鲍鱼溶氧那些事:又到夏季缺氧高发期


近岸海水养殖环境是一个非常复杂的生态系统,盐度、温度、溶解氧、pH值等非生物因素会随着天气和潮水环境发生日际和季节性的变化,也因而极难控制。其中,溶解氧对于鲍鱼养殖而言是一个非常重要的要素,溶氧的高低直接影响到鲍鱼的存活。然而,海区养殖的鲍鱼因缺氧而死亡的事件却年年发生,且短时间内往往造成十分巨大的损耗。

今年6月底,据平潭苏澳钟门养殖户证实,平潭苏澳钟门海域鲍鱼损耗严重,有的甚至损耗过半。推测原因,此时恰逢天文小潮,海区海水流动性差,再加上水温较高,海区养殖密度大,最终导致了海水的局部缺氧,从而使鲍鱼失去了生命活力。


死亡的鲍鱼堆在一起
来源:鲍鱼快讯

2014年9月初,福建省罗源县碧里乡碧里村200个养殖户的鲍鱼大面积死亡,养殖户心痛地叙述着“灾情”:“按照规格,通常有180粒鲍鱼,按照往年正常的死亡率,收成可以有90%,但是现在,一笼里面只剩下一二十粒了。”经福州市海洋与渔业技术中心会同罗源县海洋与渔业局和碧里乡政府海管站对碧里村等海域的调查,初步分析认为,此次鲍鱼死亡可以排除病害引起突发性死亡,属于持续高温、低溶氧、养殖密度过高引起的死亡。


鱼排上,一堆堆腐烂的鲍鱼散发着阵阵恶臭
来源:东方快报

2009年8月底,福建省罗源湾海区养殖皱纹盘鲍发生大量死亡现象。专家在对该海湾进行码头矿物毒性实验、环境水质分析、海区吊养鲍鱼现场取样和组织病理观察后,认为局部缺氧可能是导致鲍鱼大量死亡的主要原因之一。


养殖户手捧死亡的鲍鱼,神情无奈 来源:gtzyb.com

海水中的溶解氧

海水中溶解氧的存在为海洋生物提供了生存的环境,并在富氧海水中形成氧化环境。

1、海水中溶解氧在不同水层的分布规律

①表层:风浪的搅拌作用和垂直对流作用,使氧在表层水和大气之间的分配,较快地趋于平衡,个别海区在50米深的水层之上,由于生物的光合作用,出现了氧含量的极大值;

②中层:表层之下,由于下沉的生物残骸和有机体在分解过程中消耗了氧,使氧含量急剧降低,通常在700~1000米深处出现氧含量的极小值(此深度因区域不同而异);

③深层:在氧含量为极小的水层之下,氧含量随深度而增加,这主要由高纬度下沉的表层水补充导致。


海水溶氧在垂向上的变化(横坐标为溶解氧含量,纵坐标为深度)
来源:mooc.chaoxing.com

当然了,我们目前的海水养殖大多仅利用表层10米水深的水域,所以,海水深度对溶解氧的影响并不大。而养殖生产中出现的低氧或缺氧现象,更多的是不是自然低氧现象,而是受人类活动影响的人为低氧现象。

2、海水中溶解氧含量的日变化和周年变化

海水中溶解氧含量与海水的温度、盐度有密切关系:水温、盐度升高,溶解氧含量下降;水温、盐度下降,溶解氧含量上升。如下图描述了温度、大气压和溶解氧间的关系,可以看出,与15℃时相比,在相同大气压下,30℃时的溶解氧下降了近1/4。


温度、气压和溶解氧间的关系

当温度和盐度变化不大时,其日变化取决于海水中浮游植物的光合作用,因而在受到光照的水层中,可以观察到溶解氧含量最大值出现在午后日落前,最小值通常出现在黎明日出前。早上日出后的整个白天,溶氧量从最小值逐渐增高,至日落前达到最大值,而在日落后的整个黑夜,溶解氧则从最大值不断降低,到早晨日出前又达到最小值,如此循环变化。

而同一海区溶解氧含量的年变化,则取决于该海区温度和盐度的变化、生物活动情况、氧化作用过程、海区的环流特点等。一般的,寒冷季节,早晚气温较低,光合作用弱,溶氧最大值出现时间会比在温暖炎热季节时提早2至4小时,溶氧最小值的出现时间则往往推迟1到2小时。

3、什么是低氧和缺氧?



氧气进入海洋有两种方式:第一种是光合作用,主要集中在阳光能够穿透的浅水区;第二种是通过风与浪的相互作用,促使海水和空气混合。同时,因为海洋动物的呼吸作用、生物尸体及生物排泄物的分解、海水中其它有机化学物质的氧化而被消耗。

当海水中耗氧比氧气进入更多(比如化学污染物进入海区,氧化消耗大量氧气;或酷暑季节水温升高,水体溶氧能力减弱),或者溶氧补充过程受到阻碍(比如海水流动性差,海-气界面交换过程弱),水体溶氧降低。当水体溶氧低于2毫克/升(一升水中溶解了2毫克氧气),称为“低氧”;当水体溶氧低于0.5毫克/升,称为“缺氧”。

这是怎样的一种概念呢?我们来比较一下。我们日常呼吸的空气中有约21%(体积)的氧气,换算成质量大约是300毫克/升;正常水体中的溶氧浓度范围也只有8~10毫克/升。

不能呼吸的痛

猜猜这个装置是做什么的?


