温度对虹鳟幼鱼碳、氮、磷营养元素收支的影响

王 文，高勤峰，于弋甯，邓乾龙，董双林

（1.海水养殖教育部重点实验室，中国海洋大学，山东青岛 266003；2.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 266235；3.山东海洋集团有限公司科技部，济南 250102）

虹鳟（Oncorhynchusmykiss）属鲑形目（Salmonniformes），鲑科（Salmonidae），大麻哈鱼属，适宜生存水温为12～18℃，是世界第二大鲑鳟鱼养殖品种［1］。我国自20世纪60年代开始引入虹鳟进行养殖，但由于我国淡水养殖资源缺乏，夏季自然水域温度超过虹鳟极限生存温度，因此虹鳟养殖产量和分布受限［2－3］。研究发现，虹鳟为广盐性鱼类，在生长到一定阶段时可以驯化至海水环境中生活，并且具有更快的生长速度和更好的肉质［2，4］。而在我国黄海中部存在一个夏季冷水团，其天然的水文条件使得深远海网箱养殖虹鳟具有巨大的发展潜力［5］。已有研究者在黄海冷水团海域利用智能网箱进行了鲑鳟鱼类的试养殖，并获得了初步的成功［3］。目前，我国的鲑鳟鱼类深远海网箱养殖技术仍不够完善和成熟，尚需大量基础研究为其提供理论参考［6］。

鱼类作为变温动物，温度直接影响其食欲、生长、代谢、行为以及蛋白质、脂肪和碳水化合物等营养物质的分配［7］。AZEVEDO等［8］研究了温度对虹鳟生长及其营养的影响，发现在适宜温度范围内，虹鳟的生长和对饲料中干物质、能量、氮的消化率与温度呈正相关关系。CHO［9］发现，随着温度升高，虹鳟增重速度和净能量积累呈先上升后下降趋势，耗氧率持续升高，基础代谢也随之升高，该研究从能量收支的角度阐述了温度对虹鳟生长和呼吸代谢等生命活动的影响。除了对虹鳟生长、代谢和能量利用的研究之外，国内外学者也探究了虹鳟对营养物质的利用情况：MATHERS等［10］从分子生物学层面探讨了温度对虹鳟体内核酸含量与蛋白质合成代谢的影响；KIEFFER等［11］比较了两种温度下虹鳟有氧运动中对碳水化合物、蛋白质和脂肪等营养物质的利用情况。鱼体内营养物质的收支主要通过摄食、呼吸和排泄体现，在对条石鲷（Oplegnathus fasciatus）、美国红鱼（Sciaenopsocellatus）、大泷六线鱼 （Hexagrammos otakii）、梭鲈 （Sander lucioperca）、斑石鲷（Oplegnathuspunctatus）等的幼鱼耗氧率和排氨率的研究表明，随水温升高，其耗氧率和排氨率随之增加［12－16］。一些学者在研究黑鲷（Sparusmacrocephalus）、真鲷（Pagrosomus major）和褐牙鲆（Paralichthysolivaceus）等的氮收支中发现［17－19］，在一定温度范围内，氮收支与水温呈正相关关系。张恭等［20］和朱祥宇等［21］在对硬头 鳟 （Oncorhynchus mykiss） 和 草 鱼（Ctenopharyngodonidellus）的研究中也发现，随着水温的升高，排氨率、排磷率呈现先升高后降低的趋势。碳（C）、氮（N）、磷（P）作为营养物质的主要构成元素，是生物体内重要的营养要素，同时也是鱼体代谢废物的主要组成元素。目前，对海水环境中虹鳟C、N、P营养元素收支过程受温度影响的研究尚未见详尽报道。本实验依据虹鳟生存适温范围设置4个不同温度处理组，对海水环境下虹鳟幼鱼C、N、P营养元素的收支情况进行探究，旨在阐明不同温度条件下，虹鳟的摄食、呼吸和排泄等生理过程中C、N、P营养元素的需求情况和利用差异，以期为虹鳟生长代谢研究提供基础数据和理论支持，也可为完善深远海网箱养殖技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料及驯养

