池塘循環流水養殖系統應用及其初步探討

黃鴻兵，彭剛，陳友明，李佳佳，唐建清，韓飛

（江蘇省淡水水產研究所,江蘇南京 210017）

池塘循環流水養殖系統應用及其初步探討

黃鴻兵，彭剛，陳友明，李佳佳，唐建清，韓飛

（江蘇省淡水水產研究所,江蘇南京 210017）

傳統養殖池塘食物鏈中浮游生物、魚類、微生物三者共存，養殖水體既是養殖對象的生活場所（養殖池），又是糞便、殘餌等的分解場所（降解池），以及浮游生物的培育池“三池合一”的生態體系[1]。該體系中，由于飼料、光、電等外來能量的持續輸入，容易造成消費者、生產者和分解者之間的生態失衡，而在高密度養殖模式下，顯得尤為明顯。

近年來，池塘循環流水養殖系統（以下簡稱“系統”）在江蘇省得到了大力的推廣，為現代化漁業的發展提供了良好的范本。循環水生態養殖系統的概念就是在水產養殖過程中引入水處理工藝，以此來控制改良養殖尾水。循環水養殖技術的研究在國外起步較早，經過多年的發展，在設備的開發、生產過程的控制與管理等方面取得了突破成就[2]。2015年，國家大宗淡水魚產業技術體系南京站相關研究人員，走訪了吳江、金壇、大豐、淮陰、如皋、啟東等地，實地調研了該系統在生產中的實際應用情況及還需要進一步研究的問題，本文就調研結果，對該系統應用及存在的一些問題開展了初步探討。

1 吳江區長漾循環流水養殖系統應用情況簡介

2013年，由美國奧本大學設計的池塘循環流水養殖系統（也稱為池塘分割水產養殖系統，partitioned aquaculture system）在吳江區建設并投入使用，為國內第一套投入應用的該系統。系統包括了曝氣退水系統、養殖水槽、排泄物收集系統和凈化池塘4個主要部分，其中養殖水槽含3個水泥養殖水槽，尺寸分別為長22 m，寬5 m、5 m和3 m，養殖水池面積286 m2，池塘總面積32×667 m2。

系統基于功能分區、分割建設的原理，通過推水單元、曝氣單元、養殖水槽單元、排泄物收集單元、凈化單元等模塊對傳統池塘進行了分割處理，將養魚與養水在空間和功能上進行了分離。示意圖見圖1、圖2。

2013年[3]，吳江所建系統的草魚養殖試驗顯示（養殖時間5月1日—11月13日），197 d里3齡草魚（放養密度為53尾/m2）規格由0.75 kg/尾增大為2.614 kg/尾（成活率94．5%），飼料系數為2，單產為130.7 kg/m3；2齡草魚（放養密度59尾/m3）規格由0.3 kg/尾增大到1.66 kg/尾（成活率為88.5%），飼料系數1.8，單產為86.2 kg/m3。另外，凈化區花白鰱平均產量為1 281 kg/667 m2。用電量能耗方面，每產出1 kg魚的耗電量為0.78 kWh，比傳統養殖技術的0.35 kWh高一倍多，平均凈利潤2 730元/667 m2。系統在管理、減少藥物使用、捕撈、水體凈化、減少人工等方面相對于傳統池塘高密度養殖顯示出明顯的優勢。2014年系統的草魚試驗結果顯示[4]，經過176 d的養殖（4月22日—10月15日），草魚規格由1.50 kg/尾（放養密度為53尾/m3）增大到2.475 kg/尾（成活率99.9%），飼料系數為2.26，流水養殖水槽平均載魚量為137.8 kg/m3；凈化區花白鰱平均產量為1 344 kg/667 m2。平均凈利潤約544元/667 m2。研究認為，系統在減少魚病、提高成活率、減少排放等方面具有十分明顯的優勢，但是在養殖品種選擇、排泄物收集、凈化區的綜合利用等方面還有待進一步的研究。

圖1 吳江循環流水養殖系統示意圖

圖2 金壇循環流水養殖系統示意圖

2 池塘結構與系統的結合

2.1 系統在池塘中的位置

目前建成的系統多為固定式，池塘的面積從30×667 m2到160×667 m2不等，養殖水槽與池塘的比例根據池塘養魚產1 000～1 500 kg/667 m2進行換算，一般水槽面積為9～15 m2/667 m2，水槽設計載魚量100～150 kg/m3。系統在池塘中的位置，有的將系統放置在兩個池塘中間一側，另一側池塘塘埂開流水口，形成循環流水格局，有的直接將系統放置在大池塘的中間部位。當系統中的推水單元開啟，形成持續推水時，池塘即可形成循環流水。見圖3、圖4。

