夏季養殖刺參(Apostichopus japonicus)大面積死亡的原因分析與應對措施*

霍 達 劉石林 楊紅生

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夏季養殖刺參()大面積死亡的原因分析與應對措施*

霍 達1, 2, 3劉石林1, 2楊紅生1, 2①

(1. 中國科學院海洋生態與環境科學重點實驗室 中國科學院海洋研究所, 青島 266071; 2. 青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋生態與環境科學功能實驗室, 青島 266071; 3. 中國科學院大學, 北京 100049)

夏季刺參大面積死亡正逐漸呈現常態化趨勢, 不僅造成了巨大的經濟損失, 同時使刺參資源嚴重衰退, 制約了刺參產業的良性發展, 其原因亟待揭示。本文從高溫、低氧、低鹽、硫化物、氨氮及藻類腐爛等環境因素, 以及種質因素、病原因素、人為因素共四方面闡述了夏季刺參大面積死亡的原因, 提出“建設工程化”、“養殖機械化”、“監測自動化”及“管理智能化”的應對理念, 進而通過培育抗逆良種、調查關鍵指標并建立風險預警體系、構建綜合養殖系統、完善應急處置方案、提高現代養殖技術等應對措施, 綜合應對夏季極端天氣的威脅, 為保證刺參健康度夏提供科學參考。

夏季高溫; 低氧; 刺參; 大面積死亡

仿刺參(), 又名刺參, 屬于棘皮動物門(Echinodermata), 因具有較高的營養價值和經濟價值而成為我國重要的海水養殖物種之一。刺參養殖已經成為中國北方沿海省份, 如遼寧和山東等地的支柱產業(中國科學院中國動物志編輯委員會, 1997; 常亞青, 2004; Yang et al., 2015; 費聿濤, 2016)。刺參的增養殖方式主要包括室內工廠化養殖、池塘養殖、圍堰養殖、淺海底播增殖及筏式養殖等不同模式。其中池塘養殖刺參面積最大, 從業人員及相關企業最多(包鵬云等, 2011)。刺參養殖業受氣候影響較大, 尤其在夏季持續高溫、多雨天氣下, 高溫、低氧等極端環境脅迫不僅可導致池塘、圍堰和淺海養殖刺參大面積死亡甚至絕產, 造成巨大的經濟損失, 同時也造成刺參資源衰退, 制約產業良性發展。

山東是刺參養殖大省, 近年來的數據顯示, 山東省刺參產量可達全國產量的50%。2012年全國刺參產量約為14萬~15萬噸, 其中山東地區產量達8萬噸; 2015年全國刺參增養殖總產量約為20萬噸, 其中山東約10萬噸(李倚慰, 2013; 農業部漁業局, 2015)。近年來, 在夏季極端天氣的影響下, 山東省池塘刺參養殖損失慘重。如2013年8月, 受高溫、強降雨極端天氣影響, 北方刺參主產地山東受災養殖面積約26萬畝, 死亡率約為30%~40%, 部分地區達到60%以上, 給當地增養殖業戶造成了巨大的經濟損失(劉國山等, 2014)。2013年, 即墨、海陽、乳山、文登、萊州、東營等地有80%~90%的養殖戶受災, 其中約有20%~30%絕產, 并且影響次年收成(李倚慰, 2013)。隨著全球氣候變化, 高溫、低氧等極端環境正逐漸呈現常態化趨勢(Helmuth et al., 2002), 刺參大面積死亡現象出現的概率也將越來越大。因此, 如何能夠減少夏季極端天氣下刺參的大面積死亡, 成為整個社會關注的熱點問題。

1 刺參大面積死亡原因

以往研究表明, 夏季刺參大面積死亡不是單一因素導致的, 而是水體環境、生物體、病原體以及人為因素共同作用的結果。當水域環境發生變化時, 刺參的生理行為、代謝和免疫等也發生改變, 同時病原體數量增多, 免疫力低下的刺參在得不到及時有效的處理下, 極易發生死亡現象。此外, 部分池塘一旦發生死亡現象, 往往是全池覆滅, 對刺參產業發展極為不利。

1.1 環境因素

受連續高溫、強降雨及無風天氣的影響, 2013年和2016年以山東、遼寧為代表的刺參養殖池塘和底播增養殖區發生了刺參大面積死亡現象。其主要原因為極端天氣下水體垂直循環受阻, 出現溫躍層、鹽躍層及缺氧層。具體情況為, 夏季高溫直接引起水溫升高, 致使水層出現溫度躍層, 夏季暴雨造成淡水和海水出現鹽度分層, 影響上下層水交換, 底部熱量難以散發, 致使底層水溫持續升高, 溶氧降低, 造成底部缺氧, 進而導致底質硫化物、氨氮、亞硝酸鹽等有毒物質積累, 使活動能力弱、營底棲生活的刺參處于高溫、低氧等脅迫環境中, 因而發生大面積死亡。

