中國淡水池塘養(yǎng)殖減排工程設(shè)施分析

陸詩敏，鮑旭騰，田昌鳳，黃一心，徐 皓，劉興國

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機械儀器研究所，上海 20092)

隨著社會發(fā)展，傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)的弊端愈來愈明顯。池塘養(yǎng)殖過程中水產(chǎn)動物對飼料蛋白質(zhì)的利用率平均僅約為30%[1]，大部分有機氮素滯留在了池塘養(yǎng)殖環(huán)境中，經(jīng)過氨化作用變?yōu)榘钡a(chǎn)養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的溶解性氮素量已不容忽視。近年來，池塘養(yǎng)殖水質(zhì)惡化、養(yǎng)殖對象疾病頻發(fā)[2-4]。未經(jīng)處理的池塘養(yǎng)殖尾水會導(dǎo)致周圍自然水體富營養(yǎng)化，自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞[5]。對傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖模式改造升級、減少池塘養(yǎng)殖排放，實現(xiàn)池塘養(yǎng)殖糞便、殘飼、尾水資源化再利用，迫在眉睫。

針對上述問題，目前國內(nèi)出現(xiàn)了多種新型池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括基于人工濕地的池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)[6]、“三池兩壩”池塘養(yǎng)殖水體凈化系統(tǒng)、“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)[7]、綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)[8]、植物浮床-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)、流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)[9]、多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘，這些養(yǎng)殖系統(tǒng)在養(yǎng)殖對象管理、水質(zhì)凈化方面取得了一定進步。研究表明，人工濕地對養(yǎng)殖廢水中總懸浮物、生化需氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮凈化效率分別為84.0%、70.4%、39.6%和59.1%[10]。“三池兩壩”對池塘養(yǎng)殖水體懸浮物、總氮、總磷和氨氮的去除率分別為48.1%～60.7%、52.5%～59.2%、64.2%～71.5%和72.1%～80.5%[11]。“集裝箱+生態(tài)池塘”較傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖可節(jié)水95%～98%，連續(xù)3年(2018—2020年)入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部十大引領(lǐng)性技術(shù)[7]。植物浮床-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)可以顯著提高試驗池塘養(yǎng)殖魚類存活率，利潤是對照池塘的1.74倍[12]。流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖寶石鱸，每立方米水體產(chǎn)量超100 kg，是傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖量的4～5倍[13]。綠色圈養(yǎng)系統(tǒng)排污效率90%以上，養(yǎng)殖容量達50～100 kg/m3，飼料系數(shù)下降約20%[14]。蝦蟹貝魚多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)中沉積(19.6%)和排水(25.0%)的氮支出明顯降低，較傳統(tǒng)對蝦單養(yǎng)模式營養(yǎng)物質(zhì)利用效率顯著提升，經(jīng)濟和生態(tài)效益顯著[15]。以上新型池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)，均不同程度集成了不同的減排技術(shù)，對池塘養(yǎng)殖水質(zhì)進行調(diào)控變得更為可行，部分池塘養(yǎng)殖的糞便、殘飼和尾水得到資源化再利用。

本文重點分析了上述7種典型淡水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)減排工程設(shè)施構(gòu)建特征，總結(jié)了這些系統(tǒng)中工程設(shè)施存在的問題，以期為未來中國池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)改造、升級提供參考。

1 淡水池塘養(yǎng)殖減排系統(tǒng)

1.1 基于人工濕地的池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)

早在幾十年前，國外就開始用人工潛流濕地處理陸基鮭魚養(yǎng)殖廢水中的有機小顆粒和溶解性營養(yǎng)鹽，取得了較好的水處理效果[16]。近些年，國內(nèi)開始用人工潛流濕地凈化淡水池塘養(yǎng)殖用水[6,17]。凈水濕地一般會復(fù)合生態(tài)溝渠、沉淀塘、過水堰、富氧塘(圖1)，稱之為“基于人工濕地的池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)”，也稱為“復(fù)合人工濕地-池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)”。

圖1 基于濕地的池塘循環(huán)水凈化設(shè)施示意圖Fig.1 Schematic diagram of wetland-based pond circulating water purification facilities