2.2 系統結構材料選擇

2.2.1 推水單元系統推水單元目前多采用氣推水模式，以曝氣裝置將高壓空氣注入推水單元，推水斜面對上升的空氣形成擠壓，推動水體流向系統另一側，推水單元應用較多的有車輪式、氣推水式、提水曝氣式，目前，應用較多的是氣推水式。

2.2.2 養殖水槽養殖水槽材料可用水泥磚石結構、不銹鋼板材等。蘇州市吳江區長漾循環流水養殖系統養殖水槽為水泥槽，水泥設施在池塘中會帶來不易拆卸和維修的問題，金壇、淮陰等地的系統多改成用不銹鋼板材來制作養殖水槽，盡管一次性投入要大于水泥材料，但利于維修和拆卸，同時，養殖生產過程中，池壁對魚體的損傷也會小于水泥池壁。

2.2.3 排泄物收集單元排泄物收集單元，也可稱為集污池，有的系統集污單元為集污溝，兩側尼龍網片攔截魚類和排泄物。抽吸式集污單元，一般針對養殖水槽單獨設計，上部由尼龍網片圍擋，防止魚類進入該單元，同時防止排泄物流出到池塘中去，下部由塑料斗式結構，底部接抽吸管。設計初衷是利用飼料顆粒和魚排泄物的自然沉降，在養殖水槽的下游設置集污池，將排泄物和剩余的飼料集中收集出來，移出池塘，能夠大幅減少池塘中的碳氮等營養物質累積，減小凈化單元對養殖水體凈化的壓力。但在吳江試驗點調研中發現集污池不能充分收集排泄物，且隨著生產的推進，使用時間越長，效果會越來越差，這可能與集污池攔污網片上排泄物堆積、氣溫變化、魚類活動等有關。一些養殖單位采用抽吸式集污裝置，每個水槽單獨集污，同時提高排污的頻率（每日1～2次），能夠較好的實現集污、排污的目的?？傮w上發現采用集污溝池結構的系統集污效果都不是很好，而采用抽吸式集污結構的系統相對會好一些。具體見圖5。

圖3 大豐池塘循環流水養殖系統示意圖

圖4 淮陰池塘循環流水養殖系統示意圖

3 系統應用相關問題探討

池塘循環水養殖技術在國內外已具有多年的試驗歷史，從20世紀90年代起，也有多種不同設計的循環水養殖系統投入生產試驗，取得了一定的效果，主要有美國南卡羅來納州克萊姆森大學設計了池塘分隔水產養殖系統、密西西比州立大學暖水魚養殖中心設計了分區土池養殖系統（小池塘養魚、大池塘藻類培育）、加利福尼亞KST公司設計的池塘水道養殖系統、奧本大學設計的池塘水槽養殖系統，這些系統通過養殖斑點叉尾鮰、羅非魚、條紋鱸等，可達到136 kg/m3水體（斑點叉尾鮰、羅非魚）的產量，池塘中藻類的生產力達6～12 g碳/（m2·d），要高于普通曝氣池塘的1～3 g碳/（m2·d），凈化效果顯著。

圖5 池塘循環流水養殖系統結構示意圖

3.1 系統流水、空氣動力學研究

目前推水單元多采用氣流推水結構，該結構的優點是僅需要消耗電力就可以達到推進水流和增氧的雙重目的，單元設計中多采用60°左右的斜板設計[5]。目前關于空氣推水過程中，空氣氣泡在水中的大小、分布變化、上升路線、存留時間以及溶氧與空氣氣泡的關系等相關數據還缺少相應的研究。見圖6。

養殖水槽目前多采用矩形結構，尺寸一般為22 m長，3～5 m寬。生產過程中，空氣注入推水單元，水在空氣的推動下，從推水單元的下方流向系統的另一側。同時，由于水流在養殖水槽末端流向排泄物收集單元的速度是勻速的，可以考慮增大養殖水槽末端的寬度，使水流變緩，促進排泄物沉降。

