李學梅,孟子豪,胡飛飛,朱永久,楊德國
(中國水產科學研究院長江水產研究所, 農業(yè)農村部淡水生物多樣性保護重點實驗室,武漢 430223)
我國內陸水域漁業(yè)也稱大水面漁業(yè),包括了江河、湖泊和水庫中的漁業(yè)捕撈及增養(yǎng)殖活動或生產方式。其中大水面養(yǎng)殖是我國內陸漁業(yè)生產采用的主要模式,它成本低、效益高、易管理,深受養(yǎng)殖戶的青睞[1]。據(jù)統(tǒng)計,2017年湖泊和水庫的養(yǎng)殖面積約占全國淡水養(yǎng)殖面積的52%,產量占到了全國淡水漁業(yè)產量的20%左右。全國有面積3.33 km2以上的大型天然宜漁水體約1 500個,其中水庫1 047個,湖泊421個,總面積占全國淡水養(yǎng)殖面積的9.32%。大水面漁業(yè)養(yǎng)殖模式主要有人放天養(yǎng)的傳統(tǒng)模式、圍欄、圍網(wǎng)、網(wǎng)箱等養(yǎng)殖模式,其中水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚是大水面漁業(yè)的主要養(yǎng)殖模式,占淡水養(yǎng)殖總面積的30.11%[2]。
隨著養(yǎng)殖技術的提高,養(yǎng)殖強度不斷擴大,魚類殘餌和糞便以及農業(yè)面源污染大大增加了大水面水體的氮、磷等有機物的輸入量,造成水質惡化和污染,加速了水體的富營養(yǎng)化過程,更增加了養(yǎng)殖魚類和土著魚類爆發(fā)魚病的風險[3-5]。近年來,我國生態(tài)文明建設和水環(huán)境保護力度加強,保護水環(huán)境、適度開發(fā)漁業(yè)以達到可持續(xù)利用的目的成為我國內陸水體的基本要求[6]。因此,針對網(wǎng)箱養(yǎng)魚污染嚴重的問題,了解其氮磷排放特點,并通過科學的養(yǎng)殖和管理方式加以改善,將為有效合理的利用水庫資源提供技術支撐。
網(wǎng)箱養(yǎng)魚是一種高產高效的集約化養(yǎng)殖方式,能夠有效利用天然水體,節(jié)約土地資源和水資源。上世紀70年代,因受到資源匱乏、規(guī)?;洕枨蠛蛦挝幻娣e高產等因素的沖擊,網(wǎng)箱養(yǎng)魚開始發(fā)展起來。水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚始于1973年,起初是為了解決大水面人工放養(yǎng)大規(guī)格魚種不足的問題,以飼養(yǎng)鰱、鳙等大規(guī)格魚種為主。湖泊的“三網(wǎng)”(即網(wǎng)攔、網(wǎng)圍、網(wǎng)箱)養(yǎng)殖技術始于上世紀80年代,主要以提高養(yǎng)殖產量為目的[7]。隨著“以養(yǎng)為主”發(fā)展方針的貫徹,綜合養(yǎng)殖成為湖泊漁業(yè)的主要方式,并出現(xiàn)了多種養(yǎng)殖模式和類型,如,網(wǎng)箱養(yǎng)殖、圍欄養(yǎng)殖、粗養(yǎng)、混養(yǎng)、精養(yǎng)等[6]。
網(wǎng)箱養(yǎng)魚快速發(fā)展的同時也帶來了很多問題,如投餌養(yǎng)殖造成的殘餌逸散、魚類糞便等排泄物沉積以及魚藥的使用等均會加劇養(yǎng)殖水域的有機污染,造成水體富營養(yǎng)化、生態(tài)環(huán)境惡化,直接影響到水域中天然生物類群的健康生長。隨著綠水青山就是金山銀山的綠色發(fā)展理念貫徹落實,2016年起網(wǎng)箱養(yǎng)殖開始逐漸退出。2017年,全國多個省區(qū)開始強化湖泊圍網(wǎng)圍欄、水庫網(wǎng)箱坼除工作,到2018年湖泊圍網(wǎng)圍欄養(yǎng)殖、水庫河溝網(wǎng)箱養(yǎng)殖大部分已退出。伴隨網(wǎng)箱養(yǎng)殖的退出,漁民被迫轉業(yè),部分漁民沒有收益來源無法維持生計,導致貧困加劇。在建設生態(tài)文明和推進精準扶貧的新形勢下,降低水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚的氮磷排放,是保持水環(huán)境健康和維持水庫漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,助力庫區(qū)漁民脫貧。