1.1.1 高溫 溫度是影響刺參生長、攝食、繁殖及行為的重要生態因子(Tanaka, 1958; 趙永軍和張慧, 2004; 陳勇等, 2007; An et al., 2009)。研究發現刺參適宜的生長溫度范圍為10~17°C, 最適溫度為14°C(陳遠和陳沖, 1992; 于東祥和宋本祥, 1999)。溫度過高和過低對刺參的正常生長都有一定的影響, 當溫度為20~24°C時, 刺參將進入夏眠(隋錫林, 1990)。2014~2016年山東省夏季(6~8月)全省平均氣溫分別為25.3°C、25.7°C及26.1°C, 呈現初步升高趨勢(王業宏等, 2014; 王文青等, 2015; 楊璐瑛等, 2016)。其中, 2016年8月份高溫期, 山東、河北、遼寧地區刺參養殖水域水溫最高達到33~35°C, 遠遠超出其適宜生長水溫(王金龍, 2017)。夏季水溫的急劇升高常常導致刺參出現吐臟、化皮等應激反應。當溫度超過耐熱上限時, 刺參會由于機體復雜的生理反應而出現熱致死現象(于東祥和宋本祥, 1999; Hochachka and Somero, 2002; 于明志和常亞青, 2008)。

此外, 為了刺參安全度夏, 池塘水位一般都要求加深, 而太陽輻射能量主要加熱表層20cm的水層, 并且絕大部分的太陽輻射能量被吸收于距表層約1m的水層, 導致能量向下傳輸緩慢, 水表與水深處形成溫差。經測量, 1~3m的水深處溫差可達1~2°C(于東祥等, 2004)。如遇無風天氣, 上下層水混合的阻力將增大。若持續無風或風力較弱, 還將形成溫躍層阻礙水體中溶解氧、營養鹽等的交換流通, 對營底棲生活的刺參的存活及生長極為不利。

1.1.2 低氧 溶解氧含量及變動趨勢與溫度、鹽度、環流運動、生物活動等密切相關(劉國山等, 2014)。夏季高溫天氣下, 由于高溫水密度及比重小于低溫水, 使水體形成了溫躍層。持續性高溫、無風天氣使得上層水與底層水上下流通受阻加劇, 溶解氧及有機物質對流輸送減弱, 造成水體底層缺氧現象。而刺參的活動、代謝以及底層大量沉積的動植物殘骸在降解的過程中消耗氧氣, 使得底層缺氧現象加劇。

在低氧水環境下(溶解氧濃度低于2mg/L時), 水生動物行為發生改變, 如游離低氧區域、跳躍行為、行動遲緩、呼吸減慢及攝食頻率降低等, 同時生長速度減慢、繁殖力下降, 甚至會引起動物死亡(Wu et al., 2003; Shang and Wu, 2004; 徐賀等, 2016)。以往研究表明, 與貝類、珊瑚蟲及海鞘相比, 棘皮動物在低氧脅迫下更易死亡(Riedel et al., 2012)。當水中氧氣含量不足時, 刺參代謝水平下降、活力降低, 循環、神經、消化、呼吸等系統功能受阻, 抗逆能力和抗病能力大大削弱, 影響正常的生長(于東祥等, 2004)。據調查, 2013~2016年山東煙臺等地區的養殖海域連續出現底層缺氧現象, 如對2013年夏季威海雙島灣人工魚礁區的研究表明, 缺氧是造成該地刺參大面積死亡的主要原因(劉國山等, 2014)。

1.1.3 低鹽 鹽度是影響刺參存活、生長和發育的重要因素之一(王吉橋, 2009a)。刺參為狹鹽性生物, 有研究表明, 刺參生長的適宜鹽度范圍是18~39, 成體對鹽度的耐受下限為15~20(常亞青等, 2004)。另有報道表明, 溫度影響刺參幼體的耐鹽性, 且隨著個體的生長, 適鹽范圍變小(王吉橋, 2009b)。即刺參規格越大, 對低鹽的適應能力越差。

