凡納濱對蝦地膜光伏集約工程化養殖試驗

陳燮燕，趙吉臣，唐圣利，陳金榮，何子豪，孫成波,3

(1 廣東海洋大學水產學院，廣東 湛江 524088；2防城港市鑫潤養殖有限公司， 廣西 防城港 538000；3南方海洋科學與工程廣東省實驗室(湛江)，廣東 湛江 524025)

中國水產養殖總面積和養殖總產量均居世界領先地位，然而水產養殖業大量占用土地資源，嚴重制約水產養殖業的健康可持續發展[1]。科學利用國土水域資源，對大力發展水產養殖生產具有積極作用[2]。

凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)原產中南美洲，1988年引入中國[3]，是目前最主要的對蝦海水養殖種類之一，在中國養殖對蝦業中占主導地位[4]。孫成波等[5]建立的地膜養蝦模式較傳統的普通土池和水泥邊坡沙底池可以減少病害的發生，能有效控制對蝦主要病害白斑綜合征(WSD)的爆發流行[6-7]。傳統對蝦養殖最大的難題是病害，難以形成規模經濟和標準化生產，現代對蝦工廠化養殖投資成本高，風險較大[8]。

中國漁光產業在2013年開始興起，在水產養殖水域上方搭建光伏發電站，同時開展水產養殖[9]。日本是目前世界上水上光伏發電實際應用最多的國家[10]。光伏發電是新興產業，中國的光伏發電剛剛起步，水上發電，水下養殖，“漁光一體”已成為科學利用土地，開發清潔新能源的典型案例[11]。“漁光一體”模式完全超出了傳統養殖技術“漁光互補”的產出，不僅能實現中國清潔能源與水產養殖轉型升級的跨界融合，還將大幅提升單位面積國土的價值輸出，實現土地復合利用，真正實現了“漁、電”雙豐收，不但直接推動中國水產養殖業的轉型升級，還加快中國能源結構調整步伐，推進中國能源革命進程。為探究地膜光伏工程化養殖模式的實用性，開展了地膜光伏工程化養殖系統養殖凡納濱對蝦試驗。

1 材料與方法

1.1 養殖系統的組成

對蝦光伏地膜工程化養殖系統由地膜池養殖系統和光伏發電系統兩大系統組成，實線框線為光伏發電系統，虛線框線為地膜養殖系統(圖1)。地膜池養殖系統由地膜池塘、增氧系統、進排水系統和尾水處理系統組成。地膜池塘大小為300～600 m2，池邊深度為1.5 m，邊坡坡度1∶1，池塘堤壩高出地面50 cm；池底呈鍋底形，坡度為45°，池中心排污口深度為25 cm，排污口直徑大小為16 cm，排污池深度1.8 m，池底和邊坡均鋪設厚度為0.1 cm的地膜。池與池的隔堤為50 cm，主路寬度7.5 m。增氧系統由增氧盤(1 kW)、水車式增氧機(2.2 kW)和羅茨鼓風機(200 kW)組成，每個池配備2臺水車式增氧機，呈對角線固定在池塘兩邊；增氧盤密度1個/ 10 m2，增氧管為直徑0.06 mm微孔爆氣管，每10個池配備1臺羅茨鼓風機。進排水系統由水泵、供水管和排水管組成。尾水處理主要采用三級養殖尾水處理系統，主要包括廢水和養殖固體廢棄物的處理，廢水主要采用三級養殖廢水處理系統：一級混養植物食性和雜食性魚類，如藍子魚、金錢魚、鯔魚等攝食大型顆粒、殘飼、糞便；二級處理池采用貝類處理，濾食懸浮物質；三級為藻類凈水系統，主要采用微藻和大型海藻處理，養殖固體廢棄物聯合堆肥發酵，構建魚菜共生系統，生物降解養殖廢水中有害物質。降低氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和磷酸鹽等，通過上述三級處理后達標排放。光伏發電系統由光伏板和立柱兩部分組成。光伏板立柱間距為7.5 m，立柱半徑為16 cm，光伏板大小為1.6 m×1 m，板與板的間隙為2.5 cm，光伏板最低高度為2.2 m，最高高度為2.5 m，透光率為30%。選取3口面積為300 m2/池的池塘作為試驗池。

圖1 對蝦地膜光伏工程化養殖模式示意圖Fig.1 Film photovoltaic engineering culture of shrimp

1.2 試驗時間和地點

養殖時間為2018年4月21日—2018年7月29日，養殖周期100 d。試驗地點在防城港市鑫潤養殖有限公司光坡鎮光伏地膜工程化對蝦養殖基地。

1.3 水處理方法及放養密度

養殖用水先經沙濾井過濾，然后采用有效氯為15 g/m3的漂白粉進行消毒。凡納濱對蝦蝦苗購自廣東湛江，放苗密度為500尾/m2。放苗時水深1.0 m，30 d內逐漸加水到1.2 m。