其中，人工潛流濕地為核心水處理設(shè)施。在該系統(tǒng)中，池塘養(yǎng)殖水體經(jīng)一級水泵動力提升，進入生態(tài)溝渠和沉淀塘，利用重力作用，對大型固體懸浮顆粒進行初級沉淀處理。然后，經(jīng)過水堰進入人工潛流濕地，在濕地微生物分解作用和植物吸收作用下，將養(yǎng)殖水體中大部分營養(yǎng)鹽去除。最后，進入富氧塘，水體溶氧得到恢復(fù)后，再回到養(yǎng)殖池塘循環(huán)利用。水處理設(shè)施面積和池塘養(yǎng)殖面積比一般在1∶10左右，潛流濕地由不同大小粒徑的石子組成，濕地表面栽種蘆葦、美人蕉、再力花等水生植物[18]。該水處理技術(shù)在上海等地進行了試驗和推廣。

這種復(fù)合池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)，可以應(yīng)對池塘大體量養(yǎng)殖水質(zhì)凈化要求，在潛流濕地剛剛建設(shè)好的幾年，往往可以取得較好的水質(zhì)凈化效果。濕地、養(yǎng)殖池塘、沉淀塘水體幾乎處于同一水平面，水循環(huán)動力能耗較少。系統(tǒng)缺點是必須拿出部分池塘養(yǎng)殖水面構(gòu)建人工濕地，前期設(shè)施建設(shè)投資較大，且運行時間久了，濕地會堵塞，難清理修復(fù)。

1.2 “三池兩壩”池塘養(yǎng)殖水體凈化系統(tǒng)

“三池兩壩”池塘養(yǎng)殖水體凈化系統(tǒng)，由1個沉淀池、2個過濾壩、1個曝氣池和1個生態(tài)池組合而成(圖2)，簡稱“三池兩壩”[11]。池塘養(yǎng)殖水體經(jīng)溝渠，首先進入沉淀池，去除大顆粒固體污染物。然后經(jīng)1級過濾壩，進入曝氣池，利用耗氧微生物，將溶解性有機氮磷轉(zhuǎn)化為無機氮磷。再經(jīng)過濾壩2，進入生態(tài)池，利用濾食性動物、水生植物將水體中溶解性營養(yǎng)鹽去除。最后，養(yǎng)殖水體達標(biāo)后，循環(huán)再利用或直接排放掉。

圖2 “三池兩壩”池塘養(yǎng)殖尾水處理示意圖Fig.2 Schematic diagram of aquaculture tail-water treatment in "three ponds and two dams" system

“三池兩壩”將物理沉淀、填料過濾、曝氣氧化、生物同化等技術(shù)集成一體。對養(yǎng)殖池塘形狀和養(yǎng)殖對象品種沒有特殊要求，適用于處理不同養(yǎng)殖品種的內(nèi)陸池塘養(yǎng)殖尾水，在長江以南，一年四季均可使用，但夏季處理效果最好。該水處理技術(shù)，主要在浙江部分區(qū)域得到試驗和推廣。類似上述基于潛流濕地的池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)，系統(tǒng)缺點是必須拿出部分水面構(gòu)建“三池兩壩”，前期建設(shè)過濾壩、安裝生物毛刷、曝氣裝置等所需投資較大。

1.3 “集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)

“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)運行模式：“分區(qū)養(yǎng)殖，異位處理”，在岸基上搭建集裝箱養(yǎng)魚，用大面積池塘對集裝箱養(yǎng)殖尾水進行凈化[19]。用水泵將池塘表層富氧水體不斷抽至集裝箱內(nèi)，利用風(fēng)機輔助增氧。集裝箱內(nèi)設(shè)斜面集污槽，收集養(yǎng)殖固體廢棄物。養(yǎng)殖尾水排出，經(jīng)固液分離裝置過濾分離后，流入多級生態(tài)池塘，實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水凈化處理(圖3)[7,20]。

圖3 “集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of "container+ecological pond" aquaculture system

