美洲鲥集约化循环种养模式研究

摘 要：为探究美洲鲥（Alosa sapidissima）集约化循环种养模式的应用前景，选择平均体质量为（231.17±34.70）g的美洲鲥，进行了为期204 d的“鱼、菜共生”集约化循环种养模式试验。结果显示：美洲鲥在第84—119天阶段体质量增速最快，整个养殖周期美洲鲥的体长特定增长率和体质量特定增长率分别为（ 0.16±0.01）%/d和（0.44±0.25）%/d，养殖成活率为70.6 %，平均产量为8.20 kg/m3；蔬菜种植床共计收获蔬菜1 273.8 kg，平均产量为3.40 kg/m2；净利润为50 893元。试验期间对养殖水质进行了定期检测，其中氨氮（TAN）、亚硝态氮（NO2--N）、总磷（TP）和总氮（TN）总体呈现逐渐降低的趋势，而硝态氮（NO3--N）、溶解氧（DO）呈现逐渐升高的趋势，化学需氧量（COD）指标相对稳定。结果表明，美洲鲥集约化循环种养模式提高了养殖的经济效益和生态效益，可作为绿色生态健康养殖新模式进行推广。

关键词：美洲鲥；集约化；循环种养

随着农业生产资源的日益枯竭，包括土地资源、淡水资源以及无污染农业资源的稀缺，农业生产正面临严峻的生态与资源危机。例如，水污染威胁着水体中的鱼虾资源，导致规模化养殖受阻；同时，种菜过程中化肥的过度使用造成土壤严重退化，可持续性已成为现代农业亟待解决的问题 ^［1］。在此背景下，集约化循环种养模式应运而生。该模式结合工厂化养殖与无土栽培蔬菜技术，通过生物吸收转化和资源互补，构建了一个闭合的生态系统。与传统的水产养殖或种植模式相比，不仅节省空间和资源，还减少了设备和成本的投入，因此成为一种可持续、循环、零排放的低碳生产模式 ^［2］。集约化循环种养模式通过生态设计将水产养殖与蔬菜生产有机结合，通过微生物降解养殖废水中的有机物为蔬菜提供养分，同时蔬菜又净化了养殖用水，从而实现了“水产养殖不换水，蔬菜栽培不施肥”的目标。这种模式不仅提升了水产品和蔬菜的品质与整体效益，还构建了两者之间的协同共生关系，满足了现代农业发展的需要，并提升了产业的经济效益。然而，集约化循环种养模式在国内尚处于起步阶段，相应的技术体系尚不完善 ^［3］。研究并建立包括设施优化、种养品种选择与搭配、水质调控管理等方面的技术体系，对于完善集约化循环种养模式和实现技术推广至关重要。

美洲鲥（Alosa sapidissima）隶属于鲱形总目（Clupeomorpha）、鲱形（Clupeiformes）、鲱科（Clupeidae）、西鲱属（Alosa），主要分布于北美洲大西洋西岸的河流和海洋中。作为一种肉质鲜美、经济价值较高的鱼类，其养殖潜力较大，适合于池塘养殖和工厂化养殖 ^［4-5］。由于美洲鲥与长江鲥在分类学和形态特征上的相似性，在长江鲥濒临灭绝的情况下，美洲鲥具有一定的替代价值，因而深受国内市民喜爱，市场价格较高。

目前，国内美洲鲥的养殖模式主要包括工厂化养殖、网箱养殖和池塘养殖等，其中工厂化养殖占据主导地位。然而，这些养殖模式都存在一定的局限性，如工厂化养殖前期投入大、运行成本高、水温调控困难；网箱养殖面临着环保压力；池塘养殖则受到气候的限制，需要调节水温，并且池塘养殖的商品鱼普遍存在“土腥味” ^［6］。为了有效解决这些问题，上海市水产研究所协同上海绿椰农业种植专业合作社于2021年开展了美洲鲥集约化循环种养模式的研究，并取得了良好的养殖效果。