外源性飼料的投入,是網(wǎng)箱養(yǎng)殖水體營養(yǎng)物質的主要來源。網(wǎng)箱養(yǎng)殖氮磷排放因餌料類型、養(yǎng)殖種類等不同而有所差異(表1)。
表1 養(yǎng)殖魚類餌料利用率與氮磷排放的關系Tab.1 The fish species cultured,feed types used and N and P budgets from available literatures
網(wǎng)箱養(yǎng)魚投喂的餌料不同,排放的氮磷含量差異較大(圖1)。Leung 等[8]指出重色石斑魚(Epinephelus areolatus)網(wǎng)箱養(yǎng)殖系統(tǒng)中,投喂冰鮮餌料的餌料系數(shù)為6.52,每生產 1 t魚,每年會產生320.6 kg N。靳祖雷等[9]報道廣東柘林灣的網(wǎng)箱養(yǎng)魚,當投喂冰鮮餌料時,年產生氮排放量2 760.39 t、磷排放量679.11 t;當投喂配合飼料時,年氮磷排放量分別為1 370.37 t和413.08 t。另有研究指出網(wǎng)箱養(yǎng)殖鱖(Sinipercachuatsi)、鳊(Parabramispekinensis)和斑點叉尾鮰(IetalurusPunetaus),投喂餌料魚和配合飼料,生產 1 t的魚產物,每年將有159.7 kg N和35.3 kg P排放到水體[10]。由此可見,冰鮮餌料相比配合飼料,對養(yǎng)殖環(huán)境將產生更多的氮磷排放。另外,實驗室條件下投喂冰鮮餌料氮磷排放量明顯下降,如用冰鮮餌料喂養(yǎng)美國紅魚(Sciaenopsocellatus)、花尾胡椒鯛(Plectorhynchuscinctus)、點帶石斑魚(Epinepheluscoioides)、平鯛(Rhabdosargussarba)等,每生產1 t魚時,分別有8.65~24.37 kg N 和3.5~10.31 kg P排放到水體中[11]。這可能由于實驗室條件下,投餌量可根據(jù)殘餌量進行實時調整。冰鮮餌料魚的肌肉和內臟等殘餌軟組織是氮的主要來源,骨骼、鱗片等是磷的主要來源。據(jù)估計,野外高頻率大量投餌下產生的殘餌大概是實驗室條件的30倍[12]。
圖1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖中不同餌料類型氮磷排放量Fig.1 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed types in cage culture
網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中,除殘餌外,魚類排泄物是水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質重要來源之一。魚類的氮排泄物是蛋白質代謝的最終產物,大部分通過鰓排出體外,少量隨尿排出,魚類氮排泄物的主要成分為氨和尿素,多數(shù)情況下是氨[5]。對真鯛(pagrosomusmajor)、黑鮶(Sebastodesfuscescens)、黑鯛(Sparusmacrocephlus)、建鯉(CyprinuscarpiovarJian)、異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)、斑點叉尾鮰、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)等研究均表明排泄是真骨魚類氮支出的最重要途徑[21-23]。不同魚類排泄氮的試驗結果差距較大,研究表明魚類排泄氮占攝食氮的比例最低為13.3%,最高大于90%,多數(shù)在60%左右。
