水产养殖中，溶解氧和二氧化碳，到底有什么关系？高手教你调节！

尽管养殖户对水质的重要性达成了普遍共识，但许多养殖户仍然低估了水质对水产养殖产生负面影响。

在本系列文章中，我们将讨论关键的水质参数以及它们如何影响鱼虾生产的健康、性能和经济性。

溶解氧 （DO） 对于鱼和虾的生存以及水生环境中的各种生物过程至关重要。溶解氧始终是集约化水产养殖系统中生产的第一个限制因素。因此，曝气对于防止缺氧非常重要。每日溶解氧监测使养殖户能够预测池塘中溶解氧的下降情况，并在鱼虾的性能和健康受到损害之前调整池塘管理。控制浮游植物、降低投喂率、部分收获、部分换水、使用曝气器等是防止DO达到令鱼虾不舒服或致命浓度的主要策略。

鱼和虾通过它们的鳃进行呼吸（图1）。氧 （O2）高，二氧化碳 （CO2） 浓度低，呼吸就越容易。二氧化碳对氧气有拮抗作用，在水中过量会导致鱼虾窒息。水中高浓度的 二氧化碳会升高血液中的溶解氧，一种称为高碳酸血症的疾病，会干扰血红蛋白（鱼）和血蓝蛋白（虾）的氧结合能力，从而损害氧气在体内的吸收和分布。高碳酸血症还会导致血液pH值下降（呼吸性酸中毒），从而损害新陈代谢。

图1：鱼类呼吸图示。氧气 （O2） 和二氧化碳 （CO2） 通过鳃片扩散。对于虾，呼吸的作用是一样的。

一、水生环境中的氧气和二氧化碳动力学：

水中的DO和CO₂浓度受温度、盐度、海拔、雨水和风的影响。然而，它受池塘浮游植物密度、摄食率、鱼虾生物量、饲料质量等生产因素的影响要大得多。为此，每个池塘或水池都有其独特的气体动力学，需要单独监测。在精养池塘养殖中，溶解氧和二氧化碳波动主要由微藻光合作用和呼吸驱动。

在阳光明媚的日子里，“绿藻水”池塘通常会在下午pH值通常超过8.3时，氧气会变得过饱和，游离二氧化碳会耗尽。在夜间，如果没有光合作用，微藻、鱼、虾和其他水生生物的呼吸作用会消耗氧气并释放二氧化碳，这通常会导致溶解氧和pH值降低，以及二氧化碳升高，直至清晨。过多的浮游植物放大了水面上的日常波动DO、二氧化碳和pH值（图2）。曝气通常在夜间进行，以保持充足的氧气并控制二氧化碳的积累。为了最大限度地减少pH值变化，养殖户必须通过施石灰来加强缓冲系统，并通过换水、灭藻、使用悬浮粘土和表面大型植物进行遮荫和营养控制来控制浮游植物。

图2：浮游植物丰度不同的水域中溶解氧 （DO）、二氧化碳 （CO2） 和pH值的每日变化。

池塘水可能是饱和、欠饱和和或溶解氧过饱和（图3）。饱和水中的DO与大气中的二氧化碳处于平衡状态。在28摄氏度和海平面上，淡水的饱和含量约为每升氧气7.8毫克（盐度为0ppt时100%饱和）。对于每升含盐量为40克的海水，溶氧饱和度约为每升6.3毫克（盐度为40ppt时为100%饱和）。在过饱和水中使用曝气器会导致氧气流失到大气中。

尽管如此，在中午打开曝气器几个小时，将溶解氧低的地层水和富含溶解氧的表层水，进行融合，这样一来，有利于鱼虾的生长。比如：虾往往呆在池塘沉积物附近，它们经常在那里找到天然食物资源，底层水的溶解氧提高，将帮助对虾受益。因此，氧饱和度的概念对于管理水曝气和循环、确定激活曝气器的适当时间至关重要。在密集系统（例如RAS和BFT）中，由于鱼和虾以及生物过滤器或悬浮絮团物中的微生物对氧气的需求量很高，曝气器通常会连续运行。

图3：水氧饱和度条件和氧扩散方向的表示。

25摄氏度和海平面的纯水中二氧化碳含量为每升0.46毫克。在水产养殖池塘中，二氧化碳主要来自藻类、水生植物、鱼、虾、浮游动物、底栖生物和微生物的呼吸作用。在生产周期中，呼吸作用可能超过光合作用，而光合作用是去除二氧化碳的主要机制。这会导致二氧化碳的大量积累，超过每升25毫克。二氧化碳高于每升40毫克在生物絮团系统中很常见。用于运输鱼类的水中可能出现高于每升60毫克的浓度。

