海水循環養殖系統冬季運行水溫和水質控制

鐘 非, 趙永超, 孫 宇, 陳玉生, 許程林, 吉紅九

(1 江蘇省海洋水產研究所，江蘇 南通 226007； 2 南通大學生命科學學院，江蘇 南通 226019)

海水循環養殖系統冬季運行水溫和水質控制

鐘 非2, 趙永超1, 孫 宇1, 陳玉生1, 許程林1, 吉紅九1

(1 江蘇省海洋水產研究所，江蘇 南通 226007； 2 南通大學生命科學學院，江蘇 南通 226019)

黑鯛；越冬問題；溫室保溫；微藻凈水

近年來中國海水養殖業發展迅速，養殖總產量已連續多年居世界首位，然而從主要養殖品種產量的區域分布來看，氣候條件的差異使得海水養殖業存在區域發展不均衡現象。在江蘇沿海地區，陸基開放式海水養殖系統水溫高于15℃的時間一般不足半年，其間可滿足暖溫性或暖水性魚類適宜生長的溫度需求，其余時間魚類的新陳代謝水平低、生長速度慢，使得養成周期往往需要2～3年[1]。此外，越冬期間需要將魚類轉移到室內暫養，轉移與暫養過程損耗大、生產成本高。為了應對養殖過程中春秋兩季積溫不足和越冬問題，有必要強化海水養殖系統水溫調控。相比于燃煤鍋爐與電加熱設備等水溫調控措施，構建基于太陽能溫室的封閉式循環水養殖系統，有利于維持水溫的相對穩定并實現節能降耗[2]。

1 材料與方法

1.1養殖系統

RAS系統設有8個養殖池(每個面積約9 m2)，配備兩套由固液分離器-凈化槽-泡沫分離器-三級過濾器組成的水處理設備，每套設備處理4個養殖池，保障養殖水體24 h連續循環利用(圖1)。固液分離器主要用于去除養殖水體中的殘餌和糞便，通過自動沖洗實現連續運轉[9]；凈化槽中放置有球形、毛刷式以及組合式生物填料，通過填料上附著的生物膜實現水質凈化；泡沫分離置于三級過濾器頂部，分別填充不同粒級的濾料，用于去除水體中微小懸浮顆粒與溶解有機物。為保障冬季適宜水溫，養殖池與水處理設備均建在溫室中。溫室采用雙層透光塑料薄膜覆蓋，并將霧化噴頭均勻布設在兩層塑料薄膜中間，最大限度地利用太陽能溫室維持養殖系統適宜水溫。

圖1 循環水養殖系統工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of the recirculating aquaculture system

試驗為期2個月(2014年12月至次年1月，江蘇海洋水產研究所試驗基地)，前一個月僅采用水處理設備對水質進行維護，后一個月在此基礎上接種小球藻(Chlorellasp.)至養殖水體，并輔助人工光照，用于比較微藻接種前后的水質變化。實驗期間使用2個養殖池分別養殖1齡和2齡黑鯛，平均體質量分別為172 g和450 g，養殖密度40 kg/m3；另外2個養殖池用于儲存海水，未參與水體循環。

1.2樣品采集與分析

1.3數據處理

采用SPSS軟件開展單因素方差分析，判別溫室內、外溫度，以及微藻接種前后養殖系統水體水質是否存在顯著性差異。

2 結果與分析

2.1養殖系統水溫

從2014年12月至次年1月對太陽能溫室內外氣溫與水溫進行了連續監測。由圖2可知，試驗期間，溫室內平均氣溫(13.4±1.9)℃，最低和最高日均氣溫為8.7℃和19.5℃，而溫室外平均氣溫(5.3±3.5)℃，最低和最高日均氣溫為-1.5℃和14.1℃，溫室內外日均氣溫存在顯著性差異(P< 0.05)；溫室外水溫在兩個月的監測期內出現了較大波動，平均水溫(6.7±2.1)℃，而溫室內養殖系統水溫較為穩定，平均水溫(13.5±1.3)℃，溫室內外水溫存在顯著性差異(P< 0.05)。此外，在試驗期間，選取溫室外日均氣溫最低的

圖2 溫室內外氣溫與水溫變化情況Fig.2 The variation of temperature inside and outside the greenhouse

1月13日(-1.5℃)對溫室內外氣溫與水溫的變化情況進行比較(圖3)。室內氣溫一直高于5℃，變化范圍為5.3℃～29.0℃，而室外氣溫僅在9:00—16:00高于0℃，變化范圍為-5.6℃～4.8℃；室內養殖系統水溫變化范圍為10.9℃～12.1℃，最高水溫出現在15:00—16:00，而室外水溫變化范圍為3.6℃～6.1℃，僅在11:00—15:00高于5℃。

圖3 冬季低溫環境下溫室內外氣溫與水溫日變化情況Fig.3 The daily variation of temperature inside and outside the greenhouse

數據表明，采用雙層透光塑料薄膜覆蓋的溫室系統能夠維持海水循環養殖系統冬季運行所需水溫。由圖4可知，試驗期間養殖系統補水4次，其中12月7日、21日和1月18日各補充鹽度為15的新鮮海水，1月4日補水同時加入藻液。除由滲漏、蒸發、泡沫分離器排水和三級過濾器反沖洗排水造成的水量損失外，養殖系統水體全部循環利用。根據水位變化情況計算得出平均日補水率0.9%，較低的系統補水率使得僅依靠太陽能溫室來維持養殖系統適宜水溫成為可能。