由于白銀貨幣化,整個社會對白銀的需求量日益增長,許多人為白銀四處奔走。一些后開發(fā)地區(qū)的銀礦被發(fā)現(xiàn),并因此帶來了人流、物流、資金流、技術流,社會資源被重組,山區(qū)被開發(fā)。在狂熱追逐白銀的情況下,白銀不僅是社會財富的直接化身,而且成為物質世界和精神世界統(tǒng)轄者。于是,白銀文化應運而生。主要表現(xiàn)如下:
圖2 網(wǎng)箱養(yǎng)殖中不同養(yǎng)殖品種氮磷排放量Fig.2 Nitrogen and phosphorus emissions of different species in cage culture
餌料系數(shù)是評價不同餌料的營養(yǎng)價值和經濟效果的指標,提高餌料效率,降低餌料系數(shù),可以減少網(wǎng)箱養(yǎng)魚的氮磷排放量。如網(wǎng)箱養(yǎng)殖鮭,在上世紀70年代,餌料系數(shù)為2.01,生產1 t的魚,水體的氮磷排放分別為129 kg和31 kg;到90年代,餌料系數(shù)降低到1.75,生產1 t的魚,水體的氮磷排放量分別為78 kg和9.5 kg[14];到2005年,網(wǎng)箱養(yǎng)殖鮭魚的餌料系數(shù)降到1.1,生產1 t的魚,水體氮磷排放分別為33 kg和4.9 kg[20]。類似的現(xiàn)象在網(wǎng)箱養(yǎng)殖虹鱒中也存在(表1)。
魚類對營養(yǎng)元素的利用率和轉化率受飼料質量的影響較大。據(jù)統(tǒng)計,隨著飼料質量的明顯提高,鮭魚、虹鱒、海鯛等魚類的餌料系數(shù)降低,魚類的氮磷排放量也明顯的下降,氮從129 kg/t下降到45.8 kg/t,磷從31 kg/t下降到1.73 kg/t(表1)。Abimorad等[34]的研究報道,飼料中添加賴氨酸或蛋氨酸,可以降低細鱗肥脂鯉的餌料系數(shù),提高蛋白貯存率,減少氮元素向水體的排放。另外,利用脂肪對蛋白質的節(jié)約效應的營養(yǎng)學原理,適量增加飼料中脂肪含量,可提高魚類生長率和蛋白質利用率,減少養(yǎng)殖水體中氮的排放量[35]。
圖3 網(wǎng)箱養(yǎng)殖中不同飼料蛋白含量的氮磷排放量Fig.3 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed protein content in cage culture
飼料蛋白質含量不同,氮磷物質的排放量不同(圖3)。網(wǎng)箱養(yǎng)殖虹鱒系統(tǒng)中,當飼料蛋白含量為48.1%,生產1 t的魚,氮磷排放量分別為71.1 kg和15.2 kg;飼料蛋白含量為41.0%,生產1 t的魚,氮磷排放量分別為52.6 kg和7.9 kg;飼料蛋白含量為40.6%,生產1 t的魚,氮磷排放量分別為47.3 kg和7.5 kg[19]??梢姡桂B(yǎng)同一種魚,飼料蛋白質含量越高,氮磷排放量越高。
不同魚類物種因其攝食行為、攝食率、餌料轉換率的不同,氮磷廢物排放量占總氮磷輸入量的比例不同。通過大量已有文獻數(shù)據(jù)假設飼料中N 含量為6.5%,P含量為1.4%,餌料轉換率為2.0,魚體N含量為3%,P為1%。飼料有80%被利用,20%變成殘餌,可形成簡化的理論性營養(yǎng)物質平衡模型[12],適用于網(wǎng)箱養(yǎng)殖N、P營養(yǎng)物質排放的估算(圖4)。
本試驗條件下,施用配方肥在氮肥減量25%時,辣椒不減產、品質有一定改善,氮肥利用率提高3.2%百分點。配方施肥對期末土壤理化性狀的影響不明顯。