相比上述兩種技術(shù)，該技術(shù)增加了集污和固液分離裝置，使養(yǎng)殖對象和固體養(yǎng)殖廢棄物分離成為可能。除此之外，該養(yǎng)殖系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：(1)將魚類聚集在一起實施高密度養(yǎng)殖，利于實時監(jiān)測養(yǎng)殖對象攝食和健康狀況，方便及時調(diào)整投食、增氧和用藥。(2)實時固液分離，減少魚類與養(yǎng)殖固體廢棄物直接接觸機會，減小病害發(fā)生概率。(3)利用大面積池塘進行養(yǎng)殖水質(zhì)處理，可以充分利用光合作用增氧，節(jié)約曝氣增氧能耗。缺點是：因為集裝箱放在池塘岸邊，池塘和集裝箱水位存在較大水位落差，并且為了保持清新水質(zhì)，需要大水量循環(huán)，提水動力能耗較高。該系統(tǒng)雖然不需要太大的土建工程，但集裝箱價格較高，前期投資大。

該模式在羅非魚、烏鱧、加州鱸魚和草魚等10多個養(yǎng)殖品種試養(yǎng)成功，在廣東等多個省份及埃及等“一帶一路”國家示范應(yīng)用。到2020年，該技術(shù)模式已在全國24個省(區(qū)、市)推廣應(yīng)用，養(yǎng)殖箱體超過3 000個[7]。

1.4 綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)

綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)主要包括圈養(yǎng)箱、增氧系統(tǒng)、集排污設(shè)施、循環(huán)水設(shè)施和人工濕地廢水處理設(shè)施5個部分(圖4)。圈養(yǎng)箱為圓柱體，一般情況，內(nèi)徑4.0 m，高3.1 m，平均水深1.8 m，養(yǎng)殖容積約25 m3，每個圈養(yǎng)箱可達到1 t的產(chǎn)量，圈養(yǎng)箱面積不超過池塘總面積的25%[14,21]。

圖4 綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of green and efficient captive breeding system

綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)和“集裝箱+生態(tài)池塘”理念有相似之處，將養(yǎng)殖對象集中在一起，實現(xiàn)高密度集約化養(yǎng)殖，且配備了集污排污裝置。圈養(yǎng)系統(tǒng)不同于“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)，是將養(yǎng)殖池(即圈養(yǎng)箱)放在了池塘內(nèi)部，每個圈養(yǎng)箱的箱壁成孔狀，具有透水性，圈養(yǎng)箱內(nèi)外水體交換時，不需要顯著水位落差，在犧牲很少能耗的情況下，就可以讓圈養(yǎng)箱內(nèi)外水質(zhì)保持一致。圈養(yǎng)系統(tǒng)復(fù)合了集污、排污裝置，可以將部分養(yǎng)殖污染物排放到養(yǎng)殖系統(tǒng)外，減少養(yǎng)殖水質(zhì)污染[8,21]。圈養(yǎng)箱外的池塘水質(zhì)凈化區(qū)面積較大，凈化區(qū)水體循環(huán)、快速均一化仍是未來需要克服的一個難題。綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)是一種新穎的養(yǎng)殖系統(tǒng)，構(gòu)建該系統(tǒng)，需要在傳統(tǒng)土塘基礎(chǔ)上新建圈養(yǎng)箱、沉淀池、硝化池等設(shè)施，前期硬件投資較大。

1.5 植物浮床-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)

研究表明，利用水生植物構(gòu)建生物浮島[22]、生物浮床[23-28]等凈化廢水，能夠顯著降低廢水中的總氮、硝酸鹽氮、氨氮、總有機碳等。植物浮床在凈化養(yǎng)殖池塘水體過程中亦顯示出強大的生命力。水生植物不僅能直接從水體中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，去除養(yǎng)殖水體過剩氮、磷，其發(fā)達的根系還能為水中微生物的生長提供附著基質(zhì)，有效分解截留在植物根系上的有機物質(zhì)。

