■張曉雙 傅玲琳 呂振明 伊祥華 王彥波*

（1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江杭州310018；2.浙江海洋大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江舟山316022；3.象山藍(lán)尚海洋科技有限公司，浙江象山315700）

我國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量自1990年起一直位居世界第一位，2015年達(dá)到了6 699.65萬(wàn)噸；同時(shí)我國(guó)也是世界上唯一養(yǎng)殖產(chǎn)量高于捕撈產(chǎn)量的國(guó)家，2015年養(yǎng)殖產(chǎn)量4 937.90萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的73.70%，養(yǎng)殖面積約8 465千公頃。伴隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的池塘養(yǎng)殖全程質(zhì)量控制困難，病害頻發(fā)；另一方面水資源的浪費(fèi)驚人和環(huán)境污染嚴(yán)重，這些嚴(yán)重影響了現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，實(shí)際上這也是目前制約我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速高效發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。因此，對(duì)于養(yǎng)殖技術(shù)和模式的探究和實(shí)踐針對(duì)性強(qiáng)，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。充分運(yùn)用循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖先進(jìn)技術(shù)及手段，創(chuàng)造養(yǎng)殖水生動(dòng)物良好生態(tài)環(huán)境，以不受外界環(huán)境制約，最終實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高效率生產(chǎn)及養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)保護(hù)，并極大提高養(yǎng)殖資源利用率及養(yǎng)殖產(chǎn)品安全已成為國(guó)內(nèi)外生態(tài)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向和熱點(diǎn)。綜合分析國(guó)外最新養(yǎng)殖模式，循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖具有占用空間小，養(yǎng)殖環(huán)境可控性高、高效節(jié)水、產(chǎn)品質(zhì)量好、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是擺脫傳統(tǒng)粗放經(jīng)營(yíng)性、資源依賴(lài)性生產(chǎn)方式，保護(hù)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

1 國(guó)外循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖研究進(jìn)展

循環(huán)式水產(chǎn)養(yǎng)殖模式（Recirculation aquaculture system,RAS）在國(guó)外開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，具有代表性的是日本的鰻魚(yú)生產(chǎn)企業(yè)、生物包靜水生產(chǎn)系統(tǒng)和歐洲組裝式多級(jí)靜水系統(tǒng)，但是由于工藝流程太長(zhǎng)、設(shè)備過(guò)于繁瑣、投資大耗能大等未能推廣。此后澳大利亞出現(xiàn)了一體化循環(huán)式工廠化養(yǎng)魚(yú)模式，將養(yǎng)魚(yú)池和水處理系統(tǒng)組成獨(dú)立的單元，并構(gòu)建保溫設(shè)施。近年來(lái)，一系列先進(jìn)養(yǎng)殖和水處理技術(shù)和設(shè)備的開(kāi)發(fā)利用，促進(jìn)了循環(huán)式工廠化生產(chǎn)模式在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中的迅速發(fā)展，比重也日益提升，目前在歐洲等部分發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)在其商業(yè)化的成魚(yú)和育苗系統(tǒng)中基本全部采用循環(huán)式工廠化生產(chǎn)模式，現(xiàn)在這些國(guó)家的設(shè)施化循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)能做到每日補(bǔ)水量?jī)H為系統(tǒng)總水體的5%以下，與傳統(tǒng)的流水養(yǎng)殖模式相比，可節(jié)水90%以上，養(yǎng)殖承載量也達(dá)到了10 kg/m2以上。隨著各種高新科技的發(fā)展，國(guó)外一些先進(jìn)的水產(chǎn)企業(yè)目前正在研發(fā)新一代工廠化養(yǎng)殖模式，并向全程智能化、自動(dòng)化發(fā)展，表1匯總了國(guó)外近5年典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的研究結(jié)果。

表1 近5年國(guó)外典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 生物絮團(tuán)技術(shù)

生物絮團(tuán)技術(shù)（Biofloc Technology,BFT）是當(dāng)今較為先進(jìn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)之一，在循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有凈化水質(zhì)、減少換水量、提高飼料利用率以及生物防治等作用。BFT主要通過(guò)人為調(diào)節(jié)碳氮比（C/N），促進(jìn)異養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)，利用微生物將養(yǎng)殖水體中的無(wú)機(jī)含氮化合物轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，達(dá)到凈化水質(zhì)、提高餌料蛋白轉(zhuǎn)化率等目的[9]。表2總結(jié)了國(guó)外不同種類(lèi)碳源應(yīng)用于BFT系統(tǒng)中的研究結(jié)果。此外，BFT在減少換水量上具有明顯優(yōu)勢(shì)，減少了病原菌的外源引入，從而提高了生物安全性。