圖4 網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚氮磷營養(yǎng)物質估算Fig.4 Estimation of N、P nutrients in cage fish cultrue
通過估算,當網(wǎng)箱養(yǎng)魚餌料系數(shù)為2.0時,生產1 t魚時,排放到水體的氮磷含量分別占飼料氮磷含量的76.9%和64.2%。該方法中未考慮養(yǎng)殖魚類的輸入氮和通過死亡的輸出氮,通常情況下它們的比例很小約占總營養(yǎng)物質的2%,在此方法中被忽略。另外,魚種輸入的總營養(yǎng)物質可通過養(yǎng)殖過程中死魚來達到平衡。實際生產中可根據(jù)具體的餌料系數(shù)進行調整和估算。
網(wǎng)箱養(yǎng)殖的品種不同,排放到系統(tǒng)中氮磷含量也不同(圖2)。投喂商品飼料,生產1 t銀鱸,每年將排放130 kg N 和24 kg P[13];生產1 t的鮭(Salmosalar),每年排放78~129 kg N和9.5~31 kg P[14];生產1 t的虹鱒,每年排放83.11~124.2 kg N和16.66~25.6 kg P[15,16]。這可能是因為不同魚類其生長速率和消化吸收能力不同,造成了氮磷排放量的差異,但鮭鱒的氮磷排放量較為相近。在實驗室條件下,投喂商品飼料,生產1 t海鯛,排放到水體的N、P分別有45.85~61.07 kg和1.46~7.28 kg[17];生產 1 t鯉,分別有34.6~43.1 kg N和8.3~11kg P排放到水體中[18], 可見海鯛的氮排放量高于鯉,但磷排放量遠低于鯉。
影響魚類氮磷排泄率的因子主要有養(yǎng)殖密度、種類、大小、生長速度、溶氧、溫度、飼料質量等。Verant等[24]指出魚類養(yǎng)殖密度和餌料的營養(yǎng)成分是影響魚類氮磷排泄率的主要因子,在預測氮磷排泄率的各種模型中,魚類的養(yǎng)殖密度和餌料的營養(yǎng)成分與其關聯(lián)性最強,分別解釋了96%和92%變量差異。Schaus 等[25]報道稱魚體重量和溫度對氮、磷排泄率均有顯著影響,大魚的排泄率要低于小魚,高溫可導致魚體磷的排泄率大于氮的排泄率,夏季N∶P明顯降低,進而引發(fā)藻類大量生長。另外,魚體自身營養(yǎng)成分含量也會直接影響其氮磷的排泄[26]。相比于體成分,餌料營養(yǎng)成分組成對魚體氮磷排放率影響更大。Yang 等[27]在對虹鱒飼料進行研究時指出,飼料中豆粕代替魚粉會增加氨氮的排泄率,且當豆粕在飼料中含量>50%時,磷的排泄率顯著降低。類似的結果在歐洲鱸(Dicentrarchuslabrax)[28]和亞洲黑鱸(Latescalcarifer))[29]中也有發(fā)現(xiàn)。磷的排泄率降低可能跟飼料中魚粉含量減少有關,魚粉中富含磷。
合理設置網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模與水體養(yǎng)殖容量密切相關。網(wǎng)箱養(yǎng)殖容量是由Carver 和Mallet于1990年在對海水貝類養(yǎng)殖時提出的,主要基于生態(tài)學概念容納量,指生長率不受負面影響并獲得最大產量的單位放養(yǎng)量[30]。隨著養(yǎng)殖對環(huán)境造成的污染越來越嚴重,養(yǎng)殖環(huán)境逐漸被重視,生態(tài)效益、經濟效益和社會效益的內容被引入了養(yǎng)殖容量的概念中,指在特定的水域和單位水體中,養(yǎng)殖對象在不破壞環(huán)境、保持水域生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定、實現(xiàn)經濟效益最大,并且符合可持續(xù)發(fā)展要求下的最大產量[31]。