流能力将池水水平向四周推动形成水流，垂直增氧与水平增氧相结合可以大大提升DO的均匀度和浓度。同时，可以进一步增大底部微孔增氧气管的布设距离，可以节约能源和生产成本。对于混合增氧的增氧效果还有待进一步研究。

4 结论

□

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TheinfluenceofspacingandaerobictimeonthedissolvedoxygenlevelsbymicroporetubeaeratoronthebottomofApostichopusjaponicusponds

LIBin1，WANGYingeng1,LIAOMeijie1，DUTuo2，FANRuiyong3

( 1YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences;QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,LaboratoryforMarineFisheriesScienceandFoodProductionProcesses,Qingdao266071,China；2ShanghaiOceanUniversity,CollegeofFisheriesandLifeScience,Shanghai201306,China;3QingdaoRuiziPreciousSeafoodDevelopmentLimitedCompany,Qingdao266409，China)