基于珍珠龙胆石斑鱼池塘网箱养殖的生态养殖容量估算

李宝山,陈玮,王际英,王忠全,相智巍,王成强,公绪鹏,韩秀杰,王丽丽

(山东省海洋资源与环境研究院,山东省海洋生态修复重点实验室,山东 烟台 264006)

黄河三角洲(Yellow River Delta),简称黄三角,是我国第二大河口三角洲．黄三角地区地势平坦、海水资源丰富,拥有标准化养殖池塘过百万亩．黄三角地区每年约有90～100 d池塘最低水温高于22 ℃,适宜珍珠龙胆石斑鱼的养殖．随着国家对养殖自身污染问题的重视,池塘生态养殖容量的估算也变的越来越重要．因此,本研究在池塘网箱养殖密度实验的基础上,利用养殖废水排放标准和已有的数学模型,对池塘珍珠龙胆石斑鱼生态养殖容量进行了估算,以其为当地养殖业发展规划提供参考．

1 材料与方法

1.1 实验用鱼

实验用鱼选自山东省海洋资源与环境研究院东营实验基地,体均重约为409.36±11.19 g．

1.2 实验设计与养殖管理

在池塘(260 m×50 m×4,水深1.5 m)中进行网箱(5 m×5 m×1 m)养殖密度实验,实验分为4个处理,分别为300(D1)、400(D2)、500(D3)、600(D4)尾/箱,每个处理3个重复．实验于2015年6月14日至9月5日进行,共84 d．每日投喂“升索”牌石斑鱼专用饲料(山东升索渔用饲料研究中心,营养参数见表1,饲料总能为21.55 kJ/g) 2次(6:30,17:00),日投喂量为实验用鱼初始体重的1.5%,并依据摄食情况调整,阴天下雨时减量投喂或不投喂．每日巡塘4次,发现死鱼及时捞出．期间定期检测养殖池塘水质变化．利用潮水涨落进行自然换水,实验期间约为15 d更换一个海水全量．

表1 配合饲料的营养组成Tab.1 Composition of commercial feed %

1.3 样品采集、指标测定与计算

实验结束后,将网箱中的鱼全部捞出,称总重,计算增重、增重率、特定生长率、饲料系数、生物学效果综合指数和养殖效果综合指数[2]．每个网箱取3尾鱼作为实验末全鱼样品．

采用恒重法(GB/T6435—2006)和凯氏定氮法(GB/T6432—1994)测定饲料、全鱼样品中水分及粗蛋白含量．

增重量(WG,kg)=(鱼体总末重-鱼体总初重);

增重率(WGR,%)=(末均重-初均重)/初均重×100;

特定生长率(SGR,%/d)=(ln末均重-ln初均重)/84×100;

饲料系数(FCR)=饲料投喂量/增重量;

成活率(SR,%)=成活鱼尾数/总尾数×100;

蛋白质沉积率(PDR,%)=鱼体粗蛋白增加量/(饲料投喂量×饲料粗蛋白含量)×100;

粗蛋白排放率(PDP,kg/kg)=(饲料投喂量×饲料粗蛋白含量-鱼体粗蛋白增加量)/鱼体增重量;

生物学效果综合指数(SI)=(产量×规格×饲料系数)1/3;

养殖效果综合指数(CI)=(SI×纯利润×产出投入比)1/3.

1.4 养殖容量估算

1.4.1 基于非离子氨排放标准的生态养殖容量估算 养殖过程中投入池塘的氮元素经鱼类消化吸收后,转化为各种类型的氮元素,其中非离子氨的含量计算如下:

CPin=Feed×CPfeed，

(1)

Feed=WG×FCR，

(2)

(3)

NH3-Nout=ANout×k.

(4)

式中:CPin为粗蛋白投入量,kg;Feed为饲料投入量,kg;WG为养殖鱼体增重量,kg;FCR为饲料系数;CPfeed为饲料粗蛋白含量,%;ANout为氨氮排放量,kg;PDR为蛋白质沉积率,%;PND为蛋白质未消化率,%;ANp为氨氮产生率,%;NH3-Nout为非离子氨排放量,mg;k为特定温度及pH值下,非离子氨含量比例．

生态养殖容量计算如下:

(5)

(6)

式中:A为最佳养殖面积,km2;m为养殖废水中非离子氨的排放标准,mg/L;V为养殖水体积,m3;n为换水次数;Pcapacity为生态养殖容量,尾/km2;T为养殖尾数．

1.4.2 基于氮排放标准的生态养殖容量估算 罗国芝等(2007)[3]将养殖容量(Pcapacity)的计算模型定义为

Pcapacity=min (Ewp,Enp,Dp)

式中:Ewp为基于水环境容量的养殖容量;Enp为自然容纳量;Dp为需求容量．

珍珠龙胆石斑鱼是黄三角地区池塘的外来物种,Enp≈0,不能参考;而目前我国市场对珍珠龙胆石斑鱼的需求旺盛,Dp较大,因此,本估算以Ewp为标准．以氮排放为基准建立的计算模型如下:

