養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)課程案例教學(xué)淺談

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摘要:生產(chǎn)實(shí)踐技能和創(chuàng)新應(yīng)用能力是創(chuàng)新型應(yīng)用人才的必備素質(zhì)，也是應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)。案例教學(xué)有利于學(xué)生將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生分析思考問(wèn)題的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)踐中的疑難問(wèn)題，從而提高學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐技能和創(chuàng)新應(yīng)用能力。通過(guò)具體事例，闡述了養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)課程案例教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新應(yīng)用能力方面的具體作用。

關(guān)鍵詞:養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué);案例教學(xué);實(shí)踐技能;創(chuàng)新應(yīng)用能力

一、海水常量成分比例對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響

Na+、K+、Ca2+、Mg2+是海水中最主要的4種常量的陽(yáng)離子，其中Ca2+、Mg2+也是最主要的硬度離子，教材中強(qiáng)調(diào)了水體中Ca2+、Mg2+在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的重要作用和意義，并特別指出如果水中Ca2+、Mg2+比例不適時(shí)會(huì)引起養(yǎng)殖種類的大量死亡，并以羅氏沼蝦和中華絨螯蟹育苗為例，列出了兩者育苗中水體所需Ca2+、Mg2+的適宜含量及比例范圍。筆者在講授此處知識(shí)點(diǎn)時(shí)，補(bǔ)充了自己的研究成果，指出水體中Na+、K+比例不適時(shí)也同樣會(huì)不利于水產(chǎn)動(dòng)物的存活［3］。此外，還補(bǔ)充了以往一些學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)研究時(shí)，錯(cuò)誤地利用從鹽場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的粗鹽配制海水，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體表出血和死亡的現(xiàn)象，并就此讓學(xué)生分析造成這一現(xiàn)象的原因。在此基礎(chǔ)上，筆者又布置學(xué)生利用課間查閱資料，了解海水曬鹽的工藝流程。正是由于這樣的案例教學(xué)，使還處于生產(chǎn)實(shí)習(xí)的學(xué)生有能力為某對(duì)蝦育苗企業(yè)查明蝦苗死亡的確切原因，減少了該企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，提高了其技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，避免該企業(yè)在以后的育苗生產(chǎn)中再度發(fā)生這樣的問(wèn)題。2013年，我校海洋技術(shù)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)的4名學(xué)生在建湖縣長(zhǎng)蕩鎮(zhèn)的一家對(duì)蝦育苗企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，其間發(fā)生大批蝦苗死亡，死亡蝦苗沒(méi)有明顯病癥異常，企業(yè)技術(shù)人員無(wú)法查明蝦苗死亡的確切原因，往年也曾多次發(fā)生過(guò)蝦苗不明原因大量死亡的情況，給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至產(chǎn)生多次因連續(xù)大量死亡而不得不停產(chǎn)的局面。這4名學(xué)生雖然都是首次在水產(chǎn)育苗企業(yè)實(shí)習(xí)，毫無(wú)對(duì)蝦育苗的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但他們遇此事件后，立即了解蝦苗生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)查生產(chǎn)的每個(gè)細(xì)節(jié)，通過(guò)認(rèn)真思考和分析，很快確定了蝦苗死亡的真正原因。原來(lái)該育苗企業(yè)遠(yuǎn)離海邊，無(wú)法使用自然海水繁育蝦苗，為了節(jié)省成本，就從射陽(yáng)鹽場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)曬鹽池中的濃縮海水運(yùn)回，然后再用淡水稀釋到相應(yīng)鹽度繁育蝦苗，一批濃縮海水用完后再運(yùn)回下一批。正常情況濃縮海水都是取自鹽場(chǎng)蒸發(fā)池，經(jīng)淡水稀釋后其主要離子比例與天然海水無(wú)顯著差異，完全符合蝦苗繁育需求。如果發(fā)生暴雨或連續(xù)降雨，致使蒸發(fā)池中海水濃度較低時(shí)，工人為了運(yùn)回符合濃度需求的“濃縮海水”，往往不加思索的取結(jié)晶池中的水。結(jié)晶池中水的濃度遠(yuǎn)高于蒸發(fā)池，溶解度相對(duì)低的化合物(如氯化鈉)大多已經(jīng)結(jié)晶下沉，形成含少量K+和較多Ca2+、Mg2+的粗鹽，而上層的水則是含較低Na+和較多Ca2+、Mg2+的母液，雖然大量雨水導(dǎo)致母液的濃度降低，但已經(jīng)結(jié)晶下沉的離子不可能完全溶解，因此從結(jié)晶池中取的“濃縮海水”離子比例并不能滿足蝦苗繁育需求，從而導(dǎo)致蝦苗大量死亡。

