工厂化养殖稚幼中华鳖的环保型温室构建与性能试验

2017-11-01 23:03蒋业林侯冠军程云生季索菲张太祥
农业工程学报 2017年17期
关键词:养殖池硝态源热泵

蒋业林,张 静,侯冠军,程云生,李 翔,季索菲,张太祥



工厂化养殖稚幼中华鳖的环保型温室构建与性能试验

蒋业林1,2,张 静1,2,侯冠军1,2,程云生1,2,李 翔2,3,季索菲1,张太祥4

(1. 安徽省农业科学院水产研究所,合肥 230031;2. 安徽省鳖类养殖工程技术研究中心,蚌埠 233040;3. 安徽省喜佳农业发展有限公司,蚌埠233040;4. 六安市帮群水产养殖有限公司,六安237001)

为了满足稚幼中华鳖工厂化养殖的需求,响应减少CO2排放的政策,设计建造了符合其生活习性的环保型温室。该温室使用地源热泵空调系统控温,底部排污系统排出残饵和排泄物,养殖池内配置网片隐蔽巢供稚幼鳖栖息,采用微孔增氧装置和微生物制剂调控水体中溶解氧、氨氮和亚硝态氮含量。结果表明通过使用地源热泵空调,1栋占地780 m2的温室在10个月的生产期内减少使用燃煤约35 t,减少CO2排放约84.01 t。养殖水体中溶解氧质量浓度5.83~7.68 mg/L,氨氮和亚硝态氮质量浓度分别在0.39~0.83 mg/L和0.14~0.16 mg/L范围内。经过约10个月的养殖(放养质量约为3.5 g,密度为50只/m2),平均质量为581 g,存活率86.2%,饲料转化率1.18,特定生长率1.77,1栋温室年利润为157 870元。综上,该工厂化养殖稚幼鳖的环保型温室能为其提供舒适的生活环境,表现出良好的经济效益和社会效益,有很大的推广价值和实际意义。

环保;温室;试验;稚幼鳖;经济效益;社会效益

0 引 言

中华鳖()属变温动物,温度低于12 ℃,即进入冬眠[1],消耗体重的10~15%维持生命[2]。另外,稚鳖一般在6-10月份孵化出壳,体质较弱,自然越冬成活率低,直接影响商品鳖的养殖。温室内温度适宜,生长环境稳定,能显著提高成活率,缩短养殖周期,是目前养殖稚幼鳖最常见的方法[3-8]。安徽省是中华鳖主产区,温室养殖主要面临两大问题:供暖方式和水质调控。

目前,温室供暖多以锅炉为主[9],但煤炭价格的逐年增加和CO2排放的限制是养殖户必须面临的问题。《安徽省“十三五”控制温室气体排放工作方案》明确指出“推进太阳能、浅层地热能等可再生能源在建筑中规模化应用”[10]。清洁可再生能源—太阳能已经广泛应用于温室加热[11-12],但皖北地区太阳能提供的热量不足以使养殖池水温保持在30 ℃。地源热泵是1种利用地下浅层地热资源的高效节能环保型空调系统[13]。通过输入少量电能,将地下水热量通过换热系统输向空气,从而达到加热的目的[14]。使用过程中不会直接产生CO2等污染性气体,对环境的影响远远小于煤炭[15-16]。

工厂化养殖中华鳖,水质恶化快,泼洒微生物制剂和换水目前是水质调节的有效手段。换水方式多为每7~15天换水1次,每次换水1/2~1/5[1,17]。但长期不换水,水体中氨氮和亚硝态氮积累较多,且一次性换水量大,中华鳖容易患皮肤病。构建方便快捷的排水系统,及时有效的排出残饵和排泄物,可减少潜在病原体的扩散,有效降低水质恶化程度[18]。

本文将重点介绍工厂化养殖稚幼鳖的环保型温室构建以及经济和社会效益。温室采用地源热泵空调系统加热,通过便利排水系统将残饵和排泄物排出养殖池,以保持良好的水质。

1 材料与方法

1.1 温室构建

该温室位于安徽省蚌埠市(117.38°E,32.95°N)。1栋温室占地约780 m2(60 m×13 m),主要由温控系统,排水系统和增氧系统等组成。内部结构如图1a所示,室内有9个70 m2(约11.5 m×6 m)、1个35 m2的养殖池(约5.8 m×6 m)和1个35 m2的蓄水池(约5.8 m×6 m)。养殖池墙体为砖砌实墙,高1 m,最上端为“T”型防逃檐。

