池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)應(yīng)用及其初步探討

黃鴻兵，彭剛，陳友明，李佳佳，唐建清，韓飛

（江蘇省淡水水產(chǎn)研究所,江蘇南京 210017）

池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)應(yīng)用及其初步探討

黃鴻兵，彭剛，陳友明，李佳佳，唐建清，韓飛

（江蘇省淡水水產(chǎn)研究所,江蘇南京 210017）

傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘食物鏈中浮游生物、魚類、微生物三者共存，養(yǎng)殖水體既是養(yǎng)殖對象的生活場所（養(yǎng)殖池），又是糞便、殘餌等的分解場所（降解池），以及浮游生物的培育池“三池合一”的生態(tài)體系[1]。該體系中，由于飼料、光、電等外來能量的持續(xù)輸入，容易造成消費(fèi)者、生產(chǎn)者和分解者之間的生態(tài)失衡，而在高密度養(yǎng)殖模式下，顯得尤為明顯。

近年來，池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）在江蘇省得到了大力的推廣，為現(xiàn)代化漁業(yè)的發(fā)展提供了良好的范本。循環(huán)水生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的概念就是在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中引入水處理工藝，以此來控制改良養(yǎng)殖尾水。循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的研究在國外起步較早，經(jīng)過多年的發(fā)展，在設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)過程的控制與管理等方面取得了突破成就[2]。2015年，國家大宗淡水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系南京站相關(guān)研究人員，走訪了吳江、金壇、大豐、淮陰、如皋、啟東等地，實地調(diào)研了該系統(tǒng)在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用情況及還需要進(jìn)一步研究的問題，本文就調(diào)研結(jié)果，對該系統(tǒng)應(yīng)用及存在的一些問題開展了初步探討。

1 吳江區(qū)長漾循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)應(yīng)用情況簡介

2013年，由美國奧本大學(xué)設(shè)計的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)（也稱為池塘分割水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，partitioned aquaculture system）在吳江區(qū)建設(shè)并投入使用，為國內(nèi)第一套投入應(yīng)用的該系統(tǒng)。系統(tǒng)包括了曝氣退水系統(tǒng)、養(yǎng)殖水槽、排泄物收集系統(tǒng)和凈化池塘4個主要部分，其中養(yǎng)殖水槽含3個水泥養(yǎng)殖水槽，尺寸分別為長22 m，寬5 m、5 m和3 m，養(yǎng)殖水池面積286 m2，池塘總面積32×667 m2。

系統(tǒng)基于功能分區(qū)、分割建設(shè)的原理，通過推水單元、曝氣單元、養(yǎng)殖水槽單元、排泄物收集單元、凈化單元等模塊對傳統(tǒng)池塘進(jìn)行了分割處理，將養(yǎng)魚與養(yǎng)水在空間和功能上進(jìn)行了分離。示意圖見圖1、圖2。

2013年[3]，吳江所建系統(tǒng)的草魚養(yǎng)殖試驗顯示（養(yǎng)殖時間5月1日—11月13日），197 d里3齡草魚（放養(yǎng)密度為53尾/m2）規(guī)格由0.75 kg/尾增大為2.614 kg/尾（成活率94．5%），飼料系數(shù)為2，單產(chǎn)為130.7 kg/m3；2齡草魚（放養(yǎng)密度59尾/m3）規(guī)格由0.3 kg/尾增大到1.66 kg/尾（成活率為88.5%），飼料系數(shù)1.8，單產(chǎn)為86.2 kg/m3。另外，凈化區(qū)花白鰱平均產(chǎn)量為1 281 kg/667 m2。用電量能耗方面，每產(chǎn)出1 kg魚的耗電量為0.78 kWh，比傳統(tǒng)養(yǎng)殖技術(shù)的0.35 kWh高一倍多，平均凈利潤2 730元/667 m2。系統(tǒng)在管理、減少藥物使用、捕撈、水體凈化、減少人工等方面相對于傳統(tǒng)池塘高密度養(yǎng)殖顯示出明顯的優(yōu)勢。2014年系統(tǒng)的草魚試驗結(jié)果顯示[4]，經(jīng)過176 d的養(yǎng)殖（4月22日—10月15日），草魚規(guī)格由1.50 kg/尾（放養(yǎng)密度為53尾/m3）增大到2.475 kg/尾（成活率99.9%），飼料系數(shù)為2.26，流水養(yǎng)殖水槽平均載魚量為137.8 kg/m3；凈化區(qū)花白鰱平均產(chǎn)量為1 344 kg/667 m2。平均凈利潤約544元/667 m2。研究認(rèn)為，系統(tǒng)在減少魚病、提高成活率、減少排放等方面具有十分明顯的優(yōu)勢，但是在養(yǎng)殖品種選擇、排泄物收集、凈化區(qū)的綜合利用等方面還有待進(jìn)一步的研究。

