近岸海水[海水是流动的,对于人类来说,可用水量是不受限制的。]养殖环境是一个非常复杂的生态系统,盐度、温度、溶解氧[溶解在水中的空气中的分子态氧称为溶解氧,水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。]、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**[**是名贵的“海珍品”之一,味道鲜美,营养丰富,被誉为海洋“软黄金”。]养殖而言是一个非常重要的要素,溶氧的高低直接影响到**的存活。然而,海区[海区是指海洋的一定区域。]养殖的**因缺氧[缺氧(hypoxia),是指当组织的氧供应不足或利用氧障碍时,导致组织的代谢、功能和形态结构发生异常变化的病理过程。]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**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**失去了生命活力。
死亡的**堆在一起
来源:**快讯
2014年9月初,福建省罗源县[罗源县位于福建省东北沿海,介于北纬26°23′-26°39′,东经119°7′-119°54′之间。]碧里乡碧里村200个养殖户的**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**,按照往年正常的死亡率[死亡率是指用来衡量一部分种群中,一定规模的种群大小、每单位时间的死亡数目(整体或归因于指定因素),是在种群层面上研究的问题。],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**海管站对碧里村等海域的调查,初步分析认为,此次**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**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**现场取样和组织病理观察后,认为局部缺氧可能是导致**大量死亡的主要原因之一。
养殖户手捧死亡的**,神情无奈来源:gtzyb***m
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**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[光合作用,(Photosynthesis),可分为产氧光合作用(oxygenic photosynthesis)和不产氧光合作用(anoxygenic photosynthesis)。],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***m
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[低氧是现代词,是一个专有名词,指的是低于空气当中20.9%的氧气浓度;任何一种生理性氧量不足或组织需氧量不足的状态。]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[最大值,即为已知的数据中的最大的一个值,在数学中,常常会求函数的最大值,一般求解方法有换元法、判别式求法、函数单调性求法、数形结合法和求导方法。]出现在午后日落前,最小值[在数学分析中,在给定范围内(相对极值)或函数的整个域(全局或绝对极值),函数的最大值和最小值被统称为极值(极数)。]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、**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**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,**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[毫克一种国际通用的质量单位。]/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MarkDion和海洋生物学家Lisa-annGershwin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**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**的伤害
作为移动能力较差的腹足类生物,**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**来说是严重的威胁!
1、低氧或缺氧会抑制鲍的生长
JamesO.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**的体重增长量比较
来源:JamesO.Harris等(1999)
2、低氧或缺氧会阻碍**的能量代谢
ScottL.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,**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**的免疫水平
WintonCheng和Chiu-HsiaLi等(2004)在不同溶氧浓度下(2.05、3.57、5.61、7.70毫克/升)对**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**死亡率,检测发现九孔鲍在3.57和2.05mg/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**进行攻毒实验,**的死亡率有很大差异;来源:WintonCheng和Chiu-HsiaLi等(2004)
4、低氧或缺氧使**体内平衡混乱
WintonCheng等(2004)将**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、*酸盐产物,并存在酸中毒的情况。
随着溶氧浓度变化,**体内的pH值发生明显变化
来源:WintonCheng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**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。