船舶噪声对大西洋鲑体质量、皮质醇及部分免疫指标的影响

陈芳旭，刘 晃，汤涛林，张宇雷，庄保陆

(1 水产科学国家级实验教学示范中心,上海海洋大学，上海 201306；2 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

大西洋鲑(Salmonsalar)隶属于鲑科鲑属，具有个体大、肉质好、不饱和脂肪酸含量高等特点，同时含有多种维生素和矿物质，是一种遗传变异性较稳定、营养价值较高的世界性养殖鱼类,在较低水温环境中生长快，并可进行高密度养殖，现已被很多国家引进养殖，成为人工养殖产量最高的冷水性鱼类之一[1]。大西洋鲑的传统养殖模式多为网箱、流水或水库养殖[2]。随着农业设施化、集约化的迅速发展，工业化养殖已经成为大西洋鲑养殖的主要模式[3]。中国大西洋鲑的养殖、育苗从2010年才开始起步[4]，主要集中在北方沿海地区。该地区夏季水温较高，水温平均在26 ℃左右，而大西洋鲑的适宜生长温度在12～16 ℃，因此不适宜大西洋鲑的海水网箱养殖。由于养殖空间和环境的限制，大西洋鲑养殖向深远海拓展成为发展趋势，其中以养殖工船养殖为代表之一，在过程中避免不了会受到船舶噪声的影响。

噪声对动物生理影响的研究目前较集中于海洋哺乳动物，而对鱼类生理影响的研究相对较少。Sverdrup等[5]研究发现，在不考虑鱼类听觉阈值的情况下，噪声能引起鱼类的内分泌胁迫应答。Lidia等[6]研究发现，噪声可以促进河鲈、鲤鱼和鮈鱼3种淡水鱼皮质醇的分泌。Santulli等[7]发现噪声会引起欧洲大西洋鲑鱼皮质醇的分泌。王文博等[8]的试验发现，拥挤和剧烈振荡胁迫造成草鱼血液内皮质醇质量浓度大幅度升高。鲫鱼在受到振荡后血液皮质醇质量浓度剧增，说明鱼体产生了强烈的应激反应[9]。

在工厂化循环水养殖和养殖工船中探明噪声对养殖品种的影响及相关机制，进而减少因噪声对鱼类生长健康的影响，对增加鱼的产量和质量、保障鱼类福利具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 船舶噪声来源与特征分析

船舶声音在“金科女神”号货船上进行采集，该船长160.8 m，排水量10万t。采用水听器(ST1030型，日本冲电气工业株式会社)、内置前置放大器灵敏度为-178 dB(0 dB=1 μPa，不均匀性小于±2 dB)、连接带有带宽滤波器和功率放大功能的声级计(SW1030型，日本冲电气工业株式会社，精度测量100～180 dB)进行声压均值显示和AD转换，使用专业数字式索尼录音笔(ICD-UX513F)对船尾压载水舱进行声音录制并存储为WAV格式，后续再通过Sonic Visualiser软件进行音频分析。测试前将水听器放入船舶压载水舱中，当船舶主机启动时，打开声级计开关进行测试。测试结果显示，船尾后甲板声音最大值为148 dB，船头声音最小值为120 dB。将录制存储的船舶声音传输到电脑上，通过Sonic Visualiser和Matlab软件对船舶噪声特征进行归一化处理分析，结果如图1所示。从图1可以看出，声音振幅相对平稳且密集。数据采集过程中，噪声功率主要分布在200 Hz以内，谱峰频率59.2 Hz，属于低频噪声，该噪声主要由主机振动产生。

图1 船舶噪声功率谱图Fig.1 Ship noise power spectrum

1.2 试验养殖系统

采用工厂化循环水养殖系统(图2)进行试验。该系统位于中国水产科学研究院如东试验基地，共9个养殖池，每个池子的直径2.3 m，水深1 m。水处理设备包括1台微滤机、1个硝化池、1个紫外消毒池以及2台冷水机(主要控制养殖水体温度)。在整个试验期间，养殖水体中的氨氮0.12～0.4 mg/L、溶氧6～10 mg/L、水温14～16 ℃、pH 6.5～7.8。

图2 工厂化循环水养殖系统工艺流程示意图Fig.2 Schematic process flow diagram of industrial recirculating aquaculture system

1.3 试验用鱼

挑选体格健康、大小一致的大西洋鲑720尾，平均体质量(44.01±11.0)g，均分到各个养殖池中，每个池饲养80尾。先在循环水养殖池中养殖7 d，让其适应养殖环境。采用自动投饲机投喂下沉性饲料(丹麦Aller饲料)，按实际摄食量进行投喂。

