低温季节凡纳滨对虾室内生物絮团养殖研究

2022-06-08韩满强汤保贵伍栩民杜书敏谭瑞华龚汉夫林志豪何益荀钟育麒林桂腾

水产科学 2022年3期

周晖，韩满强,2，汤保贵，伍栩民，杜书敏，谭瑞华，龚汉夫，林志豪，何益荀，钟育麒，林桂腾

( 1.广东海洋大学水产学院，广东省普通高校南海水产经济动物增养殖重点实验室，广东湛江 524088； 2.湛江海思特水产科技有限公司，广东湛江 524088 )

凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)原产于中、南美洲太平洋沿岸，是世界养殖产量最高的三大优良虾种之一。根据《2019中国渔业统计年鉴》[1]数据显示，2018年我国凡纳滨对虾海水养殖产量为1.118×106t，同比增长3.4%。随着凡纳滨对虾养殖区域和产量的不断增加，暴露的问题也越来越多，如种质退化、病害频发、药物滥用、环境恶化等[2]。疾病暴发一直是困扰我国对虾产业可持续发展的严重问题，各种病害频发，使我国对虾养殖业遭受了重创[2-3]。有研究表明[4]，在高密度养殖系统中，鱼虾只能利用人工饲料中20%～30%的营养物质，其余70%～80%的物质会以残饵以及生物代谢物形式在系统中快速积累，产生大量有毒的氨氮、亚硝态氮，导致养殖水质恶化，是病害暴发的重要原因。传统清水养殖模式占用宝贵的水资源，还带来了环境污染以及水产动物病害扩散等问题，已逐渐成为一种不可持续的养殖模式，因此研究者纷纷开始探索健康高效的对虾养殖新模式，而生物絮团养殖模式就是主要研究方向之一[3]。

Avnimelech[5]系统地论述了生物絮团技术的原理，促进了生物絮团技术在水产养殖产业中的推广运用；Crab等[6]指出，生物絮团不仅可去除养殖水体中的氮，还可将这些氮转化为养殖对象的天然食物，通过营养物质的循环利用提高饲料营养的转化效率；Burford等[7-9]的研究也证实，生物絮团作为食物为养殖对象的生长做出了贡献；Kuhn等[10-12]报道了在凡纳滨对虾的饲料中可以用生物絮粉部分代替鱼粉，并评估了饲料中来源于鱼粉和生物絮粉的氮对凡纳滨对虾生长的相对贡献[12]。生物絮团可以被养殖对象利用的这一特点，相较于其他水质处理技术具有重要的优势。

近年来生物絮团技术运用于凡纳滨对虾养殖的研究报道很多。孙振等[11,13-14]报道了生物絮团对凡纳滨对虾生长和健康具有积极的影响；张亚卓等[15]研究了低盐度鱼虾混养条件下，生物絮团的营养组分及凡纳滨对虾对生物絮团的摄食效率；张哲等[16]则研究了不同碳源对凡纳滨对虾育苗水体中生物絮团结构、营养成分、细菌群落及水质的影响；王超等[17]发现，生物絮团技术在凡纳滨对虾零水交换养殖系统中应用后，在75%投饵水平下，生物絮团养殖的凡纳滨对虾基本保持正常的生理健康水平，且养殖产量不受影响；Lara等[18]研究表明，凡纳滨对虾在生物絮团系统中养殖可以节约25%的配合饲料。但在低温季节采用生物絮团模式养殖凡纳滨对虾的效果尚未见报道。笔者在秋冬季低温养殖条件下，评估在投饵水平为70%时，生物絮团养殖的凡纳滨对虾的生长和饲料利用情况，并测试生物絮团技术是否有助于维持养殖系统较高的水温，为生物絮团技术的推广运用提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 试验对虾

试验用凡纳滨对虾由湛江海思特水产科技有限公司提供，在实验室暂养4周，以使其适应实验室养殖条件，并收集养殖尾水用于生物絮团培养。养殖试验设置絮团组和清水组，每组3个70 cm×50 cm×60 cm试验桶，每桶随机投放凡纳滨对虾[(3.17±0.37) g]18尾。

1.2 生物絮团培养

收集暂养期间的凡纳滨对虾养殖尾水作为氮源，红糖作为碳源，加入复合芽孢杆菌(Bacillusspp.)制剂(珠江水产研究所水产药物试验厂)培养生物絮团。设定养殖水体碳氮比为20∶1，参照文献[5]的公式计算碳源添加量。

