我国水产品总产量自1990年起一直位居世界第一位,2015年达到了6 699.65万吨;同时我国也是世界上唯一养殖产量高于捕捞产量的国家,2015年养殖产量4 937.90万吨,占总产量的73.70%,养殖面积约8 465千公顷｡伴随着水产养殖业的发展,一方面传统的池塘养殖全程质量控制困难,病害频发;另一方面水资源的浪费惊人和环境污染严重,这些严重影响了现代水产养殖业的可持续健康发展,实际上这也是目前制约我国水产养殖业快速高效发展的瓶颈问题｡因此,对于养殖技术和模式的探究和实践针对性强,具有很重要的现实意义和价值｡充分运用循环式工厂化水产养殖先进技术及手段,创造养殖水生动物良好生态环境,以不受外界环境制约,最终实现高品质､高效率生产及养殖环境生态保护,并极大提高养殖资源利用率及养殖产品安全已成为国内外生态养殖可持续发展的重要研究方向和热点｡综合分析国外最新养殖模式,循环式工厂化水产养殖具有占用空间小,养殖环境可控性高､高效节水､产品质量好､保护环境等优点,是摆脱传统粗放经营性､资源依赖性生产方式,保护环境并实现水产养殖可持续发展的重要途径｡

国外循环式工厂化水产养殖研究进展

循环式水产养殖模式(Recirculation aquaculture system.RAS)在国外开始于20世纪60年代.具有代表性的是日本的鳗鱼生产企业､生物包静水生产系统和欧洲组装式多级静水系统,但是由于工艺流程太长､设备过于繁琐､投资大耗能大等未能推广｡此后澳大利亚出现了一体化循环式工厂化养鱼模式,将养鱼池和水处理系统组成独立的单元,并构建保温设施近年来,一系列先进养殖和水处理技术和设备的开发利用,促进了循环式工厂厂化生产模式在水产养殖行业中的迅速发展,比重也日益提升,日前在欧洲等部分发达同家,已经在其商业化的成鱼和育苗系统中基本全部采用循环式工厂化生产模式,现在这些国家的设施化循环生产系统已经能做到每日补水量仅为系统总水体的5%以下,与传统的流水养殖模式相比,可节水90%以上,养殖承载量也达到l0 kg/m2以上｡随着各种高新科技的发展,同外一些先进的水产企业目前正在研发新一代工厂化养殖模式,并向全程智能化､自动化发展,表1汇总了国外近5年典型循环式工厂化水产养殖技术的研究结果｡

表1 近5年国外典型循环式工厂化水产养殖技术研究进展

1.1 生物絮团技术

生物絮团技术(Biofloc Technology,BFT)是当今较为先进的水产养殖技术之一,在循环式工厂化水产养殖中具有净化水质､减少换水量､提高饲料利用率以及生物防治等作用｡BFT主要通过人为调节碳氮比(C/N),促进异养微生物的生长,利用微生物将养殖水体中的无机含氮化合物转化为菌体蛋白,达到净化水质､提高饵料蛋白转化率等目的｡ 此外,BFT在减少换水量上具有明显优势,减少了病原菌的外源引入,从而提高了生物安全性｡

Ekasari等评估了BFT技术在非洲鲶鱼鱼苗生产的影响,研究发现,BFT系统在提高鲶鱼产卵量和鱼卵质量的同时可以提高幼鱼的存活率和最终体长｡Rajkumar等研究表明,小麦粉作为一种易被微生物吸收的碳源,可以促进BFT系统中微生物的生长繁殖,有效减少养殖水体中的氨氮含量,并显著提高了凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)的养殖产量｡Vilani等通过对比研究了米糠(Rice bran RB)和糖浆(Molassas,MO)两种碳源对BFT 系统的作用,结果发现,不同的碳源诱发了相类似的微生物群落代谢行为,但RB在提高凡纳滨对虾产量上较MO提高了22%｡ Gaona等研究了养殖水体的不同流速对BFT沉降固体颗粒物的效率影响｡结果表明在低流速下更有利于固体颗粒物沉降以净化水质｡Esparza-Leal等研究了在BFT系统下不同盐浓度对凡纳滨对虾产量的影响,结果表明,在养殖28 d后,几纳滨对虾的终产量与盐浓度成反比关系｡Ekasari等用四种不问的碳源处理BFT系统,研究了不同碳源对凡纳滨对虾免疫应答反映和存活率的影响,结果表明,用木薯产品处理后的BFT系统中凡纳滨对虾的存活率最高,可达93%。

