博伊德教授讨论了水产养殖中,一个关键的、引起压力的变量,该变量可以导致对虾死亡,或者导致食欲不振、生长缓慢和易患疾病。
一、溶解氧,为什么是水产养殖的第一生产力
水产养殖户都知道,天然饵料生物的可用性,限制了池塘中虾和大多数鱼类的产量,每公顷每季约500公斤(公斤/公顷/造)。在具有人工饲料和每日换水,但没有曝气的半精养池塘中,产量通常可以达到1500-2000公斤/公顷/作物,在产量较高时,所需的饲料量会导致低溶氧浓度的高风险。因此,溶解氧(DO)是池塘养殖增产的关键变量。
可以应用机械曝气,来增加投喂饲料量,并允许更高的产量。每公顷每匹马力的曝气可以为大多数养殖品种提供大约10-12公斤/公顷的饲料。在高曝气率的情况下,生产10000-12000公斤/公顷/造并不罕见。在内衬的池塘和高曝气率的池塘中,甚至可以获得更高的产量。
在高密度养殖的鸡、猪和牛的生产中,很少听到窒息或与氧气有关的应激,但这些现象在水产养殖中很常见。这是为什么溶解氧在水产养殖中如此重要的原因。
地球表面附近的空气含有20.95%的氧气,78.08%的氮气,以及一小部分二氧化碳和其他气体。在标准大气压(760毫升汞)和30摄氏度下,使淡水饱和所需的分子氧量为每升7.54毫克(mg/L)。当然,在白天进行光合作用的影响之下,池塘中的水通常出现DO过饱和(地表水中的浓度可能为10mg/L或更高),因为光合作用产生的氧气大于呼吸和扩散到空气中的氧气损失。在夜间,当光合作用停止时,溶解氧浓度会降低(有时低于3mg/L)通常被认为是大多数养殖水生物种的最低可接受浓度。
陆地动物呼吸空气以获得分子氧,这些分子氧通过肺部的吸收。但是,鱼和虾必须将水泵过它们的鳃,以通过它们的鳃薄片吸收分子氧。通过鳃呼吸或抽水所需的能量与空气或水体的重量成正比。
将计算必须呼吸或泵送的空气和水的重量,以使呼吸表面暴露于1.0mg分子氧中。由于空气含有20.95%的氧气,因此大约4.8毫克的空气将含有1.0毫克的氧气。
在30°C(水密度=1.0180g/L)含盐度量30ppt的虾池中,与大气饱和时的溶解氧浓度为6.39 mg/L。0.156升的水体积将含有1.0毫克的氧气,它的重量为159克(159000毫克)。这比含有1.0毫克氧气的空气的重量大33125倍。
30摄氏度(水密度=0.99565克/升)的淡水池塘将含有7.54毫克/升,因此,0.133升或132000毫克(1.0毫克氧气的水重比空气重27000倍)。
二、水生动物消耗的更多能量
虾或鱼必须花费比陆地动物更多的能量,来获得相同数量的氧气。当水中的溶解氧浓度下降时,问题变得更加严重,因为要让鱼鳃暴露在1.0毫克的氧气中,就必须泵入更多的水。
当陆地动物从空气中去除氧气时,氧气很容易恢复,因为空气自由循环,因为它的密度远低于水,例如,25°C时空气的密度为1.18g/L,而相同温度下的淡水为995.65g/L。在水产养殖系统中,鱼或虾去除的溶解氧必须通过大气氧气扩散到水中来代替,并且水的循环是必要的,以便将溶解氧从水面移动到鱼虾的鳃部。水比空气重,循环速度比空气慢,即使循环是由机械手段(如:曝气器)辅助的,也改变不了这种现象。
与空气相比,水的氧气含量要少得多。在饱和度和30°C时,淡水是0.000754%的氧气(空气是20.95%的氧气)。虽然分子氧可以迅速进入水体的表层,但溶解氧在整个质量体中的运动,取决于表面的氧饱和水通过对流混合到水体中的速率。另外,池塘中的大量的鱼或虾会迅速耗尽溶解氧。
三、氧气供应困难
为鱼或虾提供氧气的困难可以说明如下:政府标准允许每平方米约4.7人在户外活动中。假设每个人的体重为全球平均水平62公斤,那么将有2914000公斤/公顷的人数量。鱼和虾的呼吸所需的氧气通常约为每小时300毫克氧气/1kg体重。这种重量的鱼类生物量可能会在大约5分钟内耗尽,在30°C的氧气饱和下10000立方米淡水池塘中的溶解氧,然后养殖动物会窒息。但是,在户外活动中,每公顷有四万七千人,几个小时后,也不会出现呼吸困难。
溶解氧是一个关键变量,因为它可以直接水产养殖动物的死亡,但长期而言,低溶解氧浓度会给水生动物带来压力,导致食欲不振,生长缓慢,对疾病更具易感性。
四、平衡动物密度和饲料输入
低溶解氧也与水中潜在有毒代谢物的发生有关。这些毒素,包括:二氧化碳、氨、亚硝酸盐和硫化物。一般来说,在水源的基本水质特征适合鱼虾养殖的池塘中,只要保证足够的溶解氧浓度,水质问题将不常见。这需要平衡养殖密度和饲饲料的投喂速率,以及通过天然来源或在养殖系统中补充曝气的溶解氧可用性。
在池塘养殖中,溶解氧浓度在夜间最为关键。但在新的、更密集的养殖模式中,对溶解氧的需求很大,溶解氧浓度必须通过最佳的机械曝气方案来持续维持。
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