對蝦工廠化養殖研究進展

朱 林，車 軒，劉興國，劉 晃，唐 榮

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

我國是世界第一養蝦大國，2014年全球對蝦養殖產量為310萬t，其中，我國對蝦養殖產量為174.74萬t，占全球對蝦養殖的56.12%[1]。目前，我國對蝦養殖以半精養和精養池塘養殖模式為主，池塘自凈能力弱，大量的富營養物質全部排放在就近海域，嚴重影響了環境，也造成自身的交叉污染。受環境水質的影響，許多養殖系統也常常面臨無水可換，只能依靠系統內自我調節的窘境[2-3]。

病害依然還是對蝦養殖生產面臨的首要問題。對蝦病害蔓延，養殖排塘率一直居高不下。2010年上半年對蝦病害蔓延，養殖排塘率居高不下，局部地區對蝦死亡率和排塘率甚至達到70%～80%，造成了對蝦產量同比明顯下降。尤其2013年我國對蝦養殖業暴發“早期死亡綜合癥”（EMS）或稱急性肝胰腺壞死綜合癥（AHPNS）病害以來[4-8]，我國對蝦主養區華南的養蝦業遭受了重大損失，至2015年，華南養蝦業依然受到EMS/AHPNS的重大影響，廣東、廣西等地區的凡納濱對蝦發病排塘率高達80%[9]，據統計，EMS/AHPNS造成每年超過10億美元的經濟損失。除此之外，另一種病害對蝦肝胰腺壞死癥（HPNS）亦導致我國南方超過1/2的凡納濱對蝦養殖場產量銳減80%以上[10-14]，同時，隨著沿海經濟的快速發展，海岸帶的開發，沿海的土地資源日趨緊張，對蝦養殖包括育苗種面積以每年10%～20%的面積遞減，對蝦養殖用地受到嚴重擠壓和蠶食，可養水面面積日益減少。另一方面，隨著我國經濟的發展，人工成本在對蝦養殖總投入中的占比越來越高，且養殖操作人員呈老齡化的趨勢。提高單位土地的產出量，發展高效低污染的智能化工廠化對蝦養殖模式，實現養殖的無公害，已成為現代對蝦養殖的普遍呼聲。筆者分析了對蝦工廠化發展歷史、研究進展及發展方向，以期為對蝦工廠化研究提供參考。

1 世界對蝦工廠化發展歷史

工廠化養殖起步于20世紀60年代末，其技術基礎來源于內陸海水水族館和高密度流水養魚[15]。20世紀90年代開始用生物工程、微生物、膜和自動化控制等工業化技術，在水體生物處理、消毒、排污、增氧及控溫等方面取得很大進步，水循環利用率達到95%以上，單產高達50～100 kg/m3[16]。工廠化對蝦養殖起步于20世紀90年代中期，最初是在養魚系統的基礎上進行了部分的改良以適應對蝦的生活習性，代表性系統有美國得克薩斯大學海洋科學研究所設計的跑道式對蝦養殖系統、臺灣對蝦試驗所臺南分所開發的室內自動化養蝦系統等[17-18]；第2階段20世紀90年代末至21世紀初，工廠化對蝦養殖進入快速發展階段，特點是各種新技術應用于對蝦養殖的探索研究，代表性系統有美國海港海洋研究所設計的三階段對蝦養殖系統、美國夏威夷科納海灣海洋資源公司的蝦-藻類-貝養殖系統、美國南得克薩斯Sauz牧場的基于人工濕地的養蝦系統等[19-20]；第3階段2005年以后進入平穩發展階段，其特點是根據對蝦生活習性，更加注重菌與藻的相互關系[21]，其單位產量和存活率都大幅提高，代表性系統有美國墨西哥灣海岸研究實驗室的基于生物絮凝的對蝦養殖系統、美國德克薩斯農作物生命研究所海水養殖實驗室的基于菌藻共生的對蝦養殖系統等[22]。

2 研究進展

2.1 對蝦工廠化養殖設施設備

能保持良好的養殖環境是對蝦工廠化養殖模式區別于傳統對蝦養殖模式的特點，對養殖用水的處理和調控是關鍵點。過濾系統、增氧系統、增溫系統及廢水處理系統是對蝦工廠化養殖系統的主要單元[23-24]。早期對蝦工廠化養殖模式主要使用臭氧儀、泡沫分離器和粗濾器等組成的循環水處理系統[25]，后來其發展為以紫外線消毒器、羅茨風機、太陽能加熱系統、轉鼓式微濾機、蛋白分離器、生物過濾器及臭氧反應裝置等組成的工廠化養殖系統。

2.2 氮磷元素收支

由于對蝦只能利用餌料蛋白的20%～30%，殘餌及對蝦的代謝產物在水體中大量積累，產生大量有毒的氨態氮、亞硝酸態氮。因此，了解工廠化對蝦養殖池中氮磷的收支狀況具有重要的意義。在工廠化對蝦養殖系統氮磷的總輸出中，水層輸出和沉積均占到了相當的比例，養殖密度增加會在一定程度上降低水層和提高底泥沉積的氮磷量，顯著影響對蝦工廠化養殖池氮磷的收支。工廠化養殖模式中，水體環境呈高磷低植物生物量特征，光照度的強弱及營養鹽補充源的多少對養殖水體中無機磷含量和葉綠素a含量起重要作用[26]。

