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光环境因子对循环水养殖系统中大西洋鲑生长和摄食的影响

2016-03-09    

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8606

导语: 本文通过实验分析的方法,介绍了不同光色和强光对循环水养殖系统中体量的大西洋鲑生长和摄食的影响。

   摘要: 采用正交实验法, 研究了不同光色(白光, A1; 蓝光, A2; 红光, A3)、光周期(24L︰0D, B1; 12L︰12D, B2; 8L︰16D, B3)和光强(0.88 W/m2, C1; 4.55 W/m2, C2; 8.60 W/m2, C3)对循环水养殖系统中体质量(850.97±82.77)g的大西洋鲑(Salmo salar)生长和摄食的影响。实验设A1B1C1 (1)、A1B2C2 (2)、A1B3C3 (3)、A2B1C2 (4)、A2B2C3 (5)、A2B3C1(6)、A3B1C3 (7)、A3B2C1 (8)、A3B3C2 (9)9个处理组, 在相应设定条件下饲养180d。结果表明, 在光色为红光、光周期为12L︰12D 和光强8.60 W/m2 条件下大西洋鲑的成活率最高, 但光色、光周期和光强对成活率的影响差异不显著(P>0.05); 实验期间各组鱼的相对增重率和肥满度差异均不显著(P>0.05); 至第120 天, 2、5、6 组鱼的体长特定生长率显著高于 1 组(P<0.05); 至第 180 天, 1、2、4、7、8组鱼的体质量特定生长率显著高于6组(P<0.05), 1、2、3、4、7、8、9 组鱼的日增重显著高于6组(P<0.05), 9组鱼的体质量变异系数显著低于7组(P<0.05)。9组鱼血浆中生长激素显著高于1、2、3、4、6、7 和8 组(P<0.05); 摄食率、饲料转化效率和饲料系数最佳时的光照条件为: 红光、12L︰12D、8.60 W/m2, 但光色、光周期和光强对摄食率、饲料转化效率及饲料系数的影响差异不显著(P>0.05)。本实验条件下, 较为适宜的光照条件是: 红光、12L: 12D、8.60 W/m2。

  大西洋鲑(Salmo salar), 俗称三文鱼, 原产于大西洋北部的温带和亚北极地区, 是世界上主要的养殖鱼类之一, 具有广泛的国内外市场, 近年作为一种品质优良、市场前景好的养殖种类引进国内。大西洋鲑属于冷水性鱼类,我国北方沿海地区夏季水温较高,不适宜海水网箱养殖。工业化循环水养殖系统(Recirculating AquacultureSystem, RAS)具有节水、环保、高产、不受地域和气候限制等特点, 能够为养殖动物提供稳定可控的适宜生长环境。笔者在生产过程中发现,部分循环水养殖系统中大西洋鲑特定生长率偏低(0.33%~1.09%), 饲料系数较高(1.30~2.50), 严重影响了产业的发展, 因此开展循环水养殖模式下大西洋鲑生长及摄食规律的研究十分必要。研究表明, 光环境参数是影响鱼类生长摄食的重要因子。Head 等[1]研究表明, 不同光色对黄金鲈(Percaflavescens)的生长性能有较大影响; Oppedal 等[2]报道了光周期对秋季降海洄游的大西洋鲑(Salmosalar)的季节性生长及收获重量影响显著; Taylor等[3]研究表明, 光周期和较高的光强均可以提高

  虹鳟(Oncorhynchus mykiss)的生长速率和饲料转化率; Wang 等[4]研究发现, 320~1 150 lx 的光强能显著提高斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)幼鱼的成活率、相对增重及特定生长率。目前, 有关光色、光周期、光强 3 个光环境参数对循环水养殖系统中大西洋鲑生长性能及摄食的综合影响研究还未见报道。本研究着重探讨了在工业化循环水养殖模式下, 光色、光周期、光强这 3 个光环境因子对大西洋鲑生长性能及摄食的影响, 旨在获得大西洋鲑生长及摄食的适宜光色、光周期和光强,并为 LED 光照技术在大西洋鲑循环水养殖系统中的应用提供理论参考。