表2 不同碳源在生物絮團(tuán)技術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

Ekasari等[10]評(píng)估了BFT技術(shù)在非洲鯰魚(yú)魚(yú)苗生產(chǎn)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，BFT系統(tǒng)在提高鯰魚(yú)產(chǎn)卵量和魚(yú)卵質(zhì)量的同時(shí)可以提高幼魚(yú)的存活率和最終體長(zhǎng)。Rajkumar等[11]研究表明，小麥粉作為一種易被微生物吸收的碳源，可以促進(jìn)BFT系統(tǒng)中微生物的生長(zhǎng)繁殖，有效減少養(yǎng)殖水體中的氨氮含量，并顯著提高了凡納濱對(duì)蝦（Litopenaeus vannamei）的養(yǎng)殖產(chǎn)量。Vilani等[12]通過(guò)對(duì)比研究了米糠（Rice bran,RB）和糖漿（Molassas,MO）兩種碳源對(duì)BFT系統(tǒng)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的碳源誘發(fā)了相類(lèi)似的微生物群落代謝行為，但RB在提高凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)量上較MO提高了22%。Gaona等[13]研究了養(yǎng)殖水體的不同流速對(duì)BFT沉降固體顆粒物的效率影響，結(jié)果表明在低流速下更有利于固體顆粒物沉降以?xún)艋|(zhì)。Esparza-Leal等[14]研究了在BFT系統(tǒng)下不同鹽濃度對(duì)凡納濱對(duì)蝦產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，在養(yǎng)殖28 d后，凡納濱對(duì)蝦的終產(chǎn)量與鹽濃度成反比關(guān)系。Ekasari等[15]用四種不同的碳源處理BFT系統(tǒng)，研究了不同碳源對(duì)凡納濱對(duì)蝦免疫應(yīng)答反應(yīng)和存活率的影響，結(jié)果表明，用木薯產(chǎn)品處理后的BFT系統(tǒng)中凡納濱對(duì)蝦的存活率最高，可達(dá)93%。

1.2 高效增氧技術(shù)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，氧溶解量也是影響水產(chǎn)品生長(zhǎng)的重要因素。在嚴(yán)重缺氧的情況下，水體中的溶解氧（Dissolved oxygen，DO）若未及時(shí)恢復(fù)，將導(dǎo)致養(yǎng)殖對(duì)象浮頭、泛池、乃至死亡，在降低水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)導(dǎo)致水體惡化。微孔曝氣技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種高效增氧技術(shù)。它利用微孔曝氣管，將氣體以微小的氣泡形式分散到水體中，氣泡上升過(guò)程中帶動(dòng)水體流動(dòng)，將上層高DO的水體帶入下層，同時(shí)水體的流動(dòng)加快了微孔管周?chē)逥O水體的擴(kuò)散，提高了水體溶解氧量。此外，純氧溶氣膠的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了水體快速增氧的目的，有望在水產(chǎn)養(yǎng)殖的缺氧急救上發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)[20]，微孔曝氣技術(shù)得到的氣泡較傳統(tǒng)擴(kuò)散器體積減少3～4倍，并且在增加曝氣量及降低能源消耗上也有顯著性效果。Andinet等[21]通過(guò)微泡發(fā)生器來(lái)增加水體DO，研究了使用不同壓力時(shí)對(duì)水體DO的影響，結(jié)果表明，在4.5個(gè)大氣壓時(shí)，效果最佳。同時(shí)，使用純氧微孔曝氣較空氣將得到更高的DO和更高的傳輸效率。Kurniawan等[22]設(shè)計(jì)了線(xiàn)性、環(huán)形及平行排列三種不同的微孔管，通過(guò)測(cè)量雜交鯰魚(yú)的比生長(zhǎng)速率、采食量、成活率、終產(chǎn)量等指標(biāo)，結(jié)果表明三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的鯰魚(yú)生長(zhǎng)狀況均顯著優(yōu)于對(duì)照組，且線(xiàn)性微孔管的效果最佳。

2 我國(guó)循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖研究進(jìn)展

20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始初步嘗試循環(huán)式工廠化水養(yǎng)殖模式，以引進(jìn)歐洲國(guó)家循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施為主，鑒于過(guò)高的成本而擱置。后自主研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施與裝備，如微濾機(jī)、臭氧發(fā)生器、蛋白分離器等的基礎(chǔ)上，逐步完善了養(yǎng)殖技術(shù)和工藝[23]。然而，循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵技術(shù)仍處于探索階段。90年代后期，以大菱鲆循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式在我國(guó)北方地區(qū)的迅速推廣及養(yǎng)殖產(chǎn)量的大幅提高，一批技術(shù)更為完善的循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)也相繼被研發(fā)出來(lái)。目前，我國(guó)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖規(guī)模約為1×106m2，養(yǎng)殖種類(lèi)包括海水魚(yú)類(lèi)、對(duì)蝦等。近年來(lái)，我國(guó)自主研發(fā)了多功能蛋白質(zhì)分離器、多功能固液分離器裝置、模塊式紫外線(xiàn)殺菌裝置、高效溶氧器裝置、彈性刷狀生物凈化載體等設(shè)施裝備，循環(huán)水養(yǎng)殖水質(zhì)凈化處理工藝也得到進(jìn)一步完善[23]。表3為我國(guó)近幾年循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)研究進(jìn)展。

表3 近幾年國(guó)內(nèi)典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)研究進(jìn)展

3 循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式前景展望

盡管我國(guó)近幾年的循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖模式發(fā)展迅速，但在養(yǎng)殖技術(shù)上與國(guó)外的比較還有不少差距。通過(guò)借鑒國(guó)外循環(huán)水高效處理的新技術(shù)，將生物絮團(tuán)、生物濾池、生物膜硝化反應(yīng)等生物工程技術(shù)與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建節(jié)能低耗、科學(xué)高效的現(xiàn)代養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展。盡管目前已經(jīng)有部分循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖企業(yè)開(kāi)始采用先進(jìn)的純氧增氧設(shè)備，但是相關(guān)的機(jī)制研究以及微孔曝氣增氧技術(shù)的各項(xiàng)參數(shù)條件優(yōu)化還需要進(jìn)一步深入研究。此外，隨著現(xiàn)代分析手段和信息技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)有效結(jié)合水體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)與智能化技術(shù)相結(jié)合，建立水質(zhì)影響因子多組分和實(shí)時(shí)的快速監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，使未來(lái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖向智能化方向發(fā)展。