水產養殖環境下的氨濃度管理

水產養殖業是一種在受控環境下放養和捕撈水生生物的行業。水產養殖業如今已成為成長zui快速的動物類食品行業，2012年，所有消費魚類的約46%都是由水產養殖設施生產的。根據聯合國糧食與農業組織（UN FAO）報告《2012年世界漁業和水產養殖業狀態》稱，2010年水產養殖生產已經達到估計1250億美元的總產值，近30多年以來一直以平均8.8%的年度成長率擴張著，而這樣的成長率將在未來年份有望進一步增長1。由于健康的水生環境對于成功經營水產養殖具有至關重要的意義，所以保持水質達標和穩定水質參數一直是水產養殖業所面對的zui大關注點之一。盡管魚類都養殖在受控環境下，但水產養殖的密集而封閉的特性都對魚塘和循環系統的使用提出了額外挑戰。

　　在影響魚類行為特性和健康的所有水質參數當中，氨濃度是zui重要的一項。氨是一種氮與氫的無色氣態化合物，濃度較大時具有強烈的刺激性氣味。在水生環境當中，氨以兩種形式存在：離子態氨，相對沒有毒性，其化學結構式為NH4+，而有毒性的非離子態的氨則不帶電荷，其化學結構式為NH3。2 在任何給定時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，往往會導致有毒的非離子氨濃度升高。

　　在任何水生環境下的氮循環當中，氨都發揮著重要的作用。氮循環是一個氧化過程，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-）。這個過程既可發生在淤泥底層和植物的表面，也可發生在箱式養殖系統的生物過濾器內。NO2-對魚類仍有毒性，但可以刺激桿菌的生長和移殖，從而將NO2-轉化成毒性較低的NO3-形式。NO3-會隨后被水產養殖系統內的水生植物和藻類所吸取。氮氣循環直接受氧氣濃度和堿度影響，這兩者的降低都會造成循環終結，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的生長，從而會改變水生生物多樣性和生態系統的動態。

　　氨主要是經由魚類本身的廢物而進入水生環境的。魚類飼料當中經常包含高濃度的蛋白質，而當蛋白質經過分解代謝之后，就會生成副產品氨。隨后,魚類會通過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，并有一小部分經尿液排出5。而飼料當中的食物蛋白質含量與所生成的氨濃度直接成正比，蛋白質含量越高，氨濃度越大。氨的其它來源包括了藻類或未吃盡食物在水生環境內的分解，容積較小的水體內更容易出現氨濃度尖峰。

　　在魚塘內，氨“沉積”會以植物和藻類的形式發生。這些有機物需要氮氣作為生成的關鍵營養物質，而且這些營養來自于對水內含氨的吸收。隨著光合作用速率的提高，植物和藻類生長會加快，對氨的攝入量也會增加。盡管水生系統內藻類的存在會直接導致氨濃度的降低，但并不是一種去除氨的可行長期性方法。在冬季月份當中，氨的生產量穩定不變，但藻類的氨攝入量卻受到了限制。這會導致氨濃度上升，因此魚會因此感到壓力，而這段時間內，魚的免疫系統會由于氣溫較低而受到抑制9。而藻類的茂盛生長也會被破壞無遺，藻類種群會無緣無故地突然死亡。在這種狀況之下，藻類物質從氨的沉積處變成了另一個氨的來源，同時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，氨會直接和間接地影響到魚類，某些魚種更容易受到氨毒性的影響。在約0.05mg/L的較低濃度下，非離子氨對于魚類是有害的，有可能導致魚類生長不良以及飼料轉化率降低，降低產卵能力和受精能力，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2.0mg/L的情況下，氨會造成魚的鰓和組織損害、極度昏睡和死亡。在進食飼料量較少的冬季，氨的濃度可能會因為低溫降低了藻類光合作用的速率，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。

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

圖1：加拿大養魚場。照片由Claire Mitchel提供。

圖2：藻類生長茂盛的魚塘。圖片來自www.united-tech.com

圖3：非洲肺魚。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時刻的快照式信息，但卻不能反映出其在過程當中的動態波動。在氨濃度達到較高水平時，作為權宜之計，可以使用一系列的常用的替代手段來糾正這種現象。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期解決方案。

　　過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，極少能夠即刻產生效果。為了減少長期范圍內的風險以及盡量減少在亞致死量下氨暴露的相關影響，應按每個季度實施適度管理的保守喂食率，同時在每季度調整、監測蛋白質含量。在壓力緊張期內喂食會進一步惡化這個問題，因為這樣會讓飼料不能吃盡，助長氨濃度的上升。

　　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，而且經常在氨的毒性形式zui有可能達到zui高點的下午后半段時間施用10。這種方法不是通過去除氨發揮作用，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毒形式。實際上，在堿度足夠的魚塘內添加石灰，會導致pH值的快速偏離，只會讓氨的問題更加惡化。磷對于藻類起到了肥料的作用，增加了藻類數量，由此可以提高氨的攝入量11。在水產養殖業當中，光照才是藻類茂盛生長的主要催化劑，而不是營養物質的供應量，所以，盡管在藻類數量崩潰后重新恢復藻類茂盛生長方面有用，但增加磷在增長藻類數量方面效果甚低。

　　其它解決方案包括了增加魚塘內的通氧量以及用新水沖淡。通過給魚塘加氧，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的作用，反而更增加了氨的濃度12。用魚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，在較大規模的水產養殖企業，降低氨濃度尖峰所需的水量極為龐大，這樣會增加經濟和時間上的成本，并有可能將魚塘污水排放到當地環境內。

　　在水產養殖環境下，特別是在大規模養殖場內，對于高濃度氨并沒有什么快速見效的解決手段，所以重點應放在預防上而不是糾正上，而定期監測也成為其中關鍵的組成要素。

　　在水產養殖池塘或水箱較少的小規模養殖設計之內，手動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品，將能夠對包括氨濃度在內的多種水質參數實現連續監測，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，手動測試套件使用起來耗時過長，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間，并能讀取到實際讀數。

　　魚類生長并不會受對較高氨濃度的短暫日常暴露的影響。由于沒有什么保證奏效的可以在短期內減少較高氨濃度的辦法，所以重點仍要放在預防上。通過采取連續或定期監測水質參數的辦法，將可以識別出日常和季度性波動和趨勢。這些數據可隨后幫助實現更的水產養殖管理規范，并兼顧考慮到放養密度、捕撈密度以及所要實施的飼喂制度這幾個方面的問題。