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  • ISSN 1007-6336
  • CN 21-1168/X

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点篮子鱼(Siganus guttatus)对辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的初步探讨

赵博强 关春江 徐鹏 罗劲松 柳圭泽 张怡 蒲红宇 王孝程 贾川

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点篮子鱼(Siganus guttatus)对辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的初步探讨

    作者简介: 赵博强(1988-), 男, 吉林长春人, 工程师, 主要研究方向为滨海核电冷源安全运行管理对策, E-mail:zhaoboqiang@cgnpc.com.cn;
    通讯作者: 关春江(1965-), 男, 教授, 主要从事海洋生物监测技术研究, E-mail:cjguan@nmemc.org.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC1404404)
  • 中图分类号: X55

Primary study on ecological prevention of the algae using Siganus guttatus in the sea area of the water cooling system intake of the nuclear power plant in Liaodong bay

  • 摘要: 核电厂冷源取水海域海洋生物的异常暴发,会导致取水口堵塞,严重影响核电厂的正常运行。本文以点篮子鱼(Siganus guttatus)为实验对象,分别进行了室内和野外实验,室内模拟实验探讨了在不同温度(29℃、26℃、23℃、20℃和17℃)条件下点篮子鱼对常见优势藻类长石莼(缘管浒苔)(Ulva linza)的摄食作用,野外原位实验研究了点篮子鱼对长石莼和孔石莼(Ulva pertusa)的摄食行为。通过室内实验可以发现,点篮子鱼对长石莼有较强的摄食能力,并且在适合的生存温度范围内,温度越高摄食率越高,在29℃温度组中,平均摄食率高达7.86%;通过野外实验发现,点篮子鱼在实验海域生长良好,对长石莼和孔石莼喜好程度高且摄食积极。综上所述,点篮子鱼对辽东湾核电厂冷源取水海域具有海藻生态防治的潜力,但具体的实施措施和生态风险评估需要进一步探讨。本研究为核电厂冷源取水海域的海藻生态防治工作提供了理论基础和技术支持。
  • 图 1  点篮子鱼野外网箱实验鱼体适应和摄食情况

    Figure 1.  Adaptation and feeding of Siganus guttatus with net cage in field experiment

    图 2  实验组点篮子鱼死亡量

    Figure 2.  The mortality of Siganus guttatus in different experimental groups

    图 3  实验组点篮子鱼单体摄食量

    Figure 3.  Food ration of Siganus guttatus in different experimental groups

    图 4  实验组点篮子鱼平均摄食率

    Figure 4.  Ingestion rate of Siganus guttatus in different experimental groups

    图 5  升温实验组温度及点篮子鱼摄食率变化

    Figure 5.  Changes of temperature and ingestion rate of Siganus guttatus in temperature experimental group

    图 6  野外网箱实验点篮子鱼摄食率变化

    Figure 6.  Changes of ingestion rate of Siganus guttatus with net cage in field experiment

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-24
  • 录用日期:  2019-01-12
  • 刊出日期:  2020-02-20

点篮子鱼(Siganus guttatus)对辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的初步探讨

    作者简介:赵博强(1988-), 男, 吉林长春人, 工程师, 主要研究方向为滨海核电冷源安全运行管理对策, E-mail:zhaoboqiang@cgnpc.com.cn
    通讯作者: 关春江(1965-), 男, 教授, 主要从事海洋生物监测技术研究, E-mail:cjguan@nmemc.org.cn
  • 1. 辽宁红沿河核电有限公司, 大连 116001
  • 2. 国家海洋环境监测中心, 大连 116023
  • 3. 大连海洋大学, 大连 116023
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC1404404)

摘要: 核电厂冷源取水海域海洋生物的异常暴发,会导致取水口堵塞,严重影响核电厂的正常运行。本文以点篮子鱼(Siganus guttatus)为实验对象,分别进行了室内和野外实验,室内模拟实验探讨了在不同温度(29℃、26℃、23℃、20℃和17℃)条件下点篮子鱼对常见优势藻类长石莼(缘管浒苔)(Ulva linza)的摄食作用,野外原位实验研究了点篮子鱼对长石莼和孔石莼(Ulva pertusa)的摄食行为。通过室内实验可以发现,点篮子鱼对长石莼有较强的摄食能力,并且在适合的生存温度范围内,温度越高摄食率越高,在29℃温度组中,平均摄食率高达7.86%;通过野外实验发现,点篮子鱼在实验海域生长良好,对长石莼和孔石莼喜好程度高且摄食积极。综上所述,点篮子鱼对辽东湾核电厂冷源取水海域具有海藻生态防治的潜力,但具体的实施措施和生态风险评估需要进一步探讨。本研究为核电厂冷源取水海域的海藻生态防治工作提供了理论基础和技术支持。

