■張曉雙 傅玲琳 呂振明 伊祥華 王彥波*

（1.浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江杭州310018；2.浙江海洋大學海洋科學與技術學院，浙江舟山316022；3.象山藍尚海洋科技有限公司，浙江象山315700）

我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量自1990年起一直位居世界第一位，2015年達到了6 699.65萬噸；同時我國也是世界上唯一養(yǎng)殖產(chǎn)量高于捕撈產(chǎn)量的國家，2015年養(yǎng)殖產(chǎn)量4 937.90萬噸，占總產(chǎn)量的73.70%，養(yǎng)殖面積約8 465千公頃。伴隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的池塘養(yǎng)殖全程質(zhì)量控制困難，病害頻發(fā)；另一方面水資源的浪費驚人和環(huán)境污染嚴重，這些嚴重影響了現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，實際上這也是目前制約我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速高效發(fā)展的瓶頸問題。因此，對于養(yǎng)殖技術和模式的探究和實踐針對性強，具有很重要的現(xiàn)實意義和價值。充分運用循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖先進技術及手段，創(chuàng)造養(yǎng)殖水生動物良好生態(tài)環(huán)境，以不受外界環(huán)境制約，最終實現(xiàn)高品質(zhì)、高效率生產(chǎn)及養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)保護，并極大提高養(yǎng)殖資源利用率及養(yǎng)殖產(chǎn)品安全已成為國內(nèi)外生態(tài)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向和熱點。綜合分析國外最新養(yǎng)殖模式，循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖具有占用空間小，養(yǎng)殖環(huán)境可控性高、高效節(jié)水、產(chǎn)品質(zhì)量好、保護環(huán)境等優(yōu)點，是擺脫傳統(tǒng)粗放經(jīng)營性、資源依賴性生產(chǎn)方式，保護環(huán)境并實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

1 國外循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖研究進展

循環(huán)式水產(chǎn)養(yǎng)殖模式（Recirculation aquaculture system,RAS）在國外開始于20世紀60年代，具有代表性的是日本的鰻魚生產(chǎn)企業(yè)、生物包靜水生產(chǎn)系統(tǒng)和歐洲組裝式多級靜水系統(tǒng)，但是由于工藝流程太長、設備過于繁瑣、投資大耗能大等未能推廣。此后澳大利亞出現(xiàn)了一體化循環(huán)式工廠化養(yǎng)魚模式，將養(yǎng)魚池和水處理系統(tǒng)組成獨立的單元，并構(gòu)建保溫設施。近年來，一系列先進養(yǎng)殖和水處理技術和設備的開發(fā)利用，促進了循環(huán)式工廠化生產(chǎn)模式在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中的迅速發(fā)展，比重也日益提升，目前在歐洲等部分發(fā)達國家，已經(jīng)在其商業(yè)化的成魚和育苗系統(tǒng)中基本全部采用循環(huán)式工廠化生產(chǎn)模式，現(xiàn)在這些國家的設施化循環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)能做到每日補水量僅為系統(tǒng)總水體的5%以下，與傳統(tǒng)的流水養(yǎng)殖模式相比，可節(jié)水90%以上，養(yǎng)殖承載量也達到了10 kg/m2以上。隨著各種高新科技的發(fā)展，國外一些先進的水產(chǎn)企業(yè)目前正在研發(fā)新一代工廠化養(yǎng)殖模式，并向全程智能化、自動化發(fā)展，表1匯總了國外近5年典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術的研究結(jié)果。

表1 近5年國外典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術研究進展

1.1 生物絮團技術

生物絮團技術（Biofloc Technology,BFT）是當今較為先進的水產(chǎn)養(yǎng)殖技術之一，在循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有凈化水質(zhì)、減少換水量、提高飼料利用率以及生物防治等作用。BFT主要通過人為調(diào)節(jié)碳氮比（C/N），促進異養(yǎng)微生物的生長，利用微生物將養(yǎng)殖水體中的無機含氮化合物轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，達到凈化水質(zhì)、提高餌料蛋白轉(zhuǎn)化率等目的[9]。表2總結(jié)了國外不同種類碳源應用于BFT系統(tǒng)中的研究結(jié)果。此外，BFT在減少換水量上具有明顯優(yōu)勢，減少了病原菌的外源引入，從而提高了生物安全性。

