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值得收藏!史上最全最详细溶解氧定义与研究

2018-5-13 08:38| 发布者: 一片云| 查看: 101517| 评论: 0|原作者: 魏万权、 林仕梅|来自: 养虾

摘要: 一切好氧生物的生存、生长和繁殖都离不开氧气。空气中氧气的含量高而稳定,约占21%,因此陆地上生物很少有缺氧的威胁;而水体中的溶解氧(即溶氧,Dissolved Oxygen,简称DO)却量少而多变。一般情况下淡水中饱和溶氧量 ...
  中国水产频道报道,一切好氧生物的生存、生长和繁殖都离不开氧气。空气中氧气的含量高而稳定,约占21%,因此陆地上生物很少有缺氧的威胁;而水体中的溶解氧(即溶氧,Dissolved Oxygen,简称DO)却量少而多变。一般情况下淡水中饱和溶氧量只相当于空气中氧气含量的1/20,海水中更少,因而水中的溶氧量成为水生动物生命现象和生命过程的一个限制性因素,是水产养殖中人们最为关注的水质因子之一。
  
  然而在养殖生产实践中,长期以来由于普遍缺乏对水体溶氧进行及时有效监测,以及对水体低氧的潜在危害认识不足,很多养殖者往往顾及增氧成本,把养殖动物有无浮头现象作为水体溶氧是否充足的判断标准,看到鱼虾浮头以后才采取增氧措施,这实际上是把增氧当作一种“救命”措施而非科学的管理方法,常常导致不必要的损失或降低潜在的收益。本文将就池塘养殖中溶氧的作用、影响因素、变化规律以及养殖条件下的管理措施等进行较为系统的阐述,为提高池塘养殖的水质管理水平提供参考。
  
  一溶氧在水产养殖中的作用
  
  1提供养殖动物生命活动所必需的氧气
  
  从能量学和生物化学的观点来看,动物摄食是为了将储存在食物中的能量转化为其自身生命活动所必需的、能够直接利用的能量,而呼吸摄入的氧气正是从分子水平上通过生化反应为最终实现这种转化提供了保证。一旦缺少氧气,这些生化反应过程将被终止,生命即宣告结束。实践中人们对增氧能够解决养殖动物浮头问题和预防泛塘都有比较清楚的认识,但正因如此,很多养殖者把增氧仅仅看成一种“救命”措施,而没有充分意识到在此之前低氧早已对养殖动物和水体环境所造成了危害。
  
  2有利于好氧性微生物生长繁殖,促进有机物降解
  
  好氧性微生物对水体中有机物的降解至关重要,在有氧条件下,进入水体的粪便、残饵、生物尸体(包括死亡的藻类)和其它有机碎屑等被微生物产生的各种胞外酶逐步降解成为各种可溶性的有机物,最后成为简单无机物进入新的物质循环,从而消除水体有机污染。而这些都是需要氧气的参与才能进行的。
  
  3减少有毒、有害物质的作用
  
  氧气能直接氧化水体和底质中的有毒、有害物质,降低或消除其毒性。氧气具有很强的氧化性,可直接将水中毒性大的硫化氢(H2S)、亚硝酸盐(NO2-)等分别氧化成低毒的硫酸盐、硝酸盐等。
  
  4抑制有害的厌氧微生物的活动
  
  在缺氧条件下,厌氧微生物活跃起来,对有机物进行厌氧发酵,产生许多恶臭的发酵中间物,如尸胺、硫化氢、甲烷、氨等,对养殖动物造成极大危害。在低氧条件下水体和底质变黑发臭,主要是因为其中硫化氢遇铁产生黑色的沉淀所致。水体中较高溶氧将对这类有害的厌氧微生物产生抑制作用,有助于创造合适的养殖环境。
  
  5增强免疫力
  
  水中充足的溶氧还有助于提高养殖动物对其它不利环境因子(如氨氮、亚硝酸盐等)的耐受能力,增强对环境胁迫的抵抗力。处于连续低溶氧环境中的动物,其免疫力下降,对病原体的抵抗力减弱。研究表明,水体溶氧长期不足时,斑点叉尾对细菌性疾病的易感性增加。
  
  二水中的溶氧量及影响因素
  
  1水中溶解氧在各种因素作用下不断变化
  
  水体中的溶氧是指以分子状态溶解于水中的氧气单质,而不是化合态的氧元素或者常见的氧气泡。氧气在水中的溶入(溶解)和解析(逸散)是一个动态可逆过程,当溶入和解析速率相等时,即达到溶氧的动态平衡,此时水中溶氧的浓度即为该条件下溶氧的饱和含量,即饱和溶氧量。
  
