ボイド教授は、致命的、または食欲不振、成長の遅れ、病気への感受性の増大を引き起こす可能性のある、ストレスを引き起こす重要な変数について論じている。
養殖業者の間では、天然の餌となる生物の入手可能性により、エビやほとんどの魚種の池での生産量は1ヘクタールあたり作物あたり約500kg（kg/ha/作物）に制限されることがよく知られています。人工飼料を与え、毎日水交換を行い、エアレーションを行わない半集約型養殖では、通常1,500～2,000kg/ha/作物に達することができますが、収量を増やすと、必要な飼料量が多くなり、DO濃度が低下するリスクが高くなります。したがって、溶存酸素（DO）は池養殖における収量集約において重要な変数となります。
機械式エアレーションは、飼料投入量を増やし、収量を向上させるために使用できます。1ヘクタールあたり1馬力のエアレーションで、ほとんどの養殖種において1日あたり約10～12kg/haの飼料を供給できます。高いエアレーション率であれば、1ヘクタールあたり10,000～12,000kg/haの作物を生産することも珍しくありません。プラスチック製のライニングを施した池やタンクで高いエアレーション率を実現すれば、さらに高い収量を達成できます。
鶏、豚、牛などの高密度飼育において、窒息や酸素によるストレスが発生することは稀ですが、水産養殖ではこれらの現象は極めて一般的です。水産養殖において溶存酸素がなぜそれほど重要なのか、その理由を説明します。
地表付近の空気には、酸素が 20.95 パーセント、窒素が 78.08 パーセント、そして二酸化炭素やその他のガスが少量含まれています。標準大気圧 (水銀柱 760 ミリリットル)、摂氏 30 度の環境で淡水を飽和させるのに必要な分子状酸素の量は、1 リットルあたり 7.54 mg (mg/L) です。もちろん、光合成が進行している日中は、池の水は DO で過飽和状態 (表層水の濃度は 10 mg/L 以上になることがあります) になります。これは、光合成による酸素の生成量が、呼吸や空気への拡散による酸素の損失量を上回るためです。夜間に光合成が停止すると、溶存酸素濃度は減少します。養殖されているほとんどの水生生物にとって、3 mg/L 未満が最小許容濃度とみなされる場合もあります。
陸生動物は空気呼吸によって分子状酸素を獲得し、肺胞から吸収されます。魚類やエビ類は、鰓板を通して分子状酸素を吸収するために、鰓を通して水を汲み出さなければなりません。呼吸や鰓を通して水を汲み出すには、空気や水の重量に比例したエネルギーが必要です。
呼吸器系の表面を1.0mgの分子状酸素に曝露するために必要な、呼吸またはポンプで送り出す空気と水の重量を計算します。空気は20.95%の酸素を含むため、約4.8mgの空気には1.0mgの酸素が含まれます。
塩分濃度30ppt、水温30℃（水の密度は1.0180g/L）のエビ養殖池では、大気と飽和した状態での溶存酸素濃度は6.39mg/Lです。0.156Lの水には1.0mgの酸素が含まれており、その重さは159グラム（159,000mg）です。これは、1.0mgの酸素を含む空気の重さの33,125倍に相当します。
水生動物の消費エネルギー増加
エビや魚は、陸上動物と同量の酸素を得るために、はるかに多くのエネルギーを消費しなければなりません。水中の溶存酸素濃度が低下すると、鰓に1.0mgの酸素を供給させるために、より多くの水を鰓に送り込まなければならないため、問題はさらに深刻になります。
陸上動物が空気から酸素を奪っても、空気は水よりもはるかに密度が低いため自由に循環し、酸素は容易に回復します。例えば、25℃における空気の密度は1.18 g/Lですが、同じ温度の淡水では995.65 g/Lです。養殖システムでは、魚やエビによって奪われた溶存酸素は、大気中の酸素を水中に拡散させることで補充する必要があります。そのため、魚の場合は水面から水柱へ、エビの場合は水底へ溶存酸素を移動させるには、水の循環が必要です。水は空気よりも重く、エアレーターなどの機械的手段によって循環を促進したとしても、空気よりも循環が遅くなります。
水は空気に比べて酸素含有量がはるかに少なく、飽和状態で30℃の淡水では酸素含有量は0.000754%です（空気は20.95%です）。分子状酸素は水塊の表層に素早く浸透しますが、溶存酸素が水塊全体に移動する速度は、表層の酸素飽和水が対流によって水塊に混合される速度に依存します。池に生息する大型の魚やエビは、溶存酸素を急速に枯渇させる可能性があります。
酸素供給は困難
魚やエビに酸素を供給することの難しさは、次のように説明できます。政府の基準では、屋外イベントでは1平方メートルあたり約4.7人の人間が許可されています。1人あたりの体重が世界平均の62kgであると仮定すると、人間のバイオマスは1ヘクタールあたり2,914,000kgになります。魚やエビは通常、呼吸に必要な酸素量が体重1kgあたり1時間あたり約300mgです。この重量の魚のバイオマスは、最初は30℃で酸素で飽和していた10,000立方メートルの淡水池の溶存酸素を約5分で枯渇させ、養殖動物は窒息する可能性があります。1ヘクタールあたり47,000人の屋外イベント参加者は、数時間後には呼吸に困難を感じることはありません。
溶存酸素は養殖動物を直接殺す可能性があるため、重要な変数ですが、慢性的に溶存酸素濃度が低いと水生動物にストレスがかかり、食欲不振、成長の遅れ、病気に対する感受性の増大などを引き起こします。
動物の密度と飼料投入量のバランス
溶存酸素濃度の低下は、水中に潜在的に毒性のある代謝物が発生することにも関連しています。これらの毒素には、二酸化炭素、アンモニア、亜硝酸塩、硫化物などがあります。原則として、水源の水質特性が魚やエビの養殖に適している池では、十分な溶存酸素濃度が確保されている限り、水質問題が発生することはほとんどありません。そのためには、放流量と給餌量、そして自然源からの溶存酸素供給量、あるいは養殖システムにおけるエアレーションによる溶存酸素供給量のバランスをとる必要があります。
池での緑水養殖では、夜間の溶存酸素濃度が最も重要になります。しかし、より集約的な新しいタイプの養殖では、溶存酸素の需要が大きく、機械的なエアレーションによって溶存酸素濃度を継続的に維持する必要があります。
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投稿日時: 2024年9月30日