池塘內循環流水養殖模式的關鍵技術研究

崔凱 汪翔 魏澤能 陸劍鋒 李海洋 賴年悅 徐薇 盧文軒 蔣陽陽 李正榮

摘要 針對池塘內循環流水養殖（IPA）的現有水平，闡述了IPA應用規模，并開展了IPA養殖槽和凈化區功能試驗，最后對IPA養殖水產品進行了品質分析。

關鍵詞 池塘內循環流水養殖（IPA）模式；關鍵技術；安徽省

中圖分類號 S962.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0086-06

Abstract Aiming at the present level of inpond aquaculture（IPA），the application scale of IPA was expounded. And the function test in rearing tanks of IPA and purification region was conducted. And the quality of IPA products was analyzed.

Key words Inpond aquaculture（IPA） model；Key technologies；Anhui Province

內陸淡水水產養殖改變了農業產業結構，改善了優質食物蛋白供給結構，拓寬了漁農民的生產性收入結構。水產養殖的產量、規模、成效快速發展，但仍存在資源高度依賴、外部環境負效應壓力以及水產品質量安全、養殖生態安全和生物安全等問題。2013年國內引進了美國亞拉巴馬州奧本大學Jesses A.Chappell教授研發的集約化池塘內循環流水養殖技術系統（intensive pond aquaculture，IPA），利用原位或異位生物操縱、新材料和設施設備介入的技術和物質，因地制宜采用投入低碳、物質與養分循環、精細高效的養殖系統和模式。

該技術體系包含：①經濟目標——提高盈利能力（improved profitability）；②養殖目的——池塘集約化精細化養殖（intensive pond aquaculture）；③關鍵對象——水體水質及其營養和能量（water nutrients and energy）；④技術措施——保護與利用（conservation）。

綜上所述，該技術體系是盈利目標下池塘內水體、營養物質和能量封閉性保護利用的集約化精細養殖體系（conservation of water nutrients and energy in intensive pond aquaculture for improved profitability）[1]，Michael P.Masser稱之為“inpond raceways（IPA）”[2]。這一系統隱含著循環經濟理論核心——3R原則：減量化（reduce）、再使用（reuse）、再循環（recycle）[3]。2013年底安徽省銅陵市、六安市等地創新設計和建造池塘循環流水養殖系統，通過試驗示范養殖，基本實現物質能量循環、養殖尾水零排放的要求。因此，該項養殖新技術在引進、消化、吸收、再利用過程中還需要對IPA的關鍵功能和關鍵技術進行進一步驗證。

1 IPA應用規模

由科研院所、大學、推廣系統和國家現代農業產業體系專家組成的安徽IPA產業技術聯盟自2014年連續開展養殖研究、試驗示范和模式攻關，其中研究示范布點包括2014年2個點、2015年8個點、2016年12個點、2017年18個點，遍及沿江江南、環巢湖、沿淮淮北和江淮分水嶺地區。養殖品種涉及鱖、鱸、黃顙魚、鮰、草、鯽、魴、鮊等淡水魚品種11個，產能達1 000 t。商品魚養殖單產32.5～147.1 kg/m3，魚種養殖單產15.9～40.5 kg/m3。在養殖池塘內修建的IPA養殖單元，面積一般占池塘面積的1.5%～2.5%，流水槽規格通常為長22 m×寬5 m×高2.3 m，集污槽長為養殖單元寬度總和×寬（4.0 m）×高（2.3 m）。2017年底安徽省已建設IPA設施系統71個點，流水養殖槽246條，養殖面積35 120 m2，養殖水體69 980 m3，容納池塘面積574.3 hm2，預計2018年IPA系統建設和應用將有更大突破。

