半封闭和全封闭循环水养殖南美洲鳗鲡的效果比较

乐普敏，江兴龙

(集美大学水产学院，鳗鲡现代产业技术教育部工程研究中心，福建 厦门 361021)

南美洲鳗鲡(Anguillarostrata)产于中南美洲的厄瓜多尔、海地等沿海地区，作为一种很有前景的鳗鱼养殖潜在种类，2015年被福建的鳗鱼养殖场大量引进[1]。当前鳗鲡的养殖模式主要有土池养殖、水泥池精养殖、工厂化循环水养殖等模式，其中，水泥池精养殖模式的日换水量在50%～150%，在某些水源充足的地区，采用流水养鳗，换水量更大[2]。以资源消耗、环境污染为代价的粗放式发展模式已制约水产养殖业健康可持续发展[3]。循环水养殖系统(RAS)具有节水、省地、环保、可控性强、高密度、低风险、水产品质量安全等优点。随着科学技术的不断进步，工厂化循环水养殖技术的运营成本与传统池塘和流水养殖方式的运营成本差距逐步缩小，优势开始初显[4]。

国内循环水养殖模式中，日水循环利用率低于90%的属于半封闭循环水养殖模式，利用率≥90%的属于全封闭循环水养殖模式。移动床生物膜反应器(MBBR)通过促进微生物在填料上附着生长形成大量生物膜，当污水流经生物膜表面时污水中的有机物被生物膜中的微生物吸附、降解，从而得到净化[5]。生物膜低碳养殖技术具有节水、减排、节能与低碳效果显著，投资与运行成本低、环保、安全，操作简便和易推广等优点[6]。本研究应用自主研发的MBBR、生物膜净水栅专利产品和生物膜低碳养殖技术[7-9]，改造提升半封闭循环水养殖系统为全封闭循环水养殖系统，并开展南美洲鳗鲡半封闭与全封闭循环水养殖对照试验，研究养殖水质变化趋势与养殖效果，为推动全封闭循环水养殖技术的发展提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在福建三明市清流县养鳗场开展，每个水泥池的平均水深0.6 m，养殖水体体积126 m3；试验鳗鲡为南美洲鳗鲡，投放密度101尾/m3，平均投苗尾重30.7 g；MBBR中的悬浮填料为聚酰胺材质；设置在养殖池内的生物膜净水栅基体材料由新型尼龙填料构成。

1.2 试验方法

1.2.1 循环水养殖系统技术改造

该鳗场原有的半封闭循环水养殖系统，水处理系统主要由集污池、生物滤池以及二沉池构成(图1)，其中生物滤池的滤料为碎石和沸石，并在生物滤池中定期添加益生菌(芽孢杆菌等复合菌)，总体水处理能力不高，日水循环利用率仅70%。为提高水处理效率，通过在半封闭系统中新增移动床生物膜反应池处理单元，并在养殖池中设置生物膜净水栅，从而使全系统的日水循环利用率提高至92%，提升成为全封闭循环水养殖系统，工艺流程见图2。移动床生物膜反应池滤料为亲水性的新型悬浮填料，比表面积≥900 m2/m3；在每个养殖池中设置6组生物膜净水栅，组间距2 m。

图1 半封闭循环水养殖系统工艺流程图(水循环利用率70%)

图2 全封闭循环水养殖系统工艺流程图(水循环利用率92%)

1.2.2 试验设计

在全封闭循环水养殖系统中，随机选取4个开展循环水南美洲鳗鲡养殖的养殖池，作为处理组；在半封闭循环水养殖系统中，随机选取4个开展循环水南美洲鳗鲡养殖的池，为对照组。每天检测各养殖池水体的水温、pH、溶氧；每隔20 d采集各养殖池的水样(在水面下约30 cm处采样)。检测方法：氨氮采用次溴酸钠氧化法；亚硝酸盐氮采用重氮-偶氮法；硝酸盐氮采用锌镉还原法；化学需氧量(COD)采用碱性高锰酸钾法；活性磷酸盐采用抗坏血酸还原法；总氮采用过硫酸钾氧化法；总磷采用过硫酸钾氧化法[10]。试验日期6月26日—12月12日，养殖周期为180 d。

1.3 养殖管理

投饲管理参照鳗鲡精养殖日常管理进行，使用海马牌鳗鲡配合粉料，饲料的粗蛋白(质量分数)≥48.0%，每天8:00和18:00 各投喂1次，日投饲率为鳗鲡体重的2%左右，根据鳗鲡生长的不同阶段及其摄食活动情况调整。

1.4 数据处理

本研究以养殖存活率(S)、尾日增重(D)、饲料系数(Fr)、日换水率(Ec)作为培育效果指标，计算公式如下：

S=100%×b/a

(1)

D=(Wt-Wo) /t

(2)

Fr=Tf/(We-Ws)

(3)

Ec=100%×N/Tw

(4)

Er=100%-Ec

(5)