3.2 系統排泄物收集單元

魚類排泄物的沉降與排泄物的大小、容量、成分密切相關，同時沉降過程中排泄物的行進距離與水體成分、水流速度等密切相關。有研究顯示[6]，飼料及排泄物的沉降與飼料顆粒大小、油脂含量、粗灰分等指標密切相關。系統實現了養魚和水體凈化空間的分離，因此，排泄物能否收集是系統是否具有良好生態價值的重要指標。排泄物不能收集，其生態效益與傳統高密度養殖模式沒有區別。應抓緊開展排泄物在流水中的沉降研究，明確水流紊動、流水速度、排泄物成分、形態與沉降的關系，建立模型，確定排泄物沉降形成規律，為排泄物收集單元的尺寸優化提供科學依據。見圖7。

圖6 池塘循環流水養殖系統中排泄物的沉降示意圖

3.3系統綜合利用和綜合效益提高

目前，大宗淡水魚的價格不高，很多魚類養殖企業處于很難盈利狀態，如何實現養殖的整體盈利仍然是該套系統能否具有長久生命力的關鍵。雖然系統設計可以實現排泄物的收集和移出，從而大幅提高池塘水體的水質，具有極好的生態效益。但是系統的運行除需要較大的固定資產投入外，還需要較多的電力成本，每千克魚用電成本達到0.25～0.50元，另外，由于流水使得魚類處于長時間流動狀態，能量損耗要高于常規養殖池塘，該損失直接反應在魚類餌料系數要高于傳統池塘的1.5，達到1.8～2.2，飼料成本（以4 000元/t計）增加1.2～2.8元/kg，該項支出必須在池塘凈化區域實現相應的產出，僅花白鰱的產出是不夠的。

圖7 池塘循環流水養殖系統中排泄物的沉降示意圖

池塘循環流水養殖模式下，系統占用池塘面積極小（小于2%），留下98%的區域，除用于凈化養殖水體外，可以進一步考慮其他用途，提高凈化產出的經濟價值。啟東地區的系統[7]將流水養魚區和扣蟹養殖區（流水凈化區）結合起來，利用養魚的肥水流入扣蟹池，使其水草生長茂盛，為扣蟹生長提供良好的棲息場所，同時凈化后的水為養魚池的魚類生長提供良好的水源環境，取得了良好的經濟效益（經濟效益5 248.4元/667 m2）。

盡管江蘇省的特色蝦蟹產業在漁業產業中占有很大比例，養殖面積也較大，但是，大宗淡水魚的養殖面積仍然要占到總養殖面積的40%以上（沿海灘涂開發區域的養殖池塘大宗淡水魚養殖要占70%以上），未來很長一段時間，大宗淡水魚的養殖仍然會占很大比例?；谠摤F狀，池塘循環流水養殖系統的應用和推廣對水產養殖業信息化、設施化、生態化發展有重要的意義。針對該系統的相關水流、空氣、排泄物沉降等研究需要抓緊開展，提高系統在池塘養殖應用中的科學性和準確性。

[1]彭剛，劉偉杰，童軍，等.池塘循環水生態養殖效果分析[J].水產科學，2010，29（11）：643-647.

[2]文樂元，肖光明，王錫榮.淡水養殖水質調控技術[J].湖南農業，2008（7）:16-17.

[3]陳文華，聶家凱，閆磊，等.低碳高效池塘循環流水養殖草魚新技術試驗總結[J].科學養魚，2014（10）：20-22.

[4]張家華，陳文華，張永江.池塘循環流水養殖草魚新技術試驗[J].水產養殖，2015（8）：13-15.

[5]金武，羅榮彪，顧若波，等.池塘工程化養殖系統研究綜述[J].漁業現代化，2015，42（1）：32-36.

[6]劉立鶴，郭小瑞，李兆文，等.影響鮰魚顆粒飼料沉降因素的相關性研究[J].中國牧業通訊，2009（19）：19-20.

[7]倪建忠，袁華，楊正兵，等.池塘循環流水養殖試驗[J].科學養魚，2015（6）：19-20.

10.3969/j.issn.1004-2091.2016.12.015

2016-05-03）

國家大宗淡水魚產業技術體系（CARS-46）

黃鴻兵（1979-），男，助理研究員，主要研究方向：漁業工程.E-mail:nanjingrice@163.com