根據光合作用通用方程:
16NH4 + 92CO2 + 14HCO3 + 92H2O + H2PO4 —> C106H263O110N16P+ 106O2
我們可以發現,藻類每產生106摩爾氧,會同化16摩爾氨氮,或每產生 1 毫克氧,可同化0.1761毫克氨氮。而池塘中每投入 1 公斤飼料(蛋白含量40%、碳含量50%、飼料系數1.2)消耗1000克氧并產生40克氨氮,或每消耗1毫克氧會產生0.04毫克氨氮。可見光合作用產氧與飼料耗氧相同的情況下,藻類對氮的同化量是飼料氮產量的4.4025倍。意味著在沒有使用增氧裝置、飼料所消耗的溶解氧都來自光合作用的剩余氧的情況下,池塘中不會有氮的積累。
根據上述結論,理論上可知當人工增氧超過光合作用剩余氧的3.4025倍的時候,藻類不能完全同化由飼料產生的氨氮,必然造成池塘氨氮的積累,如果池塘沒有其它氮處理手段,就必須通過換水,將氨氮轉移出池塘,才能解決氨氮的積累問題。
由此可見,池塘飼料承載能力在有增氧裝置、且氧不受限制的情況下,是池塘天然生產力的函數。如果飼料質量按上述例子為標準,設天然生產力剩余氧為y(公斤/畝),則
池塘飼料承載量 = 4.4025×y(公斤/畝)
如果投餌率為魚蝦體重的2.5%,在不換水的情況下,則:
池塘的載水產量= 4.4025/2.5% = 176.1y(公斤/畝)。
當然,實際關系比這復雜得多,影響因素也很多,與養殖模式、飼料質量、養殖品種、投喂策略、氣候條件等都有關系。本例子只是簡單地表明池塘天然生產力與池塘養殖產量之間的示意關系。亦即通過提高池塘的天然生產力,可以提高池塘的承載量。
天然生產力與蝦蟹病害
對于天然水體而言,天然生產力決定了單位水體的蝦獲量,也就是產量,如水庫、湖泊。而對于人工投喂飼料的池塘而言,天然生產力則決定了池塘的凈化能力,即池塘的飼料承載量。
一個池塘的天然生產力不是一成不變的,對于堿度、溫度確定的池塘來說,天氣是影響天然生產力的最大因素。在晴天的日子里,天上飄來一片云,遮擋了太陽,天然生產力的最基礎表現——光合作用即刻降低。也就是說,池塘的天然生產力是時時刻刻在發生變化的。
當飼料輸入量小于池塘的最低天然生產力承載能力時,池塘水體不會有任何問題。當飼料輸入量大于一段時間(如幾天的陰雨天、或藻類老化等)的平均天然生產力的承載能力時,池塘水體可能由于污染的積累而出現水質波動,進而造成魚蝦病害發生。
飼料的進步提高了飼料中碳氮的有效率(降低污染)、增氧機的使用又進一步提高了飼料效率和水體污染物的凈化效果,因而在相同的池塘天然生產力條件下,我們池塘的飼料承載能力有了大幅度的提升,這是上世紀80年代后池塘養殖產量不斷提升的主要因素。但是,我們忽略了天然生產力的作用,以至于從上世紀80年代以后,基本上見不到關于池塘天然生產力研究的文獻。
隨著產量的進一步提高,飼料的污染超出了池塘自凈能力,轉移是唯一的途徑。因而大幅度的水交換成了池塘養殖的趨勢,最終整個養殖區域的大環境被污染(當然,也有市政、農業、工業、餐飲等污染),池塘雖然換了水,但由于水源污染,換水的作用并不理想,于是,病害開始高頻率發生。
輔助生產力與可控生態
池塘生態系統紊亂、病害發生的根源在于兩個方面,一是生產力的不穩定性(天氣變化、藻相變化等),二是飼料投入量與生產力不匹配,污染超出了生產力的凈化能力。那么,如果能使池塘的生產力穩定,并加以提高,以滿足飼料投入量的需求,這樣,池塘生態在一定范圍內就可以人為控制了。
一般來說,池塘的生產力來自天然生產力,即光合作用。有人把飼料投入也當成生產力,這是不完善的。所謂生產力,其本質是能量輸入。就天然生產力而言,其能量輸入方式為:
二氧化碳 + 水 + 光能 —> 碳水化合物 + 氧氣
(CO2 + H2O + 光能 —> CH2O + O2)
其中,二氧化碳和水是能量的載體,其能量以可燃物(CH2O)和燃素(O2)的形式存在。也就是說,可燃物和燃素是太陽輻射輸入池塘的具體形式。
例如,某池塘每平方米每天光合作用效率是4~16克氧、3.75~15克碳水化合物,即陰天時是4克氧、3.75克碳水化合物,晴天時是16克氧、15克碳水化合物。這種天氣的波動是造成池塘生產力波動進而引起池塘生態系統不穩定、不可控的主要因素。
既然引起池塘生態系統不穩定、不可控的光合作用是以可燃物(CH2O)和燃素(O2)的形式輸入池塘,那么,如果在太陽輻射不足,光合作用效率下降的時候,人為直接輸入CH2O和O2不就可以避免天氣變化引起的池塘生態系統不可控的麻煩。例如在上述池塘里,晴天時光合作用生產力是16克氧、15克碳水化合物。也就是說,直接往池塘里人為輸入16克氧、15克碳水化合物就相當于一個晴天的生產力。這種人為直接輸入光合作用產物(生產力)的方式我們稱為輔助生產力。
對于某個具體池塘,我們設定目標生產力=實際光合作用(即天然生產力)+輔助生產力,這樣,無論天氣如何變化,我們可以通過輔助生產力的靈活應用與調節,使池塘生態系統處于一個相對可控、穩定的狀態。