实验于2020年10月在山东省海阳市黄海水产有限公司进行，实验用虹鳟购自山东省日照市万泽丰渔业有限公司鲑鳟鱼繁育基地，体质量（91.40±13.63）g，所选虹鳟均为生长良好、健康活泼的个体。

虹鳟幼鱼运至实验基地后，放入提前调温和充分曝气的养殖圆缸（体积：2 m3）中暂养，每缸约200尾。虹鳟幼鱼暂养期间，水体温度控制在（15.0±0.5）℃，溶解氧大于6 mg·L－1，光照周期为12 L∶12 D，每日10∶00投喂少量商品配合饲料，30 min后进行吸底排水。暂养至虹鳟幼鱼摄食稳定后开始盐度驯化和温度驯化。

在暂养缸进行盐度驯化，驯化方法参考张恭等［20］和XIONG等［22］方法，从淡水开始，以每天5个盐度的速度升盐，当盐度达到15后，改为每天2个盐度继续升盐，直至达到养殖场海水盐度32。盐度驯化完成后，继续暂养2周，待虹鳟幼鱼完全适应海水环境并且摄食稳定后，进行称重。以每桶20尾的数量分放入已编号的实验桶（200 L）中，进行温度驯化。自暂养温度15℃开始，以1℃·d－1的速度同时向低温和高温两个方向进行温度调节，直至达到实验设计温度。待虹鳟幼鱼摄食稳定后，暂养一周，开始进行相关数据的测定。

1.2 实验设计及样品采集

实验在体积为200 L的水桶中进行，共设置4个温度水平，分别为7、11、15、19℃，每个温度水平下设置3个重复，每个重复20尾鱼。实验用虹鳟规格为（91.40±13.63）g，差异为不显著（P＞0.05）。虹鳟幼鱼体内对C、N、P营养元素的收支表现为虹鳟幼鱼从食物中获得C、N、P营养元素和通过呼吸、排泄和排粪途径支出C、N、P营养元素。

实验设计和样品采集参考张恭等［20］和朱祥宇等［21］对营养盐收支的测量方法，实验时间持续24 h，各温度处理组于上午9∶00进行一次饱食投喂，记录各处理组投喂饲料质量，投喂30 min后，收集残饵，70℃烘干计重。实验持续时间内及时吸底，利用160目筛绢收集投喂24 h内各温度处理组虹鳟幼鱼排出的粪便，并将24 h收集的全部粪便放入烘箱中70℃烘干至恒重，称取并记录粪便干重。

利用密闭静水法测定20尾虹鳟幼鱼在实验持续时间内所处的200 L水体中溶解氧（DO）、氨氮和活性磷的变化情况，实验持续3 h。于第二日上午7∶00对各处理组水桶彻底换水一次，8∶00停止水桶进水，关闭氧气泵，利用塑料薄膜封闭水桶水面，排出气泡，形成密闭环境。利用溶氧仪（型号YSI-550A，美国）测量水中初始溶解氧，并采用100 mL水样瓶收集初始水样，经预实验测定，40 min后溶解氧将降至5 mg·L－1以下，因此于8∶40测量终末溶解氧，于11∶00收集终末水样，收集到的水样用以测量水体氨氮和活性磷变化，同时对各组同等条件下空白组采用相同实验手法进行测量，用以排除水中微生物分解产生的误差。

1.3 样品测定及数据计算

1.3.1 摄食率和排粪率的测定

虹鳟幼鱼摄食率（feed intake rate，FIR）和排粪率（fecal production rate，FPR）的计算公式：

式中：W1为该处理组投喂饲料总干重（g）；W2为该处理组收取残饵总干重（g）；W3为该处理组实验结束后称取20尾虹鳟的总重（g）；W4为该处理组24 h收集粪便干重（g）；t为实验持续时间（h）。

