1. 溶解氧(DO - Dissolved Oxygen)
为什么要把溶解氧放到首位，因为在所有的水质参数中，溶解氧是最致命的参数，鱼和好氧菌的生存都离不开氧气。溶解氧的浓度和温度有一定的关系，在高温时溶解氧浓度低，在低温时反之，但是这种情况很尴尬的是，和鱼类的基本代谢和转化所需要的条件正好相反。除此之外，溶解氧还会因为盐度，气压，海拔等因素影响。研究表明，温水鱼在溶解氧浓度>5mg/L时，生长最快，也健康。浓度再高也并不会有大太的意义，鳃能够进入血液的氧就这么多。
技术细节
溶解氧的饱和浓度与水温的关系可以用Henry定律描述：Cs = KH·P，其中Cs为饱和溶解氧浓度，KH为Henry常数(与温度相关)，P为氧分压。在25℃淡水条件下，饱和溶解氧约为8.2mg/L。
鱼类耗氧率(OCR)计算公式：OCR = a·Wb，其中W为鱼体重(kg)，a和b为物种特定常数。例如虹鳟在15℃时a=0.35，b=0.8。
检测手段
溶解氧可由传感器检测，常见的有光学或电化学等多种类型的传感器可供选择。这些传感器能够实时、准确地监测水体中的溶氧含量，发光传感器不消耗氧，也不需要频繁的重新校准，寿命会更长更稳定。此外，还可以使用化学方法进行检测，如碘量法等，但化学检测方法相对操作复杂，不如传感器便捷，一般多用于实验室精确检测或对传感器数据进行校准。
| 检测方法 | 精度 | 响应时间 | 维护需求 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 光学传感器 | ±0.1mg/L | 15-30秒 | 每6个月校准一次 | 高 |
| 电化学传感器 | ±0.2mg/L | 45-90秒 | 每月校准，定期更换电解液 | 中 |
| 碘量法(Winkler法) | ±0.02mg/L | 10-15分钟 | 需实验室条件 | 低 |
解决方案
在设计循环水养殖系统时，合理规划水流和曝气装置，也有助于维持水体中溶氧的均匀分布，但是仅仅靠曝气的方式提供溶解氧，系统只能支持每立方米养殖40kg的鱼。当溶氧不足时，可使用紧急增氧系统（如纯氧）进行增氧。在一些大型循环水养殖设施中，配备专业的增氧设备，如微孔增氧机等，能够通过向水体中注入空气或纯氧，提高水体的溶氧含量。
实用建议：
- 对于高密度养殖系统(>50kg/m³)，建议采用纯氧增氧系统，配合文丘里管或U型管溶解器，可使氧传递效率达到85%以上
- 确保水体流动速度在0.2-0.3m/s，以保证溶解氧均匀分布
- 夜间增氧需求比白天高20-30%，需相应调整增氧量
- 定期检查增氧设备，防止堵塞或效率下降
2. 温度(Temperature)
鱼分为变温动物和冷血动物。每种鱼都有适合自己的温度范围去生长，它们的体温和周围的环境温度大致相同。传统上根据适应温度把鱼类分为了三大类：冷水鱼，凉水鱼和温水鱼。研究表明冷水鱼喜欢低于15摄氏度的水温，凉水鱼喜欢15-20摄氏度的水温，温水鱼喜欢20摄氏度以上的水温。
温度对鱼类代谢的影响
根据范特霍夫定律(Q10)，在适宜温度范围内，温度每升高10℃，鱼类代谢率增加2-3倍。温度系数计算公式：Q10 = (R2/R1)10/(T2-T1)，其中R为代谢率，T为温度。
温度管理要点
- 冷水鱼：如虹鳟、大西洋鲑，最适生长温度12-16℃，超过20℃会出现严重应激
- 凉水鱼：如鲈鱼、鲤鱼，适宜温度15-22℃，昼夜温差不应超过3℃
- 温水鱼：如罗非鱼、鲶鱼，适宜温度25-32℃，低于18℃停止摄食