  1 材料与方法

  1.1 材料

  大西洋鲑由山东东方海洋科技股份公司鱼类研究中心提供, 实验时选择体长(39.71±1.58) cm,体质量(850.97± 82.77) g 的健壮鱼。实验选用挪威的适可添牌(Skretting)鲑鱼颗粒饲料, 其主要营养成分为: 粗蛋白≥48.0%, 粗脂肪≥18.0%, 粗纤维≤1.0%, 粗灰分≤12.0%。实验系统: 采用自行设计的 3 套循环水养殖实验系统, 每套系统 3 个养殖池, 由养殖池、固液分离器、物理过滤、泡沫分离器、紫外线灭菌装置、生物过滤器等单元组成(图 1)。养殖池为圆形玻璃钢结构, 直径 200 cm, 池高 130 cm, 有效水深为 105 cm。每个养殖池的水体体积为 3 297 L,进水沿池壁侧向射流, 以液体流量计计量和控制进水量, 通过池中心的排污管进行排水。实验采用白色(l550 nm)、蓝色(l455 nm)和红色(l625 nm)的 COB 集成封装 LED 光源。灯具由中国科学院半导体研究所设计, 由江苏无锡华兆泓光电科技有限公司制造。光强和光周期水平的设置如表 1 所示。 光强以水面中心位置上方 5 cm 的测定值为准, 调节投光灯的高度以保证各个实验组的光强。实验期间, 遮光布设置在相邻养殖池之间, 以防止不同光源间光线的相互污染。光色与光照强度由杭州远方光电信息股份有限公司研制的 SP-10 光谱仪测定, 光周期采用时间控制器来调节。

  1.2 方法

  1.2.1 实验设计与管理 实验于 2012 年 8 月至2013 年 3 月进行, 为期 180 d。 实验采用 L9 (33) 正交设计, 设光色、 光周期和光强 3 个因素, 每个因素设 3 个水平(表 1), 共计 9 个处理组合: A1B1C1、A1B2C2、 A1B3C3、 A2B1C2、 A2B2C3、 A2B3C1、A3B1C3、A3B2C1、A3B3C2。每个处理组合养殖 60尾鱼(采用 PER 穿孔标志标记 30 尾, 未标记 30 尾),共计 540 尾。实验期间, 每天7: 30 和 14: 00 点投喂两次配合饲料, 投饲量以饱食为准。每次投饵时, 观察鱼群摄食不活跃时即停止投喂。每次投饲 40 min 后, 在固液分离器排污管处采用纱绢袋收集残饵和粪便, 记录未摄食的饵料量, 并计算出实际摄食量。实验阶段, 水温保持在(15.7±0.4)℃ , 盐 度 24~26, pH7.2~7.5, 溶 解 氧 饱 和 度 为100%~ 140%, 总氨氮 (TAN)<0.25 mg/L。新水量根据测定的水质数据进行调整, 一般换水量不超过 10%。1.2.2 样品采集 实验开始后, 每月将鱼饥饿 1 d,测量每个处理组中标记和未标记的大西洋鲑体质量、体长、叉长, 统计饲料投喂量、残饵量, 测定生长和摄食性能。每月空腹采集各组标记的大西洋鲑血液, 制备血浆, 待测生长激素。 饲养结束时,统计每个处理组的成活率。

  1.2.3 参数计算公式

  成活率(survival rate, SR): SR (%)=100×Nf/Ni[5]

  体质量特定生长率(specific growth rate, SGR):SGR (%/d)=100×(lnBW2–lnBW1)/(T2–T1)[6]体长特定生长率(SGRBL): SGRBL (%/d)=100×(lnBL2–lnBL1)/(T2–T1)[6]日增重(daily weight gain, DWG): DWG (g/d)=(BW2–BW1)/(T2–T1)[6]相对增重(relative weight gain, RWG): RWG (%)=100×BW2/BW1[7]肥满度(condition factor, CF): CF=BW/FL3[7]

  体质量变异系数(coefficient of size variation,SV): SV=100×SD/X[6]

  摄食率(food intake, FI): FI (%/d)=100×F/[0.5×(BW2+BW1)×(T2–T1)][6]

  饲料转化效率(food conversion efficiency, FCE):FCE (%)=100×(BW2–BW1)/F[5]