1.3.2 水样中耗氧率和排泄率的测定

本文中排泄率为排氨率和排磷率。水体溶解氧、氨氮和活性磷含量变化测定分别使用溶氧仪（型号YSI-550A，美国）和全自动间断化学分析仪（型号CleverChem380G，德国）。虹鳟幼鱼耗氧率［oxygen consumption rate，OR，μg·（g·h）－1］、排氨率［ammonium excretion rate，AER，μg·（g·h）－1］和排磷率［phosphorus excretion rate，PER，μg·（g·h）－1］计算公式如下：

式中：DOt和DO0分别为该处理组内水样和空白对照组内水样溶解氧（DO）变化量（μg·L－1）；Nt和N0分别为该处理组内水样和空白对照组内水样中氨氮浓度或活性磷浓度（μg·L－1）；V为实验容器的体积（L）；t为实验持续时间（h）；W3为虹鳟幼鱼总重。

1.3.3 饲料和粪便中总有机碳、总有机氮和总磷的测定

饲料和粪便中总有机碳（total organic carbon，TOC）、总有机氮（total organic nitrogen，TON）的测定：通过70℃烘干、研磨、过筛和无机物消解等处理后，利用 CHNS／O 元素分析仪（型号Elementar Vario ELⅢ，德国）进行测定。饲料和粪便中的总磷（total phosphor，TP）则使用灼烧法［23］测定。

1.3.4 生长余力和营养盐吸收效率的计算

虹鳟幼鱼对C、N、P营养元素的生长余力［scope for growth，SFG，mg·（g·h）－1］参照GAO等［24］和孙侦龙等［25］的方法，计算公式如下：

式中：FIR为该处理组虹鳟摄食率；FPR为该处理组虹鳟排粪率；α% 为饲料中TOC、TON和TP所占百分比；β%为粪便中TOC、TON和TP所占百分比；R′为该处理组中C、N、P的排泄率。

虹鳟幼鱼对C、N、P营养元素的吸收效率（absorption efficiency，AE，%）的计算公式如下：

AE＝100×SFG／（FIR×α%）

式中：SFG为该处理组虹鳟对C、N、P营养元素的生长余力；FIR为该处理组虹鳟的摄食率；α%为饲料中TOC、TON和TP所占百分比。

以上两式中，碳排泄率由耗氧率基于0.85的平均呼吸系数进行转化［11］，即消耗1 mg O2排出0.32 mg C。

1.4 数据分析

使用IBM SPSSStatistics 23.0对所获得数据进行统计分析。采用单因素方差分析（one-way ANOVA）和Duncan多重比较法对比分析不同温度处理组间的差异，再进行Pearson相关性分析，以P＜0.05为差异显著水平，P＜0.01为差异极显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理下虹鳟幼鱼的摄食率和排粪率

如图1所示，不同温度条件下，虹鳟幼鱼24 h的摄食率和排粪率基本上差异显著（P＜0.05）。随着温度升高，虹鳟的摄食率、排粪率先随之增加，在15℃时达到最大值，之后随着温度升高至19℃时，摄食率和排粪率下降。虹鳟的摄食率和排粪率在7℃时最低，分别为0.599、0.120 mg·（g·h）－1，在15℃时最高，分别为1.103、0.185 mg·（g·h）－1。

图1 不同温度对虹鳟幼鱼摄食率和排粪率的影响Fig.1 Impact of different tem peratures on feed intake rate and fecal production rate of juvenile Oncorhynchusmykiss

2.2 不同温度处理下虹鳟幼鱼的耗氧率和排泄率

不同温度条件下虹鳟的耗氧率变化如图2所示。随着温度升高，虹鳟的耗氧率持续增加，在7、11、15℃之间差异显著（P＜0.05），在19℃时达到最高值，为378.006μg·（g·h）－1，但与15℃处理组差异不显著（P＞0.05）。

图2 不同温度对虹鳟幼鱼耗氧率、排氨率和排磷率的影响Fig.2 Im pact of different temperatures on oxygen consumption rate，ammonium excretion rate and phosphorus excretion rate of juvenile Oncorhynchusmykiss