2 IPA養殖槽和凈化區功能試驗

2.1 池塘水質多點位長時序監測

在IPA系統中選取5個水質采樣點，分布在養殖流水槽內、集污區、隔水壩過水區、兩側凈化區，采集養殖水體水面下30～40 cm處的水樣250 mL。在養殖期間連續15 d定時專人監測水溫、溶解氧、pH、氨氮、亞硝酸鹽、溶解氧、硫化物、渾濁度等水質指標，使用Matlab軟件進行統計分析并進行t檢驗。結果表明：①在時間維度上，水質數據同步變化，無明顯差異。5個采樣點水質指標的變異系數見表1。由表1可知，養殖槽變異系數最小，養殖系統的進出水口端變異系數最大。變異系數越小，表明水質指標數據越穩定，受到的外界干擾越少。②在空間維度上，在某一時刻水質在空間上存在差異，主要表現為養殖槽中和養殖槽前后進出水端的水質數據有差異，存在差異的水質指標主要為溶解氧，其次為渾濁度和硫化物（圖1～4）。對安徽省內5家IPA養殖企業開展了常年水質檢測（表2），可為進一步豐富和修訂養殖水體水質預警系統V1.0（軟著登字第0989823號）、池塘工程化循環水動態精準投喂系統V1.0（軟著登字第2292524號）提供依據。

2.2 養殖槽流場監測

使用LS1206B型旋槳式流速儀檢測養殖槽內水體的流速分布情況。在養殖槽前端、側壁、末端共建立15個檢測點。每個檢測點在養殖水體液面下每隔10 cm檢測流速。結果發現，養殖槽前端流速上表層水流速快，隨水深遞減到底層水流速減慢；養殖槽末端流速呈現上層水流速慢，隨水深遞增到底層水流速度快，呈現以養殖槽前端的推水口為起點隨著養殖槽長度的增加而向下分布的拋物線趨勢。此外，發現在養殖槽中端形成亂流現象，在養殖槽末端靠中間的位置，不易收集到養殖槽殘餌和排泄物。使用計算流體動力學（computational fluid dynamics，CFD）對IPA槽中的流場進行仿真模擬（圖5）。

該試驗的目的是完善IPA風險預警模型、尋求養殖對象的最佳流速范圍，確保高密度養殖同時減少養殖產品因流速過大引起的應激反應、生理消耗、降低餌料系數建立量化依據。在MATLABR2012b環境下，調用net函數構建網絡，建模樣本分為81個訓練樣本、18個驗證樣本、18個測試樣本，使用共軛梯度法訓練模型，經過訓練后模型的識別正確率為94.9%。

2.3 池塘凈化區生物操控技術研究

試驗點位于合肥和六安。與六安試驗點IPA凈化區相比，合肥試驗點采用生物-生態組合凈水技術：投放濾食性鰱鳙和螺螄、栽種沉水和挺水植物等生態凈化方式，經過水質跟蹤檢測，2個試驗點的循環水池塘水質指標差異顯著，合肥試驗點的養殖水體中亞硝酸鹽含量僅為六安試驗點的29.31%，合肥試驗點氨氮濃度為0～1 mg/L，六安試驗點平均氨氮濃度為2.5 mg/L（圖6、7）。根據生物量測算，凈化區1 kg/m2水生植物可消納水體氮0.4 g、磷0.025 g，1 kg鳙魚可以吸收氮14.5 g、磷0.6 g、碳57.85 g，鰱魚可以吸收氮4.9 g、磷0.85 g、碳60.75 g[4]。按照IPA中流水槽數量與凈化區面積比1∶10、高密度養殖產量2 t/槽設計，凈化區布局35%水生植物、投放規格為250 g/尾的草魚尾、鰱鳙2 250尾/hm2、螺75 kg/hm2，在流水槽進出水口兩端和凈化區配置涌浪機和耕水機，可保障水溫、溶氧和水質的其它指標達到養殖用水的標準水平。此外，還可以套養日本沼蝦、黃顙魚、鱖等。在六安試驗點，為了有效降低水體中亞硝酸鹽含量，開展了EM菌使用試驗。結果表明，使用EM菌雖然可以有效降低水體中氨氮、亞硝酸鹽的含量，但其有效期只有7年，7年后養殖水質的相關指標又快速回升為原來水平。

