文/周陸 張國(guó)奇 俞寶根 江芝娟 張友良

低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式構(gòu)建

文/周陸 張國(guó)奇 俞寶根 江芝娟 張友良

為探索新型現(xiàn)代漁業(yè)的養(yǎng)殖技術(shù)，進(jìn)行低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)魚(yú)模式的構(gòu)建和完善。以草魚(yú)等為該模式的試驗(yàn)魚(yú)，利用2套模式進(jìn)行試驗(yàn)，分析了模式中魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)、水質(zhì)變化、代謝物收集和養(yǎng)殖池水體交換等。結(jié)果表明低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)魚(yú)模式是一種節(jié)能節(jié)地和高產(chǎn)高效的養(yǎng)殖模式，較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

目前，傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的弊端已愈發(fā)顯現(xiàn)，探索新型現(xiàn)代漁業(yè)的養(yǎng)殖模式十分必要。通過(guò)調(diào)節(jié)放養(yǎng)密度來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和效益的最大化是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中的普遍做法，然而普通池塘的放養(yǎng)密度均有一定閾值。也有學(xué)者通過(guò)研究水體循環(huán)凈化水質(zhì)技術(shù)和生態(tài)養(yǎng)殖而達(dá)到增加養(yǎng)殖產(chǎn)量和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。亦有學(xué)者對(duì)室內(nèi)高密度養(yǎng)殖進(jìn)行研究，可使單位面積的產(chǎn)量和效益較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式提高2倍甚至更多，但目前此兩種養(yǎng)殖方式由于占地多和基礎(chǔ)設(shè)施投入大，運(yùn)行成本高，養(yǎng)殖品種局限性大等缺點(diǎn)，因而難以推廣。

低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖是區(qū)別于傳統(tǒng)養(yǎng)殖和工廠化養(yǎng)殖的一種新型養(yǎng)殖模式，其通過(guò)曝氣推水系統(tǒng)和自動(dòng)化代謝物收集（吸污）系統(tǒng)將高密度養(yǎng)殖和流水養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合，高產(chǎn)高

效零排放，實(shí)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)可持續(xù)生態(tài)養(yǎng)殖。該理念最初由美國(guó)Auburn University提出，并于2013年由美國(guó)大豆出口協(xié)會(huì)（USSEC）引進(jìn)至中國(guó)推廣。上海市松江區(qū)水產(chǎn)良種場(chǎng)于2014年開(kāi)始對(duì)該種養(yǎng)殖模式進(jìn)行探索，并在4個(gè)面積各為1h2的池塘內(nèi)建造該模式的養(yǎng)殖系統(tǒng)2套，現(xiàn)已初步形成較為成熟的養(yǎng)殖工藝技術(shù)體系。本文即報(bào)道了低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式的構(gòu)建與完善，以期為該模式的推廣提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

一、材料與方法

1.系統(tǒng)配置

（1）曝氣推水系統(tǒng)

曝氣推水系統(tǒng)主體為5m×1.2m× 1.8m（長(zhǎng)×寬×高）玻璃鋼架。玻璃鋼架正下方1.5m處為連

接了鼓風(fēng)機(jī)的納米管，納米管正上方為傾斜角度為45°的鋁質(zhì)擋板。當(dāng)納米管曝氣時(shí)，上升氣體帶動(dòng)水體垂直向上形成的水流為鋁質(zhì)擋板所阻，從而改變水流方向，推動(dòng)水體水平流動(dòng)，同時(shí)增加水體中溶解氧含量。

（2）集聚式養(yǎng)殖池

養(yǎng)殖池為22m×5m×2m（長(zhǎng)×寬×深）水泥池。其兩端開(kāi)口，均設(shè)有攔魚(yú)網(wǎng)。一端連接曝氣推水系統(tǒng)，一端連接集污收集系統(tǒng)。每套模式設(shè)集聚式養(yǎng)殖池5只。

（3）半自動(dòng)投餌系統(tǒng)

半自動(dòng)投餌系統(tǒng)由鋼架（高度為5m）、料斗（裝載量為200kg）、水平移動(dòng)行車(chē)、垂直起重機(jī)械和自動(dòng)投飼機(jī)組成。將餌料裝入料斗，由垂直起重機(jī)械吊至空中，再由水平移動(dòng)行車(chē)將其送至自動(dòng)投飼機(jī)上方，最后將餌料投放入自動(dòng)投飼機(jī)進(jìn)行投喂。