温度控制方案
加热方案：可采用热泵、电加热器或锅炉加热。热泵能效比(COP)通常为3-5，最为节能。
降温方案：地下水交换、冷却塔或冷水机组。小型系统可使用蒸发冷却，成本较低。
温度波动控制：建议日温差不超过2℃，可使用缓冲水箱和精确温控系统。
3. 氨氮（NH₃和 NH₄⁺）
氨在水中以两种形式存在：非离子氨和离子氨。这两种形式浓度主要受水中pH，盐度和温度的影响，二者结合起来统称为总氨氮（TAN）或者简称氨。非离子氨氮是氨里面毒性最强的形式，它可以直接穿透细胞膜。当鱼类产生的尿素，尿酸，氨基酸，从尸体或者是濒临死亡的生物体上脱落的碎屑，残饵，粪便的氨氮在水体中积累时，会对鱼类的鳃组织、神经系统等造成损害，抑制鱼类的生长和繁殖，严重时可导致鱼类中毒死亡。
氨氮毒性影响因素
非离子氨(NH3)占比计算公式：%NH3 = 100/(1+10(pKa-pH))，其中pKa与温度相关(0℃时为9.56，25℃时为9.25)。例如在pH8.0、25℃时，约5.6%的TAN为有毒的NH3。
检测手段
氨浓度很容易用指示剂测定，此外还可用化学法，同样能通过颜色深浅指示浓度高低。对氨来说，纳氏试剂分光光度法最为常用，也有氨氮传感器可供使用，其优势在于能够实时在线监测，方便养殖人员及时掌握氨氮浓度变化情况。
| 检测方法 | 检测范围(mg/L) | 优缺点 |
|---|---|---|
| 纳氏试剂法 | 0.02-2.5 | 灵敏度高，但含汞有毒 |
| 水杨酸法 | 0.01-1.0 | 环保无毒，显色稳定 |
| 氨气敏电极 | 0.05-1000 | 快速直接，需定期维护 |
解决方法
当氨氮浓度过高时，可以通过添加酸降低pH值，使氨氮更多地以离子态（铵离子，NH₄⁺）存在，从而降低毒性。同时，加强生物过滤系统的运行，增加硝化细菌等有益微生物的数量，加速氨氮的硝化过程，将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，也是降低氨氮危害的重要措施。
生物过滤器设计要点：
- 比表面积：应选择>300m²/m³的滤料(如Kaldnes K1)
- 水力停留时间：建议15-30分钟
- 溶解氧：>4mg/L，硝化细菌需充足氧气
- pH值：7.5-8.5，硝化细菌最适范围
4. 亚硝酸盐（NO₂⁻）
亚硝酸盐是硝化反应的中间产物，是比较强的酸，对鱼有毒，需密切监测。因为它指示了生物滤器的情况，当转化亚硝酸盐至硝酸盐这一步的菌代表了生物滤器的工作状态是否正常。亚硝酸盐在水体中积累，会影响鱼类对氧气的摄取和运输，导致鱼类出现缺氧症状，他会氧化血红蛋白分子上的铁使从二价变为三价，产生高铁血红蛋白，呈现很有特色的褐色，俗称"褐血病"，亚硝酸盐进入血液的量取决于水中于氯离子的比例。
亚硝酸盐毒性机制
亚硝酸盐与血红蛋白的结合能力是氧气的300-1000倍，形成高铁血红蛋白(MetHb)后失去携氧能力。安全浓度计算公式：[NO₂⁻]safe = [Cl⁻]/30，其中[Cl⁻]为氯离子浓度(mg/L)。
检测手段
亚硝酸盐可用指示剂监测，通过不同颜色显示不同浓度；也可用化学法测量，化学法能够更精确地测定亚硝酸盐的含量。此外，一些水质监测设备也具备亚硝酸盐检测功能，可实现连续监测。
| 检测方法 | 原理 | 检测限(mg/L) |
|---|---|---|
| 重氮化偶合法 | 与对氨基苯磺酸反应生成紫红色染料 | 0.001-1.0 |
