樂普敏，江興龍

(集美大學水產(chǎn)學院，鰻鱺現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術教育部工程研究中心，福建 廈門 361021)

南美洲鰻鱺(Anguillarostrata)產(chǎn)于中南美洲的厄瓜多爾、海地等沿海地區(qū)，作為一種很有前景的鰻魚養(yǎng)殖潛在種類，2015年被福建的鰻魚養(yǎng)殖場大量引進[1]。當前鰻鱺的養(yǎng)殖模式主要有土池養(yǎng)殖、水泥池精養(yǎng)殖、工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖等模式，其中，水泥池精養(yǎng)殖模式的日換水量在50%～150%，在某些水源充足的地區(qū)，采用流水養(yǎng)鰻，換水量更大[2]。以資源消耗、環(huán)境污染為代價的粗放式發(fā)展模式已制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展[3]。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)具有節(jié)水、省地、環(huán)保、可控性強、高密度、低風險、水產(chǎn)品質量安全等優(yōu)點。隨著科學技術的不斷進步，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術的運營成本與傳統(tǒng)池塘和流水養(yǎng)殖方式的運營成本差距逐步縮小，優(yōu)勢開始初顯[4]。

國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖模式中，日水循環(huán)利用率低于90%的屬于半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式，利用率≥90%的屬于全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式。移動床生物膜反應器(MBBR)通過促進微生物在填料上附著生長形成大量生物膜，當污水流經(jīng)生物膜表面時污水中的有機物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化[5]。生物膜低碳養(yǎng)殖技術具有節(jié)水、減排、節(jié)能與低碳效果顯著，投資與運行成本低、環(huán)保、安全，操作簡便和易推廣等優(yōu)點[6]。本研究應用自主研發(fā)的MBBR、生物膜凈水柵專利產(chǎn)品和生物膜低碳養(yǎng)殖技術[7-9]，改造提升半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)為全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，并開展南美洲鰻鱺半封閉與全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖對照試驗，研究養(yǎng)殖水質變化趨勢與養(yǎng)殖效果，為推動全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖技術的發(fā)展提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在福建三明市清流縣養(yǎng)鰻場開展，每個水泥池的平均水深0.6 m，養(yǎng)殖水體體積126 m3；試驗鰻鱺為南美洲鰻鱺，投放密度101尾/m3，平均投苗尾重30.7 g；MBBR中的懸浮填料為聚酰胺材質；設置在養(yǎng)殖池內(nèi)的生物膜凈水柵基體材料由新型尼龍?zhí)盍蠘嫵伞?/p>

1.2 試驗方法

1.2.1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)技術改造

該鰻場原有的半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)主要由集污池、生物濾池以及二沉池構成(圖1)，其中生物濾池的濾料為碎石和沸石，并在生物濾池中定期添加益生菌(芽孢桿菌等復合菌)，總體水處理能力不高，日水循環(huán)利用率僅70%。為提高水處理效率，通過在半封閉系統(tǒng)中新增移動床生物膜反應池處理單元，并在養(yǎng)殖池中設置生物膜凈水柵，從而使全系統(tǒng)的日水循環(huán)利用率提高至92%，提升成為全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，工藝流程見圖2。移動床生物膜反應池濾料為親水性的新型懸浮填料，比表面積≥900 m2/m3；在每個養(yǎng)殖池中設置6組生物膜凈水柵，組間距2 m。

圖1 半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖(水循環(huán)利用率70%)

圖2 全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖(水循環(huán)利用率92%)

1.2.2 試驗設計

在全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，隨機選取4個開展循環(huán)水南美洲鰻鱺養(yǎng)殖的養(yǎng)殖池，作為處理組；在半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，隨機選取4個開展循環(huán)水南美洲鰻鱺養(yǎng)殖的池，為對照組。每天檢測各養(yǎng)殖池水體的水溫、pH、溶氧；每隔20 d采集各養(yǎng)殖池的水樣(在水面下約30 cm處采樣)。檢測方法：氨氮采用次溴酸鈉氧化法；亞硝酸鹽氮采用重氮-偶氮法；硝酸鹽氮采用鋅鎘還原法；化學需氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法；活性磷酸鹽采用抗壞血酸還原法；總氮采用過硫酸鉀氧化法；總磷采用過硫酸鉀氧化法[10]。試驗日期6月26日—12月12日，養(yǎng)殖周期為180 d。

