Aqu @teach：设计水上乐器的饲料

2020年9月3日 · Aqu@teach

水鱼饲料可以是自制的，也可以从专业饲料公司购买，这些公司根据鱼类的种类和年龄来制定特定饮食。通常，商业生产者使用专门饲料，因为它们能够保证满足鱼类的所有营养需求，而且与自己制作和配制饲料相比，往往更具成本效益。然而，配方饲料并不总是完美的，可能对鱼类生活和排泄废物的水质产生不同的影响。直到最近，科学家和工程师开始研究鱼类在再循环系统和水生单位的具体饮食。从理论上讲，它似乎可以为鱼提供颗粒饲料，这将有助于他们快速生长，同时为植物提供足够的营养物质，以后将 “饲料” 在这个水上。然而，在实践中，事情更加困难，并取决于许多复杂的参数，例如回收水的温度和 pH 值，以及鱼肠和生物过滤器中的微生物群。水上乐园医生应该了解饲料成分的基础知识，以便有一些方法判断最好从哪种饲料开始。虽然可能没有必要从头开始设计源，但学生应该能够在阅读以下部分之后为该系统选择最佳的饲料。

鱼类生长和氮保留

最终将作为氨被鱼消除的氮气来自饲料中的蛋白质。虽然饲料的其他成分中有一些氮，但几乎所有的氮被鱼吸收和消除作为废物是来自氨基酸，因为，正如他们的名字所示，它们都含有氮在化学组成。

如果我们知道饲料中氮的百分比，我们就可以通过类似于排尿的过程计算出氨排泄到水中的大约量。这种氨后来会变成硝酸盐，这将提供给工厂。在这里应该指出的是，但是，鱼并没有真正的小便，但是，与大多数哺乳动物相反，它们通过它们的分支来消除氮废物（类似于我们的肺部）。在以下各节中，我们将根据 Seawit * 等人 (1998)，探讨水生生态系统中氮的来源和命运，他们是最早发表关于水生生态系统营养循环研究的小组之一，几十年以前在他们的论文中，他们提供了一个方程来计算系统中的氮平衡，我们将使用它作为指导。在计算饲料中存在的氮气后，我们计算出鱼中保留多少，作为未吃掉的饲料丢失，并在粪便中丢失，最终结果是在周围水中的氨浓度。

氮源

饲料是我们水生系统中的主要氮源。为了计算通过饲料放入罐中的氮气总量，我们首先需要知道所使用的饲料量，以克或千克为单位。接下来我们需要知道饲料中蛋白质的百分比。这通常显示在进纸标签上，或者从进纸生产商处获得。如前面章节所述，鱼饲料含有较高的蛋白质比例，通常介于 25% 至 50% 之间。一旦我们知道蛋白质百分比，我们就可以通过将其除以 6.25 来计算氮的百分比。我们使用这个数字，因为营养学家认为 1/6.25 或大约 16% 的蛋白质是氮。因此，对于含有 35% 蛋白质的罗非鱼饲料，我们知道它有 35%\ * 16% = 5.6% 氮。例如，如果我们在一天内将 120 克饲料添加到罐中，我们将添加 120\ * 5.6% = 6.72 克氮气。

# 鱼类吸收氮气

鱼会吸收氮气进入其蛋白质沉积物，这主要是它的肌肉。然而，大多数鱼体重都是水，因此需要减少体重，因为氮素只存在于所谓的 “肌肉干重” 中。一般来说，根据我们实验室的结果和文献（例如，[Seawit * 等人 * 1998)]（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044848697001683），罗非鱼的干重约占其体重的 27%，或者换句话说，73% 的罗非鱼肌肉是水。

接下来，我们需要知道进料转换率 (FCR)。 FCR 是提供的饲料除以增加的重量之间的比例。 FCR 的反向称为进给效率，或称重增加除以进给量。 FCR 通常在鱼类中约为 1-2。另一方面，进给效率可以被视为 1 除以 FCR。也就是说，对于 1.5 的转换指数，进给效率为 1/1.5 = 66.73%。换句话说，大约三分之二的鱼吃的饲料将被鱼的肌肉吸收并算作生长。