不同温度下虹鳟的排氨率和排磷率变化如图2所示。7℃时，分别为4.757μg·（g·h）－1、0.510μg·（g·h）－1，均显著低于其他各组（P＜0.05）；随着温度升高，虹鳟的排氨率和排磷率先随之升高，并均在15℃时达到顶点，分别为8.953μg·（g·h）－1、0.821μg·（g·h）－1，之后随温度继续升高呈现下降趋势；其中，11℃和19℃排氨率无显著差异（P＞0.05），11℃和15℃排磷率无显著差异（P＞0.05）。

2.3 不同温度处理下虹鳟幼鱼的C、N、P营养元素的生长余力和吸收效率

如图3所示，C、N和P营养元素在虹鳟体内的生长余力均随温度升高先升高，在15℃达到最高且显著高于7、11、19℃处理组（P＜0.05）。

图3 不同温度对虹鳟幼鱼C、N、P营养元素生长余力的影响Fig.3 Impact of different temperatures on scope for grow th of C，N，P of juvenile Oncorhynchusmykiss

如图4所示，C、N和P营养元素的吸收效率在19℃时显著低于7、11、15℃处理组（P＜0.05）。C营养元素在7、11、15℃处理组中随温度升高呈上升趋势，但3组间差异不显著（P＞0.05）；N、P营养元素的吸收效率也在15℃时最高，但在11℃和15℃组间无显著差异（P＞0.05）；15℃组C、N和P营养元素的吸收效率分别为61.38%、85.27%、71.54%。

图4 不同温度对虹鳟幼鱼C、N、P营养元素吸收效率的影响Fig.4 Impact of different temperatures on absorption efficiency of C，N，P of juvenile Oncorhynchusmykiss

2.4 摄食率与耗氧率、排泄率相关性分析

如图5所示，将摄食率与耗氧率、排泄率进行相关性分析，摄食率与耗氧率、排氨率、排磷率均呈显著线性相关（P＜0.05），耗氧率、排氨率、排磷率均随摄食率增加而增加。

图5 摄食率与耗氧率、排氨率、排磷率的相关性Fig.5 Correlation between feed intake rate and oxygen consumption rate，ammonium excretion rate，phosphorus excretion rate

3 讨论

3.1 水温对虹鳟幼鱼摄食和排粪的影响

鱼类作为变温水生动物，外界环境的改变会直接影响鱼类的生命活动。其中，温度作为影响鱼类生命活动的主要因素之一，一直是中外学者研究的重点［7］。鱼类摄食量和排粪量的多少能够从表观上体现温度对鱼类的影响。刘鉴毅等［26］研究了点篮子鱼（Siganusguttatus）幼鱼生长、摄食与温度的关系，发现点篮子鱼的摄食率随着温度升高而增加。RUYET等［27］在对欧洲海鲈（Dicentrarchuslabrax）的研究中发现，随着温度升高，海鲈的最大摄食率呈现先升高后降低的趋势。朱祥宇等［21］在对草鱼的研究中发现，草鱼的摄食率和排粪率在15～24℃范围内随温度升高而增加，而当温度继续升高至30℃后，其摄食率和排粪率反而下降。HANDELAND等［28］研究了大西洋鲑（Salmosalar）的摄食率和胃排空率与温度的关系，发现其摄食率随温度升高呈先上升后下降的趋势，同时，大西洋鲑的胃排空速度随着温度的升高而加快。本研究设置了7、11、15、19℃4个温度处理组，在7、11、15℃3个处理组中，随温度升高，虹鳟幼鱼的摄食率和排粪率均显著上升（P＜0.05），这是由于随着水温的升高，虹鳟体内各类酶活性增加，生化反应加快，基础代谢旺盛，同时胃肠活动速度加快，饲料消化吸收和排空速度加快，刺激了食欲，进而提升了虹鳟的摄食率［29］。但当水温达到19℃时，其摄食率显著下降，排粪率与15℃处理组差异不显著。这是由于过高的温度使虹鳟产生了应激，同时抑制了其体内各类酶活性，进而影响虹鳟摄食［29］；排粪率差异不显著的原因可能是由于温度加快了虹鳟的胃肠排空速度，其他温度组胃肠内仍有未消化饲料，减少了粪便排出量。关于温度对胃排空率影响的相关研究也证明了这一观点［28］。