研究表明, 當鹽度長時間(超過30天)低于17時, 會對刺參造成不良影響(冷忠業等, 2014)。然而夏季暴雨導致大量淡水流入養殖水體, 造成鹽度急劇降低, 使養參池鹽度在十幾個小時內從30陡降至20以下, 個別池塘鹽度甚至不足10(周維武, 2006), 以致不能形成對流, 使水體出現分層現象。鹽度脅迫會導致海洋生物代謝加速、免疫防御能力降低、生理機能失常, 使正常狀態下處于隱性感染的病原體引發疾病(孫虎山和李光友, 1999; Brito et al., 2000; 沈麗瓊等, 2007)。超出刺參正常鹽度適應范圍常導致機體滲透壓調節失衡, 刺參收縮發黑, 嚴重時吐臟死亡, 影響刺參的存活率(楊秀生等, 2009)。

1.1.4 硫化物及氨氮 刺參營底棲生活, 池塘底質各種組分的構成和變化都將直接影響刺參的繁殖和生長(楊鳳影等, 2012)。硫化物主要由微生物分解利用生物的代謝產物、殘餌等有機質中的含硫氨基酸產生, 其含量是衡量環境優劣的一個重要指標(彭斌, 2008)。目前, 已有多項研究闡述了硫化物對水生生物的影響, 如較高的硫化物濃度將導致魚類呼吸和循環系統功能衰退(Torrans and Clemens, 1982; Bagarinao and Vetter, 1989); 使日本沼蝦()有氧呼吸代謝減弱, 免疫能力下降, 機體抗氧化系統受到顯著影響(管越強等, 2009, 2011)。此外硫化物濃度影響西施舌()幼貝殼長生長和成活率(吳進鋒等, 2006); 影響中華絨螯蟹()的卵巢發育及應激蛋白表達(顧順樟, 2007)。導致曼氏無針烏賊()肝細胞受損及免疫力下降, 最終造成烏賊幼體大量死亡(尹飛等, 2011)。目前, 雖尚無文獻明確描述硫化物對刺參的影響, 但針對遼東灣養殖池塘底質環境的調查表明刺參發病池塘硫化物含量顯著高于未發病池塘(王擺等, 2016)。除硫化物外, 氨氮脅迫也會影響刺參存活, 使機體非特異性免疫防御系統遭到損傷, 降低刺參的免疫力, 增加對病原菌的易感性(劉洪展等, 2012; 臧元奇等, 2012; 徐松濤等, 2017)。水體中的氨及亞硝酸鹽等將使刺參血液中的亞鐵血紅蛋白被氧化成高鐵血紅蛋白, 從而抑制血液的載氧能力, 使刺參呼吸困難, 甚至中毒、窒息而死(楊秀生等, 2009)。

在春季, 刺參新陳代謝較快, 生長旺盛, 同時投餌量較大, 殘餌和排泄物多, 因而底質中有機質積累也較多。加之, 夏季時溫度升高, 細菌代謝和繁殖速度加快, 硫酸鹽還原菌的菌量增加, 加速了水體中的厭氧分解, 硫酸鹽經過還原作用形成硫化氫, 使得養殖環境中底質硫化物含量顯著提高, 導致養殖環境惡化(彭斌, 2008; 費聿濤, 2016)。此外, 夏季養殖水體中氧氣含量不足時, 含氮有機物的分解及反硝化細菌的還原作用將產生氨氮(王戰蔚等, 2013)。隨著池塘養殖時間增加及刺參自身排泄物的逐步積累, 加之底部光合作用微弱, 氧化還原過程受阻, 使池底硫化氫、氨氮、亞硝酸鹽等有害物質大量積累。由于刺參行動緩慢, 不能迅速逃離不良環境, 其生長、存活及品質極易受到影響(王雨霏等, 2014)。

1.1.5 藻類腐爛 池內底質惡化亦由大型有害藻類、雜草死亡腐爛變質所致。高溫季節, 海參養殖池中的藻類、雜草繁殖較快, 一旦大批死亡, 就會沉于池底腐爛變質, 使池底有機物污染增加, 溶解氧含量快速降低。藻類植物不僅失去了利用光合作用補充水體溶氧及吸收毒素的功能, 反將滋生出大量有害細菌和有毒物質, 刺參極易因缺氧而發生疾病或窒息死亡。

1.2 種質因素

由于缺乏長期規劃及采捕監管, 加之刺參自然資源匱乏, 目前刺參苗種生產所用的種參來源大部分局限于人工池塘養殖, 這些種參也都是由人工繁育的苗種養殖而成, 刺參種參質量下降已是不爭的事實。這樣的種參性腺發育較差、懷卵量減少、卵子質量下降, 繁育出來的苗種體質較差、生長速度減慢、抗病能力降低(邊陸軍和代國慶, 2013), 使其在應對夏季高溫、低氧等因素脅迫時, 表現出較弱的耐受性, 成活率較低。

