溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)是指以分子状态溶存于水中的氧气(O2)单质(单位一般为mg/L)。同人类一样,水产动物也必须在有氧的条件下生存,不同的是人用肺呼吸空气中的氧气,而水产动物主要是用鳃呼吸水体中的溶解氧。水体缺氧可使其浮头,严重时泛塘致死。饱和溶解氧是指当水体与大气中氧交换处于平衡时,水中溶解氧的浓度。在标准大气压下,它只随水温T而变化。水在一定温度下溶入饱和溶解氧是一定的,温度越高饱和溶解氧越低;盐度越高饱和溶解氧也就越少;气压越高,饱和溶解氧越高。
小河科仪工作人员了解到,我国环境监测指标指出,水体中溶解氧的监测值能有效的反映出水体的自我净化能力,溶解氧指标已被列入水质监测的重要指标之一。
一、实际溶解氧含量的因素
水体表面直接与空气接触,相互间可以自由地进行物质交换与能量交换,因此,水与空气之间,按理应该达成溶解平衡,水中溶解氧含量应是该条件下的饱和含量。然而,溶解氧的实际含量往往不等于饱和含量,具体数值决定于当时条件下水中增氧作用与耗氧作用,这是矛盾的运动特点。其中各物理因素(如气体交换,水的混合等),使水中溶氧趋于平衡浓度,而生物因素(主要为光合作用与呼吸作用)则使水中溶氧偏离平衡浓度,是导致溶氧时空分布变化不均的关键因素。
1.1水中增氧作用及其影响因素
1.1.1空气中O2的溶解
在温度一定时,水与空气接触越充分,水中溶解氧不饱和程度越大,则溶解增氧越快。空气自然溶解增氧通常只限于表水层,在养殖水体溶解氧的总收支平衡中只占很小的比例。深度较大,对流不耗的静水体尤为如此。因此采用物理增氧,搅动水体,增大水体与空气的接触,有利于氧气的溶解。
物理增氧优点:首选,水泵增氧是通过向养殖水体中加水时同时向其增氧,起到一机多效的作用;其次,水车式增氧机除增氧外,通过搅动,有利于水体纵向和横向流动,促进浮游生物的繁殖生长,提高池塘初级生产力;最后,底部微孔增氧,具有多点均匀增氧、安全、节能、节水的功效。物理增氧缺点:首先,架设电路和应激发电机需要的成本费用高;其次,线路和设备易损坏,需定期进行维修,维修成本高;最后,局部增氧,且机械运转噪音大,容易影响水产动物生长和碰伤水产动物。
1.1.2植物光合作用增氧
在自然条件下,这常是养殖水体内溶解氧的最大供应者,在溶解总收入中占很大比例。植物光合作用增氧有以下特点:①日变化明显。仅白天十几小时增氧,晚上反耗氧;
②水层差别大。仅在光线充足的表水层内增氧,底水层因光线不足或全无光线,只耗氧,不增氧;③效果不稳定。增氧的数量及速率随光照条件、水温、藻类的种类、数量、生理状态以及CO2、营养盐的供给状况等因素不同而不同,时空变化很大。
1.1.3水补给混合增氧
人工泵水、注水,自然流水以及水体内部水团的垂直对流均属于这类,对整个水体来说,效果多不显著。仅在补给水量达、流速快、溶氧丰富时,本法增氧效果才显著。
1.1.4化学增氧
使用一些产氧的化学药品(如过氧碳酸钠、过氧化钙、双氧水等)和物理方式(底部微孔增氧)等增加水体溶解氧含量。
化学增氧优点:一般为通电困难和出现急性浮头时的塘口中使用,使用化学增氧剂,增氧效果快。化学增氧缺点:首先,使用量大,用工多,成本较高,不宜存放;其次,在鱼苗培育的塘口不宜使用,以防鱼苗出现气泡病的发生;最后,化学增氧剂使用过多容易造成对鱼虾蟹的危害。
1.2水中耗氧作用及其影响因素
1.2.1物理作用耗氧
水中溶氧过饱和时,会不断地向空气逸散,过饱和程度越大,曝气越充分,则逸散损失越多越快,这一过程仅在水—气截面处进行。氧气也会随排水和换水流失。
1.2.2化学作用耗氧
水体内有些物质可以经由化学反应(或生物代谢作用)下耗氧气,如表1。
1.2.3水生生物呼吸耗氧。
水中鱼虾蟹贝、浮游生物、细菌等,在生命活动过程中要不断地呼吸耗用水中溶氧。生物密度越大,呼吸耗氧越多。在一定范围内,温度越高,呼吸耗O2越快。个体大小,营养条件,水的pH,O2,CO2及毒物含量等其他生理生态因子,对生物呼吸耗氧速率,均有影响。
浮游植物及其他水生植物也会呼吸耗O2,不过,白天光呼吸的耗O2量远小于光合作用的产O2量,生产者,在晚上则表现为纯粹的耗O2者。
微生物耗氧,主要是指通过自身的新陈代谢作用对水体中有机质和底质进行降解过程中消耗氧气。
二、溶氧在水产养殖中的作用