1.罗茨鼓风机 2.小型污水池 3.保温层 4.水下食台 5.水泵 6.大污水池7.地源热泵空调 8.网片隐蔽巢

1.Roots blower 2.Small sewage tank 3.Insulation layer 4.Underwater feeding platform 5.Pump 6.Big sewage tank 7.Ground-source heat pump air-conditioning system 8.Shelter

a. 环保型温室的3D模型图

a. 3D model of environmentally-friendly greenhouse

b.“ل”型排水管示意图

1.1.1 温控系统

温控系统由地源热泵空调系统和保温层2部分组成。地下水通过水泵抽至地源热泵空调(NAFD-200),经热交换器与温室内空气进行热能转换,温度由自动控温装置控制。如图1a所示,1栋温室内配备2台地源热泵空调,分别装在对角线位置,使温室内空气对流,温度均匀。相对于锅炉系统,采用空调系统加热,室内气温高于水温约2 ℃,避免了因水分过度蒸发而引起的透明度差的问题。

针对稚幼鳖“喜静怕惊,喜阳怕风”的生活习性,屋顶为全封闭不透光的保温层,由内至外依次为:聚乙烯塑料薄膜,泡沫板,聚乙烯塑料薄膜,泡沫板,石棉,保温棉和黑色抗氧化塑料薄膜。保温层由镀锌管构建的弧形框架支撑,最高点离地面2.9 m。

1.1.2 排水系统

排水系统由锅底型底部和“ل”型排水管组成。残饵和排泄物在锅底型底部聚集,经“ل”型排水管随废水排至室外小型污水池。如图1b所示,短的一端与锅底型底部通过地漏连接,长的一端位于室外。排水时,将其拔掉,持续排水几秒即可。残饵和排泄物在小型污水池内沉淀自然降解,废水汇集至总污水池,最终流入种植芦苇及其他水生植物的生态池进一步净化。该排水结构相互独立,容易操作,可及时将养殖池内残饵和排泄物排出,且在排水过程中,对稚幼鳖干扰小甚至无干扰。排水后,蓄水池内的新水经进水管注入池内。

1.1.3 增氧系统

使用三叶罗茨鼓风机(2.2 kW)将空气通过XD型高效节能微孔增氧装置通入养殖水体(每栋温室1台鼓风机,每个饲养池配备3个增氧装置)。PVC气管进入养殖池后,由分气管通入分布在池底的3个微孔增氧装置。该装置是将微孔增氧管弯曲固定成圆盘状,然后使用带孔的塑料板覆盖,防止稚幼鳖咬破增氧管,影响增氧效果。

1.1.4 其 他

中华鳖生性残暴,高密度养殖环境下易相互撕咬引起伤残,甚至死亡。在养殖池内安装隐蔽物,为其提供栖息藏身的场所,可降低伤残率,提升品相等[19]。隐蔽物为边长为1.2 m的聚乙烯无结网,菱形网眼边长0.5 cm,悬挂于水面上方约10 cm,2个隐蔽物之间距离约为20 cm。为了符合中华鳖水下吃食的习性,石棉网置于水面下10~15 cm作为水下食台[20],每个养殖池配备6~7个。具体如图2所示。

图2 温室内部实拍图

1.2 试验方法

1.2.1 水质调控和检测

每天定点排放含有大量残饵和排泄物的废水,每个养殖池的日排放量随稚幼鳖的生长逐渐增加,前5个月为0.11~1.11 m3,后5个月为1.11~2.78 m3。排水后,池内水面下降0.15~3.75 cm,水质变化小,不会对稚幼鳖产生影响。

残饵和排泄物排出之前有部分营养物质溶解至水中,滋生细菌,恶化水质[17],影响稚幼鳖健康生长。采用微生物制剂(黑精灵、调水宝和生物底改)净化水质,稀释后,均匀泼洒至养殖水体。前期(2015年9月至12月)浓度均为5 g/m3,中期(2016年1月至3月)黑精灵泼洒浓度提高至10 g/m3,养殖后期(2016年4月至6月)调水宝和生物底改亦调至10 g/m3。

养殖池内水温、溶解氧、氨氮和亚硝态氮浓度使用物联网实时监控记录。探头在养殖池中央水面下40 cm处,所有数据通过互联网在电脑上记录保存。

1.2.2 稚幼鳖的生长性能

将粉状复合饲料(粗蛋白≥48%)加工成直径是2.0~5.0 mm的圆形软颗粒。制备过程中,定期交替添加有益菌和维生素C,中上旬添加有益菌,下旬添加维生素C,添加量分别为饲料质量的1%和0.2%。每天定时投喂3次,分别在5:40,11:30和19:30。日投喂量约是鳖质量的3%,具体情况视吃食量而定,一般在30 min内吃完。稚幼鳖的生长参数计算方法如公式(1-4)所示

