投喂频率对循环水养殖系统氨氮浓度的影响

投喂频率对循环水养殖系统氨氮浓度的影响在精准投喂情况下，养殖动物排泄物是循环水养殖系统（RAS）水体氨氮类有毒有害物质的主要来源。在pH值较高的情况下氨氮（TAN）会大量转化成非离子氨（NH3-N），其较强毒性是诱发鱼病的重要因素。循环水养殖水体中的氨氮去除主要依靠生物滤器，其去除功能是通过细菌硝化作用，将氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮。鱼的排泄与摄食相关，养殖水体氨氮浓度与排泄物相关。D.M.Smith认为，在3-6次/d投饵频率时，相同水交换率情况下养殖黑虎虾（blacktigershrimp）56d后池塘水体氨氮没有显著差异（P0.05）；但叶乐等研究表明，凡纳滨对虾在封闭式环境下养殖49d后，投喂频率3-5次/d的水体氨氮浓度较投喂频率1-2次/d的高（P0.05）。本研究从循环水养殖系统生物滤器运行性能出发，探索出适宜的投喂频率，以维持水体中氨氮浓度的平稳性、生物滤器去除效率更高，为循环水养殖系统管理提供参考。材料与方法试验设施试验养殖水体共220m3，每小时循环1次，每天均匀补充新水量为总量的5%。试验期间水温保持在19-20℃、溶氧10-12mg/L、pH7.0-7.3。养殖水泥池（四方圆角池）6个，每池水体30m3（长5m、宽5m、高1.5m、水深1.2m），平行并联于进水管。循环水养殖系统工艺、养殖池排列和循环水路线如图1。循环水养殖系统中，微滤机（滤网为250目）主要过滤养殖水体中固体颗粒物质。滴滤式生物滤器（长8m、宽5m、高5m，共200m3）主要去除养殖水体氨氮等有毒有害物质，里面填充PVC过滤材料（具有片状横突的塑料筐180m3，比表面积为1∶500，总表面积90000m2）。试验养殖品种为建鲤F7（鲤鱼Cyprinuscarpiohaematopterus），肠道长、消化腔大，根据鲤鱼摄食节律性和耗氧率特点，适宜少量多次投喂。试验鱼种来自成都市外白莲池良种场的繁殖苗种，均重300g，养殖密度40kg/m3，投喂膨化饲料（粗蛋白含量31%）。试验设计循环水养殖系统全天运行，1-6号池日投喂量共90kg（约为总鱼体重的1.25%），平均分配到每池。试验采用3个投喂频率，分别为3、6、8次/d，每个池的投喂频率相同，从开始到结束每一种频率维持投喂3d，共9d（表1）。指标测定试验期间每天8:45，第3、6、9日10:00、11:00、12:00、13:00、15:00(共24个采样时间点)用有机玻璃采水器采水样1L（与投喂时间重复时在投喂前取样），氨氮去除前采样点为3号养殖池中间位置（水层底部），氨氮去除后采样点为进入鱼池前的进水口。3次测定取平均值。NHdb+-N浓度测定方法为纳氏试剂-分光光度计比色法。数据统计与分析试验数据统计与分析采用SPSS17.0软件。氨氮浓度平均值、氨氮浓度变异系数、氨氮去除效率平均值及显著性比较采用ANOVA分析（最小显著极差法LSR），氨氮浓度和氨氮去除效率相关性采用Spearman分析，显著性水平规定为P0.05。试验数据均表示为平均值±标准差（Mean±S.D.）。氨氮去除效率：RNH4+-N=100×[(Ct－Ci)/Ct]。式中：Ct—养殖池NH4+-N质量浓度，mg/L；Ci—进水NH4+-N质量浓度，mg/L。结果与分析氨氮浓度变化相关性循环水养殖系统养殖池中水体与进水水体氨氮浓度变化如图2。投喂频率由3次/d增加到6，8次/d期间，在投喂前后共取样测定了24个时间点，随着投喂频率增高，养殖池氨氮浓度产与进水氨氮（氨氮去除前后）浓度产生了相应变化，两者相关性显著（P=0.0320.05），相关系数为0.75。氨氮浓度及变异程度对投喂后的养殖池水体进行了5个时间(10:00、11:00、12:00、13:00、15:00)氨氮浓度测定，3种不同投喂频率氨氮浓度及变化趋势见表2和图3。表中氨氮浓度总体平均值代表每种投喂频率下5个测定值的总体平均水平。