（4）集污收集系統(tǒng)

集污收集系統(tǒng)由集污池、鋼制橫梁、水平移動(dòng)行車(chē)、吸污水泵、排污槽和沉淀池組成。集污池兩端開(kāi)口，一端連接集聚式養(yǎng)殖池，池內(nèi)流動(dòng)水體流經(jīng)設(shè)有矮墻的另一端進(jìn)入凈化池塘，而魚(yú)類(lèi)代謝物受矮墻所阻集于集污池底。鋼制橫梁和排污槽置于集污池正上方，吸污水泵通過(guò)水平移動(dòng)行車(chē)在鋼制橫梁上水平移動(dòng)的同時(shí)將魚(yú)類(lèi)代謝物與水體混合物吸出并排放至排污槽，魚(yú)類(lèi)代謝物與水體混合物通過(guò)排污槽流入沉淀池。魚(yú)類(lèi)代謝物在沉淀池沉淀。

（5）凈化池塘

凈化池塘為養(yǎng)殖模式的載體，面積為20000m2。曝氣推水系統(tǒng)、集聚式養(yǎng)殖池、半自動(dòng)化投餌系統(tǒng)和集污收集系統(tǒng)均建于其中。池塘內(nèi)放養(yǎng)一定數(shù)量的鰱鳙，用以調(diào)節(jié)水質(zhì)，系統(tǒng)以外的區(qū)域適量種植水生植物。

2.模式構(gòu)建與后期改進(jìn)

低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式最初由曝氣推水系統(tǒng)、集聚式養(yǎng)殖池、集污收集系統(tǒng)和凈化池塘組成。每套模式為3條集聚式養(yǎng)殖池，聯(lián)排建于凈化池塘一側(cè)，而曝氣推水系統(tǒng)置于集聚式養(yǎng)殖池一端。集聚式養(yǎng)殖池前端的水體通過(guò)曝氣推水系統(tǒng)作用向另一端流動(dòng)，經(jīng)集聚式養(yǎng)殖池進(jìn)入集污池，然后流入凈化池塘，經(jīng)凈化池塘的自?xún)艉退参锏膬艋笥沙靥羶?nèi)兩臺(tái)曝氣推水設(shè)備順?biāo)浦良凼金B(yǎng)殖池內(nèi)。水體中的魚(yú)類(lèi)代謝物由集污池下游的矮墻所阻，集于集污池底部，再由吸污水泵吸至排污槽中流入岸上的沉淀池沉淀，上清液經(jīng)種植在塘埂上的水生蔬菜（空心菜、茭白）凈化后流入池塘，種植區(qū)域?yàn)?20m×2m。第二年，改2套模式共設(shè)置6條集聚式養(yǎng)殖池為10條，如此為增加養(yǎng)殖產(chǎn)量或降低放養(yǎng)密度提供保障；新建餌料運(yùn)輸行車(chē)，變?nèi)斯に宛D為機(jī)械設(shè)備送餌，形成半自動(dòng)投餌系統(tǒng)，減少了投餌工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)力；同時(shí)改集污收集系統(tǒng)的單泵吸污為雙泵吸污，使代謝物收集率較上一年度提高10.48%；第三年，改集污收集系統(tǒng)的手動(dòng)吸污為自動(dòng)吸污，設(shè)置吸污往復(fù)次數(shù)和時(shí)間間隔，吸污設(shè)備即自動(dòng)運(yùn)行，解決了白天人工開(kāi)啟設(shè)備比較繁瑣和夜間無(wú)人開(kāi)啟不能吸污的弊端，使代謝物收集率較上一年度提高約44.47%。在凈化池塘內(nèi)近塘埂2m水面處種植空心菜，增強(qiáng)水質(zhì)凈化。經(jīng)三年的設(shè)施設(shè)備改進(jìn)和養(yǎng)殖技術(shù)探索，逐步形成了完善的以曝氣推水系統(tǒng)推水增氧、集聚式養(yǎng)殖池高密度流水養(yǎng)殖、半自動(dòng)化投餌系統(tǒng)投餌、集污收集系統(tǒng)收集代謝物和凈化池塘凈化水質(zhì)的低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式。模式示意圖如圖1所示。