1.3 对虾养殖试验管理

试验饲料选用对虾饲料[正大饲料(湛江)有限公司)]。每日8:30、12:30和17:30投喂饲料，清水组凡纳滨对虾饱食投喂。为准确计算摄食量和饲料转化效率等参数，需要在投喂时注意观察凡纳滨对虾摄食状态，尽可能减少残饵。絮团组添加预先培养好的生物絮团浓缩液，使絮团桶的初始絮团含量达到1 mL/L。综合Burford等[7,9,17]研究结果，将絮团组的投喂量设定为清水组的70%，每次投喂时均根据清水组凡纳滨对虾摄食量调整絮团组投喂量。

暂养及养殖用海水均来源于对虾养殖场周边海区，通过添加曝气自来水将盐度调节到10(对虾来源养殖池的海水盐度)，储存在实验室循环水系统中。清水组的3个桶每日清污换水约10%，絮团组不换水，养殖期间水体保持充气状态，维持水体溶解氧水平>5 mg/L。絮团组在养殖过程中添加红糖作为额外碳源，添加量按照文献[5]的公式计算，在每日下午投喂结束时用海水溶解后添加。复合芽孢杆菌制剂按使用说明每2 d添加1次，每次每桶添加粉剂10.5 g。养殖试验自2019年11月22日至2020年1月4日，养殖期42 d。试验期间保持自然光照周期，每次投喂前记录水温。

1.4 试验样品采集

试验开始时测定每尾凡纳滨对虾的初始体质量，随机分组后对各组凡纳滨对虾的初始体质量进行统计分析和多重比较，各组凡纳滨对虾初始体质量无显著差异。试验结束后，采集各桶所有凡纳滨对虾个体，测量体质量。试验期间，每日中午用英霍夫锥形管测定絮团组各桶的絮团含量，并于试验结束后采集各桶絮团。凡纳滨对虾肌肉在烘箱中105 ℃烘干至恒等质量以测定水分含量，凡纳滨对虾肌肉、饲料和絮团的粗蛋白采用凯氏定氮法测量，粗脂肪采用氯仿—甲醇抽提法测量，灰分采用550 ℃马福炉灰化法测量[19]。

1.5 生长参数计算

质量增加率(wWGR，%)、特定生长率(RSG，%/d)、饲料转化率(RFC，%)、蛋白质效率(RPE，%)、平均日摄食率(RADF，%)等生长参数计算公式参考文献[20-21]，并根据本试验设计调整参数。

wWGR=(mt-m0)/m0×100%

(1)

RSG=(lnmt-lnm0)/t×100%

(2)

RFC=(mn-m0×18)/mi×100%

(3)

RPE=(mn-m0×18)/mp×100%

(4)

RADF=mf/[St×m0×(1+RSG×t)]

(5)

式中，mt为平均每尾虾终末体质量(湿质量，g)，m0为试验凡纳滨对虾初始平均体质量(湿质量，g)，mn为每个桶收获的试验虾总质量(湿质量)；t为饲喂天数(d)；mi为每桶试验虾摄食饲料总量(风干质量，g)；mp为平均每尾虾摄食饲料蛋白质的质量(风干质量，g)，18为每个桶初始试验凡纳滨对虾数量(尾)；mf为每个桶的凡纳滨对虾在t日投喂总量(风干质量，g)，St为t日桶内凡纳滨对虾数量(尾)。

1.6 试验数据统计分析

试验用SPSS 19.0进行数据的统计分析，在多个样本的观察值服从正态分布及各组间方差平齐的情况下用单因素方差分析，P<0.05表示差异显著。若样品数据方差不平齐，则用非参数统计中的Kruskal-Wallis检验。温度与对虾平均日摄食率的关系采用Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 养殖水温变化

清水组凡纳滨对虾42 d养殖期间的水温变化见图1。由图1可见，养殖期间水温波动范围17.2～23.5 ℃。养殖水体温度自试验开始第1天的22.3 ℃逐渐波动降至第13天的17.2 ℃，此后又逐渐波动上升，在第25天恢复到22 ℃，并维持在22～23 ℃直到试验结束。自试验的第13天开始增加测定絮团组水温，波动范围 16.7～23.9 ℃。统计分析结果表明，31～42 d时絮团组的平均水温为(23.2±0.4) ℃，显著高于清水组的平均水温(22.6±0.5) ℃(P<0.05)。

图1 凡纳滨对虾42 d养殖期间的水温

2.2 絮团组絮团含量变化

絮团组絮团含量在试验开始后1～3 d 下降，此后逐渐上升；受降温影响，19～21 d絮团含量也出现下降，此后波动上升并在第28天达到最高值(3.6 mL/L)，随后又逐渐下降，并在最后7 d稳定在约1.6 mL/L(图2)。

图2 42 d养殖期间絮团组絮团含量变化

在本试验养殖过程中，观察到絮团组的生物絮团呈黄褐色，沉降性能良好，沉淀15 min后上清液清澈透明，絮团与水体分界清晰；镜检絮团(图3)可见大量菌胶团，以丝状菌为骨架，非丝状菌填充其中，结构密实；同时可以观察到原生动物、轮虫、枝角类和桡足类等生物。