2.1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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 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。
2.5 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。
三、养殖(育苗)水体溶氧要求
一般来说,养殖(育苗)水体的溶解氧应保持在5~8mg/L,至少应保持3mg/L以上。各种鱼、虾类的需要溶解氧条件如表。
轻度缺氧虽不致死,但鱼虾生长会变慢,饲料系数提高,生产成本上升;水中溶氧过高会引起鱼类气泡病。
四、造成溶氧不足的原因和产生结果
4.1造成溶氧不足的原因
4.1.1高温
氧气在水中的溶解度随水温升高而降低,如在一个大气压下,水温由10℃上升到35℃时,空气中的氧在纯水中的溶解度可以由11.27mg/l降至6.93mg/l,高温会引起水体中溶氧降低。此外水产动物和其他生物在高温时耗氧增多也是一个重要原因。
4.1.2养殖密度过大
水体中众多生物的呼吸作用增加,生物耗氧量也增大。
4.1.3有机物的分解作用
有机物越多,细菌就越活跃,这种过程通常要消耗大量的氧才能进行,因此容易造成缺氧。
4.1.4无机物的氧化作用
水中存在如硫化氢、亚硝酸盐等无机物时,会发生氧化作用消耗大量的溶解氧。
4.2鱼、虾浮头
天气剧烈变化造成上、下水层急剧对流,上层溶氧量较高的水迅速对流至下层,很快被下层水中的有机物耗净,偿还“氧债”,从而使整个池塘的溶氧量迅速下降,造成缺氧浮头。久晴不雨导致水质过肥或倒藻,从而引起浮头。长期阴雨大雾,光合作用不强而引起,水中溶氧补给量少,而池水中各种生物呼吸和有机物分解又不断地消耗氧气,以致水中溶氧供不应求,引起鱼类缺氧浮头。浮游动物大量繁殖,大量滤食浮游植物,使池水转清,水中溶氧主要靠空气溶入来补充,远远不能满足耗氧需求,引起鱼类浮头。
4.3鱼虾缺氧时的反应
轻度缺氧时,鱼虾出现烦躁,水面明显看到鱼虾游动的波浪,个别鱼虾头部浮于水面,鱼虾呼吸加快,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。
5.1 溶氧的测定
5.1.1 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。
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。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。
5.1.2 测定时间和频次
前中期一般测定2次即可,测定时间选择清晨或傍晚,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,后期,测定时间选择清晨、傍晚以及午夜。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。
5.1.3 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,测定中央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。
5.2 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。
5.2.1 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。
5.2.2 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。
5.2.3 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25~40 cm的透明度是比较合适的。
5.2.4 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。NORTHRD系列的溶解氧
5.2.5 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。
5.2.6 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。