水產(chǎn)養殖環(huán)境下的氨濃度管理

水產(chǎn)養殖業(yè)是一種在受控環(huán)境下放養和捕撈水生生物的行業(yè)。水產(chǎn)養殖業(yè)如今已成為成長(cháng)zui快速的動(dòng)物類(lèi)食品行業(yè)，2012年，所有消費魚(yú)類(lèi)的約46%都是由水產(chǎn)養殖設施生產(chǎn)的。根據聯(lián)合國糧食與農業(yè)組織（UN FAO）報告《2012年世界漁業(yè)和水產(chǎn)養殖業(yè)狀態(tài)》稱(chēng)，2010年水產(chǎn)養殖生產(chǎn)已經(jīng)達到估計1250億美元的總產(chǎn)值，近30多年以來(lái)一直以平均8.8%的年度成長(cháng)率擴張著(zhù)，而這樣的成長(cháng)率將在未來(lái)年份有望進(jìn)一步增長(cháng)1。由于健康的水生環(huán)境對于成功經(jīng)營(yíng)水產(chǎn)養殖具有至關(guān)重要的意義，所以保持水質(zhì)達標和穩定水質(zhì)參數一直是水產(chǎn)養殖業(yè)所面對的zui大關(guān)注點(diǎn)之一。盡管魚(yú)類(lèi)都養殖在受控環(huán)境下，但水產(chǎn)養殖的密集而封閉的特性都對魚(yú)塘和循環(huán)系統的使用提出了額外挑戰。

　　在影響?hù)~(yú)類(lèi)行為特性和健康的所有水質(zhì)參數當中，氨濃度是zui重要的一項。氨是一種氮與氫的無(wú)色氣態(tài)化合物，濃度較大時(shí)具有強烈的刺激性氣味。在水生環(huán)境當中，氨以?xún)煞N形式存在：離子態(tài)氨，相對沒(méi)有毒性，其化學(xué)結構式為NH4+，而有毒性的非離子態(tài)的氨則不帶電荷，其化學(xué)結構式為NH3。2 在任何給定時(shí)間呈現的氨的形式變化則*受水溫和pH值控制，在堿度較高的狀況下，往往會(huì )導致有毒的非離子氨濃度升高。

　　在任何水生環(huán)境下的氮循環(huán)當中，氨都發(fā)揮著(zhù)重要的作用。氮循環(huán)是一個(gè)氧化過(guò)程，氨在其中首先被水中天然存在的螺旋菌和單胞菌轉化成（NO2-），然后其它細菌品種，即螺旋菌和硝桿菌，再將NO2-轉化成（NO3-）。這個(gè)過(guò)程既可發(fā)生在淤泥底層和植物的表面，也可發(fā)生在箱式養殖系統的生物過(guò)濾器內。NO2-對魚(yú)類(lèi)仍有毒性，但可以刺激桿菌的生長(cháng)和移殖，從而將NO2-轉化成毒性較低的NO3-形式。NO3-會(huì )隨后被水產(chǎn)養殖系統內的水生植物和藻類(lèi)所吸取。氮氣循環(huán)直接受氧氣濃度和堿度影響，這兩者的降低都會(huì )造成循環(huán)終結，然后等待氨和NO2-濃度的再次上升4。值得注意的是，一定濃度的氨有利于特定浮游生物和藻類(lèi)的生長(cháng)，從而會(huì )改變水生生物多樣性和生態(tài)系統的動(dòng)態(tài)。

　　氨主要是經(jīng)由魚(yú)類(lèi)本身的廢物而進(jìn)入水生環(huán)境的。魚(yú)類(lèi)飼料當中經(jīng)常包含高濃度的蛋白質(zhì)，而當蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)分解代謝之后，就會(huì )生成副產(chǎn)品氨。隨后,魚(yú)類(lèi)會(huì )通過(guò)自己鰓上皮組織內的局部分壓梯度，將氨從自己的血液內排出至水中，并有一小部分經(jīng)尿液排出5。而飼料當中的食物蛋白質(zhì)含量與所生成的氨濃度直接成正比，蛋白質(zhì)含量越高，氨濃度越大。氨的其它來(lái)源包括了藻類(lèi)或未吃盡食物在水生環(huán)境內的分解，容積較小的水體內更容易出現氨濃度尖峰。

