我國陸上水產養殖工程化裝備現狀及發展建議

黃一心，徐 皓，丁建樂

（農業部漁業裝備與工程技術重點實驗室，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海200092）

我國陸上水產養殖工程化裝備現狀及發展建議

黃一心，徐 皓＊，丁建樂

（農業部漁業裝備與工程技術重點實驗室，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海200092）

漁業工程化裝備是水產養殖業實現集約化、規模化養殖的重要前提和保障。近年來，作為我國重要水產養殖方式的陸上水產養殖業快速發展，為我國廣大人民提供了大量優質蛋白源，也為我國滿足不斷增長的食品需求和安全保障作出了重要貢獻。為我國陸上水產養殖工程化裝備的研究及應用提供參考，對十二五期間我國池塘養殖和工廠化養殖設施裝備的發展現狀、存在的主要問題以及國外發展現狀等進行分析，并對今后我國陸上水產養殖工程化裝備的發展提出了建議。

陸上水產養殖；工程化裝備；發展；漁業

我國水產養殖歷史悠久，早在春秋末年，范蠡就編寫出世界上第一部養魚專著《養魚經》，改革開放以后，我國水產養殖快速發展，成為世界上唯一一個養殖產量長時間、大幅度超過捕撈產量的國家［1］。近年來，作為我國重要水產養殖方式的陸上水產養殖業快速發展，為我國廣大人民提供了大量優質蛋白源，也為我國滿足不斷增長的食品需求和安全保障作出了重要貢獻。在此發展過程中，漁業工程化裝備發揮了重要作用。漁業工程化裝備是水產養殖業實現集約化、規模化養殖的重要前提和保障。陸上水產養殖工程化裝備主要有池塘養殖設施裝備和工廠化養殖設施裝備，包括物理過濾裝備、生物過濾裝備、殺菌消毒裝備、增氧裝備、監控裝備、投餌裝備和起捕裝備等，與世界先進水平相比，我國陸上水產養殖工程化裝備科技發展水平相對落后，在設施化、機械化等方面存在一定的差距，也是目前養殖生產方式粗放的主要原因。為此，筆者對我國陸上水產養殖裝備現狀，存在的問題以及國外發展現狀進行分析，以期為今后的研究和發展提供參考。

1 我國陸上水產養殖工程化裝備發展的現狀

1.1 池塘養殖

1.1.1 產業發展 池塘養殖是我國漁業中產業規模最大的生產方式。目前，我國共有水產養殖池塘310萬hm2，養殖總產量2 320萬t，占水產養殖總產量的49%，占水產品總產量的36%［2］。

我國池塘養殖主要形式為魚池＋進排水溝渠，該設施系統構造簡易，主要配套設備為增氧機、投飼機等。養殖池塘系統大多建于20世紀80－90年代，經過長期集約化養殖生產，普遍存在設施陳舊、塘埂坍塌、池底淤積、設備技術落后、水體自凈能力差、養殖環境惡化等問題。“十二五”期間，全國各主產區根據農業部的總體部署和自身的發展水平，設立了養殖池塘標準化改造專項工程，著力推廣微孔增氧機等新型裝備，初步建立了水產養殖物聯網。改造工程顯著改善了健康養殖環境，提高了單產水平和生產效益，建立了一批設施規整、環境優美、功能多元的現代化池塘養殖小區。

1.1.2 科技發展 “十二五”以來，在國家大宗淡水魚產業技術體系、國家公益性行業（農業）科研專項、國家科技支撐計劃等項目的支持下，我國在池塘養殖裝備與設施領域取得了一定的成績，綜合技術水平達到了國際先進水平。以養殖環境調控與生產過程機械化為重點，研發了多種高效裝備。

1）圍繞水質有效控制，研發了根據光照強度啟動池塘底泥營養釋放、上下水層交換的太陽能底質改良機［3］；研發的涌浪機兼具水面造波增氧、上下水層交換、旋流集污等功能，在池塘綜合增氧、高位池增氧集污等方面有明顯作用［4］。研發的移動式太陽能增氧機，降低了增氧能耗［5］；研發的飼料集中投飼系統，實現了由定點料倉向多個池塘的遠程投喂［6］；研發的拖網捕魚機械替代了部分人力，提高了作業效率［7］。