式中：S—存活率；a—放养尾数；b—试验末尾数；D—尾日增重，g/d；Wo、Wt—试验初始和试验末鳗鲡平均尾重，g；t—试验时间，d；Fr—饲料系数，是指养殖对象增加一单位质量所消耗饲料的质量；Tf—试验阶段总摄食量，kg；We、Ws—试验末和试验初始鳗鲡的总质量，kg；Ec—日换水率；N—系统的平均每日换新水的量，m3/d；Tw—系统的养殖水体总水量，m3；Er—日水循环利用率。

数据应用SPSS19.0软件进行分析，表中数据用均值±标准差(x±s)表示，通过单因素方差分析(One-way ANOVA)检验法比较相关数据，P<0.05 为差异显著，P<0.01 为差异极显著。

2 结果

2.1 养殖效果

由表1可以看出，在鳗鲡养殖阶段，处理组平均单产62.8 kg/m3，较对照组提高15.4%；处理组的结束尾重、存活率、增重倍数和尾日增重均分别高于对照组15.5%、4.8%、13.5%和16.3%，饲料系数低于对照组12.5%，处理组的综合养殖效果较好。

表1 试验期间处理组与对照组的南美洲鳗鲡养殖结果

注：上标同列不同字母表示存在显著差异(P<0.05)

2.2 水处理效果

2.2.1 水处理系统换水情况

试验结果显示，处理组和对照组的日换水量分别为(10.1 ± 1.0) m3/池和(37.8 ± 4.0 ) m3/池，日换水率分别为8%和30%。处理组比对照组节水减排73.3%，具有显著差异(P<0.05)。

2.2.2 处理组与对照组本底水质检测结果

本底水质指标检测结果见表2，处理组与对照组各水质指标均无显著差异(P>0.05)。

2.2.3 养殖系统的水质情况

从表3可以看出，在180 d南美洲鳗养殖试验期间，处理组的水质优于对照组，养殖水温稳定在20 ℃～21 ℃；pH在7.4～7.5之间波动，溶氧稳定。在整个养殖期间，处理组总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、活性磷和总磷的平均质量浓度分别为(18.71±0.62) mg/L、(3.54±1.4) mg/L、(0.78±0.39) mg/L、(0.018±0.007) mg/L、(2.863±0.31) mg/L和(3.172±0.29) mg/L，分别低于对照组14.8%、37.0%、42.6%、79.1%、17.9%和15.6%(P<0.05)；其他水质因子处理组和对照组间均无显著差异(P>0.05)。

表2 处理组与对照组的水质本底情况

注：各水质因子不同试验组之间均无显著性差异(P>0.05)

表3 试验期间处理组与对照组的水质情况

注：同行不同上标字母表示存在显著差异(P<0.05)

2.2.4 养殖系统的水质变化

1)养殖系统中氮的变化趋势。养殖期间，处理组的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和总氮的质量浓度均显著低于对照组(图3)。其中，处理组氨氮和亚硝酸盐氮的平均质量浓度分别低于对照组79.1% 和42.6%(P<0.05)；处理组氮的质量浓度变化范围总体较小，水质较稳定，而对照组氮的浓度变化范围总体较大，水质较不稳定。

2)养殖系统中磷的变化趋势。养殖期间，处理组的活性磷酸盐和总磷的平均质量浓度分别显著低于对照组17.9% 和15.6%(P<0.05)；处理组磷的质量浓度变化范围总体较小，而对照组的质量浓度变化范围总体较大(图4)。

图3 试验期间处理组和对照组氮的质量浓度变化

图4 试验期间处理组和对照组磷的质量浓度变化

2.3 养殖期间病害情况

养殖期间，处理组无重大病害发生，对照组爆发烂尾病2次。应用鳗鲡现代产业技术教育部工程研究中心研制的致病菌快速检测试剂盒，在养殖场每个月1次随机抽样检测养殖鳗鲡，处理组均未发现有细菌性病鳗，而对照组2次检测出致病性嗜水气单孢菌，表现为爆发烂尾病2次。

3 讨论

3.1 节水减排效果

当前鳗鲡养殖模式主要有水泥池精养殖模式和土池养殖模式[11]。在本研究中，处理组由于增加了移动床生物膜反应池处理单元和生物膜净水栅设置于养殖水体，结果使系统水质得到明显提升，处理组的水循环利用率达92%，节水减排幅度比对照组提高了73.3%，获得较好的节水减排效果。日本鳗鲡(Anguillajaponica)水泥池精养殖在鳗苗饲养阶段的日换水率30%～50%，在成鳗养殖阶段的日换水率可达到50% ～100%，而欧洲鳗鲡(Anguillaanguilla)和美洲鳗鲡(Anguillarostrata) 日换水率更高达100%～150%[12]，本试验中处理组的南美洲鳗鲡成鳗养殖阶段日换水率仅8%，与鳗鲡水泥池精养殖模式比较，大幅度提升了节水效果。尼逸伦[13]报道的水泥池花鳗鲡(Anguillamarmorata)生物膜低碳养殖中，生物膜低碳养殖处理组的日换水率为10%，对照组的日换水率为32.6%，平均节水减排达69.3%(P<0.05)。其节水减排结果低于本试验。孙剑等[14]利用循环水养殖技术通过加入浮球式生物滤器对传统的鳗鲡水泥池精养系统进行节能减排改造，系统的日均换水率为23.6%。分析认为可能是其浮球式生物滤器的水处理能力低于本试验设置的MBBR和生物膜净水栅的综合净水能力。

