海水工业化循环水养殖技术研究进展

中国农业科技导报,2011,13(5):50-53Journal of Agricultural Science and Technology海水工业化循环水养殖技术研究进展刘鹰(中国科学院海洋研究所,山东青岛266071)摘要:水产养殖已成为增加渔民收入、改善人民膳食结构的战略性新兴产业之一,在保障蛋白供给、稳定水产品市场、促进贸易发展等方面都发挥了重大作用。介绍了国外海水工业化循环水养殖技术的最新进展和发展特点总结了我国发展现状与存在的主要问题提出了发展对策和建议指出了下一步发展思路方向和重点任务。关键词:海水养殖;封闭循环水;工业化dol:10.3969/j.isn.10080864.2011.05.08中图分类号:S967文献标识码:A文章编号:10080864(2011)0505004Research Progress on Marine Industrial Recirculatingquaculture TechnologyLIU Ying(Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Shandong Qingdao 266071, China)Abstract: Aquaculture has become one of the strategic and emerging industries for increasing fishermens income andimproving people's diet structure, which has played an important role in maintaining protein supply, stabilizingaquatic product market and stimulating trade development. This paper introduces the latest progress and developmentcharacteristics in marine industrial recirculating aquaculture technology abroad, summarizes the current status andmajor problems existing in our country, provides development countermeasures and suggestions, and points outdevelopment thoughts, directions and key tasks for the futureKey words: marine aquaculture; closed recirculation: industrialization水产养殖作为可靠的食物来源,从1970年起产业之一,在保障蛋白供给、稳定水产品市场促在世界范围内得到快速发展。与捕捞年平均进贸易发展等方面都发挥了重大作用。水产养殖1.2%和禽肉等其他蛋白源年平均2.8%的增长已被国际权威专家认为是世界上获取优质动物蛋率相比水产养殖的年平均增长率达到89%,为最有效率的途径,也是中国农业对世界的重大人类发展提供了良好稳定的营养源。但是未来贡献之一。然而伴随养殖业迅猛发展而导致的环20年内,水产养殖的总产量仍然需要增加5倍,境和病害问题,仍然不容回避。开放养殖(池塘以满足人类日益增长的对优质蛋白源的需求。养殖网箱养殖)过程中的残饵和粪便,常作为直我国是世界水产养殖第一大国。从1988年接污染源外排;大量无机和有机营养元素如氨氮、起我国水产养殖的产量首次超过捕捞产量,成为磷酸盐、溶解性有机碳和有机颗粒在水体交换中世界唯一养殖产量超过捕捞产量的国家。据统直接进入环境从而造成整个养殖水域大环境的计,2009年水产养殖产量达3622万t,占世界水恶化,进而引发水质污染病害滋生水产品的卫产养殖总产量的69%2)。水产养殖业已经成为生和安全等一系列限制水产养殖业可持续发展的增加渔民收人改善人民膳食结构的战略性新兴主要问题。资源与环境的刚性约束将成为今收稿日期:20110707;接受日期:2010831基金项目:国家863计划项目(2006AA00905);公益性行业科研专项(201003024);国家自然科学基金资助项目(30972267);中科院知识创新工程项目(KCX2EWQ212);国家贝类产业体系设施养殖岗位经费(CARS48)资助。作者简介:刘鹰研究员博士研究方向为水产工程学与生态学。Te.053282898646;Eml: india@qdio,acen5期刘鹰:海水工业化循环水养殖技术研究进展后长时期制约我国水产业可持续发展的主要下,一年三茬总产量3000t,为土池产量的4倍。因素。流水养鲑鳟鱼类,单产可达50~100kg/m3·a。工业化循环水养殖( recirculating aquaculture日本自20世纪60年代发展工业化养殖以来,也system,RAS)通过综合集成现代生物学、建筑学、取得了突出的成绩。