一般架設(shè)在養(yǎng)殖池塘中的浮床整體結(jié)構(gòu)類似于養(yǎng)殖網(wǎng)箱，包括上下兩層網(wǎng)片，下層網(wǎng)片較密，以防止魚進入空心菜區(qū)域偷食空心菜莖葉，上層使用稀疏網(wǎng)片，用來支撐和固定空心菜(圖5)。為了防止自由移動，整個生物浮床被固定在插入底泥的竹竿上。為了提高經(jīng)濟效益，池塘浮床一般種植具有經(jīng)濟價值的蔬菜，比如空心菜、水芹、生菜等[29-30]。

圖5 植物浮床-池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of plant floating-bed pond aquaculture system

植物浮床會遮蔽陽光，減少養(yǎng)殖水體浮游植物光合作用。其次，浮床發(fā)達根系上面會附著生長大量自養(yǎng)型硝化菌和異養(yǎng)菌[31]，這些微生物呼吸作用會消耗掉養(yǎng)殖水體中大量溶氧。研究表明，植物根系本身呼吸作用耗氧僅占13.75%，氨氮硝化耗氧和好氧微生物降解有機污染物耗氧分別占比76.31%和9.94%[32]，過大比例面積的植物浮床會導(dǎo)致池塘水體缺氧[32]。綜合考慮養(yǎng)殖對象生長情況、經(jīng)濟效益、水質(zhì)狀況等，養(yǎng)殖池塘中架設(shè)5.0%～7.5%面積的浮床，養(yǎng)殖效果較佳[32-33]。

植物浮床原位凈化池塘養(yǎng)殖水質(zhì)，不占用原有池塘養(yǎng)殖面積，不用對原有池塘結(jié)構(gòu)進行改造，并且浮床上的植物具有一定的經(jīng)濟價值，這是植物浮床凈水設(shè)施的優(yōu)勢。但該復(fù)合系統(tǒng)無法實現(xiàn)集污、排污，只能利用植物根系上的微生物分解溶解性有機物物質(zhì)和固體小顆粒污染物，凈水能力有限。僅僅依靠植物浮床凈水，無法實現(xiàn)集約化、高密度養(yǎng)殖。

1.6 流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)

流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)由流水槽、集污區(qū)、增氧設(shè)施、導(dǎo)流裝置、濕地等組成，又稱“跑道式”水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，最初由美國奧本大學(xué)提出，并于2013年由美國大豆出口協(xié)會引進至中國[34]。目前，商業(yè)化的流水槽的大小一般為5 m×25 m(包括集污區(qū)5 m × 1.7 m)(圖6)[9,35]。流水槽位于池塘一側(cè)中間位置，吃食性魚類飼養(yǎng)在流水槽內(nèi)，流水槽上游安裝有增氧推水設(shè)備，由旋渦風(fēng)機提供動力，通過納米曝氣管釋放出的大批量的小氣泡經(jīng)導(dǎo)流板形成定向推力，推動水流前進。增氧推水設(shè)備被稱為是池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)的“心臟”[9]。流水槽面積占池塘面積2%～5%為宜[35]，淡水池塘總面積不低于1.33 hm2(20畝)，池塘深度1.8～3.0 m。在集污區(qū)上游安裝不銹鋼攔魚網(wǎng)片，網(wǎng)孔大小根據(jù)養(yǎng)殖對象規(guī)格確定。

圖6 流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.6 Schematic diagram of flow tank-pond circulating aquaculture system

在流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中還要考慮安裝導(dǎo)流設(shè)施，引導(dǎo)水流繞著整個池塘做循環(huán)流動，促進流水槽養(yǎng)殖區(qū)與池塘凈化區(qū)全部水體交流。導(dǎo)流設(shè)施可以用泥土堆成，也可以為磚砌水泥墻，還可以用塑料編織布、高密度聚乙烯塑料膜等材料[36]。池塘凈化區(qū)飼養(yǎng)鰱、鳙魚類，同時搭配田螺、河蚌、青蝦、河蟹、水草等。