1.4 生長指標的測定方法及計算方法

每10 d測定一次凡納濱對蝦的體長和體質量，體長用游標卡尺測量，體質量采用電子秤測量。相對增長率Y、特定生長率XSGR和存活率XSR按照以下公式計算。

Y=(X2-X1)/t

(1)

XSGR=100%× (lnW2-lnW1) /t

(2)

XSR=100% ×S1/S2

(3)

式中：X1—初始體長(cm)或體質量(g)；X2—終末體長(cm)或體質量(g)，t—養殖時間(d) ；W1—初始體質量(g)，W2—終末體質量(g)；S1—終末存活尾數(尾)；S2—初始存活尾數(尾)。

1.5 水質指標的測定方法

試驗期間每天測定水質理化因子，包括水溫、氣溫、亞硝酸鹽氮(NO-2-N)、總氨氮(TAN)和pH。水溫和氣溫采用溫度計測定，NO-2-N采用重氮-偶氮光度法，TAN采用靛酚藍法[12]， pH采用筆式pH計測定。數據采用Excel和SPSS進行分析。

1.6 養殖管理

凡納濱對蝦養殖過程中每天投喂4次人工配合飼料，日投飼量為體質量的10%。每天開增氧盤保持水質溶氧量，陰雨天及炎熱的午后等特殊狀況增開水車式增氧機，防止對蝦缺氧。養殖對蝦過程中投喂過后每天排污4次，投飼1.5 h后排污，排污時間1～2 min，以排出廢水變清為止，排污時停開鼓風機，開動水車0.5 h集污。

2 結果

2.1 地膜光伏工程化養殖凡納濱對蝦的階段生長情況

根據體質量特定生長率將凡納濱對蝦的階段性生長可分為4個時期(表1)：0～20日齡為體質量快速生長期，特定生長率為20.25%～30.58%；30～70日齡為體質量緩慢生長期，其體質量的特定生長率明顯降低，特定生長率為3.60%～8.92%；80～100日齡為體質量特慢生長期，體質量特定生長率為0.98%～2.78%；各個階段的體長、體質量相對增長率以及體質量特定生長率差異顯著(0.01

表1 凡納濱對蝦的階段性生長Tab.1 Periodic growth of L.vannamei

2.2 對蝦養殖收獲成果

1號池塘存活率為78.71%，養殖單產為4.25 kg/m2，飼料系數為1.22；2號池塘養殖存活率為81.85%，單產為4.42 kg/m2，飼料系數為1.18；3號池塘存活率為75.37%，養殖單產為4.07 kg/m2，飼料系數為1.25。

2.3 養殖期間水質理化因子的變化

2.3.1 養殖期間水溫的變化

養殖期間水溫和氣溫的變化如圖2和圖3所示，養殖試驗為期100 d，記錄每天8：00和15：00的水溫和氣溫，整個養殖過程最低水溫為22.5 ℃，氣溫最高的7月份水溫不超過32.0 ℃，8：00氣溫比水溫最大相差5.0 ℃，15：00氣溫比水溫最大相差9.0 ℃。日氣溫差最大為11.0 ℃，日水溫差最大為2.5 ℃。

圖2 養殖期間(8：00)水溫、氣溫的變化Fig.2 Changes in water temperature and air temperature (at 8:00) during the culture

圖3 養殖期間15：00水溫、氣溫的變化Fig.3 Changes in water temperature and air temperature at 15:00 during the culture

2.3.2 養殖期間pH的變化

1號池塘pH范圍為7.20～8.21，2號池塘的pH范圍為7.54～8.34，3號池塘pH范圍為7.00～8.20。3口池塘的水質呈弱堿性，整個養殖過程pH都相對穩定。養殖期間pH變化如圖4所示。

圖4 養殖期間pH的變化Fig.4 Changes in pH during the culture

2.3.3 養殖期間NO-2-N質量濃度的變化

如圖5所示，NO-2-N質量濃度在養殖前期較低，前40 d都不超過1.00 mg/L。1號池塘NO-2-N質量濃度范圍為0.01～7.91 mg/L；2號池塘NO-2-N質量濃度范圍為0.01～7.31 mg/L；3號池塘NO-2-N質量濃度范圍為0～8.47 mg/L。養殖前期NO-2-N質量濃度總體保持在5.00 mg/L以下，養殖后期NO-2-N質量濃度逐漸升高。養殖前期與養殖后期NO-2-N質量濃度存在極顯著差異(P<0.01)。