目前國內對湖庫養(yǎng)殖容量評估的方法主要集中在氮磷排放量的研究上[32],這是因為養(yǎng)殖容量估算主要指標不是該水域養(yǎng)殖面積和生產量,而是養(yǎng)殖活動過程中不斷輸入水體的氮、磷等營養(yǎng)物質總含量,受到養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖品種、管理方法等因素制約,具體內容參考丁娜[33]的研究。概述為當?shù)妆鹊陀诟∮沃参锕夂铣勺饔靡蟮腘∶P比為7.2∶1,磷是水體初級生產力的限制因子,估算原理是根據(jù)養(yǎng)殖物質平衡方程環(huán)境,Qf=PMAC/Pfood,Qf為理想漁產量(t/a),PMAC為水域能接受的最大磷負荷(kg/a),Pfood為養(yǎng)殖過程中散失到水體的磷含量(kg/t)。PMAC=Lfish·A,Pfood=C·f·([P]food-[P]fish),C·f=年投餌量/養(yǎng)殖產量,Cp=Lp(1-R)/(Z·p),R=1-Wout/Win。其中Lfish為水體允許最大磷負荷(g/m2·a),A有效養(yǎng)殖面積(m2),C·f表示餌料系數(shù),[P]food表示餌料磷含量[%或‰(kg/t)],[P]fish表示養(yǎng)殖品種磷含量[%或‰(kg/t)],Cp為水體中總磷含量(mg/L);Lp為水體單位面積磷負荷(g/m2·a),R為滯留系數(shù),Z為平均水深(m),p為水庫年交換率。另外,也可根據(jù)養(yǎng)殖水域初級生產量之間的關系來評估水體的自然容納量,即水體的魚產潛力F(kg/hm2),F(xiàn)=F浮游動物+F浮游植物+F底棲動物+F有機碎屑。通過養(yǎng)殖容量的評估可以了解網(wǎng)箱養(yǎng)殖對水環(huán)境的影響,對于確定網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模具有重要的指導意義。
由此可見,在網(wǎng)箱養(yǎng)魚系統(tǒng)中,高溫、高密度養(yǎng)殖幼魚時,魚類氮磷排泄率會增大,排放到水體的有機營養(yǎng)物質含量增加,水質更易破壞。
所謂應用軟件,主要是為了實現(xiàn)用戶的特定目的和用途,進而編制計算機的應用軟件,主要是通過利用計算機來解決具體實際問題。應用軟件實際上就屬于一系列功能進行組合,并且做到程序集合相互協(xié)作,具有特定程序,對人們的日常生活解決問題有著比較普遍的應用。
選擇合適的投喂量、投喂時間和投喂頻率等精準投喂策略,可提高飼料的利用率,減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。過量的投喂飼料不但造成浪費,未食殘餌還會污染環(huán)境,但投喂量不足,會導致養(yǎng)殖魚類競爭,影響生長率和飼料利用率,所以深入認識魚類的攝食行為,選擇合適的投喂量進行精準投喂是十分必要的[36]。
通過組合式網(wǎng)箱,養(yǎng)殖不同食性魚類,可以有效利用網(wǎng)箱養(yǎng)殖中的殘餌。如濾食性魚類和某些雜食性魚類可以利用水體中天然餌料和養(yǎng)殖過程產生的殘餌、糞便等,提高飼料利用率,減少投餌對環(huán)境的不良影響。在印尼的鯉網(wǎng)箱養(yǎng)殖系統(tǒng)中,采用組合網(wǎng)箱在外箱養(yǎng)殖羅非魚,取得較好的養(yǎng)殖效益和生態(tài)效益,在當?shù)乇粡V泛的應用[37]。Sudirman等[38]報道在海水漂浮網(wǎng)箱中養(yǎng)殖不同種類石斑魚時,網(wǎng)箱周圍會聚集野生魚類,據(jù)統(tǒng)計有25個屬的29種魚類,他們有的魚攝食網(wǎng)箱的殘餌,有的攝食糞便,可消耗27%的殘餌,直接減少了營養(yǎng)物質向水體中的擴散。Yi等[39]對網(wǎng)箱池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn),在網(wǎng)箱內外均養(yǎng)殖羅非魚可以提高產量和飼料轉化率,改善水質。