國內外循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖模式研究進展

我國水產品總產量自1990年起一直位居世界第一位,2015年達到了6 699.65萬噸;同時我國也是世界上唯一養(yǎng)殖產量高于捕撈產量的國家,2015年養(yǎng)殖產量4 937.90萬噸,占總產量的73.70%,養(yǎng)殖面積約8 465千公頃?伴隨著水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的池塘養(yǎng)殖全程質量控制困難,病害頻發(fā);另一方面水資源的浪費驚人和環(huán)境污染嚴重,這些嚴重影響了現代水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展,實際上這也是目前制約我國水產養(yǎng)殖業(yè)快速高效發(fā)展的瓶頸問題?因此,對于養(yǎng)殖技術和模式的探究和實踐針對性強,具有很重要的現實意義和價值?充分運用循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖先進技術及手段,創(chuàng)造養(yǎng)殖水生動物良好生態(tài)環(huán)境,以不受外界環(huán)境制約,最終實現高品質?高效率生產及養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)保護,并極大提高養(yǎng)殖資源利用率及養(yǎng)殖產品安全已成為國內外生態(tài)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向和熱點?綜合分析國外最新養(yǎng)殖模式,循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖具有占用空間小,養(yǎng)殖環(huán)境可控性高?高效節(jié)水?產品質量好?保護環(huán)境等優(yōu)點,是擺脫傳統(tǒng)粗放經營性?資源依賴性生產方式,保護環(huán)境并實現水產養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要途徑?

國外循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖研究進展

循環(huán)式水產養(yǎng)殖模式(Recirculation aquaculture system.RAS)在國外開始于20世紀60年代.具有代表性的是日本的鰻魚生產企業(yè)?生物包靜水生產系統(tǒng)和歐洲組裝式多級靜水系統(tǒng),但是由于工藝流程太長?設備過于繁瑣?投資大耗能大等未能推廣?此后澳大利亞出現了一體化循環(huán)式工廠化養(yǎng)魚模式,將養(yǎng)魚池和水處理系統(tǒng)組成獨立的單元,并構建保溫設施近年來,一系列先進養(yǎng)殖和水處理技術和設備的開發(fā)利用,促進了循環(huán)式工廠廠化生產模式在水產養(yǎng)殖行業(yè)中的迅速發(fā)展,比重也日益提升,日前在歐洲等部分發(fā)達同家,已經在其商業(yè)化的成魚和育苗系統(tǒng)中基本全部采用循環(huán)式工廠化生產模式,現在這些國家的設施化循環(huán)生產系統(tǒng)已經能做到每日補水量僅為系統(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)殖承載量也達到l0 kg/m2以上?隨著各種高新科技的發(fā)展,同外一些先進的水產企業(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?自動化發(fā)展,表1匯總了國外近5年典型循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖技術的研究結果?

表1 近5年國外典型循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖技術研究進展

1.1 生物絮團技術

生物絮團技術(Biofloc Technology,BFT)是當今較為先進的水產養(yǎng)殖技術之一,在循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖中具有凈化水質?減少換水量?提高飼料利用率以及生物防治等作用?BFT主要通過人為調節(jié)碳氮比(C/N),促進異養(yǎng)微生物的生長,利用微生物將養(yǎng)殖水體中的無機含氮化合物轉化為菌體蛋白,達到凈化水質?提高餌料蛋白轉化率等目的? 此外,BFT在減少換水量上具有明顯優(yōu)勢,減少了病原菌的外源引入,從而提高了生物安全性?

Ekasari等評估了BFT技術在非洲鯰魚魚苗生產的影響,研究發(fā)現,BFT系統(tǒng)在提高鯰魚產卵量和魚卵質量的同時可以提高幼魚的存活率和最終體長?Rajkumar等研究表明,小麥粉作為一種易被微生物吸收的碳源,可以促進BFT系統(tǒng)中微生物的生長繁殖,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蝦(Litopenaeus vannamei)的養(yǎng)殖產量?Vilani等通過對比研究了米糠(Rice bran RB)和糖漿(Molassas,MO)兩種碳源對BFT 系統(tǒng)的作用,結果發(fā)現,不同的碳源誘發(fā)了相類似的微生物群落代謝行為,但RB在提高凡納濱對蝦產量上較MO提高了22%? Gaona等研究了養(yǎng)殖水體的不同流速對BFT沉降固體顆粒物的效率影響?結果表明在低流速下更有利于固體顆粒物沉降以凈化水質?Esparza-Leal等研究了在BFT系統(tǒng)下不同鹽濃度對凡納濱對蝦產量的影響,結果表明,在養(yǎng)殖28 d后,幾納濱對蝦的終產量與鹽濃度成反比關系?Ekasari等用四種不問的碳源處理BFT系統(tǒng),研究了不同碳源對凡納濱對蝦免疫應答反映和存活率的影響,結果表明,用木薯產品處理后的BFT系統(tǒng)中凡納濱對蝦的存活率最高,可達93%。