　　在魚(yú)塘內，氨“沉積”會(huì )以植物和藻類(lèi)的形式發(fā)生。這些有機物需要氮氣作為生成的關(guān)鍵營(yíng)養物質(zhì)，而且這些營(yíng)養來(lái)自于對水內含氨的吸收。隨著(zhù)光合作用速率的提高，植物和藻類(lèi)生長(cháng)會(huì )加快，對氨的攝入量也會(huì )增加。盡管水生系統內藻類(lèi)的存在會(huì )直接導致氨濃度的降低，但并不是一種去除氨的可行長(cháng)期性方法。在冬季月份當中，氨的生產(chǎn)量穩定不變，但藻類(lèi)的氨攝入量卻受到了限制。這會(huì )導致氨濃度上升，因此魚(yú)會(huì )因此感到壓力，而這段時(shí)間內，魚(yú)的免疫系統會(huì )由于氣溫較低而受到抑制9。而藻類(lèi)的茂盛生長(cháng)也會(huì )被破壞無(wú)遺，藻類(lèi)種群會(huì )無(wú)緣無(wú)故地突然死亡。在這種狀況之下，藻類(lèi)物質(zhì)從氨的沉積處變成了另一個(gè)氨的來(lái)源，同時(shí)降低了溶解氧濃度和pH值，增加了二氧化碳的存在濃度。

　　根據其存在濃度，氨會(huì )直接和間接地影響到魚(yú)類(lèi)，某些魚(yú)種更容易受到氨毒性的影響。在約0.05mg/L的較低濃度下，非離子氨對于魚(yú)類(lèi)是有害的，有可能導致魚(yú)類(lèi)生長(cháng)不良以及飼料轉化率降低，降低產(chǎn)卵能力和受精能力，增加所承受的壓力和受細菌感染和疾病侵襲的易感性6。而在其濃度超過(guò)2.0mg/L的情況下，氨會(huì )造成魚(yú)的鰓和組織損害、極度昏睡和死亡。在進(jìn)食飼料量較少的冬季，氨的濃度可能會(huì )因為低溫降低了藻類(lèi)光合作用的速率，導致以這種方式所能去除的氨數量較少，使得氨的濃度更高。

　　對氨的耐受力依魚(yú)種而不同。非洲肺魚(yú)（Protopterus dolloi）能夠將解除氨的毒性，將其轉化成其它類(lèi)型的廢棄產(chǎn)物，諸如尿素或谷氨酸鹽7，而諸如巨彈涂魚(yú)（Periophthalmodon schlosseri）的魚(yú)類(lèi)能夠通過(guò)部分氨基酸分解代謝來(lái)減少體內氨含量8。其它諸如泥鰍（Misgurnus anguillicaudatus）能夠耐受更為的氨濃度。

圖1：加拿大養魚(yú)場(chǎng)。照片由Claire Mitchel提供。

圖2：藻類(lèi)生長(cháng)茂盛的魚(yú)塘。圖片來(lái)自www.united-tech.com

圖3：非洲肺魚(yú)。圖片由Mathae G?tehal提供

圖4：手持儀器測試。圖片由Hoskin Scientific提供

　　測量水體的氨濃度水平只能提供了當時(shí)時(shí)刻的快照式信息，但卻不能反映出其在過(guò)程當中的動(dòng)態(tài)波動(dòng)。在氨濃度達到較高水平時(shí)，作為權宜之計，可以使用一系列的常用的替代手段來(lái)糾正這種現象。但是每一種方法的有效性都有待討論，絕大多數方法都不屬于長(cháng)期解決方案。

　　過(guò)度喂食是出現氨累積現象的主要根源，但減少喂食率并非短期方案，極少能夠即刻產(chǎn)生效果。為了減少長(cháng)期范圍內的風(fēng)險以及盡量減少在亞致死量下氨暴露的相關(guān)影響，應按每個(gè)季度實(shí)施適度管理的保守喂食率，同時(shí)在每季度調整、監測蛋白質(zhì)含量。在壓力緊張期內喂食會(huì )進(jìn)一步惡化這個(gè)問(wèn)題，因為這樣會(huì )讓飼料不能吃盡，助長(cháng)氨濃度的上升。