江兴龙[15]认为通过生物膜净水栅在池塘养殖中的应用，可大幅降低池塘养殖自身污染及对邻近水域的面源污染，实现饲料蛋白的二次利用，具有显著的节水、减排、节能、低碳、增产与增收的效果。本试验处理组中通过综合应用MBBR和生物膜净水栅技术，实现在工厂化高密度精养殖美洲鳗鲡中养殖水体的日换水率仅8%，达到了良好的节水减排效果，可节约大量的养殖水资源和抽提水所耗费能源，并减少养殖废水的排放，对减少水产养殖的面源污染、节约生产成本、提高养殖效益具有重要意义。

3.2 水处理效果

生物净化水处理技术是工厂化循环水养殖系统的核心，生物填料是生物净化水处理技术的支撑，其发展代表着工厂化循环水养殖系统水处理技术的先进程度[16]。养殖期间，处理组比对照组平均日换水率显著减少73.3%；虽然处理组换水量少，但其水质仍优于对照组，表明通过在养殖水体中设置生物膜净水栅以及在水处理系统中使用MBBR，在循环水养殖系统中对整体养殖水质的净化处理发挥出显著的协同作用，提高了水处理效率。养殖水体中设置生物膜净水栅，主要是通过形成大量的生物膜而发挥水质净化处理的作用。生物膜是指细菌在附着生长时产生的胞外聚合物及其基质网包裹的细菌群体[17]。研究表明，细菌之间能够相互协作，增强彼此的生存能力，由一种群体感应来调节，并且根据这种机制，可以在挂膜的启动、菌群的优化以及生物的强化上进行人为的调节，达到提高调控水质的净化效果[18]。

3.3 养殖效果

高效的循环水养殖模式能够有效提高鱼苗存活率、饲料消化吸收率、养殖鱼类的产量及质量，有效降低单位产量能耗、病害发生、管理成本以及养殖风险，对进一步保障水产品质量安全、提高市场竞争力、提升综合效益、保护生态环境有积极的推动作用[24]。本试验中，处理组与对照组的增重倍数分别为19.2和16.6，其中处理组的增重倍数是对照组的1.16倍，相比加快13.5%，鱼体的结束尾重比对照组提高15.5%。

自然条件下鳗鲡喜欢栖息于石缝间或是隐蔽的洞穴中[25]，处理组养殖池中设置了生物膜净水栅，可以为鳗鲡提供较隐蔽安全的栖息场所，鳗鲡摄食后，基本都喜欢栖息于生物膜净水栅及其邻近水体中，减少在池中的游动，也可减少在水体中游动所需消耗的能量，有利于鳗鲡的生长。处理组的饲料系数1.55比对照组低12.5%，降低了养殖饲料成本。张哲[24]研究结果表明，采用室内循环水养殖模式的美洲鳗鲡生长率达56.9%，饲料转化率达60.6%，而采用传统池塘精养模式的美洲鳗鲡生长率为25.0%，饲料转化率为56.5%。其生长速度和饲料转化率均低于本试验。尼逸伦[13]在水泥池生物膜花鳗鲡低碳养殖中，处理组的平均起捕规格和生长速度分别高出对照组43.6%和97.3%；处理组的平均饲料系数比对照组低11.5%。分析认为，在养殖池中设置生物膜有利于提高花鳗鲡的生长性能及饵料效率。

4 结论

对日水循环利用率70%的半封闭循环水养殖系统进行技术改造，通过在养殖水体中设置生物膜净水栅和在水处理系统中增加移动床生物膜反应器(MBBR)处理单元，日水循环利用率达到了92%，成功升级建立全封闭循环水养殖系统。开展循环水养殖南美洲鳗鲡对照试验，全封闭循环水养殖系统(处理组)的养殖平均单产、结束尾重、尾日增重和日水循环利用率分别为62.8 kg/m3、621.7g、3.28 g、92%，较半封闭循环水养殖系统(对照组)分别提高15.4%、15.5%、16.3%和73.3%(P<0.05)；处理组的饲料系数1.55显著比对照组低12.5%(P<0.05)；处理组的水质优于对照组，其总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、活性磷和总磷的平均质量浓度分别比对照组低14.8%、37.0%、42.6%、79.1%、17.9%和15.6%(P<0.05)。试验期间处理组未发生病害，而对照组爆发烂尾病2次。因此，全封闭循环水养殖系统较半封闭循环水养殖系统养殖南美洲鳗鲡，不仅可大幅度提高水循环利用率，而且能显著改良水质、提高单产和生长速度、降低饲料系数和发病率，提高了养殖效益。

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