English Abstract

  • 冷源取水安全是核电厂安全运行的重要环节,近些年来各类海洋生物的异常暴发所引起的核电厂取水口堵塞严重影响了核电厂的正常运行,情况严重的甚至导致了机组降功率、跳机乃至紧急停堆等事件的发生,直接影响核电厂的经济性、可靠性及安全性[1-2]。水母类和大型海藻是影响核电冷源系统安全的主要海洋生物,尽管目前大多数核电厂已经认识到海洋生物取水口堵塞事件的严重性,并采取了一些防控措施,从最初较传统的滤网拦截[3-4],到近些年来高压水枪清除、气泡和超声波驱赶等新技术的应用[5],这些防控措施都起到了一定的效果,但主要以人为的清理工作为主,对人力和物力都是极大的消耗,更高效的生物防治方法需要进一步的升级、探究和应用。

    点篮子鱼(Siganus guttatus),隶属于鲈形目(Perciformes),篮子鱼科(Siganidae),篮子鱼属(Siganus),产于热带、亚热带的印度-西太平洋及我国南海海域,点篮子鱼是一种以植食性为主、广盐、暖水性鱼类, 从珊瑚礁到河口水域都有分布[6-9],目前对于点篮子鱼的形态学[6, 10]、驯养技术[11-12]、水产养殖[13-17]、代谢生理学[18-21]及繁殖生物学[7, 22]等方面都有较系统的研究。在点篮子鱼的驯养和养殖方面,保持安静、避光的条件下运输和驯养点篮子鱼可以获得较高的成活率,并且在驯养和繁殖点篮子鱼的过程中使用主要成分为维生素c的化学药物可以有效避免篮子鱼因应激而造成的死亡[11]。此外还发现,点篮子鱼的放养密度为4.95 kg/m3时,其可以获得较好的生长性能[14]。研究发现,温度、盐度和pH对点篮子鱼的生殖和生长都会产生影响。在生殖方面,点篮子鱼精子的最适温度范围为25℃~30℃,最适盐度范围为30~35,精子活力和激烈运动都较高,在pH为7~8范围内,精子活力较高,激烈运动时间也相对较长,pH为8时点篮子鱼精子活力最高,精子激烈运动时间也最长[22]。水温和盐度对胚胎发育影响较大,点篮子鱼胚胎发育的适温为25℃左右,l5℃、20℃条件下的胚胎分别发育至原肠晚期、胚孔封闭期死亡,35℃条件下胚胎发育终止于胚体形成期,30℃下初孵仔鱼的活力差,畸形率高;胚胎发育的最适盐度范围为30.2~34.4,在盐度34.4~45.7范围内,随着盐度的增加,孵化率降低,畸形率升高,在盐度30.2~34.4范围内,孵化率在60%以上,畸形率在10%以下[7]。在生长方面,点篮子鱼幼鱼对低温敏感,耐寒能力较差,水体温度不宜低于14℃,温度骤变会使鱼体免疫能力下降[21]。而点篮子鱼对低盐的耐受力比较强,在盐度突然改变时能通过调节自身的抗氧化酶活力来清除体内多余的自由基, 但对淡水环境耐受力比较差[20]

    辽东湾周边海域藻类数量繁多,种类主要为长石莼(Ulva linza)和孔石莼(Ulva pertusa),伴随着海藻生长周期变化,一般在每年的4月—9月,大量脱落的海藻会随着海流汇至核电厂冷源取水口造成取水阻塞,严重威胁冷源系统的运行,甚至会造成发电机组停机,产生难以挽回的损失。点篮子鱼因其具有喜啃食网箱上的附着物、摄食养殖水域藻类的特点,能够有效减少人力物力在清理网箱及过度滋生的藻类等方面的投入,间接创造了经济效益,是一种具有生态意义的经济鱼类[23]。点篮子鱼有摄食长石莼等大型藻类的习性[23-24],将其应用于核电冷源取水海域的海藻防治是一种值得探究的生态防治方法。本文研究了室内条件不同温度下点篮子鱼对长石莼的摄食行为以及野外点篮子鱼对大型藻类的摄食行为,初步验证了利用点篮子鱼进行辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的可行性,并基于此探讨了点篮子鱼对辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的潜力,通过本研究以期为点篮子鱼在海藻生态防治相关技术的开发和应用方面提供理论基础和技术支撑。

