低碳池塘集聚式内循环养殖模式构建

文/周陆 张国奇 俞宝根 江芝娟 张友良

低碳池塘集聚式内循环养殖模式构建

文/周陆 张国奇 俞宝根 江芝娟 张友良

为探索新型现代渔业的养殖技术，进行低碳池塘集聚式内循环养鱼模式的构建和完善。以草鱼等为该模式的试验鱼，利用2套模式进行试验，分析了模式中鱼类生长、水质变化、代谢物收集和养殖池水体交换等。结果表明低碳池塘集聚式内循环养鱼模式是一种节能节地和高产高效的养殖模式，较传统养殖模式具有明显的优势。

目前，传统养殖模式的弊端已愈发显现，探索新型现代渔业的养殖模式十分必要。通过调节放养密度来实现产量和效益的最大化是目前水产养殖中的普遍做法，然而普通池塘的放养密度均有一定阈值。也有学者通过研究水体循环净化水质技术和生态养殖而达到增加养殖产量和提高经济效益的目的。亦有学者对室内高密度养殖进行研究，可使单位面积的产量和效益较传统养殖模式提高2倍甚至更多，但目前此两种养殖方式由于占地多和基础设施投入大，运行成本高，养殖品种局限性大等缺点，因而难以推广。

低碳池塘集聚式内循环养殖是区别于传统养殖和工厂化养殖的一种新型养殖模式，其通过曝气推水系统和自动化代谢物收集（吸污）系统将高密度养殖和流水养殖技术相结合，高产高

效零排放，实现鱼类可持续生态养殖。该理念最初由美国Auburn University提出，并于2013年由美国大豆出口协会（USSEC）引进至中国推广。上海市松江区水产良种场于2014年开始对该种养殖模式进行探索，并在4个面积各为1h2的池塘内建造该模式的养殖系统2套，现已初步形成较为成熟的养殖工艺技术体系。本文即报道了低碳池塘集聚式内循环养殖模式的构建与完善，以期为该模式的推广提供理论基础和依据。

一、材料与方法

1.系统配置

（1）曝气推水系统

曝气推水系统主体为5m×1.2m× 1.8m（长×宽×高）玻璃钢架。玻璃钢架正下方1.5m处为连

接了鼓风机的纳米管，纳米管正上方为倾斜角度为45°的铝质挡板。当纳米管曝气时，上升气体带动水体垂直向上形成的水流为铝质挡板所阻，从而改变水流方向，推动水体水平流动，同时增加水体中溶解氧含量。

（2）集聚式养殖池

养殖池为22m×5m×2m（长×宽×深）水泥池。其两端开口，均设有拦鱼网。一端连接曝气推水系统，一端连接集污收集系统。每套模式设集聚式养殖池5只。

（3）半自动投饵系统

半自动投饵系统由钢架（高度为5m）、料斗（装载量为200kg）、水平移动行车、垂直起重机械和自动投饲机组成。将饵料装入料斗，由垂直起重机械吊至空中，再由水平移动行车将其送至自动投饲机上方，最后将饵料投放入自动投饲机进行投喂。

（4）集污收集系统

集污收集系统由集污池、钢制横梁、水平移动行车、吸污水泵、排污槽和沉淀池组成。集污池两端开口，一端连接集聚式养殖池，池内流动水体流经设有矮墙的另一端进入净化池塘，而鱼类代谢物受矮墙所阻集于集污池底。钢制横梁和排污槽置于集污池正上方，吸污水泵通过水平移动行车在钢制横梁上水平移动的同时将鱼类代谢物与水体混合物吸出并排放至排污槽，鱼类代谢物与水体混合物通过排污槽流入沉淀池。鱼类代谢物在沉淀池沉淀。

（5）净化池塘

净化池塘为养殖模式的载体，面积为20000m2。曝气推水系统、集聚式养殖池、半自动化投饵系统和集污收集系统均建于其中。池塘内放养一定数量的鲢鳙，用以调节水质，系统以外的区域适量种植水生植物。