1.4 试验设计

本试验共设3组，分别为(120±5)dB和(150±5)dB两个不同噪声梯度试验组(分别标记为A组和B组)和一个空白对照组(CK组)，每个组设置3个平行。船舶声音的输出由笔记本电脑配合功放连接水下扬声器输出，水下扬声器置于养殖池内壁，距池底10 cm，且24 h对大西洋鲑进行连续噪声刺激。

试验开始前先在养殖池中回放船舶噪声，然后对回放的船舶噪声进行采集分析，以便比较船舶原声与回放船舶噪声的差异。从船舶噪声回放功率谱图(图3)来看，200 Hz以内回放信号与原始信号近似，200 Hz以上噪声功率较原始信号提高约10 dB。利用帕塞瓦尔(Parseval)定理计算出这部分功率占总功率的10%，可以忽略。为了确定与原信号的近似程度，计算2个信号的互相关函数并取绝对值(图4)，时延-0.5 s后，相关系数达到峰值0.937，可以认为两个信号基本一致。

图3 船舶噪声回放功率谱图Fig.3 Ship noise playback power spectrum

图4 原信号与回放信号的相关函数Fig.4 Correlation function of original signal and playback signal

1.5 样品采集

前一个月每隔10 d、后两个月每隔30 d进行体质量抽样检测(样本数10尾)和抽血抽样检测(样本数3尾)。在测量体质量的特征之前，先称取500 mg MS-222试剂溶于装有10 L水(取自养殖池)的方形收纳盒中，配成50 mg/L的MS-222溶液。然后将大西洋鲑放在装有质量浓度为50 mg/L的MS-222溶液的方形收纳盒中进行深度麻醉3～5 min，称体质量并记录，将数据保存在Excel软件中。之后再进行抽样(3条)抽血，用一次性2 mL注射器对大西洋鲑尾部脊椎抽血(1 mL左右)。血液样品于低温下凝固4 h，将抽好的血液放在转速3 000 r/min的离心机中进行分离处理，取上清液，置于-50 ℃超低温冰箱中保存待测。

1.6 测定方法

取-50 ℃保存的血清，使用南京建成生物工程研究所生产的试剂盒，碱性磷酸酶采用比色法，使用紫外分光光度计(TU-1810)检测；总胆红素采用钒酸氧化法，皮质醇激素酶联免疫法，分别使用酶标仪(SpectraMax-i3x)。

1.7 数据统计分析

试验中所涉及的数据均用平均值±标准差(Mean±SD)表示，采用SPSS22.0数据分析软件试验数据。使用方差分析对数据进行显著性分析，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果

2.1 船舶噪声对体质量的影响

对照组和2个试验组的大西洋鲑初始平均体质量均为(44.01±11.0)g，第10天和第20天，2个试验组的体质量增加略高于对照组，尤其在第20天，试验组与对照组存在显著差异(P<0.05)(图5)。在整个30 d试验周期里，对照组和A、B两个试验组的大西洋鲑体质量月增长率分别为49.42%、55.80%、49.76%。对照组的月增长率略低于两个试验组。在90 d的试验周期里，对照组和A、B两个试验组的大西洋鲑体质量日增长量分别为0.640 g/d、0.673 g/d、0.624 g/d，但两个试验组和对照组体质量整体增长趋势保持一致。采用方差分析对数据进行显著性分析，本试验中试验组和对照组的大西洋鲑体质量增长差异不显著(P>0.05)。

图5 船舶噪声对大西洋鲑体质量的影响Fig.5 Effect of ship noise on weight of Salmo salar

2.2 船舶噪声对皮质醇质量浓度的影响

如图6所示，在噪声刺激10 d后，大西洋鲑血液中的皮质醇质量浓度明显增加，第10天时，两个试验组的皮质醇质量浓度均明显高于对照组，且B组显著高于A组(P<0.05)。在第20天时，A组的皮质醇质量浓度有所下降，存在最低值，但B组略高于A组第10天皮质醇质量浓度，显著性分析显著高于A组的情况(P<0.05)。在第30～90天时，B组皮质醇质量浓度逐步下降，与A组相比较，后者有上升趋势，可能是由于采样过程中对大西洋鲑造成的暂时性应激，导致试验出现误差。两个试验组相较于对照组而言，后者的皮质醇质量浓度变化相对稳定，而A、B两组的皮质醇质量浓度呈现波动变化趋势，但整体还是趋于先上升后逐渐下降的态势。