| 离子色谱法 | 利用离子交换分离检测 | 0.005-10 |
| 电化学传感器 | 测量氧化还原电流 | 0.01-100 |
解决方法
当亚硝酸盐超标时，可通过换水降低其浓度，同时加强生物过滤系统的管理，确保硝化细菌等微生物的活性和数量，促进亚硝酸盐向硝酸盐的转化。在养殖过程中，合理控制饲料投喂量，减少有机物的输入，也有助于减少亚硝酸盐的产生，可以通过添加普通盐和氯化钙，提高氯离子的水平可以减少血液吸收亚硝酸盐的量。
应急处理方案：
- 添加食盐(NaCl)至0.1-0.3%浓度
- 增加水体交换率至300%/天
- 临时降低投喂量50%
- 添加维生素C(100mg/kg鱼体重)增强抗应激能力
5. 硝酸盐（NO₃⁻）
硝酸盐是硝化反应的终产物，是所有含氮化合物中毒性最小的。虽然硝酸盐对鱼类的直接毒性相对较低，但如果其在水体中积累过高，也会影响水体的生态平衡，可能导致藻类过度繁殖等问题，间接影响养殖生物的生存环境。
硝酸盐积累影响
长期暴露在高浓度硝酸盐(>100mg/L)会导致鱼类生长迟缓、繁殖障碍和免疫功能下降。硝酸盐还原菌在缺氧条件下可将NO₃⁻还原为有毒的NO₂⁻。
检测手段
硝酸盐可用指示剂测定，通过不同颜色显示不同浓度；也可用化学法测量，化学法能更精确地检测硝酸盐含量。此外，一些多参数水质监测仪器也可以对硝酸盐进行检测。
| 检测方法 | 适用场景 | 检测范围(mg/L) |
|---|---|---|
| 镉柱还原法 | 实验室精确测定 | 0.01-10 |
| 紫外分光光度法 | 在线监测 | 0.1-50 |
| 硝酸盐试纸 | 现场快速检测 | 0-500 |
措施和工具
当硝酸盐浓度过高时，换水是较为直接有效的降低其浓度的方法。同时，在循环水养殖系统中合理设置反硝化系统，利用反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气排出水体，也是控制硝酸盐浓度的重要手段。
反硝化系统设计要点：
- 碳源添加：甲醇或乙醇，C/N比3:1
- 溶解氧控制：<0.5mg/L
- HRT：4-8小时
- pH值：7.0-8.0
6. pH值
pH值受鱼和菌的活动影响显著。鱼类的呼吸作用会产生二氧化碳，二氧化碳溶于水形成碳酸，使水体pH值降低；而微生物在分解有机物的过程中，也会产生酸性或碱性物质，从而影响pH值。pH值的稳定性已被证实严重影响鱼的状态，如摄食和饲料转化率（FCR）。大多数淡水水生动物的最适宜的生长pH值范围在6.5-9.0之间，不合适的pH值会影响鱼类的生理机能，过高或过低的pH值都可能损害鱼的鳃组织，影响呼吸功能，进而降低食欲，阻碍生长。
pH值变化规律
养殖水体pH日变化规律：早晨最低（呼吸作用积累CO₂），傍晚最高（光合作用消耗CO₂）。正常日变化幅度应<1.0，超过此值表明缓冲能力不足。
检测手段
可以使用试纸进行检测。试纸检测成本较低，携带方便，适合在一些对精度要求不是特别高的场合快速判断pH值的大致范围。此外，除了试纸，pH传感器相对便宜且易用，校准操作也具有规律性。
| 检测方法 | 精度 | 响应时间 |
|---|---|---|
| 玻璃电极法 | ±0.01 | 1-2分钟 |
| 试纸比色法 | ±0.5 | 即时 |
| 光学pH传感器 | ±0.1 | 30秒 |
解决方法
若要提高pH值，可以添加石灰、苏打、碳酸氢盐等碱性物质；若要降低pH值，则可以添加酸类物质。在实际操作中，需要根据检测到的pH值偏差程度，谨慎添加相应物质，并密切观察水体pH值的变化，确保调整过程平稳，避免对养殖生物造成应激。