1.3 病原因素

刺參生長和病害發生與生態環境惡化或環境劇烈變化密切相關(費聿濤等, 2016)。一般認為, 病原菌通常侵襲免疫力低下的個體, 對健康個體并不致病(茅國峰, 2014)。只有當環境等因素的變化導致刺參免疫力下降或者出現黏膜破潰時, 細菌才可能大量繁殖(任利華等, 2015)。與刺參疾病相關的病原因素主要包括病毒、細菌、霉菌、纖毛蟲及其他病原體等, 其中在我國養殖刺參體內發現的致病細菌主要有: 溶藻弧菌()(楊嘉龍, 2007)、假交替單胞菌()(王印庚, 2006)、燦爛弧菌() (張春云等, 2006)、弧菌(sp.) (馬悅欣, 2006)等。此外, 有研究表明, 以低氧環境引起的大規模死亡底播刺參生物體中的優勢菌為能行厭氧呼吸并能以硫代硫酸鹽行化能自養的副球菌屬細菌() (任利華等, 2015)。病原細菌和病毒病原感染會使刺參出現口部腫脹、排臟等現象, 使皮層的潰爛與自溶加速, 導致刺參非特異性免疫力下降(隋錫林和鄧歡, 2004; 劉洪展, 2013; 任利華, 2015)。同時較其他季節而言, 夏季刺參大水面養殖系統水體及底泥中細菌總數和弧菌數量最高(杜佗, 2016)。綜上, 病原因素對刺參的健康與存活具有潛在威脅, 致使養殖刺參在夏季發生大面積死亡現象的概率增大。

1.4 人為因素

人為因素亦是刺參大面積死亡的重要原因之一, 主要體現在管理經驗欠缺、技術操作不規范、設施不完備等。

1.4.1 管理層面 在養殖過程中, 刺參腫嘴、化皮等病害情況時有發生。目前一些養殖戶出于預防或者治療的角度, 仍主要選擇使用抗生素藥物及消毒劑來緩解。然而由于用藥缺乏科學性, 如藥種單一、藥量過大等, 不僅增加了養殖成本, 使效益下降, 同時破壞了養殖水體生態平衡, 也降低了刺參的機體免疫力和消化功能, 不利于苗種質量的提高, 增加了刺參患病的風險(包鵬云, 2011), 使刺參在應對夏季極端天氣時發生大面積死亡的概率增大。此外, 一些養殖戶為追求高產, 刺參投放密度往往過大, 這將不僅導致刺參生長緩慢、免疫力低下, 同時使養殖區極易發生病害, 傳染速度加快, 導致全池刺參短期內覆滅(王印庚等, 2005)。

1.4.2 技術操作層面 由于刺參數年連續養殖, 加之養殖面積通常較大等因素, 使池底難以清除淤積, 池底生態環境極易惡化而導致病害(王印庚和榮小軍, 2004)。此外餌料投放不夠合理, 殘餌過多導致降解作用增強, 底層缺氧加劇。在投放固態物質, 如礁石及底質改良劑等時, 需注意避免直接接觸刺參體表造成其體表化學性損傷(楊秀生等, 2009)。

1.4.3 設備層面 當前養殖過程中設施(如育苗用水處理系統、附著基等配套基礎設施和水質監測儀等)仍不夠完備。其中, 應對低氧環境的增氧技術尤為欠缺, 一些技術尚不規范。例如, 微孔曝氣管堵塞、管路溫度過高、電機容易燒毀、實際增氧效率不高等問題在微孔曝氣增氧技術使用過程中時有發生(冷忠業等, 2014)。另外, 由于池底缺乏足夠的硬質附著基等配套設施, 仍以爛泥底為主, 容易發生病害。因此, 在刺參養殖過程中應注意減少以上人為因素對刺參死亡造成的影響, 并在刺參發生大面積死亡之初, 采取及時有效的救治, 降低刺參死亡數量及頻率。

2 夏季刺參大面積死亡的應對措施

在發生刺參大面積死亡時, 應當綜合分析、及時處理。在養殖過程中引入工程管理理念, 突出“工程化”建設理念, 提高增氧控溫等設備的研發與應用水平, 實現養殖機械化, 最終達到自動化監測與智能化管理水平。針對夏季刺參大面積死亡的頻發現象, 既需有應急處理方案, 亦需有常態綜合處理措施, 同時應加強預防管理工作。在養殖之初及生產過程中應對養殖水域的底質和水質進行綜合調查, 并查明刺參應對逆境的關鍵生理生態學指標, 建立綜合養殖模式, 積極構建風險預警系統, 引入專家決策系統等, 實現風險識別、風險分析, 在刺參發生大規模死亡之前及時做出預判及處理。