2.4 對比開展的非原位生物絮凝技術在IPA中的應用研究

通過向水體內補償碳源，調控水體中的C/N比、培育有益復合菌構建生物絮凝結構骨架，從而大幅降低養殖水體中的氨氮、亞硝酸鹽濃度。利用循環水流場，延長了生物絮凝的時效性。使用集污區收集的養殖廢水做為生物絮凝的氮源，對污水進行再次利用，形式生物絮團。測定生物絮團粗蛋白含量35%～50%、粗脂肪含量2.5%～9.0%、灰分7%～10%、能量18～22 kJ/g，可以被作為青蝦、鳙魚的餌料循環利用，節約餌料投入及養殖成本。IPA養殖系統中水體氮磷輸入主要源于飼料，占比分別為90%～98%、97%～98%，在槽外凈化區種植水生經濟植物，如蓮、薄荷、水芹、雍菜、魚腥草以及沉水和浮葉植物馬來眼子菜、伊樂藻、苦草等消納水體中TN和TP，控制水體氨氮和亞硝酸鹽水平。根據餌料系數測算，飼料中營養物質的75%～80%被流水槽內魚體以各種形式排出，可在凈化區提供15%～20%的生產力[5]，如生長青蝦、鰱、鳙、匙吻鱘、細鱗斜頜鲴，或珍珠蚌、螺螄等。

3 IPA養殖水產品品質分析

通過IPA養殖水產品的采樣，對鱖魚、斑點叉尾鮰、草魚肌肉品質、質構（TPA）開展比較分析。不同養殖模式草魚質構和品質數據表明，IPA養殖水產品比傳統池塘養殖的水產品質量更優、口感更佳，甚至比安徽休寧縣山區有著數百年歷史的山區流水養殖的水產品還要略勝一籌，表明IPA養殖產品的品質和質量的優質化和安全性更為可靠（表3、表4）。

同時還開展了IPA養殖斑點叉尾鮰模式試驗和產品質量檢測，檢測結果表明：IPA養殖鮰魚粗蛋白含量顯著低于池塘水鮰魚（P<0.05）；水分含量無顯著差異（P>0.05）；灰分含量較高，表明循環水鮰魚礦質含量豐富；但循環水鮰魚脂肪含量明顯高于池塘水鮰魚（P<0.05）（表5）。無論是水解氨基酸還是游離氨基酸，循環水鮰魚的氨基酸總量顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05）。在檢測的17種水解氨基酸中，50%以上IPA鮰魚水解氨基酸含量超過池塘水鮰魚，且5類氨基酸顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05）；在檢測的17種游離氨基酸中，50%以上IPA鮰魚游離氨基酸含量

超過池塘水鮰魚，且7類氨基酸含量顯著高于池塘草魚（P<0.05）（表6）。IPA鮰魚的礦質含量比池塘水鮰魚豐富，且差異顯著（P<0.05），尤其是鈣含量非常高，是普通草魚的2倍多，有助于人體補鈣。另外，IPA鮰魚的鉀和鎂含量比池塘水鮰魚高。對消費者而言，鉀元素可以調節細胞內適宜的滲透壓和體液的酸堿平衡，參與細胞內糖和蛋白質的代謝。鎂元素可減少血液中膽固醇的含量，防止動脈硬化，同時還能擴張冠狀動脈，增加心肌供血量，降低心臟病突發死亡率（表7）。IPA鮰魚的魚皮膠原蛋白顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05），即IPA鮰魚的魚皮膠質更多，烹煮的魚湯更加濃稠（表8）。雖然池塘水鮰魚的飽和脂肪酸總量（SFA）顯著高于IPA鮰魚（P<0.05），但IPA鮰魚的ΣUFA（不飽和脂肪酸）總量顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05），且IPA鮰魚的多不飽和脂肪酸總量（PUFA）顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05），多不飽和脂肪酸高有助于調節血脂、清理血脂，有防治心血管疾病等多種功效（表9）。IPA鮰魚的魚肉硬度、黏附性和膠著性均顯著高于池塘水鮰魚（P<0.05），但恢復性略低于池塘水鮰魚。綜合考慮，IPA鮰魚的魚肉質構參數優于池塘水鮰魚（表10）。