图6 船舶噪声对血液皮质醇质量浓度的影响Fig.6 Effect of ship noise on cortisol content in blood

2.3 船舶噪声对总胆红素的影响

在噪声刺激10 d后，2个试验组大西洋鲑血液中的总胆红素质量浓度明显增加，B组的达到峰值，显著高于A组和对照组(P<0.05)(图7)。随着试验的进行，2个试验组的质量浓度逐渐降低，在第20天时，B组与A组的情况基本一致，不存在差异显著。在第30天时，A组比对照组和B组的总胆红素质量浓度略低，可能是由于在分析检测过程中样本受到了一定的污染产生的试验误差。在第60天时，对照组比两个试验组高，是B组的2.8倍，是A组的1.6倍，可能是由于采样过程中对大西洋鲑造成的暂时性应激，导致试验出现误差。在整个试验过程中，对照组变化趋势相对平稳，在第90天时，总胆红素质量浓度最低，可能是由于在分析检测过程中样本受到了一定的污染产生的试验误差。在试验90 d后，试验组和对照组的总胆红素质量浓度基本一致，恢复到正常水平，不存在显著差异(P>0.05)。

图7 船舶噪声对血液总胆红素含量的影响Fig.7 Effect of ship noise on total bilirubin content in blood

2.5 船舶噪声对碱性磷酸酶的影响

如图8所示，噪声刺激10 d后，大西洋鲑血液中的碱性磷酸酶质量浓度随着试验进行而逐渐升高，在第60天时，两个试验组的质量浓度均达到峰值，显著性分析，B组显著高于A组(P<0.05)。第60天后，各试验组的碱性磷酸酶质量浓度均有所下降，B组与A组基本持平，不存在显著差异(P>0.05)。而试验过程中出现的对照组碱性磷酸酶活性高于试验组的情况，可能是由于采样过程中对大西洋鲑造成的暂时性应激，导致试验出现误差。

3 讨论

3.1 船舶噪声对体质量的影响

本试验结果显示，在前30 d试验周期里，试验组和对照组会有所差异，两个试验组的体质量月增长率略高于对照组，但随后的两个月，试验组和对照组的体质量变化情况基本上没有统计学差异(P>0.05)。随着时间的推移，噪声对鱼类的影响逐渐减少。本研究结果与Wysocki等[10]、John等[11]有关通过模拟循环水养殖系统的噪声对虹鳟(Oncorhynchusmykiss)生长影响的试验结果类似。通过观察大西洋鲑试验过程的实际摄食情况，发现前30 d试验周期里，试验组的摄食量略高于对照组，而后60 d试验周期里，试验组的摄食量和对照组趋于一致。造成这种变化趋势的原因可能是由于船舶噪声打破原有的机理平衡，在噪声刺激下，大西洋鲑摄食增加，以便于其提高自身对船舶噪声环境的适应能力。短期内噪声对大西洋鲑造成了一定程度的刺激，影响了正常的生理稳态，但随着试验进行，这种稳态逐渐恢复，呈现适应状态。从试验周期和鱼的生长来看，大西洋鲑的体质量变化情况受船舶噪声影响有限。

图8 船舶噪声对血液碱性磷酸酶含量的影响Fig.8 Effect of ship noise on alkaline phosphatase content in blood

3.2 船舶噪声对皮质醇质量浓度的影响

多年研究发现，机体血液中皮质醇质量浓度的增加可以作为判断应激的重要指标。应激诱导血液皮质醇质量浓度升高已在很多试验中得到证实，在捕捉、惊吓、拥挤、水温和盐度等剧烈变化情况下，皮质醇质量浓度均有上升趋势[12]。本研究结果显示，在噪声刺激10 d后，两个试验组的皮质醇质量浓度均明显高于对照组，且B组显著高于A组(P<0.05)。整个试验过程中，A、B两组皮质醇质量浓度呈现波动变化趋势，但整体还是呈现先上升后逐渐下降的态势。这与施慧雄等[13]等做的有关船舶噪声对养殖鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)和大黄鱼(Pseudosciaenacrocea)血液中皮质醇分泌量影响的试验结果类似。另外，对虹鳟的研究表明，慢性应激和急性应激均能提高应激个体的血液皮质醇水平[14]。对大西洋鳕、河鲈的应激试验也得出相同的结论[15]。然而，Procarione等[16]和Ruane等[17]研究发现，慢性应激对虹鳟和鲤鱼血液皮质醇质量浓度并未产生影响。麦康森等[18]认为这是由于在长期慢性应激过程中，鱼类已经适应这些刺激，导致HPI轴产生负反馈调节，抑制其上游活性因子的表达和释放，进而抑制皮质醇的释放，使其质量浓度稳定在较低水平。试验刚开始时，皮质醇质量浓度升高可能是因为受到船舶噪声应激影响，随时间推移，大西洋鲑逐渐适应船舶噪声的养殖环境，皮质醇质量浓度也恢复正常水平。但具体是一种怎样的适应机制，还有待进一步研究。