2）圍繞池塘水質理化指標與環境生物調控，應用生態工程學原理，構建了工程化調控設施及系統調控模式。開展了池塘復合人工濕地基質微生物對銨態氮、總磷凈化效果的研究，研發出包括水平流設施與垂直流設施在內的潛流式人工濕地，確定了相關參數［8－10］；研發出多種利用微生物與植物進行凈化的浮床；利用閑置的土地、排水溝等構建生態溝塘等設施工程技術。

3）圍繞環境監控與精準養殖，構建水質理化指標等高效監測系統和水質預判模型，建立精準調控模式。開展基于神經網絡的測量誤差影響因子等研究，以無線傳感網絡技術實現通訊與控制，對鹽度等參數進行實時監測，并對設備進行控制［11－13］；初步建立了水質預判模型，構建池塘養殖系統智能化控制系統；建立了養殖物聯網系統［14］；研發出基于無線傳感網絡的投飼機遠程控制系統，建立了基于養殖環境信息與飼喂策略的投喂模型。

4）圍繞池塘標準化改造工程，以及節水、減排要求，研究設施構筑技術規范，構建節水減排系統模式。開展池塘護坡、塘埂、溝渠等技術規范研究，建立工程化參數；開展養殖場改造工程土方計算與平衡技術研究，提出工程概算編制方法［15］；組合潛流式人工濕地、生態溝渠、生態塘等技術，使養殖水體凈化循環使用。

1.2 工廠化養殖

1.2.1 產業發展 工廠化養殖是裝備化程度最高的養殖方式，也是引領未來的先進水產養殖生產方式。目前，我國工廠化養殖設施規模5 832萬m3，養殖產量36萬t［2］，但大部分處于發展的初級階段，增氧與換水是水質控制主要手段，大多使用地下水，用水量大、排放難以控制。近年來，隨著用水以及排放的問題突顯，循環水養殖技術的應用得到不斷增強。目前，在科學技術的推動下，我國工廠化循環水養殖系統模式形成了一些典型生產模式，如：密度為20～30kg／m3的鲆鰈類養殖模式，密度為20～30kg／m3的鱘魚養殖模式，密度為50～60kg／m3的羅非魚養殖模式，以及名優品種苗種工廠化循環水繁育模式等。國外的漁業先進技術及系統裝備也逐步引入我國。

1.2.2 科技發展 “十二五”以來，在國家863計劃課題、支撐計劃課題等項目的支持下，在高效凈化裝備研發與系統模式構建方面取得顯著進展，在裝備系統構建上已接近國際先進水平。

1）以生物膜形成機制與填料生物膜優化研究為重點，開展了高效生物濾器機理性研究與設備研發。圍繞氨氮轉化效率，開展鹽度、溫度等條件下氮化物去除與轉化情況等研究；生物膜快速掛膜、膜生物反應器處理水產養殖廢水膜污染特性研究［16－17］；開展了海水條件下有機物沿生物濾器轉化的研究［18］；研發出具有高反應效率及凈化功能的填料移動床和流化沙床等生物濾器［19－21］。

2）以減少固形物在水中停留時間與防治糞便破碎溶解、氣水混合裝置為重點，研發出一些適用裝備。如：融合斜管填料技術的多向流沉淀裝置［22］，結構簡化且具有實用性的旋流顆粒過濾器［23］，溶解效率更高的多層式臭氧混合裝置［24］，邊工作邊反沖洗的氣提式砂濾器［25］。

3）集成循環水處理、水質在線監控、自動投喂與數字化管理等系統，形成專業化的工廠化循環水養殖系統。如：構建了養殖密度為100kg／m3以上的羅非魚循環水系統［26］，養殖密度為30～40kg／m3大西洋鮭循環水養殖模式。