2.1 應對理念

2.1.1 建設工程化 由于夏季高溫等極端天氣, 刺參養殖海域風力較弱, 底層和表層水體交換較弱。底層溶解氧、營養鹽等無法得到補充, 對刺參生長極為不利。因此, 需要采用相關工程技術手段解決上述問題。在刺參度夏過程中必須引入工程管理理念, 建立現代工程養殖技術, 突出“工程化”建設理念, 為構建精準高效養殖奠定基礎, 保障刺參健康度夏。

2.1.2 養殖機械化 當前刺參養殖應對夏季極端天氣的解決方式仍較為局限, 養殖機械化尚處于起步階段, 新型高效裝備亟待開發。因此, 需要引入“養殖機械化”理念, 加強控溫、控氧、控鹽、清底質等技術和裝備的研發和應用, 綜合提升刺參養殖度夏整體技術水平。

2.1.3 監測自動化 刺參養殖水域應建立基于海床基、浮標、船載傳感器系統、無人機以及遙感技術的生態環境監測平臺, 配備溫度計、鹽度計、溶氧儀等水質監測儀以監測水質變化。實現自動化監測、數據采集傳輸及遠端數據監控。此外, 將增氧設備與自動化監測系統聯結, 當出現預警時智能化開啟, 可為刺參健康度夏提供重要保障, 實現針對異常情況的自動預警及智能化管理。

2.1.4 管理智能化 在刺參養殖過程中, 必須建立從監測、評價、預警到管理的綜合保障體系。在管理過程中, 引入信息化以提高監測與管理效率, 實現管理智能化。目前, 由實時監測系統、預警預報系統、專家決策系統等組成的信息化系統正逐漸得以應用(楊紅生等, 2016), 構建現代刺參養殖智能化新模式, 不僅是順應時代發展的必然選擇, 也是刺參健康度夏的重要保障。

2.2 應對措施

2.2.1 抗逆良種培育與應用 良好的刺參苗種可為刺參健康度夏提供有力的支持, 因此應當加強健康苗種培育及良種選育工作。刺參良種選育成功與否很大程度上取決于刺參種參的品質(孫明超, 2016)。刺參養殖過程中應選擇健壯、體表無損傷、棘刺完整、攝食能力強的親參進行育苗。在選育過程中最大程度發揮刺參的雜種優勢, 盡可能地選擇雜合性高且形態學性狀優良的刺參。同時開展刺參種質保護計劃, 對養殖所用的親參進行系統的品種選育和改良, 防止累代繁殖之后種質退化。積極開展抗逆選育技術的研究, 選育抗逆性強的刺參品系, 并對相關性狀進行實驗驗證。改善育苗技術工藝, 推動刺參原良種場及自然保護區建設, 保證刺參種質資源質量(邊陸軍和代國慶, 2013)。在養殖過程中, 淘汰早期不健康的苗種, 確保刺參個體健康; 避免可能存在的近交衰退、遺傳漂變、遺傳多樣性降低等對群體種質資源造成的不利影響(張福綏和楊紅生, 1999)。

目前已有的研究表明, 不同品系的刺參對溫度等因素異常的水體環境表現出不同的耐受性, 穩定的抗逆品系可為刺參健康度夏提供有力支持。中國科學院海洋研究所目前已通過高溫淘汰和人工選擇的方法培育出耐高溫品系, 且通過實驗對耐高溫品系的耐溫性能進行了評價。實驗結果表明, 定向選育的子代稚參在32°C下的存活率為80%, 顯著高于野生群體子代稚參的存活率(56.67%), 這說明定向選育的耐高溫品系刺參對高溫脅迫的耐受能力更強(趙歡等, 2014)。另外, 耐高溫子代群體在高溫脅迫下也顯示出更強的免疫能力(劉石林等, 2016)。在夏季高溫期, 經過三代定向選育的刺參耐高溫品系腸道退化較輕, 攝食量和處于攝食狀態的個體比例明顯提高, 耐高溫目的性狀選育效果顯著。中國水產科學研究院黃海水產研究所利用日本刺參和國內篩選的耐高溫刺參雜交所培育的“高抗一號”刺參新品種在高溫脅迫實驗和低鹽脅迫實驗中, 表現出良好的抗逆性狀, 具體表現為成活率高、特定生長率較大、非特異性免疫酶活力較高等(孫明超, 2016)。此外, 中韓刺參雜交與自交子一代刺參在溫度和鹽度耐受方面具有一定的雜種優勢(范超晶, 2015)。但由于目前抗逆品系十分缺乏, 對其相應性狀針對不同逆境脅迫的評價實驗數據欠缺, 其應對脅迫因子的具體機制仍有待揭示。