圖1 吳江循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖

圖2 金壇循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖

2 池塘結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的結(jié)合

2.1 系統(tǒng)在池塘中的位置

目前建成的系統(tǒng)多為固定式，池塘的面積從30×667 m2到160×667 m2不等，養(yǎng)殖水槽與池塘的比例根據(jù)池塘養(yǎng)魚產(chǎn)1 000～1 500 kg/667 m2進(jìn)行換算，一般水槽面積為9～15 m2/667 m2，水槽設(shè)計載魚量100～150 kg/m3。系統(tǒng)在池塘中的位置，有的將系統(tǒng)放置在兩個池塘中間一側(cè)，另一側(cè)池塘塘埂開流水口，形成循環(huán)流水格局，有的直接將系統(tǒng)放置在大池塘的中間部位。當(dāng)系統(tǒng)中的推水單元開啟，形成持續(xù)推水時，池塘即可形成循環(huán)流水。見圖3、圖4。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料選擇

2.2.1 推水單元系統(tǒng)推水單元目前多采用氣推水模式，以曝氣裝置將高壓空氣注入推水單元，推水斜面對上升的空氣形成擠壓，推動水體流向系統(tǒng)另一側(cè)，推水單元應(yīng)用較多的有車輪式、氣推水式、提水曝氣式，目前，應(yīng)用較多的是氣推水式。

2.2.2 養(yǎng)殖水槽養(yǎng)殖水槽材料可用水泥磚石結(jié)構(gòu)、不銹鋼板材等。蘇州市吳江區(qū)長漾循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖水槽為水泥槽，水泥設(shè)施在池塘中會帶來不易拆卸和維修的問題，金壇、淮陰等地的系統(tǒng)多改成用不銹鋼板材來制作養(yǎng)殖水槽，盡管一次性投入要大于水泥材料，但利于維修和拆卸，同時，養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，池壁對魚體的損傷也會小于水泥池壁。

2.2.3 排泄物收集單元排泄物收集單元，也可稱為集污池，有的系統(tǒng)集污單元為集污溝，兩側(cè)尼龍網(wǎng)片攔截魚類和排泄物。抽吸式集污單元，一般針對養(yǎng)殖水槽單獨設(shè)計，上部由尼龍網(wǎng)片圍擋，防止魚類進(jìn)入該單元，同時防止排泄物流出到池塘中去，下部由塑料斗式結(jié)構(gòu)，底部接抽吸管。設(shè)計初衷是利用飼料顆粒和魚排泄物的自然沉降，在養(yǎng)殖水槽的下游設(shè)置集污池，將排泄物和剩余的飼料集中收集出來，移出池塘，能夠大幅減少池塘中的碳氮等營養(yǎng)物質(zhì)累積，減小凈化單元對養(yǎng)殖水體凈化的壓力。但在吳江試驗點調(diào)研中發(fā)現(xiàn)集污池不能充分收集排泄物，且隨著生產(chǎn)的推進(jìn)，使用時間越長，效果會越來越差，這可能與集污池攔污網(wǎng)片上排泄物堆積、氣溫變化、魚類活動等有關(guān)。一些養(yǎng)殖單位采用抽吸式集污裝置，每個水槽單獨集污，同時提高排污的頻率（每日1～2次），能夠較好的實現(xiàn)集污、排污的目的。總體上發(fā)現(xiàn)采用集污溝池結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)集污效果都不是很好，而采用抽吸式集污結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)相對會好一些。具體見圖5。

