條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖生態(tài)能值分析

柳敏海，彭志蘭，李偉業(yè)，徐志進

(1.浙江萬里學(xué)院海洋生物種業(yè)研究院，浙江省水產(chǎn)種質(zhì)資源高效利用技術(shù)研究重點實驗室，浙江 寧波 315100；2.浙江省舟山市水產(chǎn)研究所，浙江 舟山 316000)

工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖具有節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能減排、安全、高效、工業(yè)化程度高等優(yōu)點，是未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展方向[1-2]。能值(Emergy)理論及分析方法是美國生態(tài)學(xué)家Odum創(chuàng)立，通過對生態(tài)系統(tǒng)能量-價值過程的分析，為生態(tài)經(jīng)濟學(xué)的研究提供了新的理論和方法，實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)和生產(chǎn)模式的綜合評價[3-5]。國內(nèi)外學(xué)者已成功運用能值理論對魚類養(yǎng)殖系統(tǒng)[6-7]、池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)[8-9]、循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)[10]、貝類養(yǎng)殖[11-12]等進行了能值評價，表明能值理論能夠客觀地評價水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的經(jīng)濟效能和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗魚為同一批苗種，體長5 cm左右，共12×104尾。

1.2 實驗條件

試驗在舟山市某養(yǎng)殖企業(yè)的循環(huán)水養(yǎng)殖車間進行，車間面積320 m2，實驗養(yǎng)殖池8口，有效養(yǎng)殖水體160 m3，養(yǎng)殖工藝見圖1。該循環(huán)水系統(tǒng)從2016年3月開始運行，系統(tǒng)運行正常，養(yǎng)殖水溫18～30℃，氨氮濃度在0.3 mg/L以下，亞硝酸鹽濃度在0.03 mg/L以下，溶解氧(DO)為6.5～8.5 mg/L，鹽度20～30。條紋鋸從體長5 cm養(yǎng)殖至0.5 kg的平均養(yǎng)殖周期為1年。

1.3 日常管理

每天投餌2次，飼料為石斑魚配合飼料，主要營養(yǎng)成分：粗蛋白48%、粗脂肪12%、粗灰分10%。上午投喂1 h后進行換水，換水量20%左右。每天測量DO、氨氮、亞硝酸鹽等水質(zhì)指標(biāo)，觀測魚活動有無異常情況，撈出死魚且計數(shù)，統(tǒng)計成活率。

1.4 數(shù)據(jù)收集及分析方法

1.4.1 數(shù)據(jù)收集

能量分為可更新能值和不可更新能值[15]?？筛履苤蛋ǚN苗、勞動力以及太陽能、海水化學(xué)能等能量。不可更新能值包含固定投資以及養(yǎng)殖期間所投入的電力、飼料、藥品、維修費等可變投資所轉(zhuǎn)化的能量。主要能值計算方法參考王峰等[10]、藍盛芳等[15]、劉耕源等[16]的方法。分析數(shù)據(jù)采用實驗所得原始數(shù)據(jù)，計算整個養(yǎng)殖成本，部分?jǐn)?shù)據(jù)參照相關(guān)研究文獻和市場資料。

1.4.2 生態(tài)能值分析

表1 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖能值分析評價

Tab.1 Emergy analysis and evaluation of industrialized recirculating aquaculture of Centropristis striata

表1 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖能值分析評價

能值評估指標(biāo)Emergyevaluationindex表達式Expression含義Meaning凈能值產(chǎn)出率NEYRY/(T+F)資源的使用效益能值投入率EIR(T+F)/R自然環(huán)境對養(yǎng)殖獲得的承載力能值密度ED(R+T+F)/A能值使用的集約度和強度可更新自然資源投入RenewablenaturalresourcesinputR/(R+T+F)自然環(huán)境狀況不可更新反饋資源投入NonrenewablefeedbackresourceinputF/(R+T+F)漁業(yè)科技狀況

續(xù)表1

2 結(jié)果

2.1 能值流程圖

2.2 能值分析結(jié)果

表2 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖能值分析

Tab.2 Emergy analysis of industrial recirculating aquaculture of Centropristis striata