圖1.低碳集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式示意圖

3.模式管理

自2014年5月開(kāi)始進(jìn)行2套模式的養(yǎng)殖試驗(yàn)，2014年放養(yǎng)試驗(yàn)魚(yú)品種主要為草魚(yú)和團(tuán)頭魴“浦江1號(hào)”，2015年為草魚(yú)和“杭鱧1號(hào)”，2016年度為草魚(yú)、青魚(yú)和鯽魚(yú)。試驗(yàn)魚(yú)除“杭鱧1號(hào)”來(lái)自建光黑魚(yú)專(zhuān)業(yè)合作社外，其它均來(lái)自上海泖田濕地生態(tài)農(nóng)業(yè)投資有限公司。試驗(yàn)魚(yú)餌料選取蛋白為32%～36%的膨化飼料（寧波天邦股份有限公司）。放養(yǎng)初期，進(jìn)行養(yǎng)殖馴化工作。本模式中，水體的流動(dòng)迫使試驗(yàn)魚(yú)持續(xù)游動(dòng)，因此馴化工作較傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖難度大。馴化期間，每日投餌3次，分別為8:00、12:00和16:00。水溫達(dá)25℃時(shí)，每日投餌4次，7:00,11:00,14:00和17:00。投餌量視天氣、水質(zhì)及魚(yú)類(lèi)活動(dòng)情況而定。晝夜巡塘，確保各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。集污收集系統(tǒng)改進(jìn)前每日手動(dòng)吸污4次，改進(jìn)后自動(dòng)吸污設(shè)備設(shè)置為30分鐘/次，每次為一個(gè)往復(fù)。定期清理沉淀池底部的魚(yú)類(lèi)代謝物并稱(chēng)重。定期檢查魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)情況。

4.水質(zhì)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理

定期對(duì)凈化池塘和集聚式養(yǎng)殖池水體進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)檢測(cè)，適時(shí)調(diào)控水質(zhì)，同時(shí)定期測(cè)量集聚式養(yǎng)殖池上下游水體流速。水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要為溶解氧、氨氮、亞硝態(tài)氮、透明度、PH值和水溫，其中溶解氧與水溫使用YSI 550A型便攜式溶氧儀測(cè)量，PH使用METTLER TOLEDO FG2型便攜式PH計(jì)測(cè)量，透明度使用塞氏盤(pán)（北京漁經(jīng)生物技術(shù)有限公司）測(cè)量，氨氮和亞硝態(tài)氮采用奈氏試劑法( HJ535 -2009) 和N-( 1-萘基) -乙二胺分光光度法( GB /T7493 -87) 測(cè)量。水體流速使用HD-S通用水文流速測(cè)算儀（河南宏達(dá)爾儀表有限公司）測(cè)定。

氨氮、亞硝態(tài)氮和PH值采用EXCEL軟件分析，并作折線圖。

計(jì)算集聚式養(yǎng)殖池日水體交換量，公式如下:

V(change)=S·V·t

其中，V（change）為日水體交換量，S為水體流動(dòng)的橫截面積，V為水體流速，t為時(shí)間。

二、結(jié)果與分析

1.溶解氧、水溫與透明度變化

溶解氧、水溫與透明度3個(gè)年度的每月均值如表2所示，結(jié)果表明：溶解氧和透明度年變化規(guī)律為隨著時(shí)間的推移逐漸降低，至8月～9月時(shí)最低，之后逐漸升高，而水溫則相反。3個(gè)年度溶解氧和透明度比較結(jié)果為2014>2015>2016，但差距較小。

表1.部分水質(zhì)指標(biāo)的月均值統(tǒng)計(jì)表

2.氨氮、亞硝態(tài)氮和PH 變化

（1）3個(gè)年度氨氮、亞硝態(tài)氮和PH變化

3個(gè)年度的氨氮亞硝態(tài)氮變化如圖2a和圖2b所示，結(jié)果表明3個(gè)年度中氨氮和亞硝態(tài)氮含量差異較小且變化趨勢(shì)相似；3個(gè)年度的PH值變化如圖2c所示，3個(gè)年度中PH值差異較小且變化趨勢(shì)相似。

（2）水生蔬菜凈化前后氨氮和亞硝態(tài)氮的變化

沉淀池中代謝物沉淀后的上清液經(jīng)水生蔬菜（空心菜、茭白）凈化后的氨氮和亞硝態(tài)氮變化如圖3所示，結(jié)果表明在凈化前水體氨氮和亞硝態(tài)氮含量明顯高于凈化后，且兩者差異隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行先大后小，8月時(shí)最大。