圖3 大豐池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖

圖4 淮陰池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖

3 系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)問題探討

池塘循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)在國內(nèi)外已具有多年的試驗歷史，從20世紀(jì)90年代起，也有多種不同設(shè)計的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)投入生產(chǎn)試驗，取得了一定的效果，主要有美國南卡羅來納州克萊姆森大學(xué)設(shè)計了池塘分隔水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)、密西西比州立大學(xué)暖水魚養(yǎng)殖中心設(shè)計了分區(qū)土池養(yǎng)殖系統(tǒng)（小池塘養(yǎng)魚、大池塘藻類培育）、加利福尼亞KST公司設(shè)計的池塘水道養(yǎng)殖系統(tǒng)、奧本大學(xué)設(shè)計的池塘水槽養(yǎng)殖系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過養(yǎng)殖斑點叉尾鮰、羅非魚、條紋鱸等，可達(dá)到136 kg/m3水體（斑點叉尾鮰、羅非魚）的產(chǎn)量，池塘中藻類的生產(chǎn)力達(dá)6～12 g碳/（m2·d），要高于普通曝氣池塘的1～3 g碳/（m2·d），凈化效果顯著。

圖5 池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 系統(tǒng)流水、空氣動力學(xué)研究

目前推水單元多采用氣流推水結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是僅需要消耗電力就可以達(dá)到推進(jìn)水流和增氧的雙重目的，單元設(shè)計中多采用60°左右的斜板設(shè)計[5]。目前關(guān)于空氣推水過程中，空氣氣泡在水中的大小、分布變化、上升路線、存留時間以及溶氧與空氣氣泡的關(guān)系等相關(guān)數(shù)據(jù)還缺少相應(yīng)的研究。見圖6。

養(yǎng)殖水槽目前多采用矩形結(jié)構(gòu)，尺寸一般為22 m長，3～5 m寬。生產(chǎn)過程中，空氣注入推水單元，水在空氣的推動下，從推水單元的下方流向系統(tǒng)的另一側(cè)。同時，由于水流在養(yǎng)殖水槽末端流向排泄物收集單元的速度是勻速的，可以考慮增大養(yǎng)殖水槽末端的寬度，使水流變緩，促進(jìn)排泄物沉降。

3.2 系統(tǒng)排泄物收集單元

魚類排泄物的沉降與排泄物的大小、容量、成分密切相關(guān)，同時沉降過程中排泄物的行進(jìn)距離與水體成分、水流速度等密切相關(guān)。有研究顯示[6]，飼料及排泄物的沉降與飼料顆粒大小、油脂含量、粗灰分等指標(biāo)密切相關(guān)。系統(tǒng)實現(xiàn)了養(yǎng)魚和水體凈化空間的分離，因此，排泄物能否收集是系統(tǒng)是否具有良好生態(tài)價值的重要指標(biāo)。排泄物不能收集，其生態(tài)效益與傳統(tǒng)高密度養(yǎng)殖模式?jīng)]有區(qū)別。應(yīng)抓緊開展排泄物在流水中的沉降研究，明確水流紊動、流水速度、排泄物成分、形態(tài)與沉降的關(guān)系，建立模型，確定排泄物沉降形成規(guī)律，為排泄物收集單元的尺寸優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。見圖7。