  水中饱和溶氧量受到大气氧分压、水温、水中其它溶质(如其它气体、有机物或无机物)含量等因素共同作用的影响。水中的饱和溶氧与大气氧分压呈正相关关系,自然条件下大气氧分压不会有大幅度变化,因此对饱和溶氧量的影响可以忽略。
  
  溶氧随着水温升高,饱和溶氧量下降;盐度对溶氧也有直接而明显的影响,随着水体盐度升高,饱和溶氧量下降。
  
  大多数情况下,养殖水体中溶氧的实际含量低于饱和溶氧量,其数值取决于当时条件下水中增氧与耗氧动态平衡作用的结果。当增氧大于耗氧时,溶氧趋于饱和,有时还会出现“过饱和”现象,这一般会出现在晴天午后,藻类密度高、光合作用强的池塘中;当耗氧占主导地位时,水中溶氧开始持续下降,其结果将会出现低氧甚至无氧水区,此时可能出现养殖动物“浮头”,甚至“泛塘”现象。
  
  2水中溶解氧增加的因素
  
  在池塘养殖中,水中的增氧主要来源于:①浮游植物光合作用放氧、②人工增氧(机械增氧、化学增氧等)和③大气中氧气的自然溶入,但在不同条件下上述几种增氧作用所占的比例也各不相同。
  
  富营养型静水池塘以光合作用增氧为主,高密度精养池塘以人工增氧为主,贫营养型水体及流动水体以大气溶解增氧贡献较大。
  
  3水中溶解氧减少的因素
  
  水体中的耗氧作用可分为生物、化学和物理来源的耗氧。
  
  ①生物耗氧包括动物、植物和微生物的呼吸作用所消耗的溶氧,大多数情况下,水中的浮游生物和底栖生物呼吸耗氧占据池塘耗氧的绝大部分,呼吸耗氧主要发生在阴天和夜间光合作用不强的时候。
  
  ②化学耗氧包括环境中,有机物的氧化分解和无机物的氧化还原。
  
  ③物理耗氧主要指水中溶氧向空气中逸散,只占据很小部分,这一过程仅在水-气界面进行。
  
  三养殖池塘水体中溶氧的变化规律
  
  任何时候,水中都同时存在着一系列复杂的生物、化学和物理过程,这些相互联系的过程决定着水体增氧与耗氧的动态平衡,使水中溶氧的分布与变化既呈现出复杂多变的态势,又具有相对的规律性。
  
  1昼夜变化
  
  在没有人工增氧作用的养殖池塘中,上层水的溶氧昼夜变化十分明显。通常情况下,下午高于早晨,白天高于夜间。白天随着藻类光合作用的进行溶氧逐渐上升,至下午日落前达到最大值,夜间由于藻类不能进行光合作用,而各种耗氧作用依然进行,因此水体溶氧会持续下降,至清晨日出前达到最低水平。但随着水层深度的增加,特别是在补偿深度以下,溶氧的这种昼夜变化也趋于减弱甚至停滞。
  
  2季节变化
  
  池塘水体溶氧的季节变化也比较明显。一般而言,冬春两季温度较低,藻类生长受到抑制,光合作用弱,产生的氧气少,而此时水中生物量低,呼吸作用和化学耗氧下降,因此溶氧相对较低且变化较小。
  
  夏秋两季水温高、光照强烈,藻类生长快,光合作用旺盛,释放大量氧气,水体增氧作用明显;但夏秋两季也是水体生物量、粪便、残饵、死亡的动植物尸体等各种有机废物含量最高、耗氧最强烈的季节,因而此时水体溶氧变化大,并会经常出现溶氧过饱和水区,低氧甚至无氧水区等极端溶氧水平,是水产养殖最容易出现溶氧问题的季节。
  
  3垂直变化
  
  与盐类溶于水后均匀分散不同,溶氧在水中的分布呈现出从上到下垂直递减状态,这主要与不同水层所接收到的光照和温度差异有关。
  
  由于水体以及其中的藻类等物质的吸收,光线进入水中后会随着深度的增加而变得越来越弱,到达一定深度后完全变成无光的黑暗水区。藻类只能在有光线的水层中生长并进行光合放氧,而耗氧作用却在每一个深度都不停地进行,从而使水体溶氧形成上层高、下层低、非均匀递减的垂直分布,这种现象常见于高温季节的深水池塘。
  
