低碳池塘集聚式內循環養殖模式構建

文/周陸 張國奇 俞寶根 江芝娟 張友良

低碳池塘集聚式內循環養殖模式構建

文/周陸 張國奇 俞寶根 江芝娟 張友良

為探索新型現代漁業的養殖技術，進行低碳池塘集聚式內循環養魚模式的構建和完善。以草魚等為該模式的試驗魚，利用2套模式進行試驗，分析了模式中魚類生長、水質變化、代謝物收集和養殖池水體交換等。結果表明低碳池塘集聚式內循環養魚模式是一種節能節地和高產高效的養殖模式，較傳統養殖模式具有明顯的優勢。

目前，傳統養殖模式的弊端已愈發顯現，探索新型現代漁業的養殖模式十分必要。通過調節放養密度來實現產量和效益的最大化是目前水產養殖中的普遍做法，然而普通池塘的放養密度均有一定閾值。也有學者通過研究水體循環凈化水質技術和生態養殖而達到增加養殖產量和提高經濟效益的目的。亦有學者對室內高密度養殖進行研究，可使單位面積的產量和效益較傳統養殖模式提高2倍甚至更多，但目前此兩種養殖方式由于占地多和基礎設施投入大，運行成本高，養殖品種局限性大等缺點，因而難以推廣。

低碳池塘集聚式內循環養殖是區別于傳統養殖和工廠化養殖的一種新型養殖模式，其通過曝氣推水系統和自動化代謝物收集（吸污）系統將高密度養殖和流水養殖技術相結合，高產高

效零排放，實現魚類可持續生態養殖。該理念最初由美國Auburn University提出，并于2013年由美國大豆出口協會（USSEC）引進至中國推廣。上海市松江區水產良種場于2014年開始對該種養殖模式進行探索，并在4個面積各為1h2的池塘內建造該模式的養殖系統2套，現已初步形成較為成熟的養殖工藝技術體系。本文即報道了低碳池塘集聚式內循環養殖模式的構建與完善，以期為該模式的推廣提供理論基礎和依據。

一、材料與方法

1.系統配置

（1）曝氣推水系統

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

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

（2）集聚式養殖池

養殖池為22m×5m×2m（長×寬×深）水泥池。其兩端開口，均設有攔魚網。一端連接曝氣推水系統，一端連接集污收集系統。每套模式設集聚式養殖池5只。

（3）半自動投餌系統

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

（4）集污收集系統

集污收集系統由集污池、鋼制橫梁、水平移動行車、吸污水泵、排污槽和沉淀池組成。集污池兩端開口，一端連接集聚式養殖池，池內流動水體流經設有矮墻的另一端進入凈化池塘，而魚類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，吸污水泵通過水平移動行車在鋼制橫梁上水平移動的同時將魚類代謝物與水體混合物吸出并排放至排污槽，魚類代謝物與水體混合物通過排污槽流入沉淀池。魚類代謝物在沉淀池沉淀。

（5）凈化池塘

凈化池塘為養殖模式的載體，面積為20000m2。曝氣推水系統、集聚式養殖池、半自動化投餌系統和集污收集系統均建于其中。池塘內放養一定數量的鰱鳙，用以調節水質，系統以外的區域適量種植水生植物。

2.模式構建與后期改進

低碳池塘集聚式內循環養殖模式最初由曝氣推水系統、集聚式養殖池、集污收集系統和凈化池塘組成。每套模式為3條集聚式養殖池，聯排建于凈化池塘一側，而曝氣推水系統置于集聚式養殖池一端。集聚式養殖池前端的水體通過曝氣推水系統作用向另一端流動，經集聚式養殖池進入集污池，然后流入凈化池塘，經凈化池塘的自凈和水生植物的凈化后由池塘內兩臺曝氣推水設備順水推至集聚式養殖池內。水體中的魚類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，種植區域為120m×2m。第二年，改2套模式共設置6條集聚式養殖池為10條，如此為增加養殖產量或降低放養密度提供保障；新建餌料運輸行車，變人工送餌為機械設備送餌，形成半自動投餌系統，減少了投餌工作量和勞動強度，節約了勞動力；同時改集污收集系統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，改集污收集系統的手動吸污為自動吸污，設置吸污往復次數和時間間隔，吸污設備即自動運行，解決了白天人工開啟設備比較繁瑣和夜間無人開啟不能吸污的弊端，使代謝物收集率較上一年度提高約44.47%。在凈化池塘內近塘埂2m水面處種植空心菜，增強水質凈化。經三年的設施設備改進和養殖技術探索，逐步形成了完善的以曝氣推水系統推水增氧、集聚式養殖池高密度流水養殖、半自動化投餌系統投餌、集污收集系統收集代謝物和凈化池塘凈化水質的低碳池塘集聚式內循環養殖模式。模式示意圖如圖1所示。

