華南地區(qū)水產保溫大棚微孔曝氣增氧模式研究

林武坤，梁儉能，施國斌

（廣州市番禺區(qū)農業(yè)技術推廣服務站，廣州 511400）

0 引言

華南地區(qū)常見的水產養(yǎng)殖品種都是溫水性品種，如羅非魚、黃鰭鯛、淡水白紹、羅氏沼蝦、南美白對蝦等，它們最適宜的生長水溫一般為25～30℃。當水溫長時間處于10℃以下時，這些魚蝦會食欲減退，甚至停止攝食，引起死亡，所以大多溫水性魚蝦很難在普通池塘中安全越冬。在冬季來臨之前，養(yǎng)殖者就要根據往年的養(yǎng)殖經驗和氣象預測，提前根據池塘條件加大池水深度，提前搭建保溫大棚，充分利用日照，提高并保持池塘水體溫度，確保養(yǎng)殖魚蝦安全越冬。

搭建保溫大棚的池塘，由于池塘上方的空氣受到大棚的限制，基本上處于不流通的密閉狀態(tài)，特別是當冬天出現(xiàn)持續(xù)低溫陰雨天氣時，池塘邊的青草和池塘水中的藻類因為沒有光合作用而不產生氧氣，此時要想達到較好的增氧效果，如何選擇合適的增氧設備設施是養(yǎng)殖戶面對的除了保溫外的另一個難題。

1 華南地區(qū)氣候特征及水產適溫特性

華南地區(qū)北界是南亞熱帶與中亞熱帶的分界線。這條界線以南的華南地區(qū)，最冷月平均氣溫接近10℃，極端最低氣溫為-4℃，日平均氣溫大于10℃的天數(shù)超過300 d。多數(shù)地方年降水量為1 400～2 000 mm，是一個高溫多雨、四季常綠的熱帶-亞熱南帶區(qū)域[1]。王文靜等在《華南地區(qū)氣候變化與旱澇災害響應關系分析》中，通過研究1960年至2013年華南地區(qū)的年平均氣溫（見圖1）指出，該地區(qū)54年的平均氣溫為19.95℃，年均氣溫最低值出現(xiàn)在1976年，為19.25℃；年均氣溫最高值出現(xiàn)在1998年，為20.84℃。1960—2013年華南地區(qū)的氣溫呈上升的趨勢，上升的速率為0.17℃／10 a（P＜0.05）（該式中10 a表示10年，下同；P是統(tǒng)計學意義上估計結果真實程度的一個參數(shù)，為結果可信程度的一個遞減指標，P值越大，越不能認為樣本中變量的關聯(lián)是總體中各變量關聯(lián)的可靠指標，一般把顯著性水平設定為0.05，當P值小于0.05時， 認為因為偶然性而造成差異的概率比較小），與全國增溫的速率（0.1～0.2℃／10 a）相一致[2,3]。

圖1 1960—2013年華南地區(qū)年平均氣溫變化

在全球氣候變暖的背景下，極端氣候事件不斷發(fā)生，危及到區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，給國家、社會、人民的生活造成巨大的損失。隨著全球氣候變化研究的不斷深入，不僅要注重氣候變化的特征，還要關注氣候變化所引起的一系列災害[4]。如2016年1月下旬開始，華南地區(qū)受寒冷天氣影響，廣州市番禺區(qū)氣溫普遍降到5℃以下，寒潮持續(xù)過程長達20多天，最低氣溫為2.7℃，沒有搭建保溫大棚的池塘最低水溫下降到7℃，溫水性的羅非魚、鯪魚、淡水白鯧、暗紋東方豚、南美白對蝦、羅氏沼蝦、熱帶觀賞魚等發(fā)生凍死、凍傷現(xiàn)象并繼發(fā)水霉病害。

在華南地區(qū)，水產養(yǎng)殖的適宜月份是5月至10月，這段時間，溫度適宜，魚蝦生長速度快，但是價格普遍不高；每年11月至次年4月這段時間，溫度較低，魚蝦生長速度緩慢甚至停止生長乃至凍死，所以這段時間水產養(yǎng)殖產出低，價格普遍較高。為了達到全年均衡養(yǎng)殖，增加產出，增加收入，在冬季使用水產保溫大棚就顯得很有必要。如南美白對蝦適溫范圍為18～35℃，最適溫度為24～3℃，耐低溫能力差，每年冬季至次年春季，華南地區(qū)多采用搭建水產保溫大棚的方式進行養(yǎng)殖。

2 搭建水產保溫大棚

在冬季來臨前，根據池塘條件加大池水深度，在塘底局部開挖深槽、深坑，在池塘水面局部覆蓋薄膜或草簾，都可以起到一定的保溫效果。但是，對于價值較高的溫水性養(yǎng)殖品種，較好的保溫方式是搭建保溫大棚。