当然，高进给效率（接近 100%）会更好；高进给效率越高，经济效益越高。然而，鱼有多少肌肉，他们可以累积随着时间的推移的最大限制。随着肌肉的增长，蛋白质的量会增长（以及肌肉中的总氮量），但肌肉中蛋白质的比例会保持或多或少的稳定。在罗非鱼中，氮相对于体重的总百分比约为 8.8%。这可能因物种而异, 但是是一个很好的近似数字.

因此，根据提供的饲料，我们可以估计鱼类中将保留多少氮。如果我们使用上述值提供 120 克饲料，那么鱼中留存的氮将通过将饲料乘以干重、饲料效率和鱼肌中氮的百分比来发现，即 120 克\ * 27%\ * 66.73%\ * 8.8% = 1.90 克饲料中的氮气将留在那条鱼

氮在固体中丢失

除了作为尿液丢失之外，氮废物还可能通过粪便丢失。我们可以测量粪便的蛋白质或氮含量，因为它积聚在我们系统的固体过滤器中，或者我们可以每天抽吸并储存它。固体废物也可能含有未摄入的饲料，但如上所述，很难确切测量鱼没有消耗多少饲料，因此我们将粪便和饲料整合在一起，而不是作为固体废物消耗。在分析之前，对固体废物进行干燥，以计算干燥重量，然后测量氮含量。在 RAS 系统中，固体总量约为 10%，即提供给鱼的饲料的 10% 最终成为固体废物（包括鱼粪和未摄入的颗粒）。经过分析，我们发现粪便的氮含量为 4.8%。

正如我们前面所解释的，蛋白质是 16％的氮，或者这是什么营养学家估计。因此，如果我们只有一定的氮气量，为了获得它最初来自的蛋白质量，我们需要通过将氮的量除以 16% 来 “反计算”，这与乘以 6.25%（1/16 = 0.0625 或 6.25%）相同。因此，在粪便的氮含量为 4.8% 的情况下，蛋白质的量将是 4.8%\ * 6.25% = 30%。

最后，为了计算每个我们提供给罐的饲料量在固体中损失的氮总克，我们需要将饲料量（120 克）乘以固体物质（粪便和饲料未食用）中丢失的饲料百分比，以及固体中氮的百分比（4.8%）。假设固体中的饲料损失百分比为 10%，在这种情况下，固体中的氮损失将是：120 克\ * 10%\ * 4.8% = 0.576 克饲料中的氮气作为固体丢失。再次，这只是一个例子，该百分比可能会因系统和其他条件而异。

# 氮在水中溶解为氨

接下来，我们可以使用上述计算来量化溶解在水中的氮，这基本上是作为氨废弃物丢失的。首先，我们加入鱼类吸收并丢失在粪便中的氮气，然后从通过饲料施加的氮气中减去它。剩余的氮是在水中丢失或溶解的量。 _{在上述情况下，6 克-（1.90 + 0.576）等于 4 克核浓度。} 也就是说，从饲料中得到的 63.1%（4.24/6.72）的氮被转化为 NH ₃。它被分支排泄为 NH ₃，但根据水的 pH 值，它被转化为 NH ₄。术语 TAN 表示总氨氮，或 NH ₃ + NH ₄ 的组合。在图 6 中，我们提供了一个实验结果示例，其中总氮在饲料中计算，然后在鱼类、粪便和水中进行测量。

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图 5：根据不同蛋白质来源（鱼粉、大豆、玉米面筋和豌豆浓缩物）使用四种不同饲料对罗非鱼进行氮循环分析的示例

鱼类生长和氮保留

氮源

# 鱼类吸收氮气

氮在固体中丢失

# 氮在水中溶解为氨

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