pH调节注意事项：
- 单次调节幅度不超过0.5单位
- 调节速度不超过0.5单位/小时
- 优先通过CO₂控制调节pH
- 避免直接添加强酸强碱
7. 碱度（硬度）
碱度是水的pH缓存能力的度量。在RAS中，酸碱平衡对于养殖生物的生存环境起着关键作用。它与水中二氧化碳的动态平衡密切相关，成正比关系，能够缓冲pH值的剧烈波动。当水体中存在酸性物质（如鱼类代谢产生的二氧化碳溶解形成碳酸）时，碱度可以与之反应，维持pH值的相对稳定，为养殖生物创造一个适宜的生存环境。保持一定水平的碱度，有助于维持水体的化学稳定性，减少因水质突变对养殖生物造成的应激。
碱度组成
总碱度=HCO₃⁻+CO₃²⁻+OH⁻-H⁺。养殖水体理想碱度为50-150mg/L CaCO₃。碱度与CO₂关系：CO₂+H₂O⇌H₂CO₃⇌H⁺+HCO₃⁻⇌2H⁺+CO₃²⁻
检测手段
总碱度检测有多种方法。碱度可以由0.002N的硫酸滴至pH4.5，或者用酚酞指示剂在滴定终点时显示颜色变化。这种方法操作相对简便，不需要复杂的仪器设备，适合在养殖现场快速进行初步检测。
| 检测方法 | 终点指示 | 精度(mg/L) |
|---|---|---|
| 酸碱滴定法 | 甲基橙(pH4.5) | ±5 |
| 电位滴定法 | pH电极 | ±2 |
| 计算法 | 根据pH和CO₂计算 | ±10 |
措施和工具
当检测发现碱度不足时，可以添加石灰、苏打、碳酸氢盐或其他提高pH的产品来提升碱度。例如，在一些小型循环水养殖系统中，适量添加碳酸氢钠（小苏打）是较为常见且有效的提升碱度的方式。但在添加过程中，需要严格控制剂量，避免添加过量导致碱度过高，反而对养殖生物产生不良影响。
碱度调节方法：
- 碳酸氢钠(NaHCO₃)：1g/m³可提高碱度约17.8mg/L CaCO₃
- 氢氧化钙(Ca(OH)₂)：1g/m³可提高碱度约27mg/L CaCO₃
- 碳酸钠(Na₂CO₃)：1g/m³可提高碱度约18.9mg/L CaCO₃
8. 二氧化碳（CO₂）
二氧化碳在循环水养殖中有两种形态：自由态和水合态，二者的比例由pH和碱度决定。自由态的二氧化碳对鱼的状态影响较大，它会影响水体的pH值和碳酸平衡。当自由态二氧化碳含量过高时，会使水体pH值降低，影响鱼类的生理功能；而水合态二氧化碳则在一定程度上反映了水体的缓冲能力和化学平衡状态。
CO₂浓度计算
自由CO₂(mg/L)=[H₂CO₃]=[HCO₃⁻][H⁺]/K₁，其中K₁为碳酸一级解离常数(4.45×10⁻⁷ at 25℃)。安全浓度：<20mg/L(冷水鱼)，<15mg/L(温水鱼)。
检测手段
检测水合态二氧化碳时，只需检测水体的pH值即可，因为二氧化碳与pH值之间存在密切的化学平衡关系。通过pH值的变化，可以间接推断二氧化碳的含量变化。使用pH传感器或试纸都可以进行检测，传感器的优势在于能够实时连续监测，而试纸则更便于现场快速初步判断。
| 检测方法 | 测量对象 | 精度 |
|---|---|---|
| pH-碱度计算法 | 自由CO₂ | ±5% |
| CO₂电极 | 溶解CO₂ | ±2mg/L |
| 比色法 | 总CO₂ | ±10% |
解决方法
当水体中二氧化碳含量过高时，可以采用表面增氧或塔式曝气装置进行脱气，通过增加水体与空气的接触面积，促进二氧化碳从水体中逸出，从而降低二氧化碳含量，维持水体的化学平衡。