二、對(duì)蝦浮頭原因分析

對(duì)蝦都生活在池塘的中下或底層水中，如果遷移到水的表層活動(dòng)這就是所謂的對(duì)蝦浮頭。造成對(duì)蝦浮頭一般有如下幾個(gè)方面的原因:(1)水體缺氧，養(yǎng)殖池塘水體溶氧含量通常隨水層深度增加而下降，因此當(dāng)水體缺氧時(shí)對(duì)蝦就會(huì)游到水的表層以獲取更多氧氣;(2)水體中亞硝酸鹽含量超標(biāo)，亞硝酸鹽濃度過(guò)高時(shí)，可通過(guò)對(duì)蝦體表進(jìn)入血液，將血液中的部分亞鐵血藍(lán)蛋白氧化成無(wú)載氧功能的高鐵血藍(lán)蛋白，致使對(duì)蝦血液載氧能力下降，對(duì)蝦游到溶氧更豐富的表層水中以增加血液中的氧分壓進(jìn)而增加血液的載氧能力;(3)對(duì)蝦生病，部分病蝦會(huì)在表層水的近岸處趴底蟄伏。以上無(wú)論哪種原因引起的對(duì)蝦浮頭，都會(huì)不利于對(duì)蝦的生長(zhǎng)和存活，如果不能迅速采取正確措施，如分別增氧、換水或?qū)ΠY治療，即會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)造成對(duì)蝦大量死亡，甚至絕產(chǎn)絕收，因此養(yǎng)殖戶最害怕看到對(duì)蝦浮頭。課程教材中只述及水體溶氧來(lái)源和消耗途徑以及幾種形態(tài)氮元素的相互轉(zhuǎn)化，并未提及對(duì)蝦的浮頭及其原因，筆者在講授完這些知識(shí)點(diǎn)后補(bǔ)充了對(duì)蝦浮頭的案例，此外筆者還在講授完水體溫度分布變化規(guī)律后，又補(bǔ)充了水產(chǎn)動(dòng)物喜歡在最適水溫層生活的案例。通過(guò)以上案例教學(xué)，提高了學(xué)生對(duì)對(duì)蝦浮頭現(xiàn)象的正確判斷能力。2011年暑假期間的某天傍晚，鹽城市區(qū)北郊一對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)200畝南美白對(duì)蝦發(fā)生浮頭現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)恰好有我校海洋技術(shù)專業(yè)的3名學(xué)生在該養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行暑期社會(huì)實(shí)踐，他們結(jié)合所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)并根據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果，完全排除了水體缺氧和亞硝酸鹽超標(biāo)的因素，又通過(guò)打樣觀察蝦的健康狀況，也迅速排除對(duì)蝦因病引起的浮頭，同時(shí)測(cè)定了蝦池表層水和底層水的水溫，最后分析認(rèn)為這種“浮頭”只是對(duì)蝦在其適宜溫度水域內(nèi)巡游的一種現(xiàn)象。但養(yǎng)殖場(chǎng)老板和技術(shù)人員養(yǎng)蝦近10年時(shí)間，在他們的經(jīng)驗(yàn)中只要對(duì)蝦浮頭就有發(fā)生大量死亡的危險(xiǎn)，因此他們并不相信學(xué)生的診斷結(jié)果，打電話向我咨詢，并希望我能到現(xiàn)場(chǎng)察看。通過(guò)電話交流，我基本認(rèn)同學(xué)生的分析結(jié)論，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看，發(fā)現(xiàn)大量對(duì)蝦在池塘周邊沿岸1m左右的表層水中巡游，為審慎起見(jiàn)再次打樣排除蝦病因素，最終確定學(xué)生的分析結(jié)論完全正確。事情發(fā)生的原因是由于當(dāng)時(shí)連續(xù)多天高溫，每天中午開(kāi)動(dòng)增氧機(jī)促進(jìn)上下水層交換，致使全池的上下層水溫均處于較高水平，事發(fā)當(dāng)天下午氣溫開(kāi)始下降，沿池塘周邊的水溫下降速度更快，通過(guò)實(shí)際測(cè)定發(fā)現(xiàn)池塘周邊表層水溫為32．4℃，池塘底層水溫度為35．7℃，由于該水溫已經(jīng)超過(guò)南美白對(duì)蝦的最適水溫范圍，因此對(duì)蝦就會(huì)在水溫更適宜的池塘周邊表層巡游，從而出現(xiàn)看似浮頭的現(xiàn)象，但這并非真正意義上的對(duì)蝦浮頭。