图3 生物絮团

2.3 平均日摄食率变化

在42 d养殖期间，清水组饱食投喂，观察凡纳滨对虾在秋冬季水温波动状态下摄食率的变化情况。

凡纳滨对虾在整个试验期间的日摄食率为1.31%～2.66%，平均日摄食率为(1.87±0.30)%。试验开始后10～20 d的降温过程(温度17.2～20 ℃)导致凡纳滨对虾平均日摄食率有所下降[(1.75±0.25)%]，但与试验其余日期(温度20.4～23.5 ℃)的平均日摄食率[(1.91±0.30)%]差异不显著(P>0.05)(图4、图5)。Pearson相关性分析结果也表明，在本试验中温度与凡纳滨对虾平均日摄食率并无显著性差异(P>0.05)。

图4 42 d养殖期间凡纳滨对虾的平均日摄食率散点图

图5 42 d养殖期间凡纳滨对虾平均日摄食率与温度的散点图

2.4 絮团组和清水组凡纳滨对虾生长和饲料利用情况

分别测定试验饲料和试验结束时絮团的成分，结果见表1。

表1 饲料和生物絮团成分(干质量) %

絮团组凡纳滨对虾的终末体质量、质量增加率和特定生长率与清水组无显著差异，而絮团组凡纳滨对虾的饲料转化效率和蛋白质效率显著高于清水组(表2)。

表2 絮团组和清水组凡纳滨对虾生长和饲料利用情况

2.5 絮团组和清水组凡纳滨对虾肌肉成分比较

絮团组和清水组凡纳滨对虾的肌肉成分无显著差异(表3)。

表3 絮团组和清水组凡纳滨对虾肌肉成分(湿质量) %

3 讨论

3.1 生物絮团的培养

在养殖水体中培养生物絮团，目标是使有益菌群在细菌群落中占据优势，从而抑制对虾致病菌或者潜在致病菌，并清除养殖水体中的有害物质和有机污染物[6]。芽孢杆菌是水产养殖中最具代表性的常用益生菌[22]，能广泛适应各种养殖环境，可以通过脱氮作用与反硝化作用降低水体中的氨氮和亚硝态氮的含量。有研究发现，在对虾养殖水体中添加芽孢杆菌，不仅可以净化水质，优化水体中微生物群落结构[23]，提高对虾的饵料利用率，还能增强对虾自身的免疫活力[24]。但是在一般养殖环境中芽孢杆菌等有益菌往往不占优势，需要定向培养或直接添加[25]。在本试验养殖过程中，通过向养殖体系中定期添加复合芽孢杆菌制剂，以维持其在絮团系统中的优势度。

培养芽孢杆菌等益生菌还需要保证水体环境中有足够的碳、氮营养供应。Avnimelech[5]论述了水体中碳氮比对生物絮团形成的调控机制。微生物碳氮比约为4～5，在干燥情况下碳水化合物的含碳量一般为50%，以此计算可知微生物利用1份氮素需要同时利用8～10份碳水化合物。由于养殖水体中含有大量残饵和粪便，碳氮比通常低于10；要使水体中碳氮比达到10以上，就需要持续向水体中添加适当的碳源，从而使有益菌进一步增殖并形成稳定的生物絮团，成为养殖水体的优势菌群[5]。碳源的选取应优先考虑来源与成本，通常选用葡萄糖、蔗糖、淀粉等不污染环境的食品原料，以及麦麸、玉米粉等农副原料等[26]。蔗糖是实验室培养生物絮团的常用碳源，易于被益生菌利用吸收，使益生菌快速增殖并在水体中形成稳定的生物絮团[16]。本试验中，通过直接添加红糖(蔗糖)调节水体的碳氮比，添加量根据Avnimelech[5]公式计算确定。

在本试验养殖过程中观察到的生物絮团与田道贺等[27]所描述的硝化型生物絮团类似。秦海鹏等[28]研究发现，在10～30的盐度内，养殖水体的盐度越高生物絮团生长越快，并且在养殖过程中各组水体的絮团含量均会呈现先升后降的趋势。笔者选用的养殖盐度为10，在试验过程中絮团含量也表现出先升后降的变化规律。试验结束时收集的生物絮团粗蛋白含量为(6.99±0.63)%(表1)，远低于其他凡纳滨对虾絮团养殖研究的数值(25%～35%)[15-16]，这可能是因为本试验中絮团组的投饵量仅为清水组的70%，源于饲料的蛋白转化为生物絮团蛋白的量较少。虽然絮团形成条件(碳源、氮源和微生物等)和絮团粒径的差异等众多因素均会影响生物絮团粗蛋白含量[15-16, 29-30]，但本试验絮团中较低的粗蛋白含量也表明絮团组凡纳滨对虾充分利用了源于饲料的粗蛋白。