  饲料系数(food conversion ratio, FCR): FCR=F/(BW2–BW1)[6]式中, Ni、Nf 分别为初始鱼尾数和最终鱼尾数;BW1、BW2 分别为每尾鱼实验初始体质量和最终体质量(g); T1、T2分别为BW1、BW2所对应时间;BL1、BL2 分别为鱼的初始体长和最终体长(cm);BW 为每尾鱼的体质量(g); FL 为每尾鱼叉长(cm);F 为总摄食量(g); SD 为标准差; X 为处理组鱼的平均体质量(g)。

  1.2.4 生长激素的测定 PER 穿孔标记的实验鱼称重后, 活体尾椎静脉取血, 血样先注入置于碎冰中的含肝素钠抗凝的离心管内, 然后以5 000 r/min离心10 min, 取血浆于–70℃下保存, 待测生长激素(GH)含量。运用 Björnsson 等 [8]建立的放射免疫法检测血浆中生长激素(GH)的浓度, GH放射免疫分析试剂盒由北京北方生物技术研究所提供。

  1.3 统计分析

  实验数据采用 SPSS18.0 软件进行统计分析,采用单因素方差分析(One-way ANOVA), 以最小显著极差法(LSD)比较数据间显著性。数据结果以平均值±标准差( x ±SD)表示, P<0.05 时差异显著。

  2 结果与分析

  2.1 光色、光周期和光强对大西洋鲑成活率的影响处理组 6 和 9 的大西洋鲑成活率均显著低于其他各组(P<0.05, 表 2), 这表明 8L︰16D 和 0.88W/m2 或 4.55 W/m2 的组合条件不利于循环水系统中大西洋鲑存活。将 9 组实验结果进行分类统计,形成大西洋鲑成活率由高到低的光色条件为: 白光(95.00%)、红光(90.55%)、蓝光(83.89%); 光周期条件依次为: 12L︰12D(93.33%)、24L︰0D(92.22%)、8L︰16D(83.89%); 光强依次为: 8.60 W/m2(94.44%)、0.88 W/m2(89.44%)、4.55 W/m2 (85.55%)。因此, 大西洋鲑在白光、12L︰12D、8.60 W/m2 的条件下成活率最高。A因素的白光和红光间无显著差异,所以A因素选择红光, 最终确定红光、12L︰12D、8.60 W/m2 为大西洋鲑养殖的最佳条件。方差分析结果显示(表 3), 光色、光周期和光强对大西洋鲑成活率差异不显著(P>0.05)。因此认为, 在大西洋鲑生长过程中, 光色、光周期和光强并未对大西洋鲑成活率产生显著的影响。

  2.2光色、光周期和光强对大西洋鲑生长的影响由表4可见,大西洋鲑体质量特定生长率的变化范围为0.18~0.71%/d, 呈不规则的“W”型趋势。实验第30、60、90、120、150天, 各组体质量特定生长率差异不显著(P>0.05); 至第180天时,1、2、4、7和8组间差异不显著(P>0.05), 但均显著高于6组(P<0.05), 各组体质量特定生长率由高至低依次为: 1组、4组、2组、7组、8组、3组、5组、9组、6组。由表5可知, 体长特定生长率变化幅度在0.01~0.20%/d 之间, 实验第30、60、90、150、180天, 各组体长特定生长率差异不显著(P>0.05), 而在第120天时2、5、6组显著高于1组(P<0.05)。从表6和表7看出, 整个实验阶段各组鱼的肥满度和相对增重均无显著差异(P>0.05), 变化范围分别在1.08~1.31 和 104.98%~130.00% 之间。由表8得出, 日增重的变化幅度为2.07~11.91g/d, 各组鱼的日增重变化特征与体质量特定生长率相似, 至第30、60、90、120、150天, 各组鱼的日增重差异不显著(P>0.05), 在第180天1、2、3、4、7、8和9组显著高于6组(P<0.05), 各组日增重由高至低依次为: 4组、1组、2组、7组、8组、9组、3组、5组、6组。从表9可知, 实验前各组体质量变异系数差异不显著(P>0.05); 实验后第30天, 3组显著低于1、4、8组(P<0.05), 而5、6和9组显著低于4组(P<0.05); 至第60、90天各组差异不显著 (P>0.05); 至120 天时6 组显著低于 8组(P<0.05); 至第150天, 6、9组显著低于7组(P<0.05);至180天, 9组显著低于7组(P<0.05), 各组体质量变异系数由低至高依次为9组、5组、6组、4组、2组、3组、1组、8组、7组。不同光照条件下大西洋鲑血浆中生长激素含量随时间推移呈波浪式变化(表10)。实验开始时及实验第30天,各组鱼血浆中的生长激素浓度均无显著性差异(P>0.05); 至实验第60天, 3组显著高于5、6和9组(P<0.05); 至第90天, 8组显著高于1、3、4、5、6、7 和9组(P<0.05), 而2组显著高于1、4、6 和 7 组(P<0.05); 至第120天, 1、2、5 和8组显著高于6组(P<0.05), 5组显著高于3组(P<0.05); 至第150 天, 2、3、4和9组显著高于5组(P<0.05), 8组显著高于1、5、6和7组(P<0.05), 9组显著高于7组(P<0.05); 至第180 天, 9组显著高于1、2、3、4、6、7 和8组(P<0.05), 其中9组生长激素含量最高(0.52 ng/mL)(表 10)。