2 存在的主要問題

2.1 池塘養殖

2.1.1 池塘生態工程學基礎研究薄弱 以人工濕地、生物浮床、水層交換等技術為代表的我國池塘生態調控技術，雖然在促進養殖水體營養物質微生物轉化、植物吸收和初級生產力提升等方面有明顯效果，但主要體現在單一技術的總體凈化效果上，其時效性不確定，對池塘生態系統構建的促進效果不明顯。由于缺乏池塘生態工程學基礎研究，對池塘生態形成與變化機制研究不深，對關鍵因子影響機制與操縱模型把握不夠，相關技術還未能圍繞池塘生態系統構建與功能強化形成集成效應。

2.1.2 控制技術的精準度和覆蓋面不高 目前，我國的漁業養殖監控水平不高，還缺乏基于養殖模式、池塘生態變化機制及關鍵因子關聯模型的基本因子感知、水質預判與控制輸出和基于養殖品種營養模型、飼喂策略、環境因子與攝食行為的投喂控制等精準化監控技術。采用自動化、數字化技術主要是對養殖池塘水質參數、增氧機、投飼機等進行監測和控制，應用水平還處于物理性的傳感器監測與控制輸出上，對于多變的池塘生態系統及生產過程手段單一，傳感器造價高、維護難，難以覆蓋所有池塘。

2.1.3 機械化裝備技術水平不高 隨著社會勞動力成本不斷提升，池塘養殖從業人員呈現短缺與老齡化的趨勢，降低勞動強度、提高生產效率和培養高素質生產人員成為發展之需。然而，我國池塘養殖機械化裝備應用很少，缺乏規模化生產條件下提高飼料搬運、設備管控、起捕分級、分塘清塘等環節勞動效率的先進裝備，不能滿足池塘養殖發展的要求。

2.1.4 新型設施裝備模式較為缺乏 目前，我國傳統池塘養殖還占有一定比例，生產方式落后，已不符合“健康養殖、資源節約、環境友好、高效生產”的要求，構建生態功能穩定、生產過程可控、水土資源高效利用和排放物質再循環的集約化、設施化、智能化、信息化系統模式的設施設備不能有效引領池塘養殖生產方式的現代化轉變。

2.2 工廠化養殖

2.2.1 缺乏經濟適用的系統裝備 在節水減排的要求下，大量換水型工廠化養殖模式迫切需要實施升級，其關鍵是要有符合節水、循環標準的具有設備空間小，構建模塊化、組合式的高效配套裝備，然而目前的循環水凈化裝備結構不夠緊湊，也缺乏配置標準，給改造工程和補貼政策的有效實施增加了難度。

2.2.2 精準化控制程度不高 我國循環水養殖系統一般是根據最大養殖密度，對水體循環凈化工藝及系統裝備進行構建，尚未完全建立主養品種可控條件下養殖生物生長與營養操縱模型、品種管控與水質控制模式，對養殖環境的調整度低，養殖過程及品質無法控制，養殖系統產能利用率不高。

2.2.3 養殖廢水尚未得到有效處理 目前，工廠化養殖過程中缺乏排放水凈化技術與設施裝備工程，能實現物質循環再利用的較少，循環水處理系統只在節約用水上發揮作用。由于養殖系統的排放無限制，循環水養殖過程中夾帶大量糞便等固形物的高濃度反沖水并沒有實現有效處理，排入自然水域，對環境造成污染。

2.2.4 缺乏工業化水平養殖生產方式的示范帶動擺脫自然條件限制，按照產品品質要求，實施生產過程標準化管控，實現訂單式高效生產是農業工業化的發展標志。水產養殖工廠化的發展目標，是實現工業化生產方式的養殖工廠。目前，我國基于精準調控的功能化魚池設施、機械化操作裝備、智能化投飼系統、數字化專家系統等還不完善，缺乏序批式養殖工藝、實現訂單式養殖生產的專業化養殖工廠的示范帶動。