    • 本研究点篮子鱼从海南省海口市邻近海域采集,选取鱼体健壮、无病害且规格齐整的成鱼,平均体重为(125.00±25.00)g,当日空运至大连,在23℃的水体中经过3 d的驯化,将肠道排空,随机分组进行室内和室外实验。实验海水购买于大连黑石礁处,使用之前进行数天沉淀处理。实验用养殖水缸尺寸为0.5 m×0.7 m×0.7 m,养殖水体体积120 L。

      野外网箱实验选取60尾大规格点篮子鱼,在辽东湾冷源海水进水口区域设置浮动式金属网箱,网箱尺寸为2.0 m×1.0 m×1.2 m,箱体三分之二部分浸没水中,有效水体积1.6 m3

    • 在室内实验中,将点篮子鱼随机分为5个实验组,利用温度控制器将实验海水温度分别控制在1#组29℃,2#组26℃,3#组23℃,4#组20℃,5#组17℃,每组设置3个平行水缸,每个水缸中放置4尾点篮子鱼,每个水缸中均装有循环水装置和充气泵,每天更换养殖水体,以保证适宜的养殖条件。每个实验组每天投喂采自大连金石滩养殖浮笩的新鲜长石莼30~200 g,投喂之前用天平进行称量,并记录,每天投喂一次。待第二天投喂之前进行残饵收集,收集时利用过滤网收集,将收集的残饵进行称量,并记录,实验时间为14 d。投喂期间不进行药物、诱食剂等人工干预。实验期间,随机抽取2 d,对水环境中的pH、溶解氧、盐度进行测量,以保证养殖环境处在点篮子鱼的耐受范围内。

      除5个实验组实验用鱼外剩余的21尾点篮子鱼收集于1000 L的暂养缸中统一养殖,控制温度从20℃缓慢上升至24℃,每天投喂,同时记录投饵量和残饵量,利用空气泵充氧,保证其正常存活。

      14 d的野外实验中,共设置一个实验网箱,投放60尾点篮子鱼,每天观察鱼类环境适应情况及藻类摄食情况(如图 1)。实验期间定期测定野外实验海域水质温度、盐度铵态氮、亚硝酸盐和pH等化学指标。每隔一天在核电冷源取水海域采集大型藻类进行投喂,大型藻类主要包括长石莼和孔石莼,投喂量根据摄食情况及时调整。投喂时间为上午8:00—10:00,每天调整网箱的缆绳适应潮水涨落,根据天气及海况及时调整网箱位置,预防风浪冲击、保证实验顺利开展。通过照片和录像记录实验鱼类状况,分析实验鱼的游泳能力、活动水层、运动状态、摄食过程和集群效果等,对于具有运输外伤的个体重点跟踪观察,分析外伤的自愈效果。

      图  1  点篮子鱼野外网箱实验鱼体适应和摄食情况

      Figure 1.  Adaptation and feeding of Siganus guttatus with net cage in field experiment

    • 根据以下公式计算摄食量Wd和摄食率GR(%)。

      式中:W0代表投喂饵料量;Wt代表残饵量;Wf代表鱼体重。

    • 在实验室实验中通过实验过程中的定期观察,发现每个温度组的点篮子鱼对长石莼均有摄食,但不同温度下摄食量不同。在实验过程中,发现点篮子鱼对长石莼通过上、下颌齿撕咬长石莼后进行吞咽,以此来摄食长石莼(如图 1a)。当长石莼投喂以后,投放的长石莼通常在水面上漂浮一段时间,然后缓慢下沉到水底。点篮子鱼进行试探性的摄食后,开始大量摄食。投喂之初,长石莼漂浮于水体上层,点篮子鱼上浮,头部上扬,主动摄食长石莼;当长石莼沉于水底后,受充氧水流的影响漂浮于水中时,点篮子鱼不主动追长石莼,而是当有长石莼碎片经过鱼体时,吮吸长石莼进行摄食。点篮子鱼会从藻体的一端开始摄食,一边用牙齿啮食一边吞入口中,最后用牙齿切断藻体,有时先直接切断或扯断藻体,再将藻体吞入。悬浮于水中的长石莼和漂浮于水面的长石莼同时存在时,多数点篮子鱼会优先摄食悬浮在水中的长石莼。