1 材料和方法

1.1 集约化循环种养系统

试验在上海市青浦区上海绿椰农业种植专业合作社的温室大棚内进行。集约化循环种养系统由蔬菜大棚改建而成，系统设施包括人工湿地、养殖桶、固液分离装置、营养转化装置、水处理床、种植床、回水池等功能区模块。各功能区通过PVC管连接，养殖桶内的养殖水体利用水位差产生的重力自流通过各功能区，实现1级动力运作，流至回水池，最后经过潜水泵抽提至养殖桶，实现闭环运转，具体流程见图1。各功能区模块配置如下：

（1）人工湿地：由湿地1和湿地2组成，总面积400 m2，深1 m，种植有四季矮生苦草和水葫芦，用于自然净化水质，供养殖用水。

（2）养殖桶：锥底圆形帆布桶，直径6.0 m，高1.45 m，锥底0.4 m，有效养殖水体约40 m3。美洲鲥集约化循环种养系统共配置2个养殖桶，总水体约为80 m3。

（3）固液分离装置（微滤机）：采用HDF150型全自动箱式转鼓微滤机，功率0.9 kW，过滤流量为100 m3/h，过滤精度为60 μm。微滤机能有效去除水体中的固体废物。

（4）营养转化装置：由1 000 L沉淀桶和5 000 L储罐组成的矿化桶。通过添加硝化细菌以及充足的溶解氧使高浓度鱼粪和残饵在矿化桶内转化成植物可吸收的营养物质。

（5）水处理床：多级水床设计，包括毛刷过滤仓、2个消化仓（消化球）、净化仓（漂浮板水生植物）和出水仓，共计5个仓，总面积约21 m2。通过物理和生物的方法净化水体，有效去除水体中的氨氮、亚硝酸盐等。

（6）种植床：食品级PP板材质，呈长方形，规格为4.0 m×1.3 m×0.3 m，共24个床，总面积为124.8 m2。种植床底部设排水管道，采用潮汐式虹吸排水。基质选择陶粒和瓜子石，种植青菜、芹菜、生菜等蔬菜。

（7）回水池：作为系统的最低点和最终过滤阶段，配置有长150 cm、直径15 cm的毛刷，用以过滤水体。每天进行2 h的臭氧杀菌和24 h的紫外线杀菌，然后通过水泵将净化后的水体抽提至养殖桶中。

养殖期间，使用3 kW的漩涡气泵持续供气，每个养殖桶配备纳米气管进行曝气增氧。

1.2 试验鱼、栽种蔬菜及养殖用水

试验用2龄美洲鲥为2020年上海市水产研究所奉贤科研基地自行繁育的苗种、经在上海绿椰农业种植合作社基地越冬后的鱼种。试验期间，根据不同季节选择栽种适宜的蔬菜品种，包括青菜、芹菜和生菜等。试验用水为基地外部河水经湿地处理后的水，水质符合国家渔业水质标准。

1.3 鱼种放养

美洲鲥鱼种放养时间为2021年6月16日，放养时水温为（27.5±0.1）℃。放养鱼种的体长为（24.17±1.13）cm，体质量为（231.17±34.70）g。两个养殖桶（编号分别为2-1、2-3）各放养 800尾。

1.4 日常管理

试验期间，养殖桶保持24 h曝气。于每日 7：30和16：30进行测温和投饲，投饲量根据天气、水温和鱼种情况灵活调整。同时，每日早、晚进行巡查，确保水质和鱼的摄食和活动 正常。

蔬菜移栽至种植床后，及时清理或更换死亡植株。在蔬菜整个生长过程中不施肥，也不使用药物防治病虫害，仅在种植床上安装物理防虫、除虫设施。定期采收种植的蔬菜，称重并做好记录。

本系统养殖水体循环量约为5 h循环1次，养殖期间不换水，但每天应及时补充被蔬菜吸收和蒸发的水分，保持养殖水体恒定，补水量为总水体的3%左右。

1.5 数据采集

从2021年6月16日至2022年1月5日，定期对美洲鲥进行采样测量。每个养殖桶随机抽取30尾鱼进行体长和体质量的测量，试验期间共进行8次采样。

每2周左右采集养殖桶、微滤机、水处理床和种植床4个功能区出水处的水样，并进行水质常规指标的检测，包括酸碱度（pH）、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、氨氮（TAN）、亚硝态氮（NO2--N）、硝态氮（NO3--N）、总磷（TP）和总氮（TN）等，做好记录。DO采用便携式溶氧仪（美国YSI，550A）现场测定，其余水质指标的检测方法如下：TAN采用苯酚-次氯酸盐法测定；NO2--N采用重氮-偶氮比色法测定；NO3--N采用锌镉还原-重氮偶氮法测定；TP采用钼酸铵比色法（GB 11893—89）测定；TN通过碱性过硫酸消解紫外分光光度法（GB 11894—89）测定 ^［7］。