適宜搭建水產保溫大棚的池塘，面積一般為8 000～16 000 m2。池塘過小，保溫效果差；池塘太大，搭建難度太高。搭建時，可采用鋼管或杉木樁支撐起框架，池塘四周打下拉線樁柱，拉上一層鋼絲網（間隔40 cm左右），上面蓋塑料薄膜，在塑料薄膜上與底部鋼絲垂直的方向再拉一層鋼絲網（間隔100 cm左右），壓住薄膜，防止大風刮破薄膜，薄膜四周與魚塘四邊連接，可用泥土將薄膜壓住密封或者用裝沙土的袋子壓實，形成一個中間稍微凸起的流線型密封罩。為了避免下雨時薄膜上滯留的雨水壓垮大棚，在大棚低洼的地方，互相垂直的鋼絲形成的每一個四方格的薄膜中間，戳1～2個小孔，讓雨水通過。雨水容易流走不會形成積水的地方不用戳孔，以減少棚內外空氣對流。

2.1 兩種水產保溫大棚的比較

華南地區(qū)早期的水產保溫大棚基本上都是木結構的，用杉木作為大棚的主體支撐結構和四周的拉線樁柱。近幾年來，隨著各級政府農業(yè)設施補貼政策的實施推動，以鍍鋅鋼管作為主要建設材料的鋼結構水產保溫大棚逐步受到養(yǎng)殖戶的歡迎，并且有代替木結構水產保溫大棚的趨勢。

鋼結構水產保溫大棚（如圖2）的優(yōu)點是大棚空間跨度大，適用于較大面積的池塘建設，甚至可以跨兩個池塘進行建設，有利于節(jié)省大棚主體支撐材料和四周拉線樁柱數(shù)量；結構剛性好，不易變形、垮塌；耐用性好，使用壽命長，主體結構保養(yǎng)得當可以使用10多年。缺點是造價高，每10 000 m2的建設費用約為18萬元。鋼結構水產保溫大棚，適用于池塘承包使用期比較長、養(yǎng)殖規(guī)模比較大、資金比較雄厚的養(yǎng)殖戶。

木結構水產保溫大棚（如圖3）的優(yōu)點是造價低，每10 000 m2的建設費用約為4.5萬元。缺點是剛性相對較差，受強風影響容易變形垮塌，并且杉木容易腐爛，一般使用2年就要進行更換。木結構水產保溫大棚，適用于池塘承包使用期比較短、養(yǎng)殖規(guī)模比較小、資金不是很雄厚的養(yǎng)殖戶。

2.2 池塘大小對保溫效果的影響

圖2 鋼結構水產保溫大棚

在池塘水位一定的條件下，池塘的大小將決定池塘水體容量。在冬季，搭建了保溫大棚的池塘水體溫度一般比外部溫度高6～10℃，取平均溫差為8℃，取池塘平均水深2 m，池塘水面至棚頂?shù)钠骄叨葹?.5 m，水的比熱容為4 200 J/kg℃，水的密度為1 000 kg/m3，空氣的比熱容為1 030 J/kg℃,空氣的密度為1.29 kg/m3，則一定面積的池塘水體和大棚內空氣在溫度下降時釋放出來的熱量Q=c×m×△t（式中Q是一定質量的物質升高或降低一定的溫度所吸收或放出的熱量；c是比熱容，是單位質量物質的熱容量，即使單位質量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內能，單位是J/kg；m是物體的質量，單位是kg；△t是物體的溫差，單位是℃）。從而可以計算出不同面積池塘的熱容量，見圖4。

由于水的密度是空氣的775.2倍，水的比熱容是空氣的4.1倍，下降同樣的溫差，同樣體積的水和空氣放出的熱量相差懸殊。由圖4數(shù)據可以看出，8 000 m2水面的池塘，在溫度下降8℃時，池塘水體放出的熱量是5.38×1011J，大棚內空氣放出的熱量2.13×108J，池塘水體放出的熱量是大棚內空氣放出熱量的2 526倍，可見水體是維持大棚內溫度穩(wěn)定的主要介質。從池塘水體放出熱量曲線隨池塘水體面積大小的變化趨勢可以看出，在大棚搭建技術成熟和搭建成本適當?shù)臈l件下，在較大面積池塘上搭建保溫大棚將更有利于保持大棚內的溫度穩(wěn)定。