2.3 養殖密度與溶解氧

養殖密度和溶解氧含量是限制對蝦工廠化養殖的兩大因素。養殖密度影響我國對蝦生長的機制主要取決于存活率、攝食量和食物轉化率的變化。溶解氧含量對體質量增長量、體長增長量、存活率、蛻皮率、攝食量和食物轉化率的影響不明顯。蛻皮率和食物轉化率受到溶解氧含量和養殖密度交互作用的影響。我國對蝦工廠化養殖在體長小于7cm、養殖密度在200～250尾/m3時，與傳統養殖條件下凡納濱對蝦的生長速度無顯著差異。在凡納濱對蝦的工廠化養殖環境中，對蝦耗氧量占總耗氧的72.67%，水柱耗氧占27.33%，對蝦耗氧是最大的耗氧因子[24]。墨吉明對蝦工廠化養殖最適養殖密度為180～240尾/m2，此時對蝦各生長性狀測量值相對較高，且有利于提高墨吉明對蝦工廠養殖空間利用率[27]。

2.4 水質參數調控

南美白對蝦工廠化養殖初期，對蝦呼吸產生的CO2量少，影響pH值變化的主要因素是浮游植物光合作用。在養殖中后期，對蝦、微生物呼吸及有機物氧化分解產生的CO2是影響pH值的主要因素，養殖密度越大影響越大。對蝦工廠化養殖水環境參數如水溫、鹽度和溶解氧完全可人為控制；pH值和葉綠素在短時間內可被人工調控，但無法長時間控制其變化趨勢和變化幅度；而氮、磷營養鹽的溶解氧的變動較小，2種模式下平均值差異顯著；pH值的變動較大，其平均值顯著高于室外養殖池水體；葉綠素含量較高，與室外養殖間無顯著差異；水體中氮、磷營養鹽含量均在較低的濃度范圍內波動，且其平均值在2種養殖模式下差異均不顯著[28-29]。

2.5 生物絮團模式

生物絮團技術（Bi of loc Technology，BFT）是近年來發展起來的一種通過調控養殖池中微生物組成，利用微生物調控水質的新型對蝦養殖模式。生物絮體不僅可以作為微生物的載體，有效轉化系統對生物毒性較大的氨氮、亞硝酸鹽氮，其中的微生物體蛋白質還可以作為營養被養殖動物攝食，實現飼料營養的重復利用，提高飼料利用率。國際上很多采用生物絮團技術的對蝦工廠化養殖系統經過研發、試驗和改進，實現了零換水的目標[30]。

3 發展方向

國外設施化對蝦養殖已經將信息感知、模型構建、自動化裝備結合起來，將漁業生產知識與養殖設備有機整合，實現以預報、預測技術為基礎，結合運行過程狀態反饋的典型養殖生產過程的精準化控制，大大提高了養殖過程的智能化水平，促進了對蝦養殖業的健康、可持續發展。探討對蝦動物生理生態行為與水體成分及環境的相互影響規律和自適應機理，非常注重多學科的融合和交叉，更強調采用現代高新技術量化和可視化水生生物的行為與生理。英國漁業環境與對蝦養殖科學中心利用水下相機，研究生物群對不同海洋環流以及氣候變化的反應，建立了生物群生態自適應模型；丹麥、挪威等研究機構利用生長情況結合攝食行為研究，制定了精確投喂模型。

國外在水質在線監控技術方面的研究較深入，美國YSI、HACH、In-Situ和德國WTW等公司所開發的基于熒光淬滅效應的溶解氧傳感器已廣泛應用于環境監測、污水處理和設施對蝦養殖環境調控，技術相對成熟。利用機器視覺技術實現計數、殘餌判斷，利用聲學傳感器判斷攝食狀態，通過對影響攝食、消化的環境因子、生理因素和飼料品質等因素的研究，實現了投喂量預估和生長狀態判斷。

國內在設施對蝦養殖智能精準裝備系統研究領域，已經開展了相關的基礎研究和單項技術研究，取得了一定的積累，部分成果已在生產中得到應用。但總體而言，技術融合和集成尚顯不足，系統和裝備成熟度有待提升。對蝦養殖過程精準管控是實現智能化養殖生產、現代化漁業管理的基礎，現有工廠化養殖企業生產管理技術很難滿足集約、高效、綠色的產業發展需求，已成為制約我國養殖產業發展的關鍵技術瓶頸。同時養殖從業人員文化水平差異大，養殖生產管理缺乏有效的決策模型和管控手段，養殖過程缺乏信息技術對接。通過構建智能化工廠化對蝦養殖系統，串聯各養殖環節，自動監控養殖參數，可實現節水節地，降低人工投入，精準自動控制，提前預警病害，綠色高效養殖。