      野外实验期间,实验海域温度变化范围在25~26℃之间,盐度变化范围在31.6~32.2之间,铵态氮变化在0.045~0.1 mg/L之间,亚硝酸盐含量在0.004~0.001 mg/L之间,pH在8.3~8.4之间。经过两周的网箱养殖实验,观察到点篮子鱼完全能够在实验海域存活生长、能够快速适应水质环境条件,并且摄食适应情况良好,对于孔石莼和长石莼这两种实验海域最常见、生物量最大的藻类喜好程度高、采食积极。所有存活的实验鱼个体健康活跃、游动正常、摄食积极、伤病自愈情况良好(如图 1c-图 1f)。

    • 在5组温度控制实验的前期点篮子鱼成鱼没有死亡情况,存活率为100%,实验中期,由于在第8 d换水时实验设备出现故障,导致更换的水体温度为13℃~14℃,温度较低,受到低温水的刺激,高温组出现大量死亡,如图 2所示,在第10 d,1#组死亡7尾,2#组死亡1尾,3#组、4#组和5#组均未出现死亡;在第11 d,只有1#组出现死亡,死亡3尾,其余组未出现死亡;在第12 d,只有3#组出现死亡,死亡1尾,其余组未出现死亡;在第13 d,只有2#组出现死亡,死亡2尾,其余组未出现死亡;在第14 d,只有2#组出现死亡,死亡1尾,其余组未出现死亡。这说明点篮子鱼能够在17℃~29℃范围内存活。但受到低温刺激时,不同的实验组表现的应激反应不同,死亡量存在明显差异。但暂养组未受到低温刺激,存活率一直为100%。在野外网箱实验中,实验初期投放60尾点篮子鱼,14 d实验结束时存活56尾,存活率为93.33%。

      图  2  实验组点篮子鱼死亡量

      Figure 2.  The mortality of Siganus guttatus in different experimental groups

    • 在14 d的温度控制实验中,点篮子鱼各组间摄食量差异较明显,1#组点篮子鱼的单体摄食量明显高于其他各组(如图 3)。在实验第10 d,各组的单体摄食量均为0 g/(d·ind.)。1#组单体摄食量为0~24.83±15.88 g/(d·ind.),最高出现在实验第5 d,最低出现在实验第10 d,这可能是由于有低温刺激的影响,摄食量明显下降。2#组单体摄食量为0~(12.08±7.85)g/(d·ind.),最高出现在实验第2 d,最低出现在实验第10 d。3#组单体摄食量为0~(4.83±1.38)g/(d·ind.),最高出现在实验第1 d,最低出现在实验第10 d。4#组单体摄食量为0~(2.33±2.32)g/(d·ind.),最高出现在实验第1 d,最低出现在实验第10 d。5#组单体摄食量为0~(0.92±0.72)g/(d·ind.),最高出现在实验第4 d,最低出现在实验第10 d。

      图  3  实验组点篮子鱼单体摄食量

      Figure 3.  Food ration of Siganus guttatus in different experimental groups

    • 图 4是不同温度梯度下14 d各个实验组的平均摄食率,随着温度的提高,平均摄食率显著提升,1#组的平均摄食率最高,为7.86%,而5#组的平均摄食率最低,为0.24%,所有实验组的变化区间在0.24%~7.86%。

      图  4  实验组点篮子鱼平均摄食率

      Figure 4.  Ingestion rate of Siganus guttatus in different experimental groups

      除5个实验组实验用鱼外剩余的21尾点篮子鱼在14 d的温度上升实验中,其摄食率变化如图 5,摄食率变化范围为0~16.72%,在第7 d出现最高的摄食率,为16.72%,在第10 d出现最低的摄食率,为0%,14 d实验的平均摄食率为9.34%。

      图  5  升温实验组温度及点篮子鱼摄食率变化

      Figure 5.  Changes of temperature and ingestion rate of Siganus guttatus in temperature experimental group

      在野外网箱实验中,点篮子鱼摄食率变化如图 6,实验第2 d鱼体整体的摄食率为2.58%,经过两周的实验,摄食率持续快速增加,实验结束时摄食率为9.82%。

      图  6  野外网箱实验点篮子鱼摄食率变化

      Figure 6.  Changes of ingestion rate of Siganus guttatus with net cage in field experiment