圖4 養殖系統凈化槽水位變化情況Fig.4 The variation of the water lever in the biological purification tank

2.2養殖系統水質

試驗期間水溫較穩定，一直高于10℃(表1)。在微藻接種前后，pH與鹽度變化不大，且pH較低。由于增氧機24 h連續開啟，溶氧始終維持在適宜水平。接種微藻后，由于藻類光合作用釋放氧氣，溶氧比接種前(4.20 mg/L)顯著升高，達到5.14 mg/L。微藻接種前后養殖水體總懸浮物濃度存在顯著性差異，1月4日接種微藻后，藻細胞密度逐步提升，導致水體總懸浮物濃度明顯升高。

表1微藻接種前后養殖系統水體常規理化指標均值

微藻接種溫度/℃pH鹽度溶氧/(mg/L)總懸浮物/(mg/L)接種前13．7±1．6a6．14±0．04a11．3±0．19a4．20±0．93a7．4±3．4a接種后12．9±0．6a6．08±0．03a11．5±0．27a5．14±1．30b27．0±18．3b

注：上標a、b表示具有顯著性差異 (P< 0.05)，n=30

表2微藻接種前后養殖系統水體氮、磷濃度

微藻接種NO-2-N/(mg/L)NH+4-N/(mg/L)NO-3-N/(mg/L)PO3-4-P/(mg/L)接種前0．04±0．06a16．31±1．90a166．50±9．59a35．48±0．85a接種后0．05±0．04a9．76±3．35b154．45±12．66a31．07±1．51b

注：上標a，b表示具有顯著性差異 (P< 0.05)，n=7

圖5 養殖水體氮磷濃度與藻細胞濃度Fig.5 The variation of the nitrogen and phosphate concentrations and algal density in the recirculating aquaculture system

3 討論

3.1溫室對黑鯛越冬養殖的影響

越冬試驗期間，室外平均水溫(6.7±2.1)℃，雖然稍高于黑鯛致死水溫(3.4℃)[12]，但在1月13日晚上11時系統外水溫(3.6℃)已逼近黑鯛致死水溫。此外，參考當地氣象水文資料可發現，如有寒潮過境，可引發黑鯛死亡的水溫低值時有出現。在江蘇沿海，黑鯛1齡魚種從當年11月開始轉運到室內越冬暫養，至次年4月再轉運到室外池塘放養，黑鯛達到上市規格往往需要兩年[12]。其間，兩次轉運過程不僅需要投入大量人工成本，而且拖網起捕會導致黑鯛背鰭棘互相刺傷，產生較大損耗。在成功解決黑鯛人工育苗技術之后[13]，越冬問題一直制約著江蘇黑鯛養殖產業的發展。本研究中，通過設在雙層框架上的卡槽分別覆蓋兩層透光塑料薄膜，并在薄膜中間均勻布設霧化噴頭，最大限度地利用太陽能提升養殖系統溫度。由于采用雙層框架式設計，便于冬季安裝與夏季拆卸，使黑鯛連續養殖成為可能。相比于傳統黑鯛養殖模式，由于越冬期無需室內外轉運，不僅節約大量人工成本，而且能有效避免轉運過程可能帶來的損耗，試驗結束時黑鯛存活率為96%。越冬試驗期間，養殖系統內平均水溫(13.5±1.3)℃，高于黑鯛最低攝食水溫(8℃)[14]，黑鯛在越冬期間可以繼續進食生長。

3.2接種微藻對養殖系統水質的影響

4 結論

□

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Watertemperatureandwaterqualitycontrolinarecirculatingaquaculturesystemduringwinter

ZHONGFei2,ZHAOYongchao1,SUNYu1,CHENYusheng1,XUChenglin1,JIHongjiu1

(1MarineFisheriesResearchInstituteofJiangsuProvince,Nantong226007,China; 2SchoolofLifeSciences,NantongUniversity,Nantong226019,China)

In order to solve the overwintering problems in the process of marine fish farming in Jiangsu coastal areas, a recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was constructed for the overwintering experiment ofSparusmacrocephlus. The heat preservation property of solar greenhouse was studied through the temperature inside and outside the system during the winter recorded by a real-time monitoring system; the purification of wastewater by intensive algal cultures was studied by comparison of the different water qualities before and after the intensive cultures of algal. The results showed that the water temperature in greenhouse during winter was significantly higher than that outside the greenhouse, which will be beneficial for the survival ofSparusmacrocephlusduring winter. The ammonium concentration decreased and the nitrite concentration maintained at a low level in the recirculating aquaculture system by intensive algal cultures, which would be helpful for the stability of aquaculture water quality. The study proved that recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was beneficial for the overwintering growth of black seabream. This study can provide some suggestions for the development of marine fish farming in areas where are faced with overwintering problems.

Sparusmacrocephlus; overwintering problems; heat preservation effect of solar greenhouse; purification of wastewater by intensive algal cultures

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.05.005

2017-07-09

江蘇省重點研發計劃現代農業研究開發示范類項目(BE2015323)；江蘇省水產三新工程項目(Y2015-20)；江蘇省自然科學基金項目(BK20130398)

鐘非 (1981—)，男，副研究員，研究方向：環境生物學，E-mail: fzhong@ntu.edu.cn

吉紅九 (1968— )，男，研究員，研究方向：海洋生物學，E-mail: jijiu99@163.comn

S967.9

A

1007-9580(2017)05-025-06