圖6 池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)中排泄物的沉降示意圖

3.3系統(tǒng)綜合利用和綜合效益提高

目前，大宗淡水魚的價格不高，很多魚類養(yǎng)殖企業(yè)處于很難盈利狀態(tài)，如何實現(xiàn)養(yǎng)殖的整體盈利仍然是該套系統(tǒng)能否具有長久生命力的關(guān)鍵。雖然系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)排泄物的收集和移出，從而大幅提高池塘水體的水質(zhì)，具有極好的生態(tài)效益。但是系統(tǒng)的運(yùn)行除需要較大的固定資產(chǎn)投入外，還需要較多的電力成本，每千克魚用電成本達(dá)到0.25～0.50元，另外，由于流水使得魚類處于長時間流動狀態(tài)，能量損耗要高于常規(guī)養(yǎng)殖池塘，該損失直接反應(yīng)在魚類餌料系數(shù)要高于傳統(tǒng)池塘的1.5，達(dá)到1.8～2.2，飼料成本（以4 000元/t計）增加1.2～2.8元/kg，該項支出必須在池塘凈化區(qū)域?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)出，僅花白鰱的產(chǎn)出是不夠的。

圖7 池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)中排泄物的沉降示意圖

池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖模式下，系統(tǒng)占用池塘面積極?。ㄐ∮?%），留下98%的區(qū)域，除用于凈化養(yǎng)殖水體外，可以進(jìn)一步考慮其他用途，提高凈化產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)價值。啟東地區(qū)的系統(tǒng)[7]將流水養(yǎng)魚區(qū)和扣蟹養(yǎng)殖區(qū)（流水凈化區(qū)）結(jié)合起來，利用養(yǎng)魚的肥水流入扣蟹池，使其水草生長茂盛，為扣蟹生長提供良好的棲息場所，同時凈化后的水為養(yǎng)魚池的魚類生長提供良好的水源環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益（經(jīng)濟(jì)效益5 248.4元/667 m2）。

盡管江蘇省的特色蝦蟹產(chǎn)業(yè)在漁業(yè)產(chǎn)業(yè)中占有很大比例，養(yǎng)殖面積也較大，但是，大宗淡水魚的養(yǎng)殖面積仍然要占到總養(yǎng)殖面積的40%以上（沿海灘涂開發(fā)區(qū)域的養(yǎng)殖池塘大宗淡水魚養(yǎng)殖要占70%以上），未來很長一段時間，大宗淡水魚的養(yǎng)殖仍然會占很大比例?；谠摤F(xiàn)狀，池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)信息化、設(shè)施化、生態(tài)化發(fā)展有重要的意義。針對該系統(tǒng)的相關(guān)水流、空氣、排泄物沉降等研究需要抓緊開展，提高系統(tǒng)在池塘養(yǎng)殖應(yīng)用中的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

[1]彭剛，劉偉杰，童軍，等.池塘循環(huán)水生態(tài)養(yǎng)殖效果分析[J].水產(chǎn)科學(xué)，2010，29（11）：643-647.

[2]文樂元，肖光明，王錫榮.淡水養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)[J].湖南農(nóng)業(yè)，2008（7）:16-17.

[3]陳文華，聶家凱，閆磊，等.低碳高效池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖草魚新技術(shù)試驗總結(jié)[J].科學(xué)養(yǎng)魚，2014（10）：20-22.

[4]張家華，陳文華，張永江.池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖草魚新技術(shù)試驗[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖，2015（8）：13-15.

[5]金武，羅榮彪，顧若波，等.池塘工程化養(yǎng)殖系統(tǒng)研究綜述[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2015，42（1）：32-36.

[6]劉立鶴，郭小瑞，李兆文，等.影響鮰魚顆粒飼料沉降因素的相關(guān)性研究[J].中國牧業(yè)通訊，2009（19）：19-20.

[7]倪建忠，袁華，楊正兵，等.池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖試驗[J].科學(xué)養(yǎng)魚，2015（6）：19-20.

10.3969/j.issn.1004-2091.2016.12.015

2016-05-03）

國家大宗淡水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-46）

黃鴻兵（1979-），男，助理研究員，主要研究方向：漁業(yè)工程.E-mail:nanjingrice@163.com