Nin-Nstore=Nout,

(7)

(8)

(9)

Nfishf≈Nfishi,

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

Nout=S×V×n,

(15)

(16)

(17)

式中:Nin为投入的氮元素,kg;Nstore为储存在鱼体的氮元素,kg;Nout为排放到环境中的氮元素,kg;Feed为饲料投喂量,kg;CPfeed为饲料粗蛋白含量,%;Wf为养殖鱼末均重,g;Wi为养殖鱼初均重,g;Nfishf为养殖鱼体末氮元素含量,%;Nfishi为养殖鱼体初氮元素含量,%;WG为养殖鱼增重量,g;FCR为饲料系数;S为养殖废水中凯氏氮允许排放标准,mg/L;V为养殖水体积,m3;n为换水次数,WGp为尾增重．

1.5 数据处理

实验所得数据用SPSS11.0进行单因素方差(one-way ANOVA)分析,以Duncan’s多重比较确定处理间差异是否显著,P<0.05 表示差异显著．统计数据以平均值±标准差(means±SD)表示．用Microsoft Excel 2010 对WGR、SGR、PDP与养殖密度之间进行一元二次回归分析．

2 结 果

2.1 密度对珍珠龙胆石斑鱼养殖效果的影响

密度对珍珠龙胆石斑鱼养殖效果的影响见表2．由表可见,实验鱼的成活率均高于98%,且各组之间无显著差异;随着养殖密度的升高,养殖鱼的末均重、WGR、SGR、PDR均呈先上升后下降的趋势,D2、D3组显著高于其他2组,但2组之间差异不显著(P>0.05);FCR、PDP呈先下降后上升的趋势,D2、D3组显著低于D1、D4组(P<0.05);SI随养殖密度的升高显著上升;CI随养殖密度的升高呈先上升后平稳的趋势,D3、D4组显著高于前两组,但二者之间差异不显著(P>0.05)．

表2 密度对珍珠龙胆石斑鱼养殖效果的影响Tab.2 Effects of culture density on growth performance of hybrid grouper

以养殖密度和增重率WGR为评价指标,经一元二次回归分析表明:25 m3网箱中体重400 g左右珍珠龙胆石斑鱼的适宜养殖密度为439尾(YWGR=-3.159X2+27.23X+9.004,R2=0.569,Xopt=4.39);以养殖密度和特定生长率SGR为评价指标,经一元二次回归分析表明:25 m3网箱中体重400 g左右珍珠龙胆石斑鱼的适宜养殖密度为450尾(YWGR=-0.022X2+0.198X+0.194,R2=0.571,Xopt=4.50) (图1)．

图1 WGR或SGR与养殖密度之间的关系Fig.1 Relationship between WGR or SGR and culture density

以养殖密度及PDP为评价指标,经一元二次回归分析表明:25 m3网箱中体重400 g左右珍珠龙胆石斑鱼的养殖密度为453尾时,单位体重粗蛋白排放量PDR最低为0.368 72 kg/kg(YWGR=0.033X2-0.299X+1.046,R2=0.757,Xopt=4.53,Ymin=0.368 72)(图2)．

图2 PDP与养殖密度之间的关系Fig.2 Relationship between PDP and culture density

2.2 生态养殖容量估算

2.2.1 基于非离子氨排放的池塘生态养殖容量的估算 本实验中:PDR取表2中平均值28.56%;PND取20%[4-5];ANp为85%[5];27 ℃,pH值7.5时,k=2%[6];依据DB33/453—2006一级标准,m≤0.06 mg/L[7];V为1 500 m3/km2;n为6.6．由此计算:池塘养殖300、400、500、600尾体重400 g左右的珍珠龙胆石斑鱼的最佳面积分别为0.30、0.38、0.50及0.61 km2,最佳生态养殖容量为2 219～2 374尾/km2(表3)．

表3 基于非离子氨排放的池塘生态养殖容量估算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态养殖容量的估算 本实验中:CPfeed为50%,Nfish为2.88%[8-10],FCR取池塘实验平均值1.25,S为1.5mg/L[6],V为1 500 m3/km2,n为6.6．由此计算,以体重400 g左右的珍珠龙胆石斑鱼为养殖对象,以养殖600～700 g为末体重为目的(体增重200～300 g),水深1.5 m的池塘养殖的最佳容量为1 261～1 891尾/km2(表4)．

表4 基于氮排放的池塘生态养殖容量估算Tab.4 Assessment of carrying capacity of pond based on the discharge of nitrogen