系統(tǒng)優(yōu)點：(1)流水槽內(nèi)部養(yǎng)殖鯉魚、草魚等，養(yǎng)殖密度可達50 kg/m3以上；(2)流水槽養(yǎng)殖水體和生態(tài)凈化池塘內(nèi)水體基本處于同一水平面，用風(fēng)機曝氣推水、增氧，養(yǎng)殖區(qū)和凈化區(qū)水流交換能耗相對較低。系統(tǒng)缺點：因為流水槽呈長條形結(jié)構(gòu)，槽內(nèi)養(yǎng)殖水體無法有效形成旋渦，不利于有效收集養(yǎng)殖動物糞便、殘飼，是該系統(tǒng)未來需要克服的一大缺陷；其次，該系統(tǒng)前期需要進行大量的土建工程，存在建設(shè)成本高、與當(dāng)前國土規(guī)劃不一致等問題。

1.7 多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)

多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖(Integrated multi-tropic aquaculture，IMTA)，可以有效促進水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)利用，是一種高效、健康、可持續(xù)發(fā)展的養(yǎng)殖模式，一直以來都是國內(nèi)外大力倡導(dǎo)并積極推行的健康水產(chǎn)養(yǎng)殖理念[15]，在國內(nèi)又被稱為“多營養(yǎng)級水產(chǎn)養(yǎng)殖”。多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)主要是依據(jù)不同養(yǎng)殖生物間共生互補原理，將蝦(蟹)、貝、魚、藻等不同營養(yǎng)層級、養(yǎng)殖生態(tài)位互補的生物進行整合，充分利用池塘物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，有效維持生態(tài)平衡，從而實現(xiàn)持續(xù)、健康、高效養(yǎng)殖。如現(xiàn)在發(fā)展起來的河蟹綜合養(yǎng)殖池塘(圖7)，通常包含鰱、鳙、蟹、螺、水草等，蟹和螺雖然都生長在池塘底部，二者在空間上存在競爭關(guān)系，但二者處于不同營養(yǎng)層級，螺會利用蟹殘留的食物碎屑和藻類，而蟹會將螺作為食物，二者生態(tài)位互補[37]。多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖不同于傳統(tǒng)多品種池塘混養(yǎng)技術(shù)，后者更傾向于綜合利用池塘空間，按照養(yǎng)殖動物不同生活習(xí)性，在同一池塘內(nèi)搭配不同空間生活魚類，如傳統(tǒng)青草鰱鳙混養(yǎng)池塘養(yǎng)殖，鰱鳙為上層魚類，草魚為中層魚類，青魚為底層魚類，通過不同空間品種搭配達到充分利用養(yǎng)殖水體空間提高養(yǎng)殖產(chǎn)量的目的[15]。

圖7 多營養(yǎng)層級淡水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖Fig.7 Schematic diagram of multi-trophic-level freshwater pond aquaculture system

多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)可認為是一種原位的水質(zhì)修復(fù)技術(shù)，其通過提高飼料利用率，來達到減少養(yǎng)殖廢棄物的目的。該系統(tǒng)工程建設(shè)要求較少，通常需要采取的工程措施主要包括栽種水草和懸掛養(yǎng)殖河蚌。多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖技術(shù)最大優(yōu)勢在于將部分養(yǎng)殖廢棄物變?yōu)榻?jīng)濟產(chǎn)出，近年來，備受推崇。在該系統(tǒng)中，不同營養(yǎng)層次物種始終處于動態(tài)平衡過程中，對養(yǎng)殖系統(tǒng)采取的任何調(diào)控措施，需要考慮到每種營養(yǎng)層次，一旦有其中一個營養(yǎng)層次出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)將面臨崩潰。該技術(shù)在水面較小、養(yǎng)殖周期短的池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)中實現(xiàn)困難。其次，該系統(tǒng)不具有排污集污設(shè)施，不適合集約化、高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖。