2 结果与分析

2.1 养殖池水质

图3展示了从2015年9月到2016年6月期间养殖池内氨氮、亚硝态氮、溶解氧和水温的月平均值。从图中可以看出水温一直保持在31±0.5 ℃范围内,幅度波动小,是稚幼鳖生长最舒适的温度范围,生长速度最快[21]。

a. 氨氮

a. Ammonia nitrogen

b. 亚硝态氮

b. Nitrite

c. 溶解氧

c. Dissolved oxygen

d. 水温

氨氮和亚硝态氮是水产养殖重要的水质参数,其含量过高会减少进食量,降低生长速度,甚至导致死亡[22-23]。从图3可以看出二者质量浓度分别在0.39~0.83和0.14~0.16 mg/L范围内。随着稚幼鳖的生长,残饵和排泄物增加,水体中氨氮和亚硝态氮浓度随之增加,但是从图3中仅观察到氨氮浓度的增加,亚硝态氮浓度上升趋势并不明显,主要是由于水体溶解氧充足。养殖池日曝气时间随稚幼鳖的生长从1 h逐渐增加至14 h,溶解氧质量浓度控制在5.83~7.68 mg/L范围内,足以保证养殖对象和微生物生长的需求,使有毒的亚硝态氮转化为低毒的硝态氮[24]。另外,及时排出残饵和排泄物也在一定程度上减少了养殖池内的氨氮和亚硝态氮浓度。经曝气、微生物调控和及时排污三者相结合,氨氮浓度在稚幼鳖安全生长的范围内(≤3.0 mg/L)[25]。

2.2 稚幼鳖生长性能

表1是100个面积为70 m2养殖池内稚幼鳖生长性能的平均数和标准差。放养密度为每平方米50只。经过约10个月的养殖,存活率为86.2%。即每平方米可收获43.1只,相对于张平等报道的成活率80%高6.2%[26]。表明该密度在温室的合理承受范围内。平均质量为581 g,特定生长率为1.77,平均每天可增质量1.93 g。另外,饲料转化率在水产养殖中是一个很重要的参数,该温室内水温一直保持在最适合稚幼鳖生长的温度范围内,另温室内的各项装备均符合稚幼鳖的生活习性,使平均饲料转化率为1.18,远远低于Lin等所报道的2.1±0.2[27]。

表1 稚幼鳖的生长性能参数和成活率

注:SGR、FCR、WG分别为特定生长率、饲料转化率和增质量率。

Note: SGR, FCR, WG mean specific growth rate, feed conversion rate, weight gain.

2.3 经济效益和社会效益

2.3.1 经济效益

1栋温室在10个月生产期内的经济效益如表2所示。生产成本约为379 410元,其中饲料消耗为265 785元,占生产成本的70%。故降低饲料转化率,能有效提高经济效益。该温室水温保持在稚幼鳖生长舒适的范围内,隐蔽物提供栖息的场所,氨氮和亚硝态氮的含量在曝气,微生物和及时排水的综合作用下,保持在良好的范围内,故稚幼鳖在该条件下能健康生长,且生长速度快,发病率低,饲料转化率较低。另外,该温室操作方便,温度由地源热泵空调自动控温单元控制,水质由物联网监控,在很大程度上减少了劳动量,1个工人可管理4栋温室,操作成本低,人力成本仅占总成本的2.6%。1栋占地780 m2的温室可生产中华鳖16 790 kg,按均价32元/kg的市场价格,可盈利157 870元。

表2 经济效益

2.3.2 社会效益

2015年12月10日至2016年1月27日,安徽省蚌埠市最低气温连续49 d在0 ℃以下[28],但该时间段的用电量并未增加,证明该温室保温效果良好,需要少量热量即可维持水温的稳定。如表3所示,10个月生产期内,使用地源热泵空调的耗电量为56 818 kW·h,没有直接排放CO2。但考虑到电力由燃煤电站供应,每发1 kW·h电的用煤量为315 g,1 g燃煤释放CO22.4 g[16,29],故相当于耗煤17.9 t,产生CO244.6 t。而根据前期使用传统锅炉供暖的记录,1栋温室在10个月生产期内的耗煤量为52.9 t,直接释放CO2126.96 t,是使用地源热泵空调排放量的2.85倍。另外,相对于燃煤系统,使用地源热泵空调系统控温可减少投入11 086元(仅含电力或煤炭成本,不含设施成本)。

表3 每栋温室生产期(10个月)内,使用锅炉和地源热空调供暖的耗煤,CO2排放和成本对比

3 结 论

1)1栋温室占地面积约780 m2,室内有9个70 m2的养殖池,1个35 m2的养殖池和1个35 m2的蓄水池。养殖池内安装水下食台,人工隐蔽物等符合中华鳖生活习性的设施。

2)温室采用地源热泵空调系统控温,不会直接排放CO2,且电力投入小。相对于锅炉系统,在生产期内,每栋温室减少耗煤和CO2排放量分别约为35和84.01 t,减少经济投入11 086元。