1.6 数据处理和分析

试验数据采用EXCEL软件进行处理及绘制图表，结果以平均值±标准差的方式表示。

相关计算公式如下：

体长日均增长量（cm/d）=L2-L1t2-t1（1）

体质量日均增长量（g/d）=W2-W1t2-t1（2）

体长特定增长率（%/d）=［（lnL2-lnL1）/（t2-t1）］×100 （3）

体质量特定增长率（%/d）=［（lnW2-lnW1）/（t2-t1）］×100 （4）

肥满度=（W/L3）×100 （5）

式（1）～（5）中，L为体长（cm），W为体质量（g），L1、L2和W1、W2分别为t1和t2时的体长（cm）和体质量（g）。

2 结果

2.1 美洲鲥生长情况

经过204 d的饲养，美洲鲥养殖平均成活率为70.6 %，总产量为656.34 kg，平均产量达8.20 kg/m3（见表1）。美洲鲥生长情况见表2。由表2可见，试验鱼体长从初始的（24.17±1.13）cm增至（33.01±1.60）cm，日均增长量达到（0.04± 0.03）cm/d，体长特定增长率为（0.16±0.01）%/d。同时，其体质量也从初始的（231.17±34.70）g增至（581.33±91.87）g，日均增长量为（1.67± 0.96）g/d，体质量特定增长率为（0.44±0.25）%/d。值得注意的是，美洲鲥在养殖的第84—119 天期间生长较快，其体长特定增长率为0.23 %/d，体质量特定增长率为0.83 %/d。

2.2 蔬菜生长情况

种养系统共有24个种植床，单个种植床面积达5.2 m2。试验期间，按不同季节种植的蔬菜有青菜、芹菜和生菜等。每茬蔬菜收获后间隔1周左右播种下一茬。整个试验期间共收获青菜601.53 kg、芹菜432.64 kg、生菜239.62 kg，平均蔬菜产量达3.40 kg/ m2（见表3）。

2.3 经济效益

在试验周期内，采用集约化循环种养模式的鱼菜共生系统，总产值达到了91 693元，净利润达50 893元。相比之下，在相同的时长和空间条件下，传统大棚种植青菜的产值仅为13 860元，净利润为6 300元（见表4）。扣除前期系统建设和蔬菜大棚的投资成本，集约化循环种养模式相较于单一的蔬菜大棚种植，能够带来额外44 593元的收益。

2.4 水质动态变化

2.4.1 各模块氮的变化

在美洲鲥的集约化循环种养模式下，水体中的氮主要以有机氮和无机氮两种形式存在。首先，有机氮在微生物的作用下被分解为TAN，随后，TAN在硝化菌的作用下进一步转化为无机的NO2--N和NO3--N。NO3--N则通过反硝化作用和植物吸收等方式被去除。

美洲鲥集约化循环种养模式中，各模块三态氮的变化情况分别见图2～图4。图2显示，TAN的浓度在养殖过程中呈现由高到低的变化趋势，并在低位保持稳定，其变化范围在0.091～2.542 mg/L。对比单次的测量数据，从微滤机到水处理床，TAN的浓度逐渐降低，但经过种植床处理后略有上升。NO2--N的浓度在整个养殖期间保持较低水平（0.005～0.082 mg/L），且从微滤机到水处理床变化不明显，甚至偶尔有上升的现象，但经过种植床处理后明显下降（见图3）。NO3--N的浓度则随着养殖时间的延长而逐渐增加，其变化范围在0.009～1.478 mg/L（见图4）。