3.2 水温对虹鳟幼鱼耗氧和排泄的影响

水温与鱼类的呼吸代谢有着密切联系。随着温度的升高，生化反应增强，基础代谢旺盛，表现出呼吸频率和强度增加，其耗氧量也随之增大［29］。DAS等［30］研究了温度对印度主要的鲤科鱼类（Labeorohita、Catlacatla、Cirrhinusmrigala）耗氧率和热耐受能力的影响，发现在提前进行温度驯化和急性温度胁迫两种情况下，鱼体的耗氧率均随温度升高而显著增加（P＜0.05）。陈松波等［31］研究了水温与黄河鲤（Cyprinuscarpio haematopterus）呼吸频率和耗氧率的关系，发现随着水温升高鱼类各种代谢活动增强，游动速度加快，呼吸频率规律性加快，在6～28℃范围内，耗氧率和呼吸频率变化趋势相同，超出28℃时，耗氧率则显著下降。杨贵强等［32］、DICKSON和KRAMER［33］研究了溪红点 鲑 （Salvelinus fontinalus）与虹鳟（Salmogairdneri）在不同温度下耗氧率的变化情况，其结果与陈松波等［31］研究结果相似。在本研究中，虹鳟耗氧率在7～19℃随温度升高而增加，但19℃处理组和15℃处理组耗氧率差异不显著，虽然上升幅度放缓，但未观测到耗氧率下降的结果，这可能是因为高温处理组所选取温度仍在虹鳟适温呼吸范围内。在本研究中，随着温度上升，虹鳟幼鱼的食欲旺盛，摄食率上升，耗氧率也上升。丁益群等［34］在对日本鳗鲡（Anguillajaponica）的摄食水平、温度与耗氧率关系的研究中发现，随着摄食水平和温度的上升，日本鳗鲡的耗氧率也随之上升，本研究结果与其相似。虹鳟幼鱼体内的C营养元素以CO2的形式排出体外，耗氧率的增加导致了鱼体内C营养元素的消耗增加，同时19℃组虹鳟幼鱼摄食少、排粪多，也使得其C生长余力显著低于11、15℃两组，而15℃组虽然耗氧率较高，但是其摄食率也最高，因此用于生长的物质积累较多，反而具有较高的生长余力。本研究结果表明，在适温范围内，虹鳟的耗氧率与温度呈正相关，这 与 对 青 海 湖 裸 鲤 （Gymnocypris przewalskii）［35］、达氏鲟（Acipenserdabryanus）［29］、金鳟（Oncorhynchusmykiss）［36］等的研究结果相似。在实验中发现，水体的饱和溶氧量随着温度升高而降低，虹鳟作为一种高需氧鱼类，随着温度上升，鱼体耗氧率大幅上升，而水体溶氧量下降，容易导致鱼体缺氧，因此夏季过高的水温不利于虹鳟的生存，这需要在鲑鳟养殖业中格外引起重视。