3)排水系统便利,每天定点排水,养殖池内水质变化不大,加之微生物的调控,使水中氨氮,亚硝态氮和溶解氧含量分别控制在0.39~0.83,0.14~0.16和5.83~7.68 mg/L内,水温为31±0.5 ℃。

4)中华鳖放养密度为50只/m2,经过约10个月的生长期,存活率为86.2%,质量581 g,饲料转化率1.18,经济效益高达202元/m2。养殖过程中未发现白点病,腐皮,疥疮等皮肤类疾病发生。

综上所述,该温室既能为中华鳖提供良好的生活环境,又不会对环境造成污染,经济效益和社会效益良好,有很大的推广价值。

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[28] 中国天气,http://www.weather.com.cn/weather40d/ 101220201.shtml, 2016-11-23.

[29] 国家能源局发布2015年全社会用电,http://www.nea.gov.cn/2016-01/15/c_135013789.htm, 2016-01-15.

Construction and performance experiment of environmentally-friendly greenhouse for culturing juvenile Chinese soft-shelled turtle ()

Jiang Yelin1,2, Zhang Jing1,2, Hou Guanjun1,2, Cheng Yunsheng1,2, Li Xiang2,3, Ji Suofei1, Zhang Taixiang4

(1.,230031,;2.,233040,;3..,233040,;4.’’237001,)

Due to its high nutritional and medicinal value, Chinese soft-shelled turtle, pelodiscus sinensis, is a favorite food in many parts of Asia. Consequently, the cultivation of it has become commercial. Large-scale farming of turtle in Anhui province has been growing rapidly, and the production was about 40 000 t in 2015. As a poikilothermal animal, the juvenile is hard to survive in the cold winter. Over-winter in greenhouse is necessary for it. Considering high fuel prices and limitation of pollutant emissions, an environmentally-friendly greenhouse was designed and constructed to satisfy the demand of the intensive cultivation of Chinese soft-shelled turtle, and to reduce the use of fuel and the pollutant emissions. One greenhouse was approximately 780 m2, including nine 70 m2culture tanks, one 35 m2culture tank and one 35 m2reservoir. Every culture tank was connected to a settling tank through underground pipe. Ground source heat pump was used for heating, wok shape tank bottom with “ل”-tape central drainage was used to discharge the residual feeds and faeces timely, and the culture tank skirt shape 3-D shelter, under water feeding platform were equipped to satisfy the living habits, which could reduce the fighting probability and mortality in a great degree. For one greenhouse within the cultural period of 10 months, coal consumption and CO2emissions were reduced by about 35 and 84.01 t, respectively, by using ground source heat pump compared to fossil fuel (coal) boiler. Additionally, the cost was decreased by about ¥ 11086 during the ten months culturing period. At the start, 3500 juveniles were stocked in one 70 m2culture tank with an average weight of 3.5 g. Effective microorganisms and vitamin C were added into feed to increase the resistance during feed preparation. The culture water quality was controlled by microorganisms and parameters were monitored and recorded every several seconds by Internet of Things. During the culturing process, dissolved oxygen concentration was maintained in the range of 5.83-7.68 mg/L, water temperature was kept at 31±0.5 ℃, the monthly mean content of ammonia was kept at 0.39-0.83 mg/L and the nitrite was 0.14-0.16 mg/L. After cultivation for about 10 months, the weight of juvenile could increase to about 581 g from 3.5 g, the survival rate was 86.2%, feed conversion rate was 1.18, and specific growth rate was around 1.77, which meant that 43.1 turtles were obtained in per square meter and the average daily weight gain of one turtle was 1.93 g. Good growth performance meant high economic benefits, especially survival rate and feed conversion rate, because the cost of feed accounted for 70% of total investment. The economic return of a greenhouse was about ¥ 157 870. Therefore, it is promising to construct the greenhouse for its significant environmental and economic benefit. The results provided a great theoretical and practical significance for the cultivation of juveniles in greenhouse. In summary, the environmentally-friendly greenhouse for culturing juveniles could provide comfortable living conditions, showing high economic and social values. So the greenhouse has a great popularization value and practical significance.

environmentally protection; greenhouse; experiments; juvenile Chinese soft-shelled turtle; economic value; social value

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.022

S2; S625.1

A

1002-6819(2017)-17-0167-06

2016-11-15

2017-08-09

安徽省科技重大专项(16030701065);安徽省国际合作项目(1604b0602019);安徽省院士工作站(科人[2014]12);国家外专局示范项目(Y20153400009)和国家星火计划(2014GA710011)联合资助

蒋业林,研究员,国际龟鳖组织(TSA)成员,中国水产学会淡水养殖分会委员,安徽省鳖类工程技术研究中心首席专家,安徽省院士工作站负责人,主要从事龟鳖等良种选育和生态养殖。Email:jiangyelin@qq.com

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