圖3 木結構水產保溫大棚

圖4 不同面積池塘熱容量比較

3 水產保溫大棚內增氧模式研究

3.1 水產養(yǎng)殖增氧設備

目前常用的水產養(yǎng)殖增氧設備有葉輪式增氧機、水車式增氧機、射流式增氧機、噴水式增氧機、微孔曝氣式增氧機等。在廣州市番禺區(qū)主要使用葉輪式增氧機、水車式增氧機和微孔曝氣式增氧機等。

葉輪式增氧機葉輪轉軸垂直于地面，利用葉輪在水中的強烈攪動，提升葉輪周圍水體在水面形成的水花和水躍，擴大了氣液的接觸面積，同時在水下形成水層的上下流動和交換，進而達到增氧目的。

水車式增氧機葉輪轉軸與地面平行，利用葉輪的滾動，槳葉擊打水面激起水花和水躍，并把空氣壓入水中，同時產生一個與水面平行的作用力，形成一股定向水流，使表層水定向流動，在一定深度的水層內形成上下流動和交換，進而達到增氧的效果。

微孔曝氣增氧機是由羅茨鼓風機和微孔管組成的水底曝氣增氧設施，通過鋪設在水底的管道，把壓縮空氣或氧氣輸送到池塘底部，由曝氣微孔從水底慢慢往上向水體擴散補充氧氣，是一種能快速提高水體溶氧量的增氧方式。早期的曝氣管受制造技術限制，微孔容易堵塞，增氧效果不佳。隨著技術的進步，利用納米技術制造的曝氣管，管壁比較厚，微孔不易堵塞，工作時形成的氣泡小，氣泡上升慢，增氧效果好。

3.2 水產保溫大棚增氧模式選擇

葉輪式增氧機、車輪式增氧機和微孔曝氣增氧機在實際應用中各有特點，都具備不錯的增氧效果，前兩種增氧設備在給水體增氧的同時，還能促進水體在垂直方向或水平方向的流動與交換。但是，不管是葉輪式還是車輪式增氧機，都只能利用增氧機旁邊的空氣與水體進行氧氣交換，在高密度封閉的池塘養(yǎng)殖中，如果沒有額外的氧氣補充，將會造成魚類的窒息死亡[5]。而微孔曝氣增氧機則可以通過輸氣管道，將水產保溫大棚外部新鮮空氣輸送到大棚內部進行增氧，利用遠處的空氣與池塘的水體進行氧氣交換。

3.3 水產保溫大棚內葉輪式增氧與微孔曝氣增氧效果比較

為貼近實際生產狀態(tài)，試驗選用華南地區(qū)最常用的葉輪式增氧機和微孔曝氣增氧機，選用中等大小的池塘和冬季常見的多云間陰的天氣進行對比試驗。

試驗時，選取養(yǎng)殖池塘1個，該池塘為長方形，長120 m，寬60 m，水面面積6 300 m2，平均水深1.9 m。池中主要養(yǎng)殖品種為南美白對蝦。在池塘中安裝1 臺2.2 kW微孔曝氣增氧機和1 臺2.2 kW 葉輪式增氧機，分別對每臺機器單獨進行增氧試驗。微孔曝氣機配2.2 kW 電動機帶動的空氣壓縮機，布置10 根30 m 曝氣管，每根曝氣管間隔10 m，平行布置在池塘底部，曝氣管共長300 m。2.2 kW 葉輪式增氧機，布置在養(yǎng)殖池塘中心。

為減小試驗誤差，選擇天氣比較穩(wěn)定的連續(xù)兩天對葉輪式增氧機和微孔曝氣式增氧機先后進行單獨的增氧試驗，試驗時天氣均為晴間多云（當天氣溫分別為12.5～23℃，13～22.5℃），實測大棚內水體平均水溫分別為24.8℃和24.7℃。為控制池塘藻類和浮游植物的穩(wěn)定，連續(xù)2 d停止池塘的進水和排水，不添加其他物質，不人為改變池塘的水環(huán)境，飼料投喂時間、投喂量保持一致。沿池塘長方向中心線橫向左、右均布2個采樣點，每個采樣點分別在水深0.5 m 和1.5 m 布置2個測氧點，每10 min 記錄1 次溶解氧數(shù)據，獲得該池塘中各點的溶解氧濃度隨時間變化的數(shù)據，計算相同深度的溶解氧數(shù)據的算術平均值。選取水體起始溶解氧接近時開始試驗，在上午10時左右開始對該池塘連續(xù)增氧130 min，至池塘溶氧值變化趨勢穩(wěn)定時結束試驗。

從圖5中可以看到，葉輪式增氧機剛開始工作時，0.5 m處水層的溶解氧濃度稍有下降，這是葉輪式增氧機加速了上下層水體交換的緣故，之后能同時增加表面和底層水體中的溶氧值。試驗中，連續(xù)開機130 min后，池塘水深1.5 m 處溶解氧增加值為0.7 mg/L，水深0.5 m 處溶解氧增加值為0.9 mg/L，葉輪式增氧機能使池塘中的溶氧平均值增加0.8 mg/L，且底層水深1.5 m 處溶解氧增加值要低于表層水深0.5 m 處。