2.4.2 各模块TP和TN的变化

在美洲鲥养殖过程中，TP的浓度变化呈现出由高到低并逐渐稳定的趋势，其变化范围在 0.642～1.745 mg/L（见图5）。同时，各模块在同一时间点的处理效果不明显。相比之下，TN的浓度变化较为复杂，呈现出先升高后降低并最终保持平稳的趋势，但整体维持在较高范围（21.270～92.072 mg/L）（见图6）。

2.4.3 各模块pH 、DO和COD的变化

在整个养殖期间，水体pH呈现波动状态，保持在较低水平（4.94～7.82），且各模块之间的变化不大（见图7）。DO则保持在较高水平（5.51～10.02 mg/L），且从8月24日起呈现逐步上升的趋势（见图8）。COD的变化则表现为先下降，9月15日后趋于平稳，其变化范围在7.13～19.70 mg/L（见图9）。

3 讨论

3.1 美洲鲥养殖生长效果

美洲鲥的生存水温为8～32 ℃，适宜生长水温为16～30 ℃，最适生长水温为19～24 ℃ ^［4］。江浙沪一带池塘养殖美洲鲥，在盛夏高温季节极易因突破其最高生存水温而导致池鱼大量死亡，因此需采取有效措施，使水温尽量维持在30 ℃以下 ^［8］。本试验中，温室大棚内通过覆盖遮阳幕帘、安装风机湿帘及控制通风系统等措施，来调控大棚内的整体温度，使循环种养系统中的水温保持在13.9～29.6 ℃，有效地避免了极端高温影响美洲鲥的生存，使之能在上海地区正常开展养殖。在整个养殖周期内，美洲鲥体质量从初始的（231.17±34.70）g增至（581.33±91.87）g，取得了较好的生长效果。同时，其体长和体质量特定增长率呈现“W”型的变化趋势，这与徐嘉波等 ^［9］的研究结果相一致，即美洲鲥生长主要体现出3个生长阶段。在养殖的第29天至第84 天，正值夏季高温，阶段平均水温接近30 ℃，美洲鲥生长明显受到抑制，摄食量大幅下降，导致体长和体质量特定增长率分别降至0.01 %/d和0.07 %/d，几乎停止生长，说明在本系统养殖条件下，该阶段水温超出了2龄美洲鲥适宜进食的温度范围。随后，第84天至第119天，当阶段平均水温降至26.6 ℃时，其体质量特定增长率快速上升，达到试验期间的最高值（0.83 %/d）。这表明当温度一旦降至适宜温度时，美洲鲥出现了生长补偿现象，然后进入生长平稳增长阶段。除水温变化外，养殖环境的改变，如养殖密度明显下降、养殖水体明显增加等也会导致鱼类生长补偿现象的出现 ^［8-9］。养殖后期（第147天至第204天），当阶段平均水温降至13～17 ℃时，美洲鲥的体长和体质量生长速度又有所加快。这一现象在之前徐嘉波等 ^［10］的研究中就有所体现。美洲鲥在性成熟拐点前以体长、体质量生长为主，该阶段的加速生长是为越冬储备大量的能量，以便为来年的性腺发育提供能量基础。

3.2 水质变化

三态氮、DO、TN和TP是评价养殖水体的重要指标 ^［11］。张植元 ^［12］、魏东等 ^［13］分别研究了油麦菜和生菜对鱼菜共生立体种养殖系统中水质的净化效果，结果显示，系统中油麦菜和生菜对养殖水体中水质分别有明显和较好的净化效果。本试验美洲鲥在养殖过程中全程没有换水，只定期进行补水，这与模式中整套水处理系统有关。首先，种养系统每天24 h持续曝气，使养殖水体中DO处于较高水平，另外系统中的微滤机过滤了大量大颗粒的残饵和排泄物，降低了水处理系统的压力，水处理床又通过微生物降解了水体中的TAN和NO2--N，转化后产生的NO3--N通过蔬菜种植床被吸收。整个养殖期间，养殖池各项水质指标均符合鱼体生长对水环境的要求。但是整个养殖期间pH一直保持较低值，可能因为大棚内集约化养殖藻类较少，另外养殖中后期模式中的NO3--N和TN还是处于较高值，这与种植床的处理能力较弱相关，可以适当的优化种养配比，如增加种植床的数量或是降低养殖密度来改善此 问题。