在養(yǎng)殖對蝦的池塘網(wǎng)箱系統(tǒng)外養(yǎng)殖羅非魚也得到類似的結果[40]。朱永久等[41]在鱘養(yǎng)殖網(wǎng)箱外套掛大規(guī)格網(wǎng)箱不投餌養(yǎng)殖鳙、青魚等,提高了網(wǎng)箱養(yǎng)殖經濟效益的同時,也減少了養(yǎng)殖廢物向水體的排放。因此,在網(wǎng)箱外設置外箱養(yǎng)殖濾食性或雜食性魚類的組合式網(wǎng)箱養(yǎng)殖是一種提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖收益、減少養(yǎng)殖污染的重要措施。
如果電動機選用變頻調速方案,Tt和Tr都取常數(shù),在電動機啟動時,Tt可取電動機的額定轉矩倍數(shù)為1.7[5]。建模分析中,取彈性軸的彈性系數(shù)k=10N,然后分以下幾種情況討論。
只能這樣了,何良諸繞到車那面,蹲在踏板上,小勺沒有發(fā)現(xiàn)。就是看見了,車門外掛大肉,也不是司機買的。卡車起動,加速,寒風呼嘯,出街口后,道路孬,車沒命地顛簸,何良諸摳車門的手,凍得粘住了,挺起脖子,看見趙集直勾勾前視,嘴角掛著暖和的笑。何良諸憤怒了,這家伙,怎么會笑!車沒有停下的意思,叫車豁子涮了!何良諸又急又恨,心里明白,卻不敢亂動,舉了幾次,終于把凍僵的手像棍子似豎起來,梆梆梆敲玻璃。趙集嚇了一跳,才想起門外掛塊肉,急煞車。趙集扭身推車門,何良諸蹲在踏板上。趙集貼住車窗,叫嚷:“下去?!?/p>
降低網(wǎng)箱養(yǎng)殖對水體污染的直接方法是對養(yǎng)殖廢棄物的收集處理。國外為提高養(yǎng)殖水產品的品質,對養(yǎng)殖水環(huán)境實現(xiàn)可控管理,并通過簡單的排放前處理達到廢棄物的減排[42]。國內學者對此也展開了一系列的研究工作。吳宗文等[43]針對水庫網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中魚體排泄物污染問題做了多方面的探討,包括魚體排泄物和殘餌的收集、生物凈化、放養(yǎng)模式等,并提出了對沉積物機械收集與處理的設想。具體方法是在網(wǎng)箱底部安裝集糞斗及在斗壁安裝振動裝置、篩動裝置,以提高集糞斗對魚體排泄沉積物的收集效率。在養(yǎng)殖對比試驗中每天提取魚糞1~2次,將收集的魚糞進行水、糞快速分離,運用現(xiàn)代生產工藝,研制加工成綠色有機生物肥,提高魚糞的利用率。該集糞裝置減少了有機質的排放量,避免了水體的富營養(yǎng)化,為魚類的生存、生長創(chuàng)造了有利的生態(tài)環(huán)境,獲得了更好的生態(tài)、經濟、社會效益。江濤等[44,45]通過對大水面網(wǎng)箱設施進行專業(yè)化改造,構建了從廢棄物收集、固液分離以及分離后的養(yǎng)殖尾水通過生態(tài)浮床掛膜技術進行物理及生態(tài)處理的一整套系統(tǒng),將網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中產生的飼料殘餌、排泄物進行快速收集、固液分離,并對分離后的養(yǎng)殖尾水進行生態(tài)處理,大幅降低經處理后的尾水含總磷、氨氮、化學需氧量的排放濃度,減小對養(yǎng)殖水域的污染,以實現(xiàn)淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。王濤等[46]對加裝集污裝置的水庫投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖框鱗鏡鯉的生長及氮、磷排放情況進行研究,結果顯示集污網(wǎng)箱中N、P的利用率顯著高于傳統(tǒng)網(wǎng)箱,加裝集污裝置后氮、磷排放量顯著減少,減輕了網(wǎng)箱養(yǎng)殖對環(huán)境的富營養(yǎng)化影響。