    • 通过我们的实验可以发现,不论实验室条件和野外条件下点篮子鱼都能够摄食一定量的大型藻类,并且我们的结果与以往的实验结果相一致。王海涛等[25]对篮子鱼调控刺参池塘中大型海藻的技术进行了初步研究,发现点篮子鱼对北方刺参池塘内常见的长石莼、石莼、刚毛藻、大石花菜、水绵等均有摄食,池塘内混养一定数量的点篮子鱼可以有效控制大型海藻的过量繁殖。胡成硕等[23]进行长石莼投喂点篮子鱼摄食实验时发现,在饵料供应充足的情况下,平均体长(64.5±5.6) mm、体质量(7.6±1.3) g的点篮子鱼幼鱼对长石莼的平均日摄食量(湿重)为8.7 g,相当于自身体质量的1.1倍,以长石莼投喂平均体长(39.9±2.3) mm、体质量(2.1±0.2) g的点篮子鱼幼鱼,经过90 d的养殖,幼鱼达到平均体长为(66.0±5.8) mm、体质量(9.8±2.2) g,日均增长0.29 mm,日均增重0.09 g。可见点篮子鱼具有应用于大型藻类生态防治的潜力。

      值得注意的是,实验室条件下点篮子鱼的摄食量并不是一直维持在较高水平,而是呈现波动状态,在我们的实验中发现,在实验第10 d,所有组的点篮子鱼单体摄食量均为0 g/(d·ind.),这可能与其自身状态有关,当鱼体大量进食长石莼之后会出现短暂的暂停摄食情况,而后又逐渐开始摄食,摄食量逐渐上升。而在野外条件下,14 d的实验周期内摄食率持续增长,并最终达到最高的9.82%,低于实验室条件下摄食率的高峰值,可见野外环境中点篮子鱼对大型藻类的摄食情况更稳定。

    • 从实验结果可以看出,在实验设置的17℃~29℃温度梯度下,点篮子鱼的摄食率与温度呈明显的正相关关系,随着温度的升高,摄食率明显增加,其中29℃实验组的平均摄食率最高,17℃实验组的平均摄食率最低。在缓慢升温实验中,随着温度的缓慢升高,点篮子鱼的摄食率也有缓慢上升的趋势。这说明在适宜的温度区间内,适当的提高水体温度有利于提高点篮子鱼的摄食率,若在南方温度较高的海域投放点篮子鱼进行海藻生态防治,效果可能会更好,而对于北方海域而言,夏季水温相对较高时,更有利于点篮子鱼对长石莼的摄食,所以在夏季更适合投放点篮子鱼进行海藻生态防治,效果会相对较好。

      当受到低温刺激时,高温组耐受性明显低于低温组,说明温差对点篮子鱼存活率的影响较为明显。点篮子鱼属于暖水性鱼类,在北方池塘水温低于13.0℃时死亡;水温14.0℃~16.9℃,点篮子鱼活力差、摄食极少、游动缓慢、生长停滞;水温达到17℃以上,点篮子鱼活力逐渐增强,摄食量逐渐增加[26]。王妤等[27]研究发现点篮子鱼随着驯化温度的升高,最大临界温度和最大致死温度逐渐增大;随驯化温度的降低,最小临界温度和最小致死温度逐渐减小。点篮子鱼幼鱼的热耐受性明显受到驯化温度的影响。而对于北方海域而言,冬季水温较低,点篮子鱼会自然死亡,若进行海藻生态防治则不会在此方面产生次生灾害。此外,点篮子鱼虽然可以控制长石莼等有害藻类,但同时也会摄食当地的经济藻类,所以在引种篮子鱼进行养殖时需要加以严格控制并进行系统的现场实验,以免产生次生灾害。

    • 根据实验结果,点篮子鱼具备大型海藻生态防治的潜力,根据室内实验结果,点篮子鱼在29℃的水体中摄食率更高,防治效果更好。针对辽东湾核电厂冷源取水海域,还应根据具体海域情况选择适当的治理方式。我们建议首先选择海藻集中暴发的季节和区域进行网箱试验性投放,放置数个1 m×1 m×1 m的网箱,投放20尾规格在10~20 cm的商品规格点篮子鱼,不进行投喂,试养7 d,观察其成活率和体重变化情况,如果成活率>70%,可进行批量投放,如果低于70%则终止投放。试验性投放成功后进行批量投放,投放数量根据海藻监测量和具体海域温度而定,投放后要定时监测海藻量,同时要定期进行常规生态调查,注意可能产生的其他生态灾害。

    • 点篮子鱼对长石莼和孔石莼有较强的摄食能力,并且在适合的生存温度范围内,温度越高摄食率越高,低温时存活率较低,因此对于辽东湾核电冷源取水海域具有海藻生态防治的潜力,但具体的实施措施和风险评估需要进一步探讨。

参考文献 (27)

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