  2.3 光色、光周期和光强对大西洋鲑摄食的影响实验结果表明, 光强对大西洋鲑摄食率(FI)影响最大, 其次是光周期、光色, 最佳组合为C3B2A3, 即 8.60 W/m2、12L︰12D、红光(表 11)。光色对饲料转化效率(FCE)影响最大, 其次是光强和光周期, 最佳组合为 A1C3B1, 即白光、8.60W/m2、24L︰0D; A、B 因素中的A1与A3、B1与B2间水平无显著差异, 所以A、B 因素分别取A3、B2, 最终确定的最佳条件是A3C3B2, 即红光、8.60 W/m2、12L︰12D。 光色对饲料系数(FCR)影响最大, 其次是光周期和光强, 最佳水平组合为 A2B3C2,即蓝光、8L︰ 16D、4.55 W/m2。最终确定的最佳条件为红光、12L︰12D、8.60 W/m2。对表11 数据的方差分析和 F 检验表明(表 12), 在本实验条件下, 光色、光周期和光强均对大西洋鲑摄食率、饲料转化效率及饲料系数没有显著影响(P>0.05)。

  3 讨论

  3.1 光色、光周期和光强对大西洋鲑成活率的影响光色、光周期和光强是影响硬骨鱼类成活率的重要环境因子。Downing[9]报道了光谱成分对黑线鳕(Melanogrammus aeglefinus)成活率的影响。Trotter 等[10]研究发现, 较长光照周期可以提高条纹婢鳎(Latris lineata)成活率, 且24L︰0D 较含有黑暗期的光周期成活率较高。Puvanendran 等[11]研究表明, 在 2 400 lx 光强下大西洋鳕(Gadusmorhua)成活率显著高于300、600、1200 lx组。本实验结果表明, 在红光、12L︰12D、8.60 W/m2的条件下, 大西洋鲑成活率最高。王吉桥等[12]的研究显示, 鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)在日照10~12 h时成活率最高。Yoseda 等[13]的研究发现, 在高光强3 000、1000 lx 下, 东星斑(Plectropomus leopardus)成活率显著高于低光强(0 和 500 lx)组。这些观点与本实验结果相一致, 表明红光条件下, 光周期12L︰12D、较高光强(8.60 W/m2)更能提高大西洋鲑成活率。

  

  3.2 光色、光周期和光强对大西洋鲑生长的影响有研究报道, 光周期、光强和光谱成分(光色)是影响硬骨鱼类生理响应、生长及行为的重要因素[14–16]。在本实验中, 选用体质量、体长特定生长率、体质量差异系数、日增重和血浆中生长激素等作为反映大西洋鲑生长指标。鲑科鱼类中,生长激素的主要作用与生长、代谢及渗透平衡调节相关联[17]。本实验结果显示, 随着时间推移,各组光色、光周期和光强对大西洋鲑体质量特定生长率、体长特定生长率、体质量差异系数及日增重影响出现不同程度的差异, 血浆中生长激素含量在第 180 天时处理组9(红光、8L︰16D、4.55 W/m2)显著高于1、2、3、4、6、7 和 8 组。已有研究报道, Karakatsouli 等[18]对鲤(Cyprinuscarpio)的研究表明, 与白光、蓝光相比, 红光可以显著地促进体质量特定生长率和体质量增加。Endal 等[19]的研究显示, 长光周期或持续光照可以提高春季降海大西洋鲑的生长性能。Stefansson等[20]的研究发现, 与自然光周期相比, 连续光照可以促进大西洋鲑生长, 增长率随着光强升高而增加。Oppedal 等[21]的研究显示, 高光强显著促进了网箱中大西洋鲑的生长。也有研究指出, 光周期对生长的作用可能是通过“光−垂体轴”刺激垂体增加生长激素的合成和分泌而引起[22]。