2.模式构建与后期改进

低碳池塘集聚式内循环养殖模式最初由曝气推水系统、集聚式养殖池、集污收集系统和净化池塘组成。每套模式为3条集聚式养殖池，联排建于净化池塘一侧，而曝气推水系统置于集聚式养殖池一端。集聚式养殖池前端的水体通过曝气推水系统作用向另一端流动，经集聚式养殖池进入集污池，然后流入净化池塘，经净化池塘的自净和水生植物的净化后由池塘内两台曝气推水设备顺水推至集聚式养殖池内。水体中的鱼类代谢物由集污池下游的矮墙所阻，集于集污池底部，再由吸污水泵吸至排污槽中流入岸上的沉淀池沉淀，上清液经种植在塘埂上的水生蔬菜（空心菜、茭白）净化后流入池塘，种植区域为120m×2m。第二年，改2套模式共设置6条集聚式养殖池为10条，如此为增加养殖产量或降低放养密度提供保障；新建饵料运输行车，变人工送饵为机械设备送饵，形成半自动投饵系统，减少了投饵工作量和劳动强度，节约了劳动力；同时改集污收集系统的单泵吸污为双泵吸污，使代谢物收集率较上一年度提高10.48%；第三年，改集污收集系统的手动吸污为自动吸污，设置吸污往复次数和时间间隔，吸污设备即自动运行，解决了白天人工开启设备比较繁琐和夜间无人开启不能吸污的弊端，使代谢物收集率较上一年度提高约44.47%。在净化池塘内近塘埂2m水面处种植空心菜，增强水质净化。经三年的设施设备改进和养殖技术探索，逐步形成了完善的以曝气推水系统推水增氧、集聚式养殖池高密度流水养殖、半自动化投饵系统投饵、集污收集系统收集代谢物和净化池塘净化水质的低碳池塘集聚式内循环养殖模式。模式示意图如图1所示。

图1.低碳集聚式内循环养殖模式示意图

3.模式管理

自2014年5月开始进行2套模式的养殖试验，2014年放养试验鱼品种主要为草鱼和团头鲂“浦江1号”，2015年为草鱼和“杭鳢1号”，2016年度为草鱼、青鱼和鲫鱼。试验鱼除“杭鳢1号”来自建光黑鱼专业合作社外，其它均来自上海泖田湿地生态农业投资有限公司。试验鱼饵料选取蛋白为32%～36%的膨化饲料（宁波天邦股份有限公司）。放养初期，进行养殖驯化工作。本模式中，水体的流动迫使试验鱼持续游动，因此驯化工作较传统池塘养殖难度大。驯化期间，每日投饵3次，分别为8:00、12:00和16:00。水温达25℃时，每日投饵4次，7:00,11:00,14:00和17:00。投饵量视天气、水质及鱼类活动情况而定。昼夜巡塘，确保各设备运转正常。集污收集系统改进前每日手动吸污4次，改进后自动吸污设备设置为30分钟/次，每次为一个往复。定期清理沉淀池底部的鱼类代谢物并称重。定期检查鱼类生长情况。

4.水质检测与数据处理

定期对净化池塘和集聚式养殖池水体进行水质监测检测，适时调控水质，同时定期测量集聚式养殖池上下游水体流速。水质监测指标主要为溶解氧、氨氮、亚硝态氮、透明度、PH值和水温，其中溶解氧与水温使用YSI 550A型便携式溶氧仪测量，PH使用METTLER TOLEDO FG2型便携式PH计测量，透明度使用塞氏盘（北京渔经生物技术有限公司）测量，氨氮和亚硝态氮采用奈氏试剂法( HJ535 -2009) 和N-( 1-萘基) -乙二胺分光光度法( GB /T7493 -87) 测量。水体流速使用HD-S通用水文流速测算仪（河南宏达尔仪表有限公司）测定。