三、養(yǎng)殖水體氨氮測(cè)定方法改進(jìn)

養(yǎng)殖水體氨氮主要來(lái)源于殘餌和糞便中蛋白質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，同時(shí)養(yǎng)殖動(dòng)物自身排泄也會(huì)產(chǎn)生大量氨氮。氨氮中的非離子氨不帶電荷，具有較強(qiáng)的脂溶性，易透過(guò)細(xì)胞膜，對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物具有較強(qiáng)的毒性。當(dāng)非離子氨濃度(以氮計(jì))達(dá)到0．01～0．02mg/L時(shí)，水產(chǎn)動(dòng)物就會(huì)慢性中毒，生長(zhǎng)受到抑制;達(dá)到0．02～0．05mg/L時(shí)，氨會(huì)和其他造成水產(chǎn)動(dòng)物疾病的病因共同作用，加速其死亡;達(dá)到0．05～0．2mg/L時(shí)，會(huì)破壞水產(chǎn)動(dòng)物的皮膚、胃和腸道的黏膜，造成體表和內(nèi)部器官出血;而在0．2～0．5mg/L的濃度下，水產(chǎn)動(dòng)物則會(huì)因急性中毒而死亡。因此水體氨氮含量是水產(chǎn)養(yǎng)殖中必不可少的常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)。當(dāng)前氨氮測(cè)定方法主要采用納氏試劑法［4－5］，該方法測(cè)定淡水水體氨氮非常簡(jiǎn)易且十分準(zhǔn)確，但測(cè)定海水水體氨氮?jiǎng)t非常耗時(shí)且煩瑣，必須先對(duì)水樣進(jìn)行蒸餾處理去除其中的干擾離子，這顯然不便于海水養(yǎng)殖生產(chǎn)中的氨氮測(cè)定。為了能獲得簡(jiǎn)易且準(zhǔn)確的海水氨氮測(cè)定方法，筆者以納氏試劑法測(cè)定水體氨氮為案例，詳細(xì)介紹其原理、海水中的干擾成分及抗干擾的一般方法，組織開(kāi)展海水水體氨氮測(cè)定方法改進(jìn)。學(xué)生根據(jù)案例教學(xué)介紹的測(cè)定原理和抗干擾的一般方法，通過(guò)添加適量酒石酸鉀鈉和氫氧化鈉降低海水中的Ca2+、Mg2+干擾，并采用無(wú)氨海水代替無(wú)氨純水繪制氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線，同學(xué)們?cè)诟倪M(jìn)研究中發(fā)現(xiàn)，不同鹽度海水的氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線方程不同，酒石酸鉀鈉和氫氧化鈉的添加量也不完全相同(具體見(jiàn)表1)，所以測(cè)定某一鹽度海水水樣中的氨氮含量，只要先繪制該鹽度海水的氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后直接測(cè)定反應(yīng)后的水樣吸光度，代入相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算即可得到海水水樣中的氨氮含量，測(cè)定方法簡(jiǎn)單易行而且準(zhǔn)確可靠。