　　而添加石灰或磷也是另一種方案。添加石灰制劑對于糾正pH值很有幫助，而且經(jīng)常在氨的毒性形式zui有可能達到zui高點(diǎn)的下午后半段時(shí)間施用10。這種方法不是通過(guò)去除氨發(fā)揮作用，而是改變氨的存在形式，使其在低pH值條件下從有毒形式轉化為無(wú)毒形式。實(shí)際上，在堿度足夠的魚(yú)塘內添加石灰，會(huì )導致pH值的快速偏離，只會(huì )讓氨的問(wèn)題更加惡化。磷對于藻類(lèi)起到了肥料的作用，增加了藻類(lèi)數量，由此可以提高氨的攝入量11。在水產(chǎn)養殖業(yè)當中，光照才是藻類(lèi)茂盛生長(cháng)的主要催化劑，而不是營(yíng)養物質(zhì)的供應量，所以，盡管在藻類(lèi)數量崩潰后重新恢復藻類(lèi)茂盛生長(cháng)方面有用，但增加磷在增長(cháng)藻類(lèi)數量方面效果甚低。

　　其它解決方案包括了增加魚(yú)塘內的通氧量以及用新水沖淡。通過(guò)給魚(yú)塘加氧，毒性形式的溶解氨將從水中擴散到空氣當中。這種方式在小規模上有效，但對于更大型的水產(chǎn)養殖塘則效果卻不好，在大型塘內增加通氧量只能起到將塘底沉淀物翻攪起來(lái)的作用，反而更增加了氨的濃度12。用魚(yú)水沖淡在較小規模下有效，能夠稀釋和減少所含有的氨濃度。但是，在較大規模的水產(chǎn)養殖企業(yè)，降低氨濃度尖峰所需的水量極為龐大，這樣會(huì )增加經(jīng)濟和時(shí)間上的成本，并有可能將魚(yú)塘污水排放到當地環(huán)境內。

　　在水產(chǎn)養殖環(huán)境下，特別是在大規模養殖場(chǎng)內，對于高濃度氨并沒(méi)有什么快速見(jiàn)效的解決手段，所以重點(diǎn)應放在預防上而不是糾正上，而定期監測也成為其中關(guān)鍵的組成要素。

　　在水產(chǎn)養殖池塘或水箱較少的小規模養殖設計之內，手動(dòng)氨測試套件就足夠使用，市面上也有許多種不同的液體或粉末測試套件可供選購。這些套件使用簡(jiǎn)便，能夠提供快照式的氨讀數。

　　而采用諸如Seneye這樣的沉潛式箱內監測產(chǎn)品，將能夠對包括氨濃度在內的多種水質(zhì)參數實(shí)現連續監測，提供的和更為詳盡的記錄，并起到早期警報系統的作用。對于更大的養殖規模，手動(dòng)測試套件使用起來(lái)耗時(shí)過(guò)長(cháng)，其結果有可能只適合提供一定的范圍，而不能提供的數值。在這種情況下，手持式監測儀器就是*解決方案，它能夠在大量養殖水塘或水箱設施范圍內監測氨濃度。這種裝置減少了監測每份水樣所花費的時(shí)間，并能讀取到實(shí)際讀數。

　　魚(yú)類(lèi)生長(cháng)并不會(huì )受對較高氨濃度的短暫日常暴露的影響。由于沒(méi)有什么保證奏效的可以在短期內減少較高氨濃度的辦法，所以重點(diǎn)仍要放在預防上。通過(guò)采取連續或定期監測水質(zhì)參數的辦法，將可以識別出日常和季度性波動(dòng)和趨勢。這些數據可隨后幫助實(shí)現更的水產(chǎn)養殖管理規范，并兼顧考慮到放養密度、捕撈密度以及所要實(shí)施的飼喂制度這幾個(gè)方面的問(wèn)題。