半封閉和全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖南美洲鰻鱺的效果比較

樂普敏，江興龍

(集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，鰻鱺現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(jìn)[1]。當(dāng)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(qiáng)、高密度、低風(fēng)險、水產(chǎn)品質(zhì)量安全等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的運(yùn)營成本與傳統(tǒng)池塘和流水養(yǎng)殖方式的運(yùn)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(yīng)器(MBBR)通過促進(jìn)微生物在填料上附著生長形成大量生物膜，當(dāng)污水流經(jīng)生物膜表面時污水中的有機(jī)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(shù)具有節(jié)水、減排、節(jié)能與低碳效果顯著，投資與運(yùn)行成本低、環(huán)保、安全，操作簡便和易推廣等優(yōu)點(diǎn)[6]。本研究應(yīng)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(shù)[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(zhì)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(shù)的發(fā)展提供指導(dǎo)。

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(zhì)；設(shè)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?gòu)成。

1.2 試驗方法

1.2.1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)技術(shù)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(gòu)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(fù)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(yīng)池處理單元，并在養(yǎng)殖池中設(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)計

在全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，隨機(jī)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(jī)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(xué)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(jìn)行，使用海馬牌鰻鱺配合粉料，飼料的粗蛋白(質(zhì)量分?jǐn)?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(diào)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(biāo)，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?zāi)┪矓?shù)；D—尾日增重，g/d；Wo、Wt—試驗初始和試驗?zāi)狑~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(zhì)量所消耗飼料的質(zhì)量；Tf—試驗階段總攝食量，kg；We、Ws—試驗?zāi)┖驮囼灣跏荐狑~的總質(zhì)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(yīng)用SPSS19.0軟件進(jìn)行分析，表中數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，通過單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗法比較相關(guān)數(shù)據(jù)，P<0.05 為差異顯著，P<0.01 為差異極顯著。

2 結(jié)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(jié)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(jié)果

注：上標(biāo)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(jié)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(zhì)檢測結(jié)果

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

2.2.3 養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)本底情況

注：各水質(zhì)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(zhì)情況

注：同行不同上標(biāo)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量濃度分別低于對照組79.1% 和42.6%(P<0.05)；處理組氮的質(zhì)量濃度變化范圍總體較小，水質(zhì)較穩(wěn)定，而對照組氮的濃度變化范圍總體較大，水質(zhì)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(zhì)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(zhì)量濃度變化范圍總體較小，而對照組的質(zhì)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(zhì)量濃度變化

圖4 試驗期間處理組和對照組磷的質(zhì)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(yīng)用鰻鱺現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(jī)抽樣檢測養(yǎng)殖鰻鱺，處理組均未發(fā)現(xiàn)有細(xì)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(dāng)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(yīng)池處理單元和生物膜凈水柵設(shè)置于養(yǎng)殖水體，結(jié)果使系統(tǒng)水質(zhì)得到明顯提升，處理組的水循環(huán)利用率達(dá)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(dá)到50% ～100%，而歐洲鰻鱺(Anguillaanguilla)和美洲鰻鱺(Anguillarostrata) 日換水率更高達(dá)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(dá)69.3%(P<0.05)。其節(jié)水減排結(jié)果低于本試驗。孫劍等[14]利用循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)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(jìn)行節(jié)能減排改造，系統(tǒng)的日均換水率為23.6%。分析認(rèn)為可能是其浮球式生物濾器的水處理能力低于本試驗設(shè)置的MBBR和生物膜凈水柵的綜合凈水能力。

江興龍[15]認(rèn)為通過生物膜凈水柵在池塘養(yǎng)殖中的應(yīng)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(shí)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(yīng)用MBBR和生物膜凈水柵技術(shù)，實(shí)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(dá)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(fèi)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(shù)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(shù)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(shù)的先進(jìn)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(zhì)仍優(yōu)于對照組，表明通過在養(yǎng)殖水體中設(shè)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(zhì)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(shè)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(zhì)凈化處理的作用。生物膜是指細(xì)菌在附著生長時產(chǎn)生的胞外聚合物及其基質(zhì)網(wǎng)包裹的細(xì)菌群體[17]。研究表明，細(xì)菌之間能夠相互協(xié)作，增強(qiáng)彼此的生存能力，由一種群體感應(yīng)來調(diào)節(jié)，并且根據(jù)這種機(jī)制，可以在掛膜的啟動、菌群的優(yōu)化以及生物的強(qiáng)化上進(jìn)行人為的調(diào)節(jié)，達(dá)到提高調(diào)控水質(zhì)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(zhì)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(fēng)險，對進(jìn)一步保障水產(chǎn)品質(zhì)量安全、提高市場競爭力、提升綜合效益、保護(hù)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(jié)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(shè)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(jié)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(dá)56.9%，飼料轉(zhuǎn)化率達(dá)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(zhuǎn)化率為56.5%。其生長速度和飼料轉(zhuǎn)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(rèn)為，在養(yǎng)殖池中設(shè)置生物膜有利于提高花鰻鱺的生長性能及餌料效率。

4 結(jié)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(jìn)行技術(shù)改造，通過在養(yǎng)殖水體中設(shè)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(yīng)器(MBBR)處理單元，日水循環(huán)利用率達(dá)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(jié)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(zhì)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(zhì)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(zhì)、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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