4 小結

（1）池塘循環流水養殖系統（IPA）是現代漁業對傳統水產養殖技術、要素、模式、結構、功能和體系的升級版。這項高度綜合性技術不僅顛覆傳統的池塘養殖觀念和方式，而且向水產養殖的所有從業者提出了如何消化、吸收和利用新技術以及如何面向漁業現代化等挑戰。因此，現代池塘養殖只有突破技術密集、資金密集這2個門檻，才能把控池塘養殖現代化的發展趨向。

（2）應用IPA的安徽養殖企業，獲得較好收益的企業占1/3，收益較差的企業也占1/3，這種現象符合新技術應用和企業成長的一般規律。因為IPA及其配套技術是一種兼容性極強的開放系統，所以在動力、氣動、流場、糞污收集、槽體、過濾、擋水和材料等子系統中必然還存在改進、革新和換代的空間，另外在品種、投喂、疫病、水質、設施設備等環節還存在適宜性選擇的問題。同時，應用主體必須在利用IPA之前對經營模式、盈利模式有明確的預設，也即產業前端設計，從而經由養殖過程使產業供應鏈和價值鏈整合，傳導到養殖及其加工產品的市場兌現與價值實現[6-7]。

（3）IPA的核心要詣而又往往被有意或無意簡略的是循環，有生產過程中的要素投入和漁獲物產出循環，水產養殖產品和商品銷售循環，池塘內部水體流動和池塘內外進排水循環，生產者、消費者、分解者和清除者的物質能量循環，以及生產、生活、生態的大循環。在物質能量轉化與守恒的約束下，IPA應用中在占池塘面積2%的槽內的主要養殖區和占98%池塘面積的主要凈化區，必須發揮功能分區應有的作用。否則，不僅會增加養殖成本，侵蝕盈利空間，而且會造成養殖企業給環境溢出外部負效應。因而，應促進和操控IPA的循環功能，實現動態平衡的循環。

（4）在水產品供給和消費的格局中，全球平均每3條魚中有2條是我國提供的，而我國家庭餐桌上平均3條魚中有2條是我國水產養殖業者提供的。隨著環境保護的全面鋪開和深入推進，對漁獲物產量及質量具有較大貢獻率的湖泊、水庫、河溝等空間退出養殖功能，內陸淡水魚業在逼仄的環境下必須為結構調整尋求出路，池塘養殖更要擔負起水產品供需平衡和產品質量保障的責任。作為池塘養殖新興技術之一的IPA系統，逐漸成為國內內陸淡水養殖省份和企業建設、開發和應用的熱點，具有傳統漁業改造、切入現代漁業的潛質和前景[8]。

參考文獻

[1] BROWN T W，CHAPPELL J A，BOYD C E.A commercialscale，in：pond raceway system for ictalurid catfish production[J].Aquacultural engineering，2010，44：72-79.

[2] MASSER M P.Inpond raceways[M]//TIDWELL J H.Aquaculture production systems.Oxford UK：WileyBlackwell，2012.

[3] 盧兵友.農村復合生態系統結構與可持續性研究[D].北京：中國科學院生態環境研究中心，1998：22-29.

[4] 陳家長.池塘循環水養殖實踐[J].南京農業大學學報，2005，7（2）：86-94.

[5] 劉興國，劉兆普，徐皓，等.生態工程化循環水池塘養殖系統[J].農業工程學報，2010，26（11）：237-244.

[6] 崔凱.香港農業價值構成和供應鏈選擇的分析：兼論香港農業印象及對中國內地多層次農業的啟示[J].中國農學通報，2008，24（4）：502-508.

[7] 劉楊，陳曄，魏澤能.安徽省低碳高效池塘循環流水養殖技術推廣[J].中國水產，2017（9）：75-77.

[8] 崔凱，李海洋，何吉祥.大宗淡水魚類產業態勢及發展對策研究[J].中國漁業經濟，2011，29（4）：24-29.