3.3 船舶噪声对总胆红素的影响

总胆红素是诊断肝脏或胆道是否发生异常或病变的重要指标[19]，当肝脏受到刺激或异常时，血液中红细胞就会释放胆红素，因此，总胆红素质量浓度的升高暗示肝脏异常[20]。本研究结果显示，噪声刺激10 d后，两个试验组大西洋鲑血液中的总胆红素质量浓度明显增加，B组显著高于A组(P<0.05)。在试验第90天，试验组和对照组的总胆红素质量浓度基本一致，恢复至正常水平，不存在显著差异(P>0.05)。本试验结果与夏斌鹏[21]做的关于热应激对虹鳟总胆红素影响的结果类似。原因可能是由于噪声对大西洋鲑产生应激，肝脏受到刺激，为自身适应噪声环境，进而改变自身内部的生理状态，血液中红细胞释放更多的总胆红素，以适应环境的变化。当试验组总胆红素质量浓度达到一定峰值时又会慢慢下降，这种下降趋势比较平缓。从试验周期和总胆红素质量浓度变化情况来看，大西洋鲑能够适应船舶噪声的养殖环境，船舶噪声对大西洋鲑总胆红素分泌所造成的负面影响有限。

3.4 船舶噪声对碱性磷酸酶的影响

碱性磷酸酶主要功能是直接参与磷以及磷酸酯的代谢调节，对钙质的吸收、骨骼的形成等具有重要的作用，同时还具有参与调节机体代谢以及调节机体信号传导等许多生理活动[22]。本研究结果显示，噪声刺激10 d后，血液中的碱性磷酸酶质量浓度随着试验进行逐渐升高，在第60天时两个试验组的质量浓度均达到峰值，B组显著高于A组(P<0.05)。第90天，各试验组的碱性磷酸酶含量均有所下降，B组与A组基本持平，不存在显著差异(P>0.05)。试验结果与王艳妮等[23]、夏斌鹏[21]有关热应激对虹鳟磷酸酯酶的影响类似。大西洋鲑受船舶噪声影响后，体内碱性磷酸酶活性的整体变化趋势是先升后降，造成这种现象的原因可能是噪声应激刺激免疫系统，碱性磷酸酶活性升高，随着大西洋鲑对环境的适应，其体内碱性磷酸酶活性逐渐降低，逐渐恢复正常。从试验周期和碱性磷酸酶活性变化情况来看，大西洋鲑能够适应船舶噪声的养殖环境，船舶噪声对其碱性磷酸酶活性造成的负面影响有限。

4 结论

噪声作为一种环境污染源的同时，也是一种应激源。当动物机体受到相对应的应激时，会本能地做出行为和生理上的反应，以调节机体的稳态平衡。在本试验的研究结果中，大西洋鲑血液中的皮质醇含量在受到船舶噪声的刺激下，两个试验组的皮质醇含量均明显高于对照组，且B试验组显著高于A试验组(P<0.05)。随着试验进行，试验组皮质醇含量逐渐恢复原有的水平或维持在较高的水平。大西洋鲑血液中的总胆红素在船舶噪声的刺激下，含量显著增加，且表现出先上升、后下降，并逐渐恢复原有水平的趋势。大西洋鲑血液中碱性磷酸酶质量浓度在船舶噪声的刺激下，其活性表现出先上升、后下降，并逐渐恢复原有水平的趋势。在体质量增长方面，前30 d试验周期里，试验组和对照组会有所差异，两个试验组的体质量月增长率略高于对照组，但随后的两个月，试验组和对照组的体质量变化情况基本上没有显著差异(P>0.05)。随着时间的推移，噪声对鱼类的影响逐渐减少。前期可能由于噪声对大西洋鲑造成了一定的影响，使得试验组的增长率略高于空白对照组的增长率，但整体的趋势趋于平稳，没有太大的波动。