1.3 養(yǎng)殖管理

投飼管理參照鰻鱺精養(yǎng)殖日常管理進行，使用海馬牌鰻鱺配合粉料，飼料的粗蛋白(質量分數(shù))≥48.0%，每天8:00和18:00 各投喂1次，日投飼率為鰻鱺體重的2%左右，根據(jù)鰻鱺生長的不同階段及其攝食活動情況調整。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究以養(yǎng)殖存活率(S)、尾日增重(D)、飼料系數(shù)(Fr)、日換水率(Ec)作為培育效果指標，計算公式如下：

S=100%×b/a

(1)

D=(Wt-Wo) /t

(2)

Fr=Tf/(We-Ws)

(3)

Ec=100%×N/Tw

(4)

Er=100%-Ec

(5)

式中：S—存活率；a—放養(yǎng)尾數(shù)；b—試驗末尾數(shù)；D—尾日增重，g/d；Wo、Wt—試驗初始和試驗末鰻鱺平均尾重，g；t—試驗時間，d；Fr—飼料系數(shù)，是指養(yǎng)殖對象增加一單位質量所消耗飼料的質量；Tf—試驗階段總攝食量，kg；We、Ws—試驗末和試驗初始鰻鱺的總質量，kg；Ec—日換水率；N—系統(tǒng)的平均每日換新水的量，m3/d；Tw—系統(tǒng)的養(yǎng)殖水體總水量，m3；Er—日水循環(huán)利用率。

數(shù)據(jù)應用SPSS19.0軟件進行分析，表中數(shù)據(jù)用均值±標準差(x±s)表示，通過單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗法比較相關數(shù)據(jù)，P<0.05 為差異顯著，P<0.01 為差異極顯著。

2 結果

2.1 養(yǎng)殖效果

由表1可以看出，在鰻鱺養(yǎng)殖階段，處理組平均單產(chǎn)62.8 kg/m3，較對照組提高15.4%；處理組的結束尾重、存活率、增重倍數(shù)和尾日增重均分別高于對照組15.5%、4.8%、13.5%和16.3%，飼料系數(shù)低于對照組12.5%，處理組的綜合養(yǎng)殖效果較好。

表1 試驗期間處理組與對照組的南美洲鰻鱺養(yǎng)殖結果

注：上標同列不同字母表示存在顯著差異(P<0.05)

2.2 水處理效果

2.2.1 水處理系統(tǒng)換水情況

試驗結果顯示，處理組和對照組的日換水量分別為(10.1 ± 1.0) m3/池和(37.8 ± 4.0 ) m3/池，日換水率分別為8%和30%。處理組比對照組節(jié)水減排73.3%，具有顯著差異(P<0.05)。

2.2.2 處理組與對照組本底水質檢測結果

本底水質指標檢測結果見表2，處理組與對照組各水質指標均無顯著差異(P>0.05)。

2.2.3 養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質情況

從表3可以看出，在180 d南美洲鰻養(yǎng)殖試驗期間，處理組的水質優(yōu)于對照組，養(yǎng)殖水溫穩(wěn)定在20 ℃～21 ℃；pH在7.4～7.5之間波動，溶氧穩(wěn)定。在整個養(yǎng)殖期間，處理組總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、活性磷和總磷的平均質量濃度分別為(18.71±0.62) mg/L、(3.54±1.4) mg/L、(0.78±0.39) mg/L、(0.018±0.007) mg/L、(2.863±0.31) mg/L和(3.172±0.29) mg/L，分別低于對照組14.8%、37.0%、42.6%、79.1%、17.9%和15.6%(P<0.05)；其他水質因子處理組和對照組間均無顯著差異(P>0.05)。

表2 處理組與對照組的水質本底情況

注：各水質因子不同試驗組之間均無顯著性差異(P>0.05)

表3 試驗期間處理組與對照組的水質情況

注：同行不同上標字母表示存在顯著差異(P<0.05)