2.2.2 關鍵指標調查及體系構建

①實施底質水質綜合調查

對養殖水域的底質與水質進行綜合調查在刺參養殖過程中十分必要。明確不同養殖區域溫度、溶解氧等因子的年際變動情況, 查明養殖水域不同水深處相應的水質因素指標情況, 加強對水溫、鹽度、溶解氧、氨氮、硫化物等指標的監測, 針對異常情況及時采取措施。對養殖用水水質進行嚴格把控, 防止赤潮藻類、有機污染物等大量流入養殖水域?？稍陔x進水口較近的渠道內設幾道過濾網、浮筏以攔截外海的海藻、雜物、油污等(孫愛麗, 2014), 也可采取化學和生物綜合手段, 有效預防或抑制池塘內各種有害藻類的大量繁殖和生長, 同時控制好池塘內浮游生物量, 及時發現、及時清除。此外, 需注重改善底層水和底質的狀況, 為刺參度夏提供良好的生存環境。

②查明刺參應對逆境的關鍵生理生態學指標并建立風險預警體系

深入研究刺參對環境變化的調節能力和適應機制等, 查明刺參應對逆境的關鍵生理生態學指標, 如對溫度、鹽度、溶氧量等變化的響應特征。加強對多因素協同脅迫下刺參的響應機制研究, 明確不同規格刺參針對不同逆境的耐受閾值(包括不同時間效應)以及養殖容量。將多因素脅迫實驗結果與單因素脅迫進行對比, 查明對刺參生長及存活影響較大的因素, 解析不同脅迫條件下刺參的呼吸代謝、生長繁殖、運動行為、分子調控機制等特征。構建逆境脅迫下刺參的響應機制網絡, 系統分析高溫、低氧、低鹽、硫化物等因素對刺參的影響。同時通過野外實驗, 調查溫度、溶解氧等參數, 查明其變化區間及趨勢。調查高溫低氧期間自然海區刺參的死亡率及耐受性, 與實驗室結果對比進行補充與校正。通過野外取樣以及抗逆品系刺參脅迫樣校正指標, 制定相關參數標準, 初步建立風險預警指標, 并通過數學模型(如主成分分析法及回歸預測等)系統構建風險預警模型, 進而實現風險識別、風險分析與風險監控, 建立系統的風險預警體系。逐步提高風險預測的準確性與及時性, 對指標體系進行綜合評判, 并依據評判結果設置預警區間, 以采取相應對策。在夏季刺參大規模死亡之前提前進行預報, 進而實現自動化監測與智能化管理。

③構建綜合養殖系統

在苗種培育、設備開發、日常養殖及生態系統構建過程中, 應積極探索構建現代刺參養殖新模式, 例如, 可移栽適宜的海洋大型藻類、耐鹽植物等, 進行生態集約化的刺參池塘養殖實驗(包鵬云等, 2011)。大葉藻和大中型褐藻類(包括鼠尾藻、馬尾藻、江蘺、裙帶菜、海帶等)既可以作為刺參的隱蔽場所和附著基,控制刺參養殖水域透明度及光照強度, 同時能夠凈化水質, 少量腐爛后也可成為刺參餌料。但需要將其數量控制在適宜范圍內, 避免因生長條件不適大面積死亡后倒伏在池塘底部, 造成底層腐爛變質, 滋生病菌, 危害刺參健康(楊秀生,2009)。在刺參養殖過程中逐步建立綜合養殖方式, 以完善的綜合養殖系統應對夏季各種理化、生物因子的脅迫, 可為刺參健康度夏提供重要保障。

2.2.3 完善應急處置方案

①專家決策系統

專家系統是指一組能模仿人類專家在某個領域知識的基礎上利用一組取決于任務的規則集來解決一些專門的問題的程序, 而實時專家系統是指把專家系統應用于實時動態的環境中(劉震等, 1995)。專家系統知識庫由數據級、知識庫級和控制級知識組成, 主要包括預測系統、診斷系統、控制系統及解釋系統等。預測系統能夠對未來情況推出可能的結果, 如高溫預測、多雨預測等; 診斷系統能夠從可觀測事物中推出系統的故障, 找出潛在原因等; 控制系統可以實現自動控制系統的全部行為, 如自動開啟增氧設備等; 解釋系統能對系統的行為做出解釋, 是專家系統區別于一般程序的重要特征之一。目前隨著智能化在水產養殖業中的逐漸深入, 專家決策系統的應用前景十分廣闊, 對于夏季刺參養殖水域的監測與調控具有重要的意義。