圖1.低碳集聚式內循環養殖模式示意圖

3.模式管理

自2014年5月開始進行2套模式的養殖試驗，2014年放養試驗魚品種主要為草魚和團頭魴“浦江1號”，2015年為草魚和“杭鱧1號”，2016年度為草魚、青魚和鯽魚。試驗魚除“杭鱧1號”來自建光黑魚專業合作社外，其它均來自上海泖田濕地生態農業投資有限公司。試驗魚餌料選取蛋白為32%～36%的膨化飼料（寧波天邦股份有限公司）。放養初期，進行養殖馴化工作。本模式中，水體的流動迫使試驗魚持續游動，因此馴化工作較傳統池塘養殖難度大。馴化期間，每日投餌3次，分別為8:00、12:00和16:00。水溫達25℃時，每日投餌4次，7:00,11:00,14:00和17:00。投餌量視天氣、水質及魚類活動情況而定。晝夜巡塘，確保各設備運轉正常。集污收集系統改進前每日手動吸污4次，改進后自動吸污設備設置為30分鐘/次，每次為一個往復。定期清理沉淀池底部的魚類代謝物并稱重。定期檢查魚類生長情況。

4.水質檢測與數據處理

定期對凈化池塘和集聚式養殖池水體進行水質監測檢測，適時調控水質，同時定期測量集聚式養殖池上下游水體流速。水質監測指標主要為溶解氧、氨氮、亞硝態氮、透明度、PH值和水溫，其中溶解氧與水溫使用YSI 550A型便攜式溶氧儀測量，PH使用METTLER TOLEDO FG2型便攜式PH計測量，透明度使用塞氏盤（北京漁經生物技術有限公司）測量，氨氮和亞硝態氮采用奈氏試劑法( HJ535 -2009) 和N-( 1-萘基) -乙二胺分光光度法( GB /T7493 -87) 測量。水體流速使用HD-S通用水文流速測算儀（河南宏達爾儀表有限公司）測定。

氨氮、亞硝態氮和PH值采用EXCEL軟件分析，并作折線圖。

計算集聚式養殖池日水體交換量，公式如下:

V(change)=S·V·t

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

二、結果與分析

1.溶解氧、水溫與透明度變化

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

表1.部分水質指標的月均值統計表

2.氨氮、亞硝態氮和PH 變化

（1）3個年度氨氮、亞硝態氮和PH變化

3個年度的氨氮亞硝態氮變化如圖2a和圖2b所示，結果表明3個年度中氨氮和亞硝態氮含量差異較小且變化趨勢相似；3個年度的PH值變化如圖2c所示，3個年度中PH值差異較小且變化趨勢相似。

（2）水生蔬菜凈化前后氨氮和亞硝態氮的變化

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

3.水體交換情況

對集聚式養殖池水體流速進行測定，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， 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.吸污設備改進前后的代謝物收集效率和水質變化比較

吸污設備經過兩次改進，兩次改進后的代謝物收集效果和水質變化如表3和表4所示。以表觀消化率為72.44%計，收集效率結果表明：第一年度、首次改進后和二次改進后代謝物收集率分別為29.17%、39.65%和84.12%， 首次改進和二次改進后較首次改進后分別提高10.18%和44.47%。集污收集系統改進前后水質變化結果表明，除5月、6月和11月改進前氨氮低于改進后外，集污收集系統二次改進后氨氮和亞硝態氮含量差異較小。