3 國外陸上水產養殖工程化裝備發展現狀

3.1 池塘養殖

國外漁業發達國家池塘養殖的規模一般很小，但其建設水平符合環境生態與高效生產的要求，在基礎研究、設施裝備及系統構建方面有獨到之處。

3.1.1 構建了養殖池塘生態工程學基礎研究體系國外學者做了大量的生態工程學基礎研究，如：對池塘水質和底質的特性、動力學與增氧機制進行了梳理和總結，建立了池塘生態工程學基礎；提出了生態工程化系統設計的原則［27］。

3.1.2 池塘養殖裝備化程度較高 澳大利亞研發利用水聽器偵聽對蝦攝食情況的投飼設備，美國使用氣力式飼料分送器，瑞典、丹麥設有窄軌式運輸投餌車或氣力式自動投餌機。以色列使用了內螺旋轉筒式池塘起魚機，許多地方還使用吸魚泵，配套的電力驅趕裝置或電柵欄可將魚集中至起魚口。印度研發使用軌道式池塘拉網機械，或圍網滾筒起網機械。一些國家使用水質監控設備對池塘水質及養殖場環境水域進行實時監測。

3.1.3 構建設施化、生態化的養殖小區 池塘養殖小區以生態系統方法為基本原則，圍繞區域環境、小區物質循環、排放控制以及高效生產設施，構建了多種形式養殖場。在設施化構建方面，利用潛流式人工濕地對對蝦養殖池塘排水進行循環處理；美國克萊姆森大學（Clemson University）的分區循環水養殖池塘，使水體在跑道中循環流動，維持穩定的光合作用，將魚集中在一端的籠內集中養殖，方便操作；美國大豆協會推出流水養殖池塘，將魚集中在池塘一端的跑道設施中進行高密度養殖和集中管理。

3.2 工廠化養殖

隨著工業化理念與科技手段的不斷融入，以高效生產、節水減排、品質可控為特點的工廠化養殖已逐步成為漁業發達國家陸上水產養殖的主要生產方式。

3.2.1 開展了主要環境因子對養殖生物生理影響的系統研究 開展了養殖密度與應激反應研究［28］，如：舌齒鱸、虹鱒和軍曹魚的最高福利養殖密度，以及養殖密度對龍蝦幼體發育期生長、新陳代謝和氨氮排泄等的影響；光譜、養殖密度和光度對鱗鯉和鏡鯉生長的影響，以及光譜和光照周期對舌齒鱸生長發育和存活的影響；臭氧、紫外線對系統生物的毒性；CO2含量對虹鱒生長與品質，以及對鮭科魚類生理的影響等，為專業化循環水養殖工廠提供了設計依據。

3.2.2 循環水處理工藝及裝備研究更為深入 對移動床生物濾器、浮粒過濾生物濾器和流化床生物濾器進行了商業化應用比較試驗，證明其對氨氮的去除率顯著低于實驗室的結果；海藻生物過濾的性能優于傳統的微生物過濾；開展了浸沒式生物濾池、潮汐式生物濾池脫氮效應與微生物群落變化等研究。研發出多種形式的魚池快速排污技術，主要采用雙排水和旋流分離工藝，針對不同養殖對象，組合不同比例的排水方案，提高系統凈化工效，降低能耗；結合養殖對象生長特性，研發出不同形式與體量的魚池結構。

3.2.3 專業化設計商業化的循環水養殖工廠 為保障投資效益，國外商業化的循環水養殖系統構建追求最佳的工程經濟性，養殖系統的構建工藝以養殖對象的生活習性進行分類優化，其水質理化指標、魚池結構及水流、生物濾器填料結構及組合、物流過濾等工藝方法有明顯的不同，對常規游泳性魚類、鲆鰈類、鮭鱒類、鰻鱺類［29］等建立了針對性的生產規范。

3.2.4 重視水處理排放技術研究與系統構建 在優化提高水循環率的同時，重視對系統排放水處理技術研究與系統構建，以控制對自然水域的影響。主要技術包括：對養殖系統廢水采用厭氧反硝化與厭氧氨氧化技術；對分類出的淤泥進行厭氧發酵技術；與人工濕地結合進行廢水凈化處理等，建立有效的養殖廢水凈化利用裝備及設施系統。