  3.3光色、光周期和光强对大西洋鲑摄食的影响光色、光周期和光强是影响鱼类摄食的重要条件。 Luchiari 等[23]的研究表明, 长波长可以提高梭鲈(Sander lucioperca)稚鱼的摄食率和饲料效率。Biswas 等[24]对真鲷(Pagrus major)的研究显示,光周期 24L︰0D 下的摄食率和饲料转化效率显著高于16L︰8D、6L︰6D、12L︰12D。Strand 等[25]的研究表明, 光强能显著影响欧亚鲈(Perca fluviatilis)的摄食率。在本实验中, 光环境因子对大西洋鲑摄食率、饲料转化效率及饲料系数的影响由高到低依次为: 光强、光周期、光色, 光色、光强、光周期及光色、光周期、光强, 最优组合均为8.60 W/m2、12L︰12D、红光。方差分析结果表明,光色、光周期和光强均未对大西洋鲑摄食率、饲料转化效率及饲料系数产生显著性影响。本实验结果与前人文献的报道存在一些差异, 出现差异的原因有续进一步研究。

  4 结论

  在工业化循环水养殖系统中, 光色、光周期和光强对大西洋鲑生长、摄食影响不明显, 红光、12L︰12D、8.60 W/m2 是本实验条件下较为适宜的光照条件。LED 灯作为一种新型节能光源, 用于调控循环水养殖系统中鱼类的生长及摄食有较好的应用前景。

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  1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;

  2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;

  3. Fisheries Research Institute of Fujian, Xiamen 361012, China;

  4. Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China;

  5. Shandong Oriental Ocean Sci-Tech Co. Ltd., Yantai 264003, China

  Abstract: We aimed to explore the effects of different types of light color(i.e., A1, white light; A2, blue light; A3, red light), photoperiod (i.e., B1, 24L︰0D; B2, 12L︰12D; B3, 8L︰16D) and light intensity (i.e., C1, 0.88 W/m2; C2, 4.55 W/m2; C3, 8.60 W/m2) on the growth performance and feeding of Atlantic salmon (Salmo salar) with initial body weights of 850.97±82.77 g for 180 days in recirculating aquaculture systems (RAS) using orthogonal test methods.Nine treatment groups were designed in the present experiment: A1B1C1(group1), A1B2C2(group2), A1B3C3(group3),A3B3C2(Group4), A2B2C3(group5), A2B3C1(group6), A3B1C3(group7), A3B2C1(group8), and A1B1C1(group9). The results showed that the highest survival rate was found in red light, 12L︰12D and 8.60 W/m2 at the end of the trial, andno significant difference was observed in the survival rates of the experimental groups (P>0.05). There were no significant differences in relative weight gain and condition among the nine groups at each sampling time (P>0.05). At day120, the specific growth rate of body length for groups 2, 5 and 6 were significantly higher than those of group 1(P<0.05). At day 180, the specific growth rate of body weight in groups 1, 2, 4, 7 and 8 were significantly higher thanthose of group 6 (P<0.05), and the daily weight gain of groups 1, 2, 3, 4, 7, 8 and 9 showed higher variation than thoseof group 6 (P<0.05); the coefficient of size variation (SV) in group 9 was lower than in group 7 (P<0.05). Additionally,the plasma growth hormone in group 9 was a higher concentration than that of groups 1, 2, 3, 4, 6, 7 and 8 (P<0.05).Better food intake(FI), food conversion efficiency(FCE) and food conversion ratio(FCR) were also observed in red light(12L︰12D) at 8.60 W/m2 at the end of the experiment, while light color, photoperiod and light intensity had no significant effects on the FI, FCE and FCR between groups(P>0.05). Hence, red light (12L︰12D) at 8.60 W/m2 is considered to be a suitable combination of artificial lighting under the experimental conditions described herein.

  Key words: Salmo salar; light color; photoperiod; light intensity; growth performance; feeding; recirculating aquaculture systems

  光环境因子对循环水养殖系统中大西洋鲑生长和摄食的影响

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