四、養(yǎng)殖水體藍(lán)藻防治技術(shù)改進(jìn)措施

水產(chǎn)養(yǎng)殖的中后期，由于殘餌和糞便的不斷積累，極易造成養(yǎng)殖池塘藍(lán)藻大規(guī)模爆發(fā)，而藍(lán)藻細(xì)胞代謝會(huì)產(chǎn)生毒素，其死亡個(gè)體降解產(chǎn)生的毒素更多，從而危害水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)和存活。在藍(lán)藻暴發(fā)初期，水產(chǎn)動(dòng)物的攝食量會(huì)輕微下降，中期則下降顯著，此時(shí)如果不進(jìn)行有效治理會(huì)引起水產(chǎn)動(dòng)物的陸續(xù)死亡。因此筆者在講解養(yǎng)殖水質(zhì)及其調(diào)控部分，特別補(bǔ)充了藍(lán)藻暴發(fā)機(jī)理和生長(zhǎng)特點(diǎn)以及芽孢桿菌殺滅抑制藍(lán)藻的機(jī)理與芽孢桿菌的培養(yǎng)方法等具體案例。芽孢桿菌普遍都具有抑制和溶解藍(lán)藻的能力，通過(guò)與藍(lán)藻競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)，抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)并使其因營(yíng)養(yǎng)缺乏而死亡溶解，此外也可以直接作用于藍(lán)藻細(xì)胞，通過(guò)分解酶的作用使藍(lán)藻細(xì)胞快速死亡溶解。因此在水產(chǎn)養(yǎng)殖中廣泛采用芽孢桿菌治理藍(lán)藻，但是由于蓄積于養(yǎng)殖池塘底部的氮不斷釋放到水體中，而池塘中往往缺少芽孢桿菌生長(zhǎng)繁殖所需的有機(jī)碳源，被殺滅的藍(lán)藻常常又會(huì)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，迫使養(yǎng)殖戶不得不多次重復(fù)潑灑，即增加了經(jīng)濟(jì)成本又增加了工作量，而藍(lán)藻的反復(fù)暴發(fā)也會(huì)不利于水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。為了解決生產(chǎn)實(shí)踐中利用芽孢桿菌無(wú)法徹底長(zhǎng)效治理藍(lán)藻的問(wèn)題，筆者讓6名同學(xué)組成了興趣小組開(kāi)展相關(guān)研究，他們利用小分子有機(jī)酸使水體pH值偏離藍(lán)藻生長(zhǎng)繁殖所喜好的高pH值，協(xié)助枯草芽孢桿菌快速殺滅藍(lán)藻;通過(guò)潑灑適量腐殖酸鈉消除藍(lán)藻毒素對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的危害;通過(guò)添加適量黑蔗糖作為有機(jī)碳源，促進(jìn)枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)繁殖，使養(yǎng)殖池塘水體中始終保持高含量的芽孢桿菌，長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)性消耗養(yǎng)殖池塘中的殘餌、糞便等氮源。該方法已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中取得非常好的應(yīng)用效果，不僅可以快速殺滅養(yǎng)殖池塘水體藍(lán)藻及消除其毒素危害，而且具有長(zhǎng)期抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)、防止被殺滅藍(lán)藻再次爆發(fā)的效果，使水產(chǎn)動(dòng)物的存活率和生長(zhǎng)率顯著提高。

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作者：呂富 聶慶 單位：鹽城工學(xué)院 海洋與生物工程學(xué)院