4 我國陸上水產養殖工程化裝備發展的建議

推進水產養殖設施裝備現代化，必須符合現代水產養殖發展的基本需求，同時要按照國家戰略以及現代社會發展的基本要求，針對漁業生產力現實水平和生產實際，結合國外陸上水產養殖工程化裝備發展現狀，提出我國發展養殖設施裝備的建議。

4.1 池塘養殖設施裝備

要以主產區、主要養殖品種、規模化生產為對象，養殖環境可控、物質循環利用為核心，運用生態工程學原理，集成高效調控設施裝備與健康養殖技術，構建循環型集約化養殖小區；研發高效設施裝備，集成信息化控制技術，建立精準高效養殖模式。在基礎研究方面，開展池塘生態要素影響機制研究，建立養殖池塘生態與養殖生物循環、固液界面物質流干預、氣象因子影響等機制與模型，完善池塘生態工程學理論基礎。在技術研發方面，開展精準投喂技術研究，研發智能化投喂系統；開展高效裝備技術研究，研發電趕圍捕裝置、起魚分塘裝置、集中投喂裝置；開展生態因子數字化監控系統研究，研發視覺監測系統與精準控制系統。在集成構建方面，開展池塘循環養殖技術集成研究，構建工程化池塘循環水養殖示范模式；開展信息化技術集成研究，構建養殖全程物聯網技術體系。

4.2 工廠化養殖設施裝備

要以主養品種為對象，養殖環境精準構建為核心，運用工程經濟學原理進行專業化設計，研究構建基于養殖品種生理學基礎與循環水流的可控生境，研發高效設施裝備，集成智能化控制技術，建立不同類型的養魚工廠。在基礎研究方面，開展可控水體養殖應激機制研究，建立最佳密度、流場與水質邊界參數；開展飼喂營養操縱機制研究，建立飼喂策略、生長模型與品質調控模型。在技術研發方面，開展設施高效利用技術研究，研發立體化功能魚池；開展魚池水質、水流構建技術研究，研發精準控制系統；開展循環水凈化技術研究，研發快速啟動型高效生物濾器；開展高效裝備技術研究，研發粉料集中投飼系統，機械化起捕、分池、疫苗注射、魚苗計數等裝置。在集成構建方面，開展養殖系統技術集成，建立養殖工藝與標準體系，構建專業化成魚養殖工廠、苗種繁育工廠典型示范模式。

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（責任編輯：馮 衛）

Situation of China Land－based Aquaculture Engineering Equipment and Suggestion for Its Development

HUANG Yixin，XU Hao＊，DINGJianle

（Key Laboratory of Fishiery Equipment and Engineering，Ministry of Agriculture，Fishery Machinery and Instrument Research Institute，Chinese Academy of Fishery Science，Shanghai 200092，China）

Fishery engineering equipment is the important premise and guarantee for the aquaculture industry to achieve intensive and large－scale culture.As an important fish farming way in our country，the land－based aquaculture has developed rapidly，and has made great contributions to provide a large number of high quality protein for the majority of the Chinese people，and to meet the growing demand for food and the food security of China in recent years.The fishery engineering equipment has played an important role during this development process.The authors provided a reference for the research and application of land－based aquaculture engineering equipment in China，analyzed the development status and the existing main problems of the facilities and equipment for pond aquaculture and industrial aquaculture in China during the 12th five－year，and the current development status in foreign countries，and also made some proposals for its future development.

land－based aquaculture；engineering equipment；development；fishery

S95

A

1001－3601（2016）07－0306－0087－05

2016－03－04；2016－05－10修回

農業部漁政管理項目“漁業裝備與信息化戰略研究”（2015KY007）

黃一心（1969－），男，高級工程師，從事漁業信息與戰略研究。E－mail：huangyixin＠fmiri.ac.cn

＊通訊作者：徐 皓（1962－），男，研究員，從事漁業裝備研究。E－mail：xuhao＠fmiri.ac.cn