通过使用水质检测试剂盒进行滴定测量，可以准确测量二氧化碳。化学滴定测试也可用于测量溶解氧。然而，使用数字溶解氧仪可以在不同的池塘和水池中更快地读取溶解氧。溶解氧仪以毫克/升 （mg per lister） 或饱和度的百分比 （百分比） 为单位测量氧气。在许多养殖场，整夜监测氧气，当氧气水平下降到每升3-4毫克或饱和度约为40%-50%时，会打开曝气器。一些系统使用放置在每个池塘中的实时氧传感器（图4），这些传感器通常与控制面板集成，这些控制面板根据预设的氧气阈值按顺序激活曝气器。

图4：实时氧传感器，当达到低DO限值时，可以远程激活曝气器。

二、二氧化碳对鱼类和海虾的影响：

虽然二氧化碳易于测量，但在水产养殖中经常被忽视。高于10毫克/升的水平需要采取纠正措施，例如：（a） 施石灰以增加碱度和硬度，从而增加缓冲系统，（b） 控制浮游植物以减少夜间呼吸，（c） 降低摄食率，以及 （d） 增加增氧。在密集生物絮团系统 （BFT） 中，二氧化碳水平通常超过每升40毫克，导致鱼和虾呼吸紧张。防止BFT中出现高二氧化碳和低氧的关键策略，包括定期调整pH值和碱度（使用熟石灰和碳酸氢钠）、加强曝气和去除过量的悬浮固体。

1、罗非鱼：

Hamad等人（2023）的研究发现， 发现每天12小时暴露于高二氧化碳（每升15至30毫克），即使将溶解氧饱和度保持在100%，与保持在最佳水平的鱼相比，114克幼鱼的生长量也减少了38%，FCR增加了30%（DO 100%饱和度，二氧化碳<3毫克/升）。此外，溶解氧（饱和度4% 至100%）和二氧化碳（每升3至30毫克）的昼夜波动，模拟池塘条件，使罗非鱼的生长速度降低61%，饲料转化率 （FCR） 增加了43%。虽然罗非鱼存活率在35天内不受影响，但高二氧化碳和低溶解氧的条件之下，对鱼的食欲、生长和FCR产生负面影响。

2、海虾：

在Casillas-Hernández等人（2021年）的一项RAS研究中，暴露于高二氧化碳水平（每升36毫克）的南美白对虾，与低二氧化碳（每升12毫克）相比，存活率分别为58%和92%）、生长速度较低（降低了60%）和FCR较差。高二氧化碳水体的pH值较低（6.7），这可能对虾造成了额外的压力。在暴露于高二氧化碳的虾的肌肉、肝胰腺和鳃组织中观察到组织学损伤。

表1：在为期35天的生长研究中，溶解氧和二氧化碳每日波动方案对114克罗非鱼的采食量、生长、饲料转化率 （FCR） 和存活率的综合影响。

三、溶解氧对鱼类性能和健康的影响：

通常需要60%-70%的饱和氧水平（高于每升4.5毫克）才能使鱼虾达到最佳健康和性能。对低溶解氧的耐受性因物种而异，并受温度、二氧化碳、氨和亚硝酸盐。虽然少数一些鱼类可以在接近零的溶解氧中存活数小时，但长时间暴露会降低生长、饲料效率，并增加疾病易感性和压力。

四、溶解氧对虾性能和健康的影响：

在海水对虾养殖中，溶解氧水平应保持在70%以上的饱和度，相当于在40ppt盐度和28°C下每升4.4毫克。 曝气在集约化对虾养殖中是必不可少的。泰国研究人员在2011年的一项研究表明，暴露于低氧（每升<2 毫克）的南美白对虾的存活率和生长速度会降低（表1）。溶解氧高于4mg/L的虾在水中生长更快，存活率更高。保存在低氧水中对虾的血细胞计数减少，免疫反应减弱，在弧菌攻击后存活率降低。

表2：溶解氧（毫克/升）对南美白对虾的最终重量、存活率、免疫反应和对弧菌感染耐受性的影响。

一项关于南美白对虾和南美蓝虾 （Litopenaeus stylirostris） 联合养殖的研究，评估了曝气的最佳溶解氧（表2）。与在40%或15%溶解氧饱和度下开始曝气相比，在65%的溶解氧饱和度下打开曝气器可以提高存活率、产量和进料转化率。虽然早期曝气增加了成本，但它带来了更高的成活率、更好的饲料效率和更大的净利润。

表3：曝气时，溶解氧饱和对南美白对虾和南美蓝虾的影响。

五、结语：

保持足够的水体的溶解氧和二氧化碳在鱼和虾养殖中是必不可少的。通过施石灰提高碱度和水硬度（水的缓冲系统），并控制投喂和浮游植物密度，是减少二氧化碳和提高溶解氧的有效措施。