氨氮、亚硝态氮和PH值采用EXCEL软件分析，并作折线图。

计算集聚式养殖池日水体交换量，公式如下:

V(change)=S·V·t

其中，V（change）为日水体交换量，S为水体流动的横截面积，V为水体流速，t为时间。

二、结果与分析

1.溶解氧、水温与透明度变化

溶解氧、水温与透明度3个年度的每月均值如表2所示，结果表明：溶解氧和透明度年变化规律为随着时间的推移逐渐降低，至8月～9月时最低，之后逐渐升高，而水温则相反。3个年度溶解氧和透明度比较结果为2014>2015>2016，但差距较小。

表1.部分水质指标的月均值统计表

2.氨氮、亚硝态氮和PH 变化

（1）3个年度氨氮、亚硝态氮和PH变化

3个年度的氨氮亚硝态氮变化如图2a和图2b所示，结果表明3个年度中氨氮和亚硝态氮含量差异较小且变化趋势相似；3个年度的PH值变化如图2c所示，3个年度中PH值差异较小且变化趋势相似。

（2）水生蔬菜净化前后氨氮和亚硝态氮的变化

沉淀池中代谢物沉淀后的上清液经水生蔬菜（空心菜、茭白）净化后的氨氮和亚硝态氮变化如图3所示，结果表明在净化前水体氨氮和亚硝态氮含量明显高于净化后，且两者差异随着养殖的进行先大后小，8月时最大。

3.水体交换情况

对集聚式养殖池水体流速进行测定，其上游表层水体流速均值为0.60m/s，下游水深0m～0.2m处流速均值约为0.05/s，下游水深0.2m～0.3m处流速均值约为0.02/s，水深0.4m以下流速几乎为0。以下游流速计， V(change)=1m2×0.05m/ s×86400s+0.5m2×0.02m/s×86400s，即每池每日水体交换量约为5184m3。

4.吸污设备改进前后的代谢物收集效率和水质变化比较

吸污设备经过两次改进，两次改进后的代谢物收集效果和水质变化如表3和表4所示。以表观消化率为72.44%计，收集效率结果表明：第一年度、首次改进后和二次改进后代谢物收集率分别为29.17%、39.65%和84.12%， 首次改进和二次改进后较首次改进后分别提高10.18%和44.47%。集污收集系统改进前后水质变化结果表明，除5月、6月和11月改进前氨氮低于改进后外，集污收集系统二次改进后氨氮和亚硝态氮含量差异较小。

图2a.3个年度的氨氮变化

图2b.3个年度的亚硝态氮变化

图2c.3个年度的PH值变化

图3.部分水质指标净化前后均值比较

表2 集污收集系统2个年度收集率情况

表3.集污收集系统两次改进后水质变化

5.养殖结果

2014年度、2015年度和2016年度2套模式总产量分别为95160kg 、141344kg和 165691kg，饵料系数分别为2.20、2.10和1.48，折合平均单位面积产量分别为1586kg/亩、2356 kg/亩和2761 kg/亩。

三、讨论

1.模式可行性

高产高效生态养殖一直是水产养殖行业中长期试验和探索的养殖方式，其可减少养殖过程对环境的污染，同时可实现养殖效益最大化，是实现现代渔业可持续发展的养殖方式之一。由美国大豆出口协会(USSEC)引进的低碳池塘集聚式内循环养殖模式尚处于研究与完善阶段，本文即报道了笔者经3年的养殖研究和工艺改进过程，产量由1586kg/亩增加至2761kg/亩，养殖过程中各年度各项水质指标基本相似。集污收集系统是本模式的创新亮点，共进行两次改进。由单泵手动吸污到双泵手动吸污再到双泵自动吸污，使代谢物收集率达84.12%。鱼类代谢物的收集，有效地降低了代谢物对养殖水体水质的恶化，解决了传统养殖中的代谢物沉积难题。同时代谢物收集后用于种植业，使水产养殖与循环农业有机结合。饲料配方以及养殖鱼类规格大小直接影响鱼类粪便的成型与沉淀从而影响吸污的效果，这需进一步的探索。由上述结果表明，该模式可替代传统养殖模式进行常规鱼养殖，且可获得优于传统养殖的经济和生态效益。