3次/d和8次/d投喂频率时浓度基本相同，6次/d稍高，但变化没有显著性；变异系数反应了5个测定值的变异程度，3次/d投喂频率时变异程度最大，随着投喂频率增高变异程度逐渐减弱（表2），各测定时刻氨氮变化波动也逐渐趋于平缓（图3）。注：同一列肩注相同字母代表两两之间差异不显著（P0.05）。氨氮去除效率ANOVA分析各投喂频率组间差异显著，故进行各组LSR多重比较（表3、表4）。表3的3次测定时间均为8:45，测定次数均为3次；表4的3次测定时间均为10:00、11:00、12:00、13:00、15:00，测定次数均为3次。8:45代表投喂前的测定，10:00等代表投喂后的测定。投喂前生物滤器氨氮去除效率随着投喂频率增高经历了一个由高到低再升高的过程。3次/d投喂频率最高，6次/d显著降低（P=0.010.05），8次/d有所升高，但和3次/d（P=0.1790.05）和6次/d（P=0.6750.05）差异都不显著。投喂后生物滤器氨氮去除效率随着投喂频率增高不断升高，6次/d投喂频率显著高于3次/d（P=0.0180.05），8次/d极显著高于6次/d（P=0.0000.01）。注：同一列数据肩注不同字母代表差异显著（P0.05）。注：同一列数据肩注不同字母代表差异显著（P0.05）。讨论养殖水体氨氮变化规律。李治等研究发现，南方鲇摄食的标准排氨率为（6.9±1.4）mgNH4+/(kg·h)，摄食后排氨率迅速上升，到达最大值后再缓慢下降，然后恢复到稳定水平，最大值能达到（76.1±2.5）mgNH4+/(kg·h)；唐贤明等研究发现，33，130，264g大菱鲆摄食后氨氮排放相对浓度高峰值分别为7.8，5.9，4.5mg/(kg·h)；王华等研究表明，45.13，90.28，289.17g半滑舌鳎氨氮排放相对浓度在摄食后3-6h达到高峰，指标分别为8.45，5.45，2.06mg/(kg·h)。以上分析说明氨氮在摄食后会逐渐升高到一个峰值，本研究氨氮浓度总体平均值相差不大，没有显著差异，但氨氮浓度变化在3次/d投饵频率时也出现和上述研究类似规律，投喂2h后氨氮浓度开始逐步上升，3h、4h时达到顶峰，然后再下降。随着投喂频率增高，摄食后水体氨氮浓度变化趋于平缓，变异程度越来越弱，可能是因为投喂频率增高使平均每次投饵量减少，氨氮排泄量较为均衡，故养殖水体氨氮浓度维持在较为平稳的状态。氨氮去除效率。生物滤器氨氮的去除主要是依靠硝化细菌对氨氮的转换，通常，亚硝化细菌在8-12h内更新一个世代。已有研究表明，在低氨氮浓度（1.5mg/L）下，生物滤器氨氮去除率与氨氮浓度成正比。综上推断，生物滤器氨氮去除效率与氨氮浓度和硝化细菌繁殖密切相关。本研究中氨氮浓度较低（＜1mg/L＝；生物滤器处理前后水体氨氮浓度在3种不同投喂频率下都产生了相应的变化，其变化相关性较好（P=0.0320.05）、相关系数较高（r=0.75），推测生物滤器在设计处理能力（300kg/d的投喂量）内硝化细菌对投喂频率引起的氨氮浓度变化适应力较强，生物滤器对氨氮去除反应速度较快，去除效率维持较高水平（＞67.02%）。投喂前，3次/d投喂频率的氨氮去除效率显著高于6次/d，可能是3次/d时投喂时间相距较长，生物滤器对氨氮进行多次去除后氨氮浓度较低，氨氮去除效率更高；投喂频率增高后，养殖水体氨氮浓度较为平稳，氨氮去除效率就相应增高，6次/d、8次/d已没有显著差异。投喂后的氨氮去除效率随着投喂频率增高而显著升高，可能一方面是因为本研究的日投喂量较小（90kg/d），＜300kg/d的系统设计值，使生物滤器的氨氮去除效率在处理能力范围内，能与低浓度氨氮存在正比关系（0.6-0.8mg/L，小于设计推荐的5mg/L）；另一方面，投喂频率对养殖水体氨氮浓度本身有影响，少量多次方式使水体中氨氮浓度在时间上分布均衡，有利于氨氮浓度处于稳定的浓度范围，从而减少对生物滤器的冲击。在循环水养殖系统中配套投喂系统，有利于劳动成本的降低和投喂的精准性，所以在符合养殖动物生理生长需求时，提高投喂频率有助于循环水养殖生产的高效性。