目前工业化养殖各种鱼、虾、化学、电子学和工程学等领域的技术,利用机械过贝等鲜活水产品年产达20万t以上,技术成熟、滤、生物过滤去除养殖水体中的残饵、粪便以及产量稳定效益显著。日本最早将微生物固定化NH3N、NO2N等有害物质,再经消毒增氧、去除技术用于循环水养殖生产系统,其系统结构合理CO2、调温后输回养殖池,实现养殖用水的循环利系统的集成化程度高极大地降低了系统的建设用,这样可大大节约水资源,使养殖水体持续保持成本、提高了养殖水处理及回复利用能力单位体高溶氧状态和稳定的水质环境,显著提高单位水积过滤系统的负载能力大为提高技术管理更简体生产力。循环水养殖的优点十分突出:劳动条单能量消耗更省、单位水产品成本更低,从而提件好,生产效率高养殖周期缩短2-6倍,单位面高了综合经济效益。在欧洲工业化循环水养殖积产量比高产池塘提高20~80倍,养殖用水量减在生产中的应用日益普遍,通过采用先进的水处少120~1600倍(,不污染环境产品为无公害理技术与自动化智能化控制装备最高单产可达的绿色产品,产品质量具有高度可控性和可追溯120kg/m3,目前法国大菱鲆苗种孵化和育成几性等:另外工厂化循环水养殖把外来污染源和病乎都釆用循环水工艺,大西洋的封闭循环水原体的危害降低到最小程度,生产环境稳定,可生育苗发展迅速有取代传统的流水育苗模式之势,产出完全符合国际标准的优质无公害产品,并通以法罗群岛为例,在2000年以后,其大西洋鲑幼过对养殖废水的资源化处理减少养殖生产对环鱼生产就已完全从流水型养殖系统转向了循环水境的污染,实现环境友好化生产。系统,在流水型养殖系统中,幼鮭的体重为50~70g,而在循环水养殖系统中,幼鲑体重增加到了1国外研究进展140~170g;挪威的RAS中的幼飩产量预计将达到八千五百万尾。据不完全统计,目前欧洲的11工业化养殖逐渐成为水产品的重要生产封闭循环水养殖面积约30万m2,且发展速度方式很快。目前国外工业化养殖技术比较发达的国家有1.2工业化养殖理论与技术已取得重要突破北美的美国、加拿大,欧洲的法国、德国、丹麦、西当前国外在工业化循环水养殖方面的主要进班牙以及日本和以色列等。美国的工业化养殖展有:①循环水养殖系统的生产工艺和管理技术在20世纪60、70年代已经迅速发展,主要以利用日益成熟。近年来,国外工业化循环水养殖水处冷流水养殖虹鳟和大规模工业化养殖条纹鲈、黑理技术进步较快,日趋成熟,在水体消毒、水质净斑石首鱼为主。工厂化养鱼已被美国政府列为化,悬浮颗粒物去除,增氧及控温方面,采用现代十大最佳投资项目之一”。美国在工业化养鱼高新技术,设施设备的可靠性和稳定性大大增加方面进行的“鱼菜共生”生产很有特色:亚利依靠科学技术与严密的社会分工,涌现出一大批桑那州鱼菜共生系统每立方米水体可产罗非鱼世界著名的工业化循环水大型养殖企业和水处理50kg,上面无土栽培生菜,一年可种十茬。伊利设施设备专业生产加工企业;②基础理论研究深诺州鲶鱼与水栽培番茄结合,4~9月每平方米可入系统,自动化和智能化控制等高新技术得到广产番茄35~70kg;鲶鱼与水培生菜结合,年可种泛应用。系统研究了生物净化过程,以及全封闭十茬。利用冷流水养虹鳟和温流水养温水性鱼类循环水养殖系统所需要的生物反硝化技术等都比较发达。如爱荷达州的一个温流水养鱼场,生物滤器的稳定性和可靠性大大提高;无人化养是一个5层梯级的流水养鱼池,水体负载量为殖车间精准生产操作规范等已在生产中得到160kg/m3,每个池的流水量控制在240m3/d以应用。中国农业科技导报13卷高;②封闭循环水养殖、育苗的关键生产技术与工2我国发展现状与存在的主要问题艺还需进一步深入研究,亟待通过集成国内外先进水处理技术,创新海水养殖/育苗水处理新模2.1我国发展现状与成就式新技术;③缺乏实现苗种/养殖生物精细培育通过“九五”、“十五”、“十一五”的国家“863的生物和环境因子的数据信息采集处理、诊断决计划”、科技支撑计划的连续支持,我国在海水工策、过程设计和控制;④生产过程缺乏病害预警机业化养殖的研究与应用方面取得了长足进展,带制与预防策略;⑤新设施新装备还需进一步加强动了海水工厂化循环水养殖战略性新兴产业的兴研发,如吸鱼泵、分鱼机、水泵(小功率、大流量、起,保护了生态环境促进了海洋经济发展和渔民低扬程);⑥节能技术尚待开发。的增收致富,填补了国内在大规模工业化循环水养殖石斑鱼、半滑舌鳎鱼等方面的空白。通过集3展望成创新,循环水养殖装备全部实现国产化,关键设备进一步标准化;采用新技术、新材料的净化水质第一,我国海水养殖产量居世界第一,但产品技术和设备的成功研制,大大提高了净水效率提出口率不高,价值低。随着城镇及农村居民生活高了系统的稳定性安全性降低系统能耗。对重水平的提高,西部开发的兴起海产品需求量将不要水处理设备如固体污物分离器(微滤机)、蛋白断上升,市场对海产品品质的要求也将越来越高。质泡沫分离器、模块式紫外线消毒器管道式高效由于近海环境污染的加剧和环境水质的易变性,溶氧器、生物滤池等进行了节能改造,在提高设备使得传统的流水或静水养殖方式的生产稳定性愈的水处理效能和处理精度的同时,大大降低了水发得不到保证,封闭循环水技术对于养殖企业有处理系统的构建成本和运行能耗,制定并完善了望变成一种自发的需求。第二,国家的推动将进关键设备的企业生产标准。