2 池塘養(yǎng)殖減排工程存在問題

2.1 池塘養(yǎng)殖減排工程集污、排污技術(shù)需進一步完善

近些年來，中國在淡水池塘養(yǎng)殖污染物減排工程設(shè)施研究方面取得一定進展?！凹b箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)、綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)、流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)安裝了集污、排污裝置(表1)，將部分糞便和殘飼移出養(yǎng)殖池成為可能，但在規(guī)?；B(yǎng)殖過程中，仍存在這些養(yǎng)殖廢棄物收集、排出率不高的問題。影響集污、排污的重要因素：池型構(gòu)造、水流動力、不同養(yǎng)殖階段糞便特征等，目前尚未見報道對其進行系統(tǒng)描述，已有研究不能為這些系統(tǒng)集污、排污功能有效實現(xiàn)提供必要理論支撐?；谌斯竦氐某靥裂h(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)、“三池兩壩”池塘尾水處理系統(tǒng)，利用沉淀池、濕地等可對養(yǎng)殖水體中的固體有機顆粒進行去除，在一定程度上對養(yǎng)殖池塘排出的水進行了凈化(表1)，但養(yǎng)殖對象產(chǎn)生的代謝廢物大多沉淀到池塘底部，其不斷向養(yǎng)殖水體中釋放污染物，極大限制了池塘養(yǎng)殖容量。對于植物浮床-池塘復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)和多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)，同樣缺乏集污、排污裝置。雖然，這3種系統(tǒng)能夠?qū)⒉糠秩芙庑誀I養(yǎng)鹽和有機顆粒資源化再利用，但對固體糞便及殘飼的利用非常有限。

表1 淡水池塘養(yǎng)殖廢棄物減排工程特征Tab.1 Characteristics of freshwater pond aquaculture waste emission reduction projects

2.2 糞便、殘飼和養(yǎng)殖尾水資源化再利用率不高

“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)、綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)、流水槽-池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)具有了集污、排污裝置(表1)，能夠收集出部分動物糞便和殘飼，但這些養(yǎng)殖廢棄物含水量非常高，不適合遠距離運輸，只能就近消化。其次，水產(chǎn)養(yǎng)殖動物糞便和殘飼元素不平衡，其富含氮、磷元素，但鉀、鐵、鈣等植物所需元素相對匱乏，不適合直接用作水稻、玉米等農(nóng)作物肥料。目前還缺乏對這些廢棄物資源化再利用加工工藝，更不具備水產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄物加工、運輸和利用產(chǎn)業(yè)鏈。水產(chǎn)養(yǎng)殖糞便、殘飼不具備經(jīng)濟價值，養(yǎng)殖者缺乏經(jīng)濟動力去處理這些池塘養(yǎng)殖廢棄物。

基于人工濕地的池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)、“三池兩壩”養(yǎng)殖系統(tǒng)等，在池塘養(yǎng)殖過程中，雖然能將養(yǎng)殖用水處理循環(huán)再利用。但秋、冬季節(jié)拉網(wǎng)捕獲養(yǎng)殖對象時，需要集中排水。此時，也是大部分農(nóng)作物的收獲時間，基本不再需要用水。并且，由于氣溫較低，人工濕地與“三池兩壩”尾水處理系統(tǒng)對溶解性的氮、磷去除效果較差，富含氮、磷的養(yǎng)殖尾水只能外排到周圍水域環(huán)境，不能被資源化再利用。

3 展望與建議

3.1 加強池塘養(yǎng)殖減排工程基礎(chǔ)性研究

水產(chǎn)養(yǎng)殖水體污染本質(zhì)是碳、氮、磷等元素過剩。中國池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)雖然擁有2 000多年的悠久歷史，但目前，針對池塘氮、磷循環(huán)，及相關(guān)微生物方面的基礎(chǔ)研究，缺乏系統(tǒng)性，現(xiàn)在還沒形成一套相比較成熟的理論，可為池塘養(yǎng)殖減排工程精準(zhǔn)設(shè)計提供依據(jù)。比如，在一定具體條件下，池塘養(yǎng)殖水體硝化速率、有機物質(zhì)的降解速率、沉積物反硝化速率等，目前這些具體參數(shù)尚不能確定。在未來，池塘養(yǎng)殖減排工程應(yīng)當(dāng)遵守物質(zhì)循環(huán)規(guī)律，考慮氣候變化、養(yǎng)殖對象生活習(xí)性、地域條件差異等，針對養(yǎng)殖過程主要問題，進行工程設(shè)計。其次，池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)應(yīng)盡可能借用時代發(fā)展帶來的尖端科技，改變靠天吃飯、看水養(yǎng)魚的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式，對池塘投餌進行精細化、智能化管理[38]，利用先進的檢測儀器設(shè)備替代依靠人工主觀判斷進行養(yǎng)殖生產(chǎn)活動的局面。盡可能提高飼料利用率，降低飼料系數(shù)，從源頭上減少養(yǎng)殖污染物的生成。