表2 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖能值分析

項目Items原始數(shù)據(jù)Rawdata單位Unit能值轉(zhuǎn)換率/(sej/unit)[16-17]Solartransformity太陽能值/(1012sej/a)Solaremergy所占比例/%Ratio可更新自然資源投入(R)Renewablenaturalresourceinput 海水Seawater1.18E+4m38.59E+1010140.21 小計Subtotal---10140.21不可更新反饋資源投入(F)Nonrenewablefeedbackresourceinput 電力Power3.24E+11J2.21E+57160415.02 飼料Feed1.62E+4$1.07×E+1317334036.37 折舊Depreciation9.18E+3$1.07E+139822620.61 維修Repair1.51E+3$1.07E+13161573.39 小計Subtotal---35932775.39可更新反饋資源投入(T)Renewablefeedbackresourceinput 種苗Seedling4.04E+3$1.07E+13432289.07 勞動力Labour2.92E+3h2.50E+137300015.32 小計Subtotal---11622824.39 合計Total---476569100.00產(chǎn)出(Y)Produce 產(chǎn)量Yield5.12E+3kg--- 產(chǎn)值Valueofoutput2.31E+3$1.07E+132471700-

注：本實驗中能值轉(zhuǎn)換率均按GEB2016(12.0×1024 sej/a)的基準(zhǔn)進行折算；1USD=6.64 RMB(2016年人民幣平均匯率)；成魚銷售按照市場價300元/kg計算。

Notes：In this experiment，the emergy conversion rate was converted according to the benchmark of GEB2016(12.0 × 1024 sej/a)；1 USD= 6.64 RMB(average exchange rate of RMB in 2016)；adult fish sales were calculated according to the market price of 300 RMB/kg.

2.3 能值分析評價

ELR表示不可更新能源能值與可更新能源能值的關(guān)系，值越高表示對自然環(huán)境依賴程度小，本系統(tǒng)ELR為3.065，表明工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖需要的技術(shù)投入較高，與不可更新反饋資源投入所占總投入的75.4%、ED為1 489 sej/m2等數(shù)據(jù)相映襯，表明漁業(yè)科技含量高。NEYR越高說明單位投入所能創(chuàng)造的價值越高，EER越高說明養(yǎng)殖生物銷售所獲得的能值效益越好。本系統(tǒng)NEYR為5.198、EER為5.186，說明本系統(tǒng)有較高的投入/產(chǎn)出比。條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖模式ESI為1.696、EISD為8.795，均處于較高水平，說明此養(yǎng)殖模式可持續(xù)性較好。

3 討論

3.1 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖模式經(jīng)濟效益評估

本試驗凈能值產(chǎn)生率(NEYR)為5.198，比大口黑鱸[8]、東極大黃魚[7]、日本鰻鱺[18]、烏鱧鯔魚混養(yǎng)[19]、魚菜共生系統(tǒng)[20]等系統(tǒng)的要高。這主要是由不同養(yǎng)殖模式導(dǎo)致，循環(huán)水養(yǎng)殖模式將養(yǎng)殖業(yè)提升至工業(yè)化水平。同樣因為養(yǎng)殖模式的不同，不同的模式下表示對環(huán)境造成的壓力大小的環(huán)境負載率(ELR)也顯著不同[7-8，18，20-21]。本試驗中環(huán)境能源投入的比列只有0.21%，同時循環(huán)水養(yǎng)殖產(chǎn)出的廢渣可轉(zhuǎn)化為肥料，對自然環(huán)境基本做到零污染。

3.2 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的優(yōu)化

表3 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖敏感性分析

Tab.3 Sensitivity analysis of industrialized recirculating aquaculture of Centropristis striata

表3 條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖敏感性分析

指標(biāo)Index飼料Feed設(shè)備Facility電費Electriccharge60%70%80%90%60%80%60%80%NEYR6.0855.8365.6065.3945.6665.4215.5315.359ELR2.4732.6212.7692.9172.7302.8972.8212.943ESI2.4602.2262.0251.8492.0761.8711.9611.821EER6.0695.8225.5935.3825.6525.4095.5185.347EISD14.93112.96111.3249.95311.73210.12210.8209.738

當(dāng)飼料減少至原來的60%時，EER和EISD分別提升了17.03%、69.77%；當(dāng)設(shè)備設(shè)施費用減少至原來的60%時，EER和EISD分別提升了8.99%、33.39%；當(dāng)電費減少至原來的60%時，EER和EISD分別提升了6.40%、23.02%。當(dāng)飼料、設(shè)備設(shè)施費和電費減少至原來的60%時，其ELR分別減少了19.74%、10.93%和7.96%。因此，研發(fā)條紋鋸循環(huán)水專用配合飼料和添加劑，改進條紋鋸的投喂策略，能顯著提高條紋鋸工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的持續(xù)性，同時減少環(huán)境負載率。現(xiàn)有循環(huán)水設(shè)施建設(shè)成本高，開發(fā)高效、低能耗的循環(huán)水設(shè)施設(shè)備是工業(yè)化循環(huán)水持續(xù)發(fā)展的趨勢。