3.水體交換情況

對(duì)集聚式養(yǎng)殖池水體流速進(jìn)行測(cè)定，其上游表層水體流速均值為0.60m/s，下游水深0m～0.2m處流速均值約為0.05/s，下游水深0.2m～0.3m處流速均值約為0.02/s，水深0.4m以下流速幾乎為0。以下游流速計(jì)， V(change)=1m2×0.05m/ s×86400s+0.5m2×0.02m/s×86400s，即每池每日水體交換量約為5184m3。

4.吸污設(shè)備改進(jìn)前后的代謝物收集效率和水質(zhì)變化比較

吸污設(shè)備經(jīng)過(guò)兩次改進(jìn)，兩次改進(jìn)后的代謝物收集效果和水質(zhì)變化如表3和表4所示。以表觀消化率為72.44%計(jì)，收集效率結(jié)果表明：第一年度、首次改進(jìn)后和二次改進(jìn)后代謝物收集率分別為29.17%、39.65%和84.12%， 首次改進(jìn)和二次改進(jìn)后較首次改進(jìn)后分別提高10.18%和44.47%。集污收集系統(tǒng)改進(jìn)前后水質(zhì)變化結(jié)果表明，除5月、6月和11月改進(jìn)前氨氮低于改進(jìn)后外，集污收集系統(tǒng)二次改進(jìn)后氨氮和亞硝態(tài)氮含量差異較小。

圖2a.3個(gè)年度的氨氮變化

圖2b.3個(gè)年度的亞硝態(tài)氮變化

圖2c.3個(gè)年度的PH值變化

圖3.部分水質(zhì)指標(biāo)凈化前后均值比較

表2 集污收集系統(tǒng)2個(gè)年度收集率情況

表3.集污收集系統(tǒng)兩次改進(jìn)后水質(zhì)變化

5.養(yǎng)殖結(jié)果

2014年度、2015年度和2016年度2套模式總產(chǎn)量分別為95160kg 、141344kg和 165691kg，餌料系數(shù)分別為2.20、2.10和1.48，折合平均單位面積產(chǎn)量分別為1586kg/畝、2356 kg/畝和2761 kg/畝。

三、討論

1.模式可行性

高產(chǎn)高效生態(tài)養(yǎng)殖一直是水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中長(zhǎng)期試驗(yàn)和探索的養(yǎng)殖方式，其可減少養(yǎng)殖過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖效益最大化，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的養(yǎng)殖方式之一。由美國(guó)大豆出口協(xié)會(huì)(USSEC)引進(jìn)的低碳池塘集聚式內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖模式尚處于研究與完善階段，本文即報(bào)道了筆者經(jīng)3年的養(yǎng)殖研究和工藝改進(jìn)過(guò)程，產(chǎn)量由1586kg/畝增加至2761kg/畝，養(yǎng)殖過(guò)程中各年度各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)基本相似。集污收集系統(tǒng)是本模式的創(chuàng)新亮點(diǎn)，共進(jìn)行兩次改進(jìn)。由單泵手動(dòng)吸污到雙泵手動(dòng)吸污再到雙泵自動(dòng)吸污，使代謝物收集率達(dá)84.12%。魚(yú)類(lèi)代謝物的收集，有效地降低了代謝物對(duì)養(yǎng)殖水體水質(zhì)的惡化，解決了傳統(tǒng)養(yǎng)殖中的代謝物沉積難題。同時(shí)代謝物收集后用于種植業(yè)，使水產(chǎn)養(yǎng)殖與循環(huán)農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合。飼料配方以及養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)規(guī)格大小直接影響?hù)~(yú)類(lèi)糞便的成型與沉淀從而影響吸污的效果，這需進(jìn)一步的探索。由上述結(jié)果表明，該模式可替代傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式進(jìn)行常規(guī)魚(yú)養(yǎng)殖，且可獲得優(yōu)于傳統(tǒng)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

2.水質(zhì)指標(biāo)