  四低氧对动物的危害及其行为反应
  
  溶氧是水产养殖中最重要且最容易发生问题的水质因子之一,水体的实际溶氧量受到其中生物、物理和化学等因素的共同影响而时刻变化。当水中溶氧不足时,首先直接对养殖动物产生不利影响;其次是通过影响水体环境中其它生物和理化指标而间接影响养殖动物,致使其生长、繁殖甚至生存造成不同程度的危害,轻则体质下降、生长减缓,重则浮头、泛塘,导致大量死亡。
  
  1临界溶氧和致死溶氧
  
  水中溶氧低于某一水平时,养殖动物的生理代谢和生长开始受到不利影响,但并不会导致死亡,这时的溶氧浓度称为临界溶氧(Critical Dissolved Oxygen)。若溶氧继续降低,到不能满足生理上的最低需要时,养殖动物会因窒息而死亡,此时的溶氧浓度称为致死溶氧(LethalDissolvedOxygen)。临界溶氧和致死溶氧依动物种类和规格不同而异,并且受到水温、盐度等其它环境因子的影响,例如,随着水温升高动物的致死溶氧下降。
  
  2动物对低氧的行为反应
  
  当水中溶氧稍低于临界水平时,养殖动物开始表现出摄食下降、生长减慢、饲料系数增加,虾类脱壳频率降低,且经常在浅水区活动;动物经常群集在增氧机附近。长时间持续低氧会降低动物对环境胁迫和对疾病的抵抗力,常常导致应激性疾病的发生。
  
  在接近致死溶氧时,养殖动物将停止采食,因呼吸困难而大批游到水面吞取空气,发生严重的“浮头”现象。此时鱼虾运动活力很低,对外界刺激反应迟钝。高密度养殖条件下,如果浮头发生在上半夜或午夜刚过,表明水体严重缺氧,应及时采取补救措施,否则会造成鱼虾大批死亡,甚至泛塘。
  
  五池塘养殖中的溶氧管理
  
  溶氧管理是池塘养殖水质管理的一个重要内容,是一项以动物的溶氧需求为基础、以观察和测定为依据,以预防为主、各种措施综合应用的系统工程。在实际生产中,水中溶氧水平是否合适不能以鱼虾是否浮头为标志,而应以保证鱼虾食欲旺盛等正常生理需求为标准。我国渔业用水标准规定,养殖水体溶氧连续24h中,必须有16h以上大于5mg/l,任何时候不能低于3mg/l。
  
  1、溶氧的测定
  
  (1)测定方法
  
  水中溶氧可以用化学方法或仪器法测定,经典的化学测定方法是碘量法,此法测定结果准确度高,也被用来检验其它方法的可靠程度。碘量法测定水中溶氧需要配制多种试剂溶液,测定步骤也比较繁琐,耗时较长,因此多用于实验室测定,在实际养殖生产条件下应用多有不便。市场上常见的溶氧测定试剂盒,是另外一种以化学法为基础、根据目视色差来大体判断水中溶氧范围的现场快速测定方法,比较实用。但据笔者了解,目前所见的大多数此类试剂盒的灵敏度太低,导致测定结果的实用性降低。
  
  仪器测定法是一种操作简便、结果可靠的快速测定方法。养殖现场可使用便携式溶氧仪,只要将溶氧探头置于待测水体并轻轻晃动,结果很快就会以数字的形式显示出来。由于溶氧仪相对较贵,且很多情况下因维护不当导致使用寿命大大缩短,使得仪器测定法在我国实际养殖生产中使用很少,远远不及其它养殖发达国家那样普及。但随着养殖集约化程度的提高和管理水平的上升,可以预料在不久的将来,便携式溶氧仪将会成为养殖现场主要的测定仪器。
  
  (2)测定时间和频次
  
  一般情况下,每天测定1次即可,测定时间选择清晨和傍晚,由此可以知道池塘一天中最低和最高的溶氧水平,有助于判断水体溶氧是否处于合适范围,尤其是有助于预防“泛塘”等严重缺氧事件的发生。对于刚刚采取过消毒杀藻和施用好氧性微生物改良剂等处理措施的池塘,以及常出现溶氧问题的池塘,应尽可能增加测定频次。
  
  (3)测定位置
  
  应在具有代表性的位置测定,所测结果应能反映大多数养殖动物所处环境的溶氧状况,因此不宜仅在水表层或增氧机附近测定。在任何情况下,测定池底溶氧对了解水体的溶氧状况并采取相应措施具有十分有益的参考作用。
  
  2增氧措施
  
  养殖生产中,溶氧管理实质上就是通过采取各种直接或间接的增氧措施,既能保证养殖动物处于一个良好的溶氧环境、达到最佳生产效益,又不至于过度增氧导致成本浪费。从整个养殖过程和环节来讲,可从以下几方面着手。
  