3 讨 论

3.1 珍珠龙胆石斑鱼池塘网箱养殖最佳密度

珍珠龙胆石斑鱼摄食凶猛,易于集群,因此在池塘养殖过程中需保证一定的密度．本实验中,分别以WGR、SGR、PDP为评价指标,25 m3网箱中珍珠龙胆石斑鱼最佳养殖密度分别为450、439、453尾．黎文辉报道,在海水网箱(3 m×3 m×3 m)中适宜的养殖密度为50尾/m3(体重500～600 g)[11]．杨超等报道在循环水系统中,珍珠龙胆石斑鱼(体重672 g)养殖密度可达79尾/m3[12]．养殖过程中,养殖密度过低会影响鱼的摄食活跃度,而养殖密度过高,会造成饵料浪费比较严重,由此导致了本实验中,养殖鱼的生长性能呈先上升后下降的趋势,这与许多研究报道相符合[13-14]．由此可见,珍珠龙胆石斑鱼的适宜养殖密度与养殖设施、养殖管理及水质条件密切相关．目前,池塘内循环养殖模式在我国江浙地区开始推广,其核心为将池塘按功能划分区域,其中小部分区域进行高密度养殖,而大部分区域进行水质净化,实现养殖的零排放．从本实验结果分析,珍珠龙胆石斑鱼是一种适宜高密度养殖的鱼类,适合池塘内循环养殖模式养殖．此外,黄三角地区海水池塘面积大,有效利用难度大,也适宜发展池塘内循环养殖．

不同于刘剑昭[2]在对虾池封闭式综合养殖的容量的研究,本实验中生物学效果综合指数(SI)与养殖密度(D)呈正相关关系(YSI=0.049XD+40.88,R2=0.982),养殖效果综合指数(CI)呈先上升后平稳的趋势,均未达到极值,这与本实验是在开放系统中进行、且定期换水有关．SI未达到极值,表明池塘的生产力尚未完全发挥出来,继续增加养殖密度会增加产量;而CI虽然未达到极值,但已处于平衡期,表明养殖纯利润及投入产出比已经处于下降状态,需要调整养殖策略．

3.2 珍珠龙胆石斑鱼池塘养殖最佳容量

董双林等[15]将水产养殖容量概括为:单位水体内,在保护环境、节约资源和保证应用效益的各个方面都符合可持续发展要求的最大养殖量．目前国内针对水产养殖容量的研究多集中在湖泊或浅海生态系统上[16-18],且多集中于藻类和双壳贝类[19-20],研究模型及方法也较为多样[21-23],其中现场实验法更适合小面积的滩涂、池塘等生态环境的养殖容量研究[24],因此本研究在网箱养殖实验的基础上,进行了池塘生态养殖容量的估算．与湖泊海洋等生态系统不同,池塘属于人工开放型生态系统,特点是面积小、池水浅、营养结构简单、食物链较短,兼之养殖时间较短,池塘有足够的时间和空间自身分解养殖废弃物[25-27],因此在估算池塘生态养殖容量时可稍微偏高．随着养殖自身污染问题的凸现,养殖废弃物的处理及排放也成为研究的热点[28-30],而氨氮和颗粒物是网箱养殖过程中输出的废弃物[31-32],因此本研究在氮平衡的基础上[33-34],依据池塘网箱养殖结果,结合自然换水率,按照海水养殖废水排放要求(SC/T 9103—2007)中一级标准中非离子氨和凯氏氮的排放要求,计算了珍珠龙胆石斑鱼池塘养殖的最佳容量分别为2 441～2 611尾/km2和1 406～2 109尾/km2(1 628～1 742尾/亩和938～1 406尾/亩)．以非离子氨排放标准计算结果显著高于以凯氏氮排放计算结果,这是由于以非离子氨排放为标准计算中没有包含残饵粪便分解产生的氨氮,因此计算结果偏高．此外,非离子氨含量受pH值影响较大,估算结果波动范围较大,因此在养殖过程中需检测养殖水pH值,如果变动较大,需及时采取措施进行处理．

依据本研究的结果,推荐黄三角地区池塘珍珠龙胆石斑鱼的生态养殖容量为1 758～2 526尾/km2(1 172～1 685尾/亩),即以凯氏氮排放标准计算的平均数到以非离子氨排放标准计算的平均数．郭泽雄等报道了珍珠龙胆石斑鱼(体重700 g)高位池无公害养殖的密度为2 688尾/km3(1 793尾/亩)[35],显著高于本研究估算的结果,这可能与其养殖过程中使用水质、底质改良剂和微生物制剂有关,或于养殖过程中水交换控制有关[36]．

由公式(5)、(6)及(15)可见,养殖容量与养殖水体积及换水率呈正比,本研究结果是在水深1.5 m、换水率(次/15 d)的基础上计算得来的．因此,养殖容量可根据养殖池塘及设施的实际情况进行重新估算．

4 结 论

采用25 m3的网箱在池塘中养殖体重400 g左右的珍珠龙胆石斑鱼时,适宜的养殖密度为450尾/箱;以养殖排放水中凯氏氮和非离子氨浓度为标准计算时,珍珠龙胆石斑鱼适宜的生态养殖容量为1 758～2 526尾/km2．