2.2.4 養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質變化

1)養(yǎng)殖系統(tǒng)中氮的變化趨勢。養(yǎng)殖期間，處理組的氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和總氮的質量濃度均顯著低于對照組(圖3)。其中，處理組氨氮和亞硝酸鹽氮的平均質量濃度分別低于對照組79.1% 和42.6%(P<0.05)；處理組氮的質量濃度變化范圍總體較小，水質較穩(wěn)定，而對照組氮的濃度變化范圍總體較大，水質較不穩(wěn)定。

2)養(yǎng)殖系統(tǒng)中磷的變化趨勢。養(yǎng)殖期間，處理組的活性磷酸鹽和總磷的平均質量濃度分別顯著低于對照組17.9% 和15.6%(P<0.05)；處理組磷的質量濃度變化范圍總體較小，而對照組的質量濃度變化范圍總體較大(圖4)。

圖3 試驗期間處理組和對照組氮的質量濃度變化

圖4 試驗期間處理組和對照組磷的質量濃度變化

2.3 養(yǎng)殖期間病害情況

養(yǎng)殖期間，處理組無重大病害發(fā)生，對照組爆發(fā)爛尾病2次。應用鰻鱺現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術教育部工程研究中心研制的致病菌快速檢測試劑盒，在養(yǎng)殖場每個月1次隨機抽樣檢測養(yǎng)殖鰻鱺，處理組均未發(fā)現(xiàn)有細菌性病鰻，而對照組2次檢測出致病性嗜水氣單孢菌，表現(xiàn)為爆發(fā)爛尾病2次。

3 討論

3.1 節(jié)水減排效果

當前鰻鱺養(yǎng)殖模式主要有水泥池精養(yǎng)殖模式和土池養(yǎng)殖模式[11]。在本研究中，處理組由于增加了移動床生物膜反應池處理單元和生物膜凈水柵設置于養(yǎng)殖水體，結果使系統(tǒng)水質得到明顯提升，處理組的水循環(huán)利用率達92%，節(jié)水減排幅度比對照組提高了73.3%，獲得較好的節(jié)水減排效果。日本鰻鱺(Anguillajaponica)水泥池精養(yǎng)殖在鰻苗飼養(yǎng)階段的日換水率30%～50%，在成鰻養(yǎng)殖階段的日換水率可達到50% ～100%，而歐洲鰻鱺(Anguillaanguilla)和美洲鰻鱺(Anguillarostrata) 日換水率更高達100%～150%[12]，本試驗中處理組的南美洲鰻鱺成鰻養(yǎng)殖階段日換水率僅8%，與鰻鱺水泥池精養(yǎng)殖模式比較，大幅度提升了節(jié)水效果。尼逸倫[13]報道的水泥池花鰻鱺(Anguillamarmorata)生物膜低碳養(yǎng)殖中，生物膜低碳養(yǎng)殖處理組的日換水率為10%，對照組的日換水率為32.6%，平均節(jié)水減排達69.3%(P<0.05)。其節(jié)水減排結果低于本試驗。孫劍等[14]利用循環(huán)水養(yǎng)殖技術通過加入浮球式生物濾器對傳統(tǒng)的鰻鱺水泥池精養(yǎng)系統(tǒng)進行節(jié)能減排改造，系統(tǒng)的日均換水率為23.6%。分析認為可能是其浮球式生物濾器的水處理能力低于本試驗設置的MBBR和生物膜凈水柵的綜合凈水能力。

江興龍[15]認為通過生物膜凈水柵在池塘養(yǎng)殖中的應用，可大幅降低池塘養(yǎng)殖自身污染及對鄰近水域的面源污染，實現(xiàn)飼料蛋白的二次利用，具有顯著的節(jié)水、減排、節(jié)能、低碳、增產(chǎn)與增收的效果。本試驗處理組中通過綜合應用MBBR和生物膜凈水柵技術，實現(xiàn)在工廠化高密度精養(yǎng)殖美洲鰻鱺中養(yǎng)殖水體的日換水率僅8%，達到了良好的節(jié)水減排效果，可節(jié)約大量的養(yǎng)殖水資源和抽提水所耗費能源，并減少養(yǎng)殖廢水的排放，對減少水產(chǎn)養(yǎng)殖的面源污染、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高養(yǎng)殖效益具有重要意義。