水質(zhì)是水產(chǎn)養(yǎng)殖成功與否的關(guān)鍵，通常情況下，水質(zhì)指標(biāo)主要為溶解氧、氨氮、亞硝態(tài)氮。當(dāng)前增加溶解氧的普遍方式主要為鼓風(fēng)曝氣或純氧增氧，本模式中的曝氣推水系統(tǒng)的增氧原理與鼓風(fēng)曝氣增氧原理相似。集聚式養(yǎng)殖池中魚(yú)載量是傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖的50倍甚至更高，溶解氧則尤為重要，其直接影響?hù)~(yú)的攝食能力和生長(zhǎng)狀態(tài)。本試驗(yàn)中，溶解氧在8月～9月最低，這是由于魚(yú)的生長(zhǎng)個(gè)體逐漸變大，加之該段時(shí)間為本地區(qū)養(yǎng)殖的最佳時(shí)間，投餌量增大，從而使得各集聚式養(yǎng)殖池的耗氧量大幅攀升。因此，在本階段需加強(qiáng)管理同時(shí)添加設(shè)備以增加水體中溶解氧含量。經(jīng)水生植物凈化的沉淀池上清液水質(zhì)指標(biāo)良好，表明通過(guò)水生植物改良水質(zhì)是切實(shí)可行的。集聚式養(yǎng)殖池中水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮含量隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行不斷升高，雖經(jīng)吸污設(shè)備改進(jìn)后稍有降低，但仍保持在較高水平，需對(duì)如何調(diào)控這兩項(xiàng)指標(biāo)作進(jìn)一步研究，勘尋改善水質(zhì)更加有效的方法。隨著養(yǎng)殖的進(jìn)行，透明度不斷降低，亦需對(duì)其作進(jìn)一步研究。另外，2016年度的池載量明顯高于2015年度，但水質(zhì)指標(biāo)卻未明顯高于2015年度，表明經(jīng)改進(jìn)后的吸污設(shè)備對(duì)水質(zhì)改良起到了良好的作用。

3.模式效益評(píng)價(jià)

本模式經(jīng)3個(gè)年度的構(gòu)建與完善，其較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的優(yōu)越性有六：其一，產(chǎn)量高，占用土地資源少。本模式式目前折合產(chǎn)量已達(dá)到2761kg/畝，是傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的近2倍，表明在同等產(chǎn)量下，土地資源的需求僅為傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的一半；其二，餌料系數(shù)低，2016年僅為1.48，明顯低于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的水平；其三，減少勞動(dòng)量和強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。集聚式“圈養(yǎng)”和全自動(dòng)或半自動(dòng)設(shè)備的使用使日常管理僅1人可以完成，而在同等產(chǎn)量的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式中，需4人，實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖開(kāi)始由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變；其四，代謝物可收集，養(yǎng)殖過(guò)程生態(tài)化。通過(guò)集污收集系統(tǒng)對(duì)魚(yú)類(lèi)代謝物的收集，切斷了水質(zhì)惡化的源頭，降低疾病發(fā)生概率，減少藥物使用。另外，水體內(nèi)循環(huán)凈化，養(yǎng)殖全程未有養(yǎng)殖水體排出，具有良好的生態(tài)效果；其五，集聚式養(yǎng)殖池水體處于持續(xù)流動(dòng)，迫使養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)處于持續(xù)游動(dòng)狀態(tài)，從而使得魚(yú)體肉質(zhì)較其它養(yǎng)殖方式鮮美緊致；其六，同等產(chǎn)量所需的土地租賃、餌料和勞動(dòng)力等較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式少，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，低碳集聚式池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)魚(yú)模式較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式具有明顯優(yōu)勢(shì)，是一種節(jié)能節(jié)地和高產(chǎn)高效的養(yǎng)殖模式。

4.存在問(wèn)題

本模式中，集聚式養(yǎng)殖池內(nèi)水體溶解氧在7月～10月含量較低，最低時(shí)僅為1.09mg/L；集聚式養(yǎng)殖池中氨氮和亞硝態(tài)氮含量也偏高，最高時(shí)分別可達(dá)3.5mg/L和0.4mg/L；水體交換盡管在集聚池內(nèi)可達(dá)每小時(shí)一次，整個(gè)凈化池塘要30h才交換一次，對(duì)水質(zhì)凈化受到了較大的影響。要解決以上兩個(gè)瓶頸問(wèn)題，需要增加動(dòng)能并去除凈化池塘中水體流動(dòng)死角。另外，本模式主要進(jìn)行了草魚(yú)和團(tuán)頭魴的養(yǎng)殖試驗(yàn)，對(duì)其它品種甚至特種水產(chǎn)的養(yǎng)殖效果尚無(wú)研究。筆者認(rèn)為，可從提高養(yǎng)殖水體溶氧量、增加水體循環(huán)交換量和豐富養(yǎng)殖品種入手，進(jìn)一步探索和挖掘該模式的養(yǎng)殖效能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其在更大范圍內(nèi)的推廣，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供新的養(yǎng)殖技術(shù)和模式。

作者單位：上海市松江區(qū)水產(chǎn)推廣站