圖5 養殖期間NO-2-N質量濃度的變化Fig.5 Changes in concentration of NO-2-N during the culture

2.3.4 養殖期間TAN的變化

養殖期間TAN變化如圖6所示。

圖6 養殖期間TAN的變化Fig.6 Changes in concentration of TAN during the culture

TAN變化分為4個時期，養殖前30 d 1號池塘TAN平均質量濃度為1.08 mg/L，2號池塘TAN平均質量濃度為0.89 mg/L，3號池塘TAN平均質量濃度為0.70 mg/L；31～65 d TAN有升高的趨勢，但不明顯；66～85 d TAN上升比較明顯，其中1號池塘達到2.72 mg/L，這個時期1號池塘TAN最高質量濃度達到7.83 mg/L，2號池塘TAN最高質量濃度達到7.20 mg/L，3號池塘TAN最高質量濃度達到6.23 mg/L；86～100 d TAN降到1.00 mg/L以下。

3 討論

3.1 模式的可行性與創新性

傳統水產養殖模式呈現多元化，但水產養殖業的發展環境不容樂觀[13]，構建安全有效節約的養殖模式對水產養殖業至關重要。現有的新型水產養殖綠色發展模式主要有：稻漁綜合種養技術模式、池塘工程化循環水養殖模式、魚菜共生生態立體養殖模式、集裝箱養殖模式、工廠化水產養殖系統、海洋牧場等[14]。地膜光伏工程化養殖模式與光伏發電完美結合，形成“漁光一體”的模式，實現“漁、電”的雙豐收。該模式與光伏發電結合，既有效地提高土地的利用率，又有利于新能源的開發和利用，實現農業與工業的共贏。有效地提高了土地的利用率，增加農民的收入；上層的光伏板能夠抵抗臺風，使養殖生物有一個安靜的生長環境，減少了因臺風災害引起的損失[15]；符合國家“創新、協調、綠色、開放、共享”的五大發展理念。

3.2 養殖試驗的水質指標和生長情況分析

影響水產養殖的因素中，水質占主導地位，水質影響水生生物的健康生長，是現代養殖業可持續發展的前提，良好的水質能夠給水產養殖創造一個更加綠色生態的環境[16]。對蝦地膜光伏工程化養殖模式下的水質較為穩定，凡納濱對蝦存活、攝食及生長的適宜溫度為18～35 ℃[17]。生長的溫度范圍氣溫和水溫都在凡納濱對蝦生長的最適范圍之內[18]。冬季養殖凡納濱對蝦池塘溫度應保持12 ℃以上[19]，光伏地膜冬季養殖凡納濱對蝦有待進一步研究。整個養殖期間水溫在23～33 ℃之間，日水溫差不超過6 ℃，適合凡納濱對蝦的生長。氨氮和亞硝酸鹽氮是水產養殖系統的主要環境因子[20-25]，氨氮和亞硝酸鹽氮對對蝦的生存具有極大的威脅。索建杰等[26]研究了3種凡納濱對蝦養殖模式的水質特征，發現試驗早期NO-2-N和TAN上升較快。崔闊鵬[27]發現凡納濱對蝦溫棚養殖模式NO-2-N 14 d內就上升了10倍，后期維持較高質量濃度且不會下降。地膜工程化養殖模式下NO-2-N質量質量濃度前期較低，適合凡納濱對蝦的攝食和生長，養殖后期因投喂高蛋白的飼料和藻類大量死亡[28]，造成NO-2-N出現較高的質量濃度。水體中TAN的毒性比NO-2-N的毒性大，對蝦地膜光伏工程化養殖模式TAN只在養殖后期出現了較大的質量濃度，對凡納濱對蝦的生長造成一定的影響。該養殖模式初步建立，換水量少，也是養殖后期NO-2-N和TAN高的原因。水產養殖水質pH最適宜的范圍為7～8.5，pH高于10.5和低于4.8都會引起凡納濱對蝦的死亡，影響到水體的生物生產力[29-30]。本模式下的水質pH非常穩定，且在最適pH的范圍內。

地膜工程化養殖模式養殖凡納濱對蝦存活率為75.37%～81.85%。較室內循環水養殖模式和室內工廠化流水養殖模式高[31]。土塘淡水養殖凡納濱對蝦養殖模式飼料系數達到2.0[32]，本試驗的養殖模式飼料系數為1.18～1.25，明顯低很多。普通工廠化養殖模式和溫棚養殖模式產量達到7～9 kg/m2，高出本試驗的產量，但這2種模式成本高，土地資源及資金浪費嚴重[33]。

3.3 模式的局限性

地膜光伏工程化養殖模式還處于探索階