3.2 水處理效果

生物凈化水處理技術是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的核心，生物填料是生物凈化水處理技術的支撐，其發(fā)展代表著工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理技術的先進程度[16]。養(yǎng)殖期間，處理組比對照組平均日換水率顯著減少73.3%；雖然處理組換水量少，但其水質仍優(yōu)于對照組，表明通過在養(yǎng)殖水體中設置生物膜凈水柵以及在水處理系統(tǒng)中使用MBBR，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中對整體養(yǎng)殖水質的凈化處理發(fā)揮出顯著的協(xié)同作用，提高了水處理效率。養(yǎng)殖水體中設置生物膜凈水柵，主要是通過形成大量的生物膜而發(fā)揮水質凈化處理的作用。生物膜是指細菌在附著生長時產(chǎn)生的胞外聚合物及其基質網(wǎng)包裹的細菌群體[17]。研究表明，細菌之間能夠相互協(xié)作，增強彼此的生存能力，由一種群體感應來調節(jié)，并且根據(jù)這種機制，可以在掛膜的啟動、菌群的優(yōu)化以及生物的強化上進行人為的調節(jié)，達到提高調控水質的凈化效果[18]。

3.3 養(yǎng)殖效果

高效的循環(huán)水養(yǎng)殖模式能夠有效提高魚苗存活率、飼料消化吸收率、養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)量及質量，有效降低單位產(chǎn)量能耗、病害發(fā)生、管理成本以及養(yǎng)殖風險，對進一步保障水產(chǎn)品質量安全、提高市場競爭力、提升綜合效益、保護生態(tài)環(huán)境有積極的推動作用[24]。本試驗中，處理組與對照組的增重倍數(shù)分別為19.2和16.6，其中處理組的增重倍數(shù)是對照組的1.16倍，相比加快13.5%，魚體的結束尾重比對照組提高15.5%。

自然條件下鰻鱺喜歡棲息于石縫間或是隱蔽的洞穴中[25]，處理組養(yǎng)殖池中設置了生物膜凈水柵，可以為鰻鱺提供較隱蔽安全的棲息場所，鰻鱺攝食后，基本都喜歡棲息于生物膜凈水柵及其鄰近水體中，減少在池中的游動，也可減少在水體中游動所需消耗的能量，有利于鰻鱺的生長。處理組的飼料系數(shù)1.55比對照組低12.5%，降低了養(yǎng)殖飼料成本。張哲[24]研究結果表明，采用室內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖模式的美洲鰻鱺生長率達56.9%，飼料轉化率達60.6%，而采用傳統(tǒng)池塘精養(yǎng)模式的美洲鰻鱺生長率為25.0%，飼料轉化率為56.5%。其生長速度和飼料轉化率均低于本試驗。尼逸倫[13]在水泥池生物膜花鰻鱺低碳養(yǎng)殖中，處理組的平均起捕規(guī)格和生長速度分別高出對照組43.6%和97.3%；處理組的平均飼料系數(shù)比對照組低11.5%。分析認為，在養(yǎng)殖池中設置生物膜有利于提高花鰻鱺的生長性能及餌料效率。

4 結論

對日水循環(huán)利用率70%的半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行技術改造，通過在養(yǎng)殖水體中設置生物膜凈水柵和在水處理系統(tǒng)中增加移動床生物膜反應器(MBBR)處理單元，日水循環(huán)利用率達到了92%，成功升級建立全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)。開展循環(huán)水養(yǎng)殖南美洲鰻鱺對照試驗，全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(處理組)的養(yǎng)殖平均單產(chǎn)、結束尾重、尾日增重和日水循環(huán)利用率分別為62.8 kg/m3、621.7g、3.28 g、92%，較半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(對照組)分別提高15.4%、15.5%、16.3%和73.3%(P<0.05)；處理組的飼料系數(shù)1.55顯著比對照組低12.5%(P<0.05)；處理組的水質優(yōu)于對照組，其總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、活性磷和總磷的平均質量濃度分別比對照組低14.8%、37.0%、42.6%、79.1%、17.9%和15.6%(P<0.05)。試驗期間處理組未發(fā)生病害，而對照組爆發(fā)爛尾病2次。因此，全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)較半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖南美洲鰻鱺，不僅可大幅度提高水循環(huán)利用率，而且能顯著改良水質、提高單產(chǎn)和生長速度、降低飼料系數(shù)和發(fā)病率，提高了養(yǎng)殖效益。

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