3.2 絮团组和清水组水温比较

生物絮团养殖模式对水温的影响尚未见研究报道。在本试验中，从养殖水温最低的第13天开始，分别测定了絮团组和清水组的水体温度变化。虽然在13～30 d中，两组水温无显著差异，但在31～42 d，絮团组水温显著高于清水组，这可能是因为随着温度的逐渐上升，絮团组中活跃的生化反应和更高含量的悬浮物有助于维持较高的水体温度。不过本试验结果也表明，絮团组水温上升的效应只有在水温高于22 ℃后才逐渐显现。考虑到絮团组还有无需换水的优势，生物絮团模式相对于传统清水养殖模式更适于低温季节凡纳滨对虾养殖，与温室大棚相结合可更有效地维持养殖水体温度。

3.3 凡纳滨对虾日摄食率的变化

陈昌生等[20]研究发现，凡纳滨对虾存活、摄食及生长的适宜水温为18～35 ℃，最适水温为30～33 ℃，水温18 ℃以下时，摄食量减少。在整个养殖周期中，清水组水温低于18 ℃的时间有6 d，但最低温度只是17.2 ℃，与18 ℃无明显差异，因此凡纳滨对虾在整个试验期间的日摄食率受温度影响有一定波动，但差异不显著。养殖期间，清水组的平均水温(21.3±2.0) ℃，凡纳滨对虾的平均日摄食率(1.87±0.30)%，低于陈昌生等[20]研究结果(21 ℃、2.35%)，这可能是因为本试验中所使用凡纳滨对虾个体相对较大的缘故。

3.4 絮团组和清水组凡纳滨对虾体成分比较

Chan-Vivas等[31]研究发现，生物絮团养殖的对虾由于在养殖过程中运动较多，其肌肉更加紧致，口感更好；在对本试验生物絮团养殖的凡纳滨对虾进行采样时也发现，其肌肉的确更加紧致。不过并未发现絮团组和清水组凡纳滨对虾体成分存在显著差异，葛海伦等[32]在生物絮团养殖对罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)体成分的研究中也发现了同样现象。这可能是因为絮团组和清水组凡纳滨对虾的蛋白和脂肪均来源于相同饲料，因此生物絮团养殖模式下凡纳滨对虾的体成分并未产生显著影响。

3.5 絮团组和清水组凡纳滨对虾生长和饲料利用效率比较

在本试验中，凡纳滨对虾生长缓慢，饲料转化效率不高，这主要是因为养殖期间水温较低，抑制了对虾的摄食和生长[20]。清水组凡纳滨对虾的饲料转化效率为27.97%，略高于陈昌生等[20]的研究结果(21 ℃、26.87%)。众多研究结果已表明，对虾可以通过利用生物絮团中的营养物质，从而提高饲料利用效率。申玉春等[33]利用13C作为天然示踪物，发现高位养殖池生态系统中的天然饵料能为凡纳滨对虾的生长提供能源物质，且贡献比率会随人工饲料的投喂而降低；Burford等[7]使用15N示踪技术研究发现，生物絮团系统中养殖的凡纳滨对虾的确摄食了富含15N的生物絮团，对虾保留的蛋白质中有18%～29%是由生物絮团提供；Gamboa-delgado等[12]将养殖结束后收集的生物絮团干粉作为替代蛋白源，以不同比例(0%、25%、50%、70%和100%)替代凡纳滨对虾饲料中的鱼粉，进行了29 d的养殖试验，发现替代25%鱼粉时，凡纳滨对虾的生长速度无显著变化；Cardona等[9]使用双源单同位素混合模型，计算出生物絮团对细角滨对虾(L.stylirostris)幼虾碳和氮的生长贡献率分别为39.8%和36.9%。在本试验中，絮团组凡纳滨对虾的投喂率设定为清水组凡纳滨对虾的70%，42 d的养殖试验结果表明，絮团组凡纳滨对虾的终末体质量、质量增加率和特定生长率与清水组无显著差异，而饲料转化效率和蛋白质效率显著高于清水组，与王超等[17-18]对凡纳滨对虾生物絮团养殖的研究结果相似。本试验结果佐证了生物絮团技术的确可以提高饲料的利用效率，减少饲料的浪费这一结论。下一步的研究将设计凡纳滨对虾投饵量梯度试验，确定在生物絮团养殖模式下，饲料转化效率最高、养殖效益最好的投饵量，并采用稳定同位素示踪技术定量生物絮团在对虾生长中的贡献。