②增加溶氧量

夏季高溫期水體溫度升高, 導致溶解氧飽和度降低, 池塘內缺氧情況極易出現(楊鋒, 2014)。因此, 在刺參養殖過程中要根據當天氣溫情況、溶氧量測定情況, 及時采取相關措施為池塘水體增氧。目前增氧的最常見方法為化學增氧法與物理增氧法, 主要途徑為通過向水體中輸送氧氣或攪動水體, 打破溫躍層與鹽躍層, 防止水體缺氧現象的長期存在?；瘜W增氧法為投放增氧片(主要成分為過碳酸鈉), 適用于應急處理, 但效果不顯著; 而通常采用的物理增氧法, 如水車式增氧則很難將氧氣送達到池塘底部, 無法在短時間內改善下層水質(劉彤等, 2013)。新型物理增氧法, 如微孔管道增氧系統是通過羅茨鼓風機與充氣管, 將空氣輸入池塘水體中, 使氧氣彌散入水中, 達到增氧的效果(王雨霏等, 2013)。利用刺參池塘微孔增氧技術, 能使池塘表層、底層溶氧及水溫差異均顯著減小, 消除分層作用明顯, 底質環境得到改善。目前微孔管道增氧系統在水產養殖領域的應用正逐步擴大, 但其使用過程仍需規范操作。

夏季, 尤其是極端高溫、暴雨天氣過后應及時全池增氧, 以迅速消除海水、淡水分層和上水層對底層溶解氧傳遞的阻截作用(周維武, 2006), 避免低溶氧量對刺參生長存活造成的不良影響?？傮w來說, 當前增氧方式仍較為局限, 新型高效的增氧裝備亟待開發。針對低氧等脅迫環境, 需做到既有應急處理方案, 也有日常管理方案。例如, 日常養殖過程中, 可通過大功率船只巡航, 利用輪機產生的巨大沖力破壞養殖水域產生層化的水體以增加水體溶解氧的交換量。此外, 應對刺參養殖過程中已有增氧裝備的基本參數進行熟知, 如增氧裝備的頻率、型號、作用面積、作用水深及作用時長效果等。一般來說, 一個水車可作用的區域半徑為5m, 20畝水域則需約4~5個; 納米氣排至少平均8m2投放1個。但各類增氧裝備具體設置密度、開啟時間及效果, 仍需根據實際水域情況進行調整。

③降低溫度

夏季高溫低氧頻發階段, 應加大養殖水域的水體交換量, 根據實際情況調節水位及水深以降低溫度。一般而言, 隨著氣溫的上升, 刺參養殖水域水位應逐漸加深, 使水深保持在2m以上, 每天換水量應至少為20~30cm(王雨霏, 2013)。盡量在夜間進水, 有條件的參池可利用鹽度適宜的深井水, 以達到理想降溫效果。同時增設遮陰網, 以利于刺參進入夏眠并順利度過高溫期。夏季高溫期應適當降低水位, 以利于底層水溫回升, 削弱溫躍層的形成。提高水深可以控制水體透明度, 防治養殖水域滋生有害藻類。

④調節鹽度

夏季大雨過后應及時排出池內上層淡水, 確保上下水層鹽度一致。目前調節鹽度的物質主要包括海水、濃縮海水、人工海水素、海鹽或其他鹽類, 以及地下咸井抽水等。使用前, 應對當地實時鹽度進行調查, 并根據海參適宜的鹽度范圍進行調節。避免鹽度因素對刺參生長造成的不利影響, 降低刺參大面積死亡的概率。

2.2.4 提高現代養殖技術 在養殖過程中應當根據養殖水域的實際情況, 制定合理的養殖模式, 從放苗規格、密度、投餌量、水質交換、病害防治、日常管理等方面, 形成一套完善的養殖技術方案(于會霆等, 2004)。對夏季刺參大面積死亡做到預防與及時處理相結合, 不斷改進整體養殖、水質改善及病害防治等技術, 構建刺參養殖新模式, 實現精準管理及現代化養殖, 保障刺參健康度夏。

①精準管理技術

夏季高溫低氧期間要加強日常管理。適當增加巡池頻率, 觀察水色、水位和透明度等變化, 定期(3~5天)潛入水底檢查刺參的攝食、生長、活動狀態以及病害情況等, 觀察參體有無異常變化, 做好記錄并及時采取措施。及時移除死亡個體, 減少溶氧消耗的同時以防感染其他健康刺參個體。此外, 養殖過程中應控制刺參養殖容量, 避免密度過大。一般情況下, 刺參幼體培育密度應控制在0.5~1indi./mL, 池塘養成期放苗密度應控制在8~15indi./m2(楊秀生等, 2009)。養殖過程中尤其是在夏季, 應適量投喂, 避免過多餌料沉積在水底, 加劇水底缺氧層的形成。同時定時清池、及時清板, 防止玻璃海鞘()等生物與刺參競爭生存空間、溶氧及餌料等(衛廣松和董美艷, 2015)。