鱼类的排泄率是衡量鱼类代谢水平和能量消耗的重要指标。温度变化影响鱼类体内代谢反应速度，表现为排泄率的变化。麻艳群等［37］发现，斑点叉尾鮰（Ictaluruspunctatus）在18～26℃温度范围内，耗氧率和氨氮排泄率随水温升高而增加。侯晓飞［38］在研究投喂和饥饿状态下温度对许氏平鲉（Sebastesschlegeli）氮、磷排泄的影响中发现，经过24 h饥饿的许氏平鲉的氨氮排泄率随着温度升高呈现先增加后降低的趋势。本研究与其相似，在7～15℃变化过程中，虹鳟幼鱼的排氨率和排磷率随水温升高而增加，在温度达到19℃时，排氨率和排磷率下降。这是由于在一定温度范围内，温度上升使得体内催化脱氨反应的相关酶活性增强，因此表现出排泄率的增强［39］，当温度超出鱼类适温范围，对鱼产生了刺激，也使酶失去部分活性，进而使组织代谢减弱，表现出排泄率降低的结果［32］。杨贵强等［32］在对溪红点鲑幼鱼的研究中也证实了这一点。虹鳟幼鱼的排氨率、排磷率也与摄食率显著相关，随摄食率的增加而增加，说明当虹鳟幼鱼食欲旺盛，体内营养物质增多，鱼体代谢合成的生化反应旺盛，表现出排泄率的上升，此趋势也与翘嘴鳜（Sinipercachuatsi）［40］、黄石斑鱼（Epinephelus awoara）［41］的趋势相似。

3.3 水温对虹鳟幼鱼C、N、P营养元素生长余力的影响

CHO［9］从能量利用角度阐述了水温与虹鳟生长的关系，发现虹鳟增重速度随着温度升高而加快，从食物中获取的净能量也在15℃达到峰值，当温度升高至20℃时，虹鳟的增重速度相较于15℃时下降，获得的净能量也随之减少，最终得出15℃为虹鳟饲料转化效率的最佳温度的结论。MÄKINEN［42］研究了虹鳟能量收支与水体温度的关系，发现虹鳟的生长速度和能量获取均随水温升高呈现先上升后下降的趋势，并且在14～15℃达到最大值。在本次研究中，虹鳟幼鱼对C、N、P营养元素的摄入率和生长余力随水温升高呈现先上升后下降的趋势，各处理组之间差异显著，在15℃时获得最大生长余力，与CHO［9］和MÄKINEN［42］对虹鳟的研究结果相一致。11℃时虹鳟幼鱼各营养元素的生长余力显著高于19℃，说明在低温条件下，虹鳟幼鱼的生长潜力要更高，这与虹鳟喜冷水的习性相一致。相对于高温，虹鳟对低水温有着更强的适应力和生长余力，但是过低的水温也会通过抑制虹鳟的摄食率和体内代谢反应影响虹鳟的生长。因此，在实际生产中要注意选择合适的水温，以达到经济效益产出最大的目的。

3.4 水温对虹鳟幼鱼C、N、P营养元素吸收效率的影响

C、N、P营养元素的吸收效率是由各元素用于生长的部分占各元素总摄入量的比值计算得到。各营养元素用于生长的比重越大，其吸收效率越高。线薇薇和朱鑫华［19］在研究褐牙鲆氮收支与温度关系中发现，不同温度时褐牙鲆氮的吸收效率存在显著差异，在13.5～21.0℃范围内氮的净转化效率随水温升高呈上升趋势，在水温超过21.0℃后，氮净转化效率随之降低。朱祥宇等［21］研究草鱼营养要素的收支也发现，草鱼作为广温性温水鱼类，在低温处理（15℃）时，草鱼的C、N、P营养要素的吸收效率显著低于高温处理（24℃和30℃）时。在本研究中，19℃处理组的各营养元素的吸收效率均显著低于其他各处理组，11℃和15℃处理组的各营养元素的吸收效率差异不显著，7℃处理组虽然低于11℃和15℃处理组，但仍然高于19℃处理组，这说明相对于低温环境，虹鳟对于高温环境更加不耐受。高温环境抑制虹鳟的摄食欲望，增大鱼类维持生命活动的消耗，温度上升也加快了鱼类的胃肠排空速度［28］，使得虹鳟摄入的C、N、P营养元素多随着粪便和排泄物排出体外，导致鱼体内各类营养物质用于生长的部分较少，进而表现出对各类营养元素的吸收效率和利用效率较低。低温环境虽然导致虹鳟幼鱼摄食率降低，但是其体内呼吸和代谢的消耗也受到温度的影响而减少，此时较慢的胃肠排空速度为虹鳟对饲料中各营养成分的消化吸收争取了时间，对营养元素的吸收效率反而高于高温环境。