1.2 高效增氧技术

在水产养殖中,氧溶解量也是影响水产品生长的重要因素｡在严重缺氧的情况下.水体中的溶解氧(Dissolved oxygen,DO)若未及时恢复,将导致养殖对象浮头､泛池､乃至死亡.在降低水产养殖经济效益的同时导致水体恶化｡微孔曝气技术是目前应用较为广泛的一种高效增氧技术｡它利用微孔曝气管,将气体以微小的气泡形式分散到水体中,气泡上升过程中带动水体流动,将上层高DO的水体带入下层,同时水体的流动加快了微孔管周围高DO水体的扩散,提高了水体溶解氧量｡此外,纯氧溶气胶的发展,实现了水体快速增氧的日的,有望在水产养殖的缺氧急救上发挥作用｡

研究发现,微孔曝气技术得到的气泡较传统扩散器体积减少3~4倍,并且在增加曝气量及降低能源消牦上也有显著性效果｡ Andinet等通过微泡发生器来增加水体DO,研究了使用不同压力时对水体DO的影响,结果表明,在4.5个大气压时,效果最佳｡同时,使用纯氧微孔曝气较空气将得到更高的DO和更高的传输效率｡Kurniawan等设计了线性､环形及平行排列三种不同的微孔管,通过测量杂交鲶鱼的比生长速率､采食量､成活率､终产量等指标｡结果表明三个实验组的鲶鱼生长状况均显著优于对照组,且线性微孔管的效果最佳。

我国循环式工厂化水产养殖研究进展

20世纪80年代,我国开始初步尝试循环式工厂化水养殖模式,以引进欧洲国家循环水养殖设施为主,鉴于过高的成本而搁置｡后自主研发适合我国国情的循环水养殖设施与装备,如微滤机､臭氧发生器､蛋白分离器等的基础上,逐步完善了养殖技术和工艺｡然而,循环式工厂化水产养殖的关键技术仍处于探索阶段｡90年代后期,以大菱鲆循环式工厂化水产养殖模式在我国北方地区的迅速推广及养殖产量的大幅提高,一批技术更为完善的循环式工 厂化水产养殖系统也相继被研发出来｡目前,我国工厂化循环水养殖规模约为1X10 6m2 ,养殖种类包括海水鱼类､对虾等｡近年来,我国自主研发了多功能蛋白质分离器､多功能固液分离器装置､模块式紫外线杀菌装置､高效溶氧器装置､弹性刷状生物净化载体等设施装舒,循环水养殖水质净化处理工艺也得到进一步完善｡表2为我国近几年循环式工厂化水产养殖技术研究进展｡

表2 近几年国内典型循环式工厂化水产养殖技术研究进展

循环式工厂化水产养殖模式前景展望

尽管我国近几年的循环式工厂化养殖模式发展迅速,但在养殖技术与国外的比较还有不少差距｡通过借鉴国外循环水高效处理的新技术,将生物絮团､生物滤池､生物膜硝化反应等生物工程技术与循环水养殖系统结合,构建节能低耗､科学高效的现代养殖系统,实现水产养殖可持续发展｡尽管目前已经有部分循环式工厂化养殖企业开始采用先进的纯氧增氧设备,但是相关的机制研究以及微孔曝气增氧技术的各项参数条件优化还需要进一步深入研究｡此外,随着现代分析手段和信息技术的快速发展,通过有效结合水体在线监测技术与智能化技术相结合,建立水质影响因子多组分和实时的快速监测与分析系统,使未来的水产养殖向智能化方向发展｡

作者: 张晓双 傅玲琳 吕振明 伊祥华 王彦波