  (1)加强池底清淤消毒,合理安排放养密度
  
  在条件许可的情况下,应在每两茬养殖生产之间干塘清淤,用生石灰对池底进行消毒并翻耕暴晒。这样既可杀灭病原生物,降低养殖过程中感染病害的风险,又可氧化底泥中的有机物,除去池底的氨氮、亚硝酸盐等有害物质,减少养殖过程中的底泥耗氧,起到间接增氧作用;同时还可以提高水体的硬度和碱度,增加水体缓冲能力,有助于保持养殖过程中水质的稳定性。在投放苗种时应根据养殖种类、水体条件、进排水能力、设备配置、管理水平以及期望的产量和规格等合理安排放养密度。过高的密度将会导致动物个体之间的“争氧”,降低了生产率,经济效益反而有可能下降,同时还会增加管理难度和风险。
  
  (2)选择优质全价饲料,采用科学投饲技术
  
  一般情况下,粪便和残饵是精养池塘中有机污染的最大来源,有机物降解过程会消耗大量氧气。投喂营养不平衡的单一原料或低质饲料,由于适口性不佳且消化不充分,将导致池塘中粪便和残饵增加;而优质全价饲料的消化吸收率高,粪便等废物排量少,从而间接增加水体溶氧。科学的投饲技术同样重要,应根据天气、水质、动物的摄食和生长等情况严格控制并随时调整投饲量,宜少量多次,避免过量投喂产生残饵。在养鱼池塘使用投饵机以及投喂膨化浮性颗粒饲料也有助于减少残饵。
  
  (3)控制藻类生长繁殖,提高天然增氧效果
  
  浮游植物光合放氧是池塘水体溶氧的重要来源,很多情况下甚至是最主要的来源,但过盛繁殖的藻类夜间会因旺盛的呼吸作用而大量消耗水体溶氧,产生严重后果。因此,应采取生物和化学等多种调控措施保持水中合适的藻类密度,到达理想的增氧效果。实际生产中藻类密度具体测定并不方便,根据水色和透明度来直观判断比较有效。不同的池塘条件和不同的养殖对象及养殖阶段,对水色和透明度的要求有所差异,但总的来说,保持嫩绿或浅褐水色以及25~40cm的透明度是比较合适的。
  
  (4)掌握水中溶氧动态,灵活进行人工增氧
  
  在高密度池塘养殖中,人工增氧是养殖成功的必备条件,但通常也是养殖成本中除饲料以外的最大部分。出于对电耗成本的考虑,以及对低氧潜在危害的认识不足,很多养殖者对增氧机的配置和使用并不合理,很多时候把人工增氧当作一种“救命”措施。科学的做法是在了解养殖动物溶氧需求和水中实际溶氧水平的基础上,灵活启用人工增氧,既保证了水体中合适的溶氧水平,又避免了因不必要的过度增氧而造成的成本浪费。
  
  机械增氧是人工增氧的最主要方式,其核心部分是增氧机,主要有搅拌式(如水车式增氧机、叶轮式增氧机等)和充气式(如射流式、气石式)两类,各有优点,应根据不同养殖条件分别选用或混合使用。开动增氧机可促进水体流动和水质均匀化,增加水中的溶氧量、散发水中的有毒气体。开机时间长短也应根据水体特别是底层水体的溶氧水平而定。在用电不方便的地方或应急情况下,化学增氧剂的使用也是十分必要的。
  
  (5)清除野杂鱼虾,适时进水排污
  
  池塘中非养殖动物(如野鱼杂虾、螺类等)不可避免地与养殖动物在营养和水体环境方面产生竞争,从而造成营养流失、环境恶化等危害,包括降低水体溶氧。应尽可能在放养前杀灭池塘及水源带来的野杂鱼虾,并在养殖过程中进行清除。如果条件具备,应经常补充新水,同时进行排污。注入新水可以及时而有效地改善水体溶氧,但需要注意的是注入的水应是没有污染、溶氧高,温度和盐度等与现有池水接近的新鲜水,否则会引进新的污染或造成动物的胁迫效应。
  
  (6)及时明察环境变化,预防突发溶氧事故
  
  水产养殖中,一方面天气变化具有不确定性和不可控制性,水环境本身也在时刻发生变化,同时天气又对水环境产生重要影响;另一方面水体温度、盐度、pH值等环境因子短时间内的剧烈变化又会对养殖动物产生胁迫效应。实际生产中这种变化是不可避免的,因此只能在养殖过程中加强管理,及时明察,尤其是高温闷热和暴雨、强风天气应做好应急措施(机械和化学增氧),预防和处理突发的溶氧事故。

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