3.3 生态效益和经济效益

集约化循环种养模式在本研究中显示出较好的生态和经济效益。生态方面，本模式通过微生物降解有机物，实现了水产养殖与蔬菜栽培的有机结合，有效地去除了养殖水体中的营养物质，同时通过蔬菜对水质的净化作用，降低了养殖水体中有害物质的含量，减少了对周边环境的污染和破坏。经济效益方面，一般温室池塘养殖模式中成鱼养殖密度为2～5尾/m2，小规模温室水泥池养殖模式控制在5～10尾/m2，室内循环水养殖模式有所增加（10～15尾/m2） ^［14］，然而，在本试验集约化循环种养模式下，美洲鲥的放养密度高达20尾/m2，最终养殖成活率为70.6 %，总产量为656.34 kg，产值高达91 693元；同时因种养的结合，避免了蔬菜种植过程中农药和化肥的使用，提高了蔬菜的品质和市场竞争力，抬高了蔬菜的单价。综合鱼菜收益，本模式试验期间的净利润为50 893元，相较于基地传统温室大棚种菜增收 44 593元。

3.4 技术优化

本研究中，集约化循环种养模式在设施优化、种养品种选择与搭配、水质调控管理等方面取得了一定的成效，但还存在一些问题。胡春晖等 ^［15］研究显示，帆布桶养殖美洲鲥的经济效益仍未达到高利润，还有很大的空间可以提升。在本试验中，养殖中后期水体NO3--N和TN的含量仍然较高，pH保持在较低水平，养殖成活率不理想，以及存在智能化和自动化集成系统还不稳定等问题，对于不同季节蔬菜的选择及鱼菜种养体量上的配比等尚有待深入的研究和试验，在此基础上，需进一步优化技术体系，探索更有效的NO3--N去除方法，以提高水质，促进美洲鲥的健康生长，进一步提升系统的综合效益。

4 结论

本试验结果表明，美洲鲥集约化循环种养模式能够有效处理养殖水体，使之满足美洲鲥的养殖需求，同时产出一定量高品质的蔬菜，提高了养殖的经济效益和生态效益。虽然前期设施设备等系统建设的费用较大，但从长远来看，不断改进优化的美洲鲥集约化循环种养模式仍具有极高的推广价值，将推动美洲鲥绿色生态养殖的健康 发展。

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Research on intensive cycle breeding model

of Alosa sapidissima

LI Xuesong， LU Genhai， CAO Xiangde

（Shanghai Fisheries Research Institute， Shanghai Fisheries Technical

Extension Station， Shanghai 200433， China）

Abstract： The intensive cycle breeding model， as a new type of agricultural production model， can achieve efficient utilization of resources and ecological balance. To explore the application prospects of the intensive cycle breeding model， American shad （Alosa sapidissima） with" average body weight of （231.17±34.70） g was selected for a 204 day intensive cycling test of fish-vegetable symbiosis. The results showed that the American shad exhibited the fastest growth rate between 84 and 119 days. The specific growth rate （SGR） of body length and body weight were （0.16±0.01）%/ day and （0.44±0.25）%/ day throughout the breeding cycle， respectively. The survival rate was 70.6%， and the average yield was 8.20 kg/m3. A total of 1 273.8 kg of vegetables were harvested from the planting beds， and the average yield was 3.40 kg/m2. The net profit was 50 893 yuan. During the breeding period， water quality indicators were regularly monitored. The overall trend of total ammonia nitrogen （TAN）， nitrite nitrogen （NO2--N）， total phosphorus （TP）， and total nitrogen （TN） was gradually decreasing， while nitrate nitrogen （NO3--N） and dissolved oxygen （DO） showed an overall trend of gradual increase. The chemical oxygen demand （COD） remained relatively stable. The study indicated that the intensive cycle cultivation model can improve both the economic and ecological benefits of American shad. This new green ecological and healthy aquaculture model should be actively promoted.

Key words： Alosa sapidissima; intensive; cyclic cultivation and breeding