2.水质指标

水质是水产养殖成功与否的关键，通常情况下，水质指标主要为溶解氧、氨氮、亚硝态氮。当前增加溶解氧的普遍方式主要为鼓风曝气或纯氧增氧，本模式中的曝气推水系统的增氧原理与鼓风曝气增氧原理相似。集聚式养殖池中鱼载量是传统池塘养殖的50倍甚至更高，溶解氧则尤为重要，其直接影响鱼的摄食能力和生长状态。本试验中，溶解氧在8月～9月最低，这是由于鱼的生长个体逐渐变大，加之该段时间为本地区养殖的最佳时间，投饵量增大，从而使得各集聚式养殖池的耗氧量大幅攀升。因此，在本阶段需加强管理同时添加设备以增加水体中溶解氧含量。经水生植物净化的沉淀池上清液水质指标良好，表明通过水生植物改良水质是切实可行的。集聚式养殖池中水体中的氨氮和亚硝态氮含量随着养殖的进行不断升高，虽经吸污设备改进后稍有降低，但仍保持在较高水平，需对如何调控这两项指标作进一步研究，勘寻改善水质更加有效的方法。随着养殖的进行，透明度不断降低，亦需对其作进一步研究。另外，2016年度的池载量明显高于2015年度，但水质指标却未明显高于2015年度，表明经改进后的吸污设备对水质改良起到了良好的作用。

3.模式效益评价

本模式经3个年度的构建与完善，其较传统养殖模式的优越性有六：其一，产量高，占用土地资源少。本模式式目前折合产量已达到2761kg/亩，是传统养殖模式的近2倍，表明在同等产量下，土地资源的需求仅为传统养殖模式的一半；其二，饵料系数低，2016年仅为1.48，明显低于传统养殖模式的水平；其三，减少劳动量和强度，节约劳动力。集聚式“圈养”和全自动或半自动设备的使用使日常管理仅1人可以完成，而在同等产量的传统养殖模式中，需4人，实现了水产养殖开始由劳动密集型向技术密集型转变；其四，代谢物可收集，养殖过程生态化。通过集污收集系统对鱼类代谢物的收集，切断了水质恶化的源头，降低疾病发生概率，减少药物使用。另外，水体内循环净化，养殖全程未有养殖水体排出，具有良好的生态效果；其五，集聚式养殖池水体处于持续流动，迫使养殖鱼类处于持续游动状态，从而使得鱼体肉质较其它养殖方式鲜美紧致；其六，同等产量所需的土地租赁、饵料和劳动力等较传统养殖模式少，节约了生产成本，提高了经济效益。由此可见，低碳集聚式池塘内循环养鱼模式较传统养殖模式具有明显优势，是一种节能节地和高产高效的养殖模式。

4.存在问题

本模式中，集聚式养殖池内水体溶解氧在7月～10月含量较低，最低时仅为1.09mg/L；集聚式养殖池中氨氮和亚硝态氮含量也偏高，最高时分别可达3.5mg/L和0.4mg/L；水体交换尽管在集聚池内可达每小时一次，整个净化池塘要30h才交换一次，对水质净化受到了较大的影响。要解决以上两个瓶颈问题，需要增加动能并去除净化池塘中水体流动死角。另外，本模式主要进行了草鱼和团头鲂的养殖试验，对其它品种甚至特种水产的养殖效果尚无研究。笔者认为，可从提高养殖水体溶氧量、增加水体循环交换量和丰富养殖品种入手，进一步探索和挖掘该模式的养殖效能，进而实现其在更大范围内的推广，为水产养殖业提供新的养殖技术和模式。

作者单位：上海市松江区水产推广站