圖2a.3個年度的氨氮變化

圖2b.3個年度的亞硝態氮變化

圖2c.3個年度的PH值變化

圖3.部分水質指標凈化前后均值比較

表2 集污收集系統2個年度收集率情況

表3.集污收集系統兩次改進后水質變化

5.養殖結果

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

三、討論

1.模式可行性

高產高效生態養殖一直是水產養殖行業中長期試驗和探索的養殖方式，其可減少養殖過程對環境的污染，同時可實現養殖效益最大化，是實現現代漁業可持續發展的養殖方式之一。由美國大豆出口協會(USSEC)引進的低碳池塘集聚式內循環養殖模式尚處于研究與完善階段，本文即報道了筆者經3年的養殖研究和工藝改進過程，產量由1586kg/畝增加至2761kg/畝，養殖過程中各年度各項水質指標基本相似。集污收集系統是本模式的創新亮點，共進行兩次改進。由單泵手動吸污到雙泵手動吸污再到雙泵自動吸污，使代謝物收集率達84.12%。魚類代謝物的收集，有效地降低了代謝物對養殖水體水質的惡化，解決了傳統養殖中的代謝物沉積難題。同時代謝物收集后用于種植業，使水產養殖與循環農業有機結合。飼料配方以及養殖魚類規格大小直接影響魚類糞便的成型與沉淀從而影響吸污的效果，這需進一步的探索。由上述結果表明，該模式可替代傳統養殖模式進行常規魚養殖，且可獲得優于傳統養殖的經濟和生態效益。

2.水質指標

水質是水產養殖成功與否的關鍵，通常情況下，水質指標主要為溶解氧、氨氮、亞硝態氮。當前增加溶解氧的普遍方式主要為鼓風曝氣或純氧增氧，本模式中的曝氣推水系統的增氧原理與鼓風曝氣增氧原理相似。集聚式養殖池中魚載量是傳統池塘養殖的50倍甚至更高，溶解氧則尤為重要，其直接影響魚的攝食能力和生長狀態。本試驗中，溶解氧在8月～9月最低，這是由于魚的生長個體逐漸變大，加之該段時間為本地區養殖的最佳時間，投餌量增大，從而使得各集聚式養殖池的耗氧量大幅攀升。因此，在本階段需加強管理同時添加設備以增加水體中溶解氧含量。經水生植物凈化的沉淀池上清液水質指標良好，表明通過水生植物改良水質是切實可行的。集聚式養殖池中水體中的氨氮和亞硝態氮含量隨著養殖的進行不斷升高，雖經吸污設備改進后稍有降低，但仍保持在較高水平，需對如何調控這兩項指標作進一步研究，勘尋改善水質更加有效的方法。隨著養殖的進行，透明度不斷降低，亦需對其作進一步研究。另外，2016年度的池載量明顯高于2015年度，但水質指標卻未明顯高于2015年度，表明經改進后的吸污設備對水質改良起到了良好的作用。

3.模式效益評價

本模式經3個年度的構建與完善，其較傳統養殖模式的優越性有六：其一，產量高，占用土地資源少。本模式式目前折合產量已達到2761kg/畝，是傳統養殖模式的近2倍，表明在同等產量下，土地資源的需求僅為傳統養殖模式的一半；其二，餌料系數低，2016年僅為1.48，明顯低于傳統養殖模式的水平；其三，減少勞動量和強度，節約勞動力。集聚式“圈養”和全自動或半自動設備的使用使日常管理僅1人可以完成，而在同等產量的傳統養殖模式中，需4人，實現了水產養殖開始由勞動密集型向技術密集型轉變；其四，代謝物可收集，養殖過程生態化。通過集污收集系統對魚類代謝物的收集，切斷了水質惡化的源頭，降低疾病發生概率，減少藥物使用。另外，水體內循環凈化，養殖全程未有養殖水體排出，具有良好的生態效果；其五，集聚式養殖池水體處于持續流動，迫使養殖魚類處于持續游動狀態，從而使得魚體肉質較其它養殖方式鮮美緊致；其六，同等產量所需的土地租賃、餌料和勞動力等較傳統養殖模式少，節約了生產成本，提高了經濟效益。由此可見，低碳集聚式池塘內循環養魚模式較傳統養殖模式具有明顯優勢，是一種節能節地和高產高效的養殖模式。

4.存在問題

本模式中，集聚式養殖池內水體溶解氧在7月～10月含量較低，最低時僅為1.09mg/L；集聚式養殖池中氨氮和亞硝態氮含量也偏高，最高時分別可達3.5mg/L和0.4mg/L；水體交換盡管在集聚池內可達每小時一次，整個凈化池塘要30h才交換一次，對水質凈化受到了較大的影響。要解決以上兩個瓶頸問題，需要增加動能并去除凈化池塘中水體流動死角。另外，本模式主要進行了草魚和團頭魴的養殖試驗，對其它品種甚至特種水產的養殖效果尚無研究。筆者認為，可從提高養殖水體溶氧量、增加水體循環交換量和豐富養殖品種入手，進一步探索和挖掘該模式的養殖效能，進而實現其在更大范圍內的推廣，為水產養殖業提供新的養殖技術和模式。

作者單位：上海市松江區水產推廣站