3.2 強化池塘養(yǎng)殖減排工程技術(shù)研究

“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)、綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)、流水槽-池塘養(yǎng)殖內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，一改傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖習(xí)慣，將養(yǎng)殖對象集中管理，養(yǎng)殖對象攝食、生長、健康狀況在一定程度上變得可見，這是池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)上的一大進步，在某種程度上，意味著傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖正在向工業(yè)化池塘養(yǎng)殖模式邁進。在養(yǎng)殖水質(zhì)良好條件下，“集裝箱+生態(tài)池塘”養(yǎng)殖系統(tǒng)、綠色高效圈養(yǎng)系統(tǒng)等單位水體養(yǎng)殖密度由傳統(tǒng)池塘1 kg/m3上升到50～100 kg/m3[13,21]，甚至更高。可想而知，養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的代謝廢物也會升高上百倍。已有資料表明，去除部分糞便和殘飼后，用傳統(tǒng)“濾食性動物+水生植物凈水”模式凈化這些高密度養(yǎng)殖池的養(yǎng)殖尾水，仍會占用10倍以上的凈水面積(表1)?，F(xiàn)在，上述3種養(yǎng)殖池面積減小了，但池塘養(yǎng)殖設(shè)施總面積和傳統(tǒng)池塘面積相比，并未減少很多。在未來，應(yīng)積極探索開發(fā)處理池塘養(yǎng)殖尾水的高效生物反應(yīng)器，借鑒工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式，利用高效微生物反應(yīng)器取代現(xiàn)有普遍用水生植物凈化養(yǎng)殖水體的現(xiàn)狀，減少凈水池塘面積，盡可能做到節(jié)地、節(jié)水。其次，應(yīng)積極探索新的養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)，比如改變傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化模式，創(chuàng)建適合處理池塘養(yǎng)殖水體的厭氧氨氧化生物反應(yīng)器，在無額外有機碳源的條件下，實現(xiàn)反硝化，將溶解性氮素變?yōu)榈獨鈁39-40]，盡可能降低養(yǎng)殖尾水處理成本。

3.3 建立池塘養(yǎng)殖減排工程產(chǎn)業(yè)鏈

對于池塘養(yǎng)殖業(yè)，安裝集污、排污設(shè)施，及時收集、去除養(yǎng)殖環(huán)境中的糞便、殘飼，提高單位養(yǎng)殖水體產(chǎn)出，是池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢。所以，對于池塘養(yǎng)殖固體廢棄物的資源化再利用是未來重點要考慮的問題。建議池塘養(yǎng)殖研究者積極向畜牧業(yè)學(xué)習(xí)，研發(fā)養(yǎng)殖固體廢棄物脫水、發(fā)酵、平衡礦物質(zhì)元素等加工工藝，以這些養(yǎng)殖固體廢棄物為原料，生產(chǎn)農(nóng)用有機肥料，使這些池塘養(yǎng)殖固體廢棄物具有市場價值，讓養(yǎng)殖從業(yè)人員具有安裝池塘集污排污設(shè)施的動力。其次，池塘養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)密切結(jié)合種植業(yè)，對池塘養(yǎng)殖區(qū)域進行合理布局，方便水產(chǎn)養(yǎng)殖固體廢棄物在本地進行資源化再利用，降低養(yǎng)殖廢棄物加工運輸成本。努力做到收集、排放和資源化再利用池塘養(yǎng)殖廢棄物在經(jīng)濟上可行。再次，國家應(yīng)進一步推動池塘養(yǎng)殖設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化，降低收集、排放、水處理設(shè)施生產(chǎn)、安裝成本，提升池塘養(yǎng)殖設(shè)施配件通用性。

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