②水質改善技術

刺參養殖用水應嚴格以沙濾和300目網濾處理(王印庚等, 2015)。定期使用底質改良劑及微生物制劑如光合細菌(photosynthetic bacteria, PSB)、有效微生物群(effective microorganisms, EM)等有益菌液, 以控制病原微生物數量并改善養殖水體環境。投放底質改良劑及微生物制劑需參考當地天氣狀況謹慎使用, 如光合細菌喜光, 適宜水溫為15~40°C, 最適水溫為28~36°C, 因此, 應避免在陰雨天或極度高溫天氣下使用。芽孢桿菌制劑降低亞硝酸鹽效果較好, 但較為適合在pH偏低的水體中使用(冷忠業等, 2014)。過硫酸氫鉀復合鹽作為一種陰晴兩用的水產養殖底改片, 不僅可以迅速降解水中氨氮、硫化氫, 改善底質環境, 還可增加底部溶氧, 提高底部氧化還原電位, 促進水體有益微生物生長, 因此在水產養殖方面具有很強的應用價值(宋海鵬, 2015)。刺參養殖全池亦可定期施用沸石粉、生石灰、生態寶等改良劑, 以迅速降低底質中氨氮、硫化氫等有害物質含量, 改良水質和底質生態環境(周維武, 2006)。但需謹慎使用, 防止破壞水體生態平衡。

③病害防治技術

在刺參養殖過程中, 尤其是夏季高溫低氧極端天氣下, 應定期測量水質指標及刺參生長情況等。將開始化皮、嚴重腐爛的個體與健康個體分類處理, 如藥浴后另池暫養。在施用二氧化氯、聚維酮碘、二溴海因等消毒劑、抗生素或進行藥浴時應注意用量、頻率及養殖廢水排放, 防止對生態環境產生不良影響。此外微生物生態技術和微生物制劑目前正逐步成為健康養殖中病害防治的重要方法。但仍需進一步開發適宜的微生物制劑種類, 提高其應用效果及加強應用指導, 并深入研究水體各項理化因子與微生物群落組成的相互關系, 以達到通過維持水體的微生態平衡來消除某些病害發生的環境條件的目的。

3 結論

綜上所述, 夏季刺參大面積死亡并不是單一因素導致的, 而是由以高溫低氧為代表的綜合因素共同作用的結果。因此, 為避免夏季刺參大面積死亡, 減少刺參養殖業的損失, 必須從多因素角度開展研究, 以更貼近自然海區與養殖池塘真實情況。在刺參養殖過程中也應規范操作, 做好調查及預警工作, 完善各項應對措施。同時通過提高應對理念、培育抗逆良種、開發及應用新型設備、完善應急處理方案、提升養殖技術等綜合應對夏季極端天氣的威脅, 以減少刺參夏季大面積死亡發生概率, 保障刺參健康度夏及刺參養殖業的良性發展。

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Analysis of Causes and Corresponding Strategies for Summer Massive Mortalities of Sea Cucumber

HUO Da1, 2, 3, LIU Shi-Lin1, 2, YANG Hong-Sheng1, 2*

(1. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The frequent, massive summer mortalities of sea cucumbers have caused considerable economic losses and resulted in a serious decline in resources, which in turn has restricted the sustainable development of the industry of sea cucumber. This study analyzed the causes of the massive summer mortality of sea cucumbers considering environmental factors (including high temperature, low dissolved oxygen, low salinity, sulfide, ammonia nitrogen, and decayed algae), germplasm, pathogen, and anthropic factors. Based on that the analysis results, we proposed the concepts of “construction engineering”, “farming mechanization”, “monitoring automation” and “intelligent management”. In addition, for ensuring the health of sea cucumber in summer, a series of corresponding strategies have to be implemented: for example, stress-resistant seed cultivation, sediment and water quality investigation, development of a comprehensive breeding system and risk pre-warning system, and improvement of an emergency plan and modern breeding technology.

summer high temperature; low dissolved oxygen; sea cucumber; massive mortality

S947

10.12036/hykxjk20170616001

中國科學院戰略性先導科技專項(XDA11020700); 國家基金委-山東省聯合基金項目(U1606404); 中國科學院重點部署項目(KFZD-SW-106); 泰山學者資助(特聘專家)?；?達, 女, 碩士研究生, 從事刺參養殖生態學研究, E-mail: hyghd@126.com

楊紅生, 男, 研究員, 主要從事養殖生態與養殖設施、生境修復與資源養護、刺參生物學與遺傳育種等研究, E-mail: hshyang@qdio.ac.cn

2017-06-16,

2017-07-21