在美国马萨诸塞州的一个艺术展览中,艺术家Mark Dion和海洋生物学家Lisa-ann Gershwin开发了一种全新的艺术装置,试图模拟海洋生物缺氧时的感觉。这个奇特的装置由地面上的两个椅子以及挂在椅子上空的黄色枕头一样的玩意儿组成。它能够通过两根管道将低氧空气提供给使用这一装置的人。参观者可以坐在椅子上,吸取氧气含量仅为16%的低氧空气(相比之下,我们正常呼吸的空气中的氧气含量为21%)。这就好比你坐在椅子上去体验生活在拉萨的感觉。设计者表示:“这是一种无法用语言来描述的体验,但是可以用激烈来形容。”

从下面这个表格我们可以了解到,在自然的海洋环境中如果溶解氧过低,会出现什么样的情况。


低氧或缺氧对鲍鱼的伤害

作为移动能力较差的腹足类生物,鲍鱼面对这种海水低氧或缺氧的状况,难以像灵活游动的鱼类那样避开低氧区、去往有氧区,而只能默默忍受,靠自身生理结构和新陈代谢上的策略来勉强应对,其抗低氧的能力也较弱。低氧或缺氧对于鲍鱼来说是严重的威胁!

1、低氧或缺氧会抑制鲍的生长

James O. Harris等(1999)将绿唇鲍的幼鲍(初始壳长44.1±4.3毫米,全重10.8±3.0克)随机分组放在4.2毫克/升、4.9毫克/升、5.6毫克/升、6.2毫克/升、7.7毫克/升、8.9毫克/升的水体中培养57~77天,发现其壳长和全重的增长、氧气消耗量都受到低氧的严重抑制,生长速度变缓。


不同溶解氧含量下鲍鱼的体重增长量比较
来源:James O. Harris等(1999)

2、低氧或缺氧会阻碍鲍鱼的能量代谢

Scott L. Shofer等(1997)低氧处理红鲍,发现低氧对线粒体中一种叫做三磷酸腺苷(一种不稳定的高能化合物,细胞各项生命活动的能量供应都要靠它流通)的物质的形成有阻碍作用。而一旦三磷酸腺苷的形成受到抑制,鲍鱼就会变得无比虚弱,活力下降,对外界的其他干扰也毫无抵抗。

3、低氧或缺氧会降低鲍鱼的免疫水平

Winton Cheng和Chiu-Hsia Li等(2004)在不同溶氧浓度下(2.05、3.57、5.61、7.70毫克/升)对台湾九孔鲍进行低氧和副溶血弧菌攻毒实验,分别在6、12、24、48、72、96小时观察鲍鱼死亡率,检测发现九孔鲍在3.57和2.05 mg/l溶氧环境下的免疫系统弱化,对副溶血弧菌攻毒更为敏感,也更容易死亡。


在不同溶氧浓度下对鲍鱼进行攻毒实验,鲍鱼的死亡率有很大差异 ; 来源:Winton Cheng和Chiu-Hsia Li等(2004)

4、低氧或缺氧使鲍鱼体内平衡混乱

Winton Cheng等(2004)将台湾九孔鲍暴露在不同溶解氧浓度的水体中(7.18、4.98、2.08、2.11毫克/升),检测发现在溶氧为3.08毫克/升及以下时,其体内酸碱平衡和厌氧代谢都受到了扰乱,短期内体内积蓄了葡萄糖、乳酸盐产物,并存在酸中毒的情况。


随着溶氧浓度变化,鲍鱼体内的pH值发生明显变化
来源:Winton Cheng等(2004)

从近年情况来看,每年的8、9月份都是海区缺氧死亡事件的高发期。低氧或缺氧给鲍鱼养殖带来的大规模损失其实可以采取适当的措施来避免。在此,我们给出以下几个建议:

①合理的海区养殖容量规模是根本。我们发现大部分的缺氧死亡事件都是由于海区养殖密度过大,加之特定的气候条件(如长时间持续高温、小潮水)而发生的,所以更多的是人为低氧死亡,而非自然低氧死亡事件。

②依托目前已逐步成熟的物联网技术,对海水温度、溶氧进行实时监测,建立系统的数据网络,进行信息共享,以便预警并及时调整管理措施,如减少饵料投喂,加密清理死饵等。

③根据海水溶氧的日变化和周年变化属性,可在海上架设备用增氧机,在每年夏季高温期不定时的给水体进行充氧。近年,已有个别海区进行了尝试,并取得不错的效果。