CO₂去除效率比较：
- 曝气塔：可去除60-80%过饱和CO₂
- 表面曝气机：去除率30-50%
- 滴滤式脱气：去除率70-90%
- 增加水面扰动：去除率20-40%
9. 菌类管理
有益细菌如硝化细菌、反硝化细菌它们将有毒的氨氮转化为亚硝酸盐，再进一步转化为硝酸盐，降低对鱼类的毒性。在缺氧条件下将硝酸盐还原为氮气排出，防止硝酸盐积累。它们是生物过滤的核心，维持水质稳定，保障养殖安全。有害细菌如弧菌、气单胞菌等,可能引发鱼类败血症、肠炎等疾病，影响养殖效益。
微生物生态平衡
理想微生物比例：硝化细菌(40-60%)、异养菌(30-50%)、反硝化菌(5-10%)、病原菌(<1%)。生物膜成熟标志：厚度100-200μm，DO梯度>2mg/L从外到内。
检测方法
常用的方法各有特点：培养法通过将水样接种到培养基上，培养后计数菌落，能够定量测定可培养细菌，但无法检测难以培养的菌种；显微镜计数法直接观察水样中的细菌，操作直观并可分析形态，但过程较繁琐，且对微小细菌的计数准确性有限；荧光定量PCR通过检测特定病原菌的核酸实现快速、高灵敏度分析，但成本较高且需要专业设备支持。综合运用这些方法，可更全面地监测水质微生物状况，保障养殖安全。
| 方法 | 检测目标 | 时间 | 灵敏度 |
|---|---|---|---|
| 平板计数法 | 可培养菌总数 | 24-48h | 10² CFU/mL |
| 荧光显微镜 | 总菌数 | 2-4h | 10⁴ cells/mL |
| qPCR | 特定病原菌 | 3-6h | 10 copies/mL |
解决方法
促进有益菌：
- 接种复合硝化细菌等有益菌制剂，快速建立优势菌群
- 保持水质稳定，将pH值维持在7.5-8.5、溶解氧≥5mg/L的适宜范围
- 实施精准投喂策略，减少残饵堆积
抑制有害菌：
- 定期使用二氧化氯(0.5-1.0ppm)或过氧化氢(5-10ppm)进行适度消毒
- 及时清理残饵和粪便，切断有害菌的营养来源
- 使用噬菌体制剂选择性抑制特定病原菌
水质管理综合建议
在实际养殖管理中，建议建立以下监测频率和应急措施：
| 参数 | 监测频率 | 预警值 | 应急措施 |
|---|---|---|---|
| 溶解氧 | 连续监测 | <4mg/L | 启动备用增氧系统 |
| 氨氮(TAN) | 每日1次 | >0.5mg/L | 检查生物过滤器，减少投喂 |
| 亚硝酸盐 | 每日1次 | >0.1mg/L | 添加氯化钠(5‰)，增加换水 |
| 硝酸盐 | 每周2次 | >100mg/L | 增加换水或启动反硝化系统 |
| pH值 | 每日2次 | <6.5或>9.0 | 逐步调节，避免突变 |
| 碱度 | 每周1次 | <50mg/L | 添加碳酸氢盐 |
| CO₂ | 每日1次 | >15mg/L | 加强曝气或脱气 |
系统维护建议
- 日常维护：每日检查设备运行状态，记录关键水质参数
- 每周工作：检查生物过滤器压差，反冲洗时保留1/3原滤料
- 每月工作：检测碱度，维持在80-120mg/L CaCO₃；校准传感器
- 季度工作：全面系统检查，清理沉淀池，更换部分滤料
- 年度工作：系统彻底清洗消毒，设备检修维护
数据管理建议
建立完整的水质数据日志，记录以下内容：
- 每日水质参数变化趋势
- 投喂量和鱼类摄食情况
- 鱼类行为观察记录
- 系统维护和设备运行状况
- 异常情况处理记录