圖5 葉輪式增氧機池塘試驗結果

試驗開始至結束時，池塘水深1.5 m 和水深0. 5m處上下水層溶氧差值分別為1.4 mg/L和1.6 mg/L，氧差變化率＝[(1.6-1.4)/1.4]×100%=14.3%，且上下水層的溶解氧曲線無交點，偏離較大，上升緩慢，表明葉輪式增氧機，整體增氧效果不明顯，特別是底層水體增氧效果較差，水體上下水層溶解氧偏差較大，未能達到上下一致增氧。

微孔曝氣增氧機池塘試驗結果見圖6。微孔曝氣增氧機在養(yǎng)殖池塘增氧時能同時快速增加表面和底層水的溶氧值，試驗中連續(xù)開機130 min 后，池塘水深1.5m 處溶解氧增加值為3.81 mg/L，水深0.5 m 處溶解氧增加值為2.75 mg/L，池塘中的溶氧值平均值增加3.28 mg/L，且底層水深1.5 m 溶解氧增加值要明顯高于表層水深0.5 m 處。試驗開始至結束時池塘水深1.5 m 和水深0.5 m 處溶氧差值分別為1.4 mg/L和0.34 mg/L，上下水層氧差變化率=[(1.4-0.34)/1.4]×100%=75.7%，且上下水層與池塘平均值的溶解氧曲線在60 min 時顯示開始接近，實測池塘溶氧數(shù)據在開機后80 min 時幾乎重疊，試驗顯示微孔曝氣增氧機整體增氧效果較好。

圖6 微孔曝氣增氧機池塘試驗結果

池塘增氧試驗數(shù)據顯示，在相同試驗條件下，同一個養(yǎng)殖品種的池塘中，運行同等功率配置的上述兩種增氧機械，微孔曝氣增氧機對整個池塘的平均溶解氧增加值是葉輪式增氧機的4.1倍，使用微孔曝氣增氧機時能較好提升池塘的整體溶解氧水平，且能快速縮小上下水層溶解氧差。

4 結語

1）微孔曝氣增氧設備的動力系統(tǒng)、空氣壓縮裝置都安裝在保溫大棚外面，通過輸送管道可以把大棚外面新鮮的含氧比較高的空氣壓送進大棚內的水體，能快速有效地提高池塘水體不同水層的溶解氧，同時也改善了大棚內的空氣質量，所以，微孔曝氣增氧模式比葉輪式增氧模式更適合水產保溫大棚使用。對于蝦、蟹等喜歡靜態(tài)水體的養(yǎng)殖品種，一個面積14 000 m2的池塘配置2臺2.2 kW微孔曝氣增氧機就可以滿足增氧要求；對于喜歡流動水體的魚類養(yǎng)殖品種，可以在微孔曝氣增氧的基礎上再增加配置1～2臺2.2 kW葉輪式或車輪式增氧機。

2）鋼結構水產保溫大棚的建造成本是木結構保溫大棚的4倍左右，雖然一次性投入大，但由于鍍鋅鋼管的鋼架和拉線樁柱使用壽命可達10年左右，而木結構保溫大棚的杉木棚架和拉線樁柱的使用壽命僅為2年左右，所以總體上，兩種保溫大棚的平均年使用成本相當，但是鋼結構水產保溫大棚減少了更換木頭棚架和樁柱的人工費用，且大棚剛性好，表面平滑，流線型好，能減少大棚薄膜破損和棚內熱量損失，更適合用于大面積池塘搭建使用。

3）華南地區(qū)的水產保溫大棚一般在10月份開始搭建，這時候氣溫還沒下降，光照好。搭建保溫大棚后，可以在冬季來臨前，利用陽光輻射提高池塘水體和大棚內空氣的溫度，有利于冬季時池塘水體保溫。如果遇上連續(xù)好天氣，大棚內部溫度過高，這時可以卷起部分大棚邊上的薄膜，讓大棚外部的空氣流入，加快大棚內的空氣流通，進行適當降溫。

[1]中國大百科全書[M].中國大百科全書出版社，1992.

[2]尹云鶴,吳紹洪,陳剛.1961—2006年我國氣候變化趨勢與突變的區(qū)域差異[J].自然資源學報，2009，24（12）：2147-2157.

[3]李棟梁，魏麗，蔡英，等.中國西北現(xiàn)代氣候變化事實與未來趨勢展望[J].冰川凍土，2003，25（2）：135-142.

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