1.2 高效增氧技術

在水產養(yǎng)殖中,氧溶解量也是影響水產品生長的重要因素?在嚴重缺氧的情況下.水體中的溶解氧(Dissolved oxygen,DO)若未及時恢復,將導致養(yǎng)殖對象浮頭?泛池?乃至死亡.在降低水產養(yǎng)殖經濟效益的同時導致水體惡化?微孔曝氣技術是目前應用較為廣泛的一種高效增氧技術?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,氣泡上升過程中帶動水體流動,將上層高DO的水體帶入下層,同時水體的流動加快了微孔管周圍高DO水體的擴散,提高了水體溶解氧量?此外,純氧溶氣膠的發(fā)展,實現了水體快速增氧的日的,有望在水產養(yǎng)殖的缺氧急救上發(fā)揮作用?

研究發(fā)現,微孔曝氣技術得到的氣泡較傳統(tǒng)擴散器體積減少3~4倍,并且在增加曝氣量及降低能源消牦上也有顯著性效果? Andinet等通過微泡發(fā)生器來增加水體DO,研究了使用不同壓力時對水體DO的影響,結果表明,在4.5個大氣壓時,效果最佳?同時,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等設計了線性?環(huán)形及平行排列三種不同的微孔管,通過測量雜交鯰魚的比生長速率?采食量?成活率?終產量等指標?結果表明三個實驗組的鯰魚生長狀況均顯著優(yōu)于對照組,且線性微孔管的效果最佳。

我國循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖研究進展

20世紀80年代,我國開始初步嘗試循環(huán)式工廠化水養(yǎng)殖模式,以引進歐洲國家循環(huán)水養(yǎng)殖設施為主,鑒于過高的成本而擱置?后自主研發(fā)適合我國國情的循環(huán)水養(yǎng)殖設施與裝備,如微濾機?臭氧發(fā)生器?蛋白分離器等的基礎上,逐步完善了養(yǎng)殖技術和工藝?然而,循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖的關鍵技術仍處于探索階段?90年代后期,以大菱鲆循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖模式在我國北方地區(qū)的迅速推廣及養(yǎng)殖產量的大幅提高,一批技術更為完善的循環(huán)式工 廠化水產養(yǎng)殖系統(tǒng)也相繼被研發(fā)出來?目前,我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖規(guī)模約為1X10 6m2 ,養(yǎng)殖種類包括海水魚類?對蝦等?近年來,我國自主研發(fā)了多功能蛋白質分離器?多功能固液分離器裝置?模塊式紫外線殺菌裝置?高效溶氧器裝置?彈性刷狀生物凈化載體等設施裝舒,循環(huán)水養(yǎng)殖水質凈化處理工藝也得到進一步完善?表2為我國近幾年循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖技術研究進展?

表2 近幾年國內典型循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖技術研究進展

循環(huán)式工廠化水產養(yǎng)殖模式前景展望

盡管我國近幾年的循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖模式發(fā)展迅速,但在養(yǎng)殖技術與國外的比較還有不少差距?通過借鑒國外循環(huán)水高效處理的新技術,將生物絮團?生物濾池?生物膜硝化反應等生物工程技術與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)結合,構建節(jié)能低耗?科學高效的現代養(yǎng)殖系統(tǒng),實現水產養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展?盡管目前已經有部分循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖企業(yè)開始采用先進的純氧增氧設備,但是相關的機制研究以及微孔曝氣增氧技術的各項參數條件優(yōu)化還需要進一步深入研究?此外,隨著現代分析手段和信息技術的快速發(fā)展,通過有效結合水體在線監(jiān)測技術與智能化技術相結合,建立水質影響因子多組分和實時的快速監(jiān)測與分析系統(tǒng),使未來的水產養(yǎng)殖向智能化方向發(fā)展?

作者: 張曉雙 傅玲琳 呂振明 伊祥華 王彥波