表2 不同碳源在生物絮團技術系統(tǒng)中的應用

Ekasari等[10]評估了BFT技術在非洲鯰魚魚苗生產(chǎn)的影響，研究發(fā)現(xiàn)，BFT系統(tǒng)在提高鯰魚產(chǎn)卵量和魚卵質(zhì)量的同時可以提高幼魚的存活率和最終體長。Rajkumar等[11]研究表明，小麥粉作為一種易被微生物吸收的碳源，可以促進BFT系統(tǒng)中微生物的生長繁殖，有效減少養(yǎng)殖水體中的氨氮含量，并顯著提高了凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）的養(yǎng)殖產(chǎn)量。Vilani等[12]通過對比研究了米糠（Rice bran,RB）和糖漿（Molassas,MO）兩種碳源對BFT系統(tǒng)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的碳源誘發(fā)了相類似的微生物群落代謝行為，但RB在提高凡納濱對蝦產(chǎn)量上較MO提高了22%。Gaona等[13]研究了養(yǎng)殖水體的不同流速對BFT沉降固體顆粒物的效率影響，結(jié)果表明在低流速下更有利于固體顆粒物沉降以凈化水質(zhì)。Esparza-Leal等[14]研究了在BFT系統(tǒng)下不同鹽濃度對凡納濱對蝦產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，在養(yǎng)殖28 d后，凡納濱對蝦的終產(chǎn)量與鹽濃度成反比關系。Ekasari等[15]用四種不同的碳源處理BFT系統(tǒng)，研究了不同碳源對凡納濱對蝦免疫應答反應和存活率的影響，結(jié)果表明，用木薯產(chǎn)品處理后的BFT系統(tǒng)中凡納濱對蝦的存活率最高，可達93%。

1.2 高效增氧技術

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，氧溶解量也是影響水產(chǎn)品生長的重要因素。在嚴重缺氧的情況下，水體中的溶解氧（Dissolved oxygen，DO）若未及時恢復，將導致養(yǎng)殖對象浮頭、泛池、乃至死亡，在降低水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的同時導致水體惡化。微孔曝氣技術是目前應用較為廣泛的一種高效增氧技術。它利用微孔曝氣管，將氣體以微小的氣泡形式分散到水體中，氣泡上升過程中帶動水體流動，將上層高DO的水體帶入下層，同時水體的流動加快了微孔管周圍高DO水體的擴散，提高了水體溶解氧量。此外，純氧溶氣膠的發(fā)展，實現(xiàn)了水體快速增氧的目的，有望在水產(chǎn)養(yǎng)殖的缺氧急救上發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)[20]，微孔曝氣技術得到的氣泡較傳統(tǒng)擴散器體積減少3～4倍，并且在增加曝氣量及降低能源消耗上也有顯著性效果。Andinet等[21]通過微泡發(fā)生器來增加水體DO，研究了使用不同壓力時對水體DO的影響，結(jié)果表明，在4.5個大氣壓時，效果最佳。同時，使用純氧微孔曝氣較空氣將得到更高的DO和更高的傳輸效率。Kurniawan等[22]設計了線性、環(huán)形及平行排列三種不同的微孔管，通過測量雜交鯰魚的比生長速率、采食量、成活率、終產(chǎn)量等指標，結(jié)果表明三個實驗組的鯰魚生長狀況均顯著優(yōu)于對照組，且線性微孔管的效果最佳。

2 我國循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖研究進展

20世紀80年代，我國開始初步嘗試循環(huán)式工廠化水養(yǎng)殖模式，以引進歐洲國家循環(huán)水養(yǎng)殖設施為主，鑒于過高的成本而擱置。后自主研發(fā)適合我國國情的循環(huán)水養(yǎng)殖設施與裝備，如微濾機、臭氧發(fā)生器、蛋白分離器等的基礎上，逐步完善了養(yǎng)殖技術和工藝[23]。然而，循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的關鍵技術仍處于探索階段。90年代后期，以大菱鲆循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式在我國北方地區(qū)的迅速推廣及養(yǎng)殖產(chǎn)量的大幅提高，一批技術更為完善的循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)也相繼被研發(fā)出來。目前，我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖規(guī)模約為1×106m2，養(yǎng)殖種類包括海水魚類、對蝦等。近年來，我國自主研發(fā)了多功能蛋白質(zhì)分離器、多功能固液分離器裝置、模塊式紫外線殺菌裝置、高效溶氧器裝置、彈性刷狀生物凈化載體等設施裝備，循環(huán)水養(yǎng)殖水質(zhì)凈化處理工藝也得到進一步完善[23]。表3為我國近幾年循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術研究進展。

表3 近幾年國內(nèi)典型循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術研究進展

3 循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式前景展望

盡管我國近幾年的循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖模式發(fā)展迅速，但在養(yǎng)殖技術上與國外的比較還有不少差距。通過借鑒國外循環(huán)水高效處理的新技術，將生物絮團、生物濾池、生物膜硝化反應等生物工程技術與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建節(jié)能低耗、科學高效的現(xiàn)代養(yǎng)殖系統(tǒng)，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展。盡管目前已經(jīng)有部分循環(huán)式工廠化養(yǎng)殖企業(yè)開始采用先進的純氧增氧設備，但是相關的機制研究以及微孔曝氣增氧技術的各項參數(shù)條件優(yōu)化還需要進一步深入研究。此外，隨著現(xiàn)代分析手段和信息技術的快速發(fā)展，通過有效結(jié)合水體在線監(jiān)測技術與智能化技術相結(jié)合，建立水質(zhì)影響因子多組分和實時的快速監(jiān)測與分析系統(tǒng)，使未來的水產(chǎn)養(yǎng)殖向智能化方向發(fā)展。