此外,对水处理系统一步促进海水循环水养殖产业的快速、健康和可工艺流程进行了优化设计,剔除了高压过滤罐、制持续发展。国家的政策和资金支持,将对产业的氧机等高能耗设备,实现了养殖水在系统内通过发展产生巨大的推动作用。第三,公众和管理部级提水后的梯级自流,设备间的衔接性和耦合门对水产养殖生产环境影响的监督将日益严格,性得到显著改善;研制出了适宜工业化养殖生态将迫使水产养殖业改进管理减少环境影响提高环境要求,附加值高,具有高效果与低成本、低污这一行业的环境可持续性并保证其经济可行性。染的统一饲料产品;研究了生物膜的微生物种群第四,全球的气候变化将进一步促进水产养殖生多样性、阐述了生物膜微生物种群组成及结构的产采用养殖新模式来应对气候变暖的影响。虽然变化规律及其与净化效果的关系,突破了制约海气候变化对水产养殖的影响还未定性,也无法进水循环水养殖的关键技术“瓶颈”,促进了生物膜行预测,但最近五年,水产养殖业因气候变化引起法污水处理技术的进一步发展;针对不同养殖对的气温升高、天气和水资源异常等,遭受了前所未象(石斑鱼、半滑舌鯛、凡纳滨对虾和刺参等)不有的打击,如南方的冻害、台风、降雨和北方的持同养殖模式(流水养殖、循环水养殖)制定了严格续干旱等。必须改变目前水产养殖业“靠天吃的技术规范和企业标准特别是在循环水养殖的饭”的局面,利用受环境气候变化影响小的封闭鱼病防治研究中,取得了系列突破确立了循环水循环水养殖新模式来应对气候变暖的影响。养殖鱼病防治三原则并制订出了严格的技术3.1未来发展思路、方向规范。以“健康养殖、资源节约、环境友好、产品优2.2我国的差距及存在的主要问题质”为海水养殖业的发展方向,发挥现代渔业工与发达国家的先进水平相比我国工业化循程和配套设备的优势,创新集成水产养殖相关技环水养殖存在的主要问题是:①部分关键水处理术建立高效、节水、节能、节地的海水陆基精准养设备的稳定性、可靠性、耐海水腐蚀性还有待提殖新模式。5期刘鹰:海水工业化循环水养殖技术研究进展53通过自主创新,建立国产化的全封闭循环水模式;研究以大型功能生物构建人工湿地的优化养殖系统;研发数字化水质实时监控系统。并依组合及净化利用效果;研究构建封闭式外循环的据封闭循环水养殖系统的物质和能量转移规律,养殖水体生物资源化处理系统;建立陆基养殖废研究共性关键技术建立3种针对不同养殖生产水的生物资源化处理利用与无公害化排放示需要的养殖模式,主要包括:简约型半封闭循环水范区。养殖模式、实用型封闭循环水养殖模式和精准型工业化循环水养殖模式,以满足不同层面的养殖參考文献需求。[1]徐皓,张建华,丁建乐,等.国内外渔业装备与工程技术研究发展综述[刀].渔业现代化,2010,37(2):1-32重点任务[2]农业部渔业局.中国渔业年鉴[M].北京:中国农业出版①海水精准养殖与成套装备技术一研发工业社,200化养殖节约型装备与系统优化技术,开发无(低)[3]石芳水海水封闭循环养殖系统中生物滤器的设计和优化动力和低能耗的养殖装备和新型养殖工艺;研究D].山东青岛:青岛理工大学,硕士学位论文,2008精准生产技术,开展工业化养殖系统生物净化机[4] Blancheton jP. Developments in recirculation systems for Mediterranean fish species[J]. Aquacult. Eng., 2000, 22(1-2)理研究;研究养殖产品质量安全环境控制技术;建17-31立适宜的疾病预防、预警管理系统;形成工业化养5] Beid W. Eight current development trends in the seafood殖系统的工艺标准化。sector[J]. Eur. Fish, 2005, 12: 48-49.②海水大规格健康苗种的工厂化繁育工程与[6]Hmd, Kikuchi K. Management of a Seawater RecirculationFish Culture System for Japanese Flounder[ R].Proc.24tUS-关键技术-以海水鲆鲽鱼类、对虾刺参等为对Japan Aquaculture Panel Symposium. US-Japan Cooperative象,研究苗种繁育生境构建关键技术;研究育苗设Program in Natural Resources (UJNR Technical Report施的工程优化,开发主要品种专用育苗装置;研究1997,165-171育苗水质的净化与安全保障技术;开展智能化影[7] Martinsa C IM, Dinge H, Verdegem M J,aa.Nwdevelopments in recirculating aquaculture systems in Europe: A像判别技术研究,形成孵化程度、苗种数量精准判ability[J]. Aquacult.别技术;集成育苗繁育环节的系统技术。Eng.,2010,43:83-93③工业化养殖废水的资源化处理与生态利用]刘鹰,欧洲循环水养殖技术综述[]渔业现代化206,工程-研究低投资、低运行费用和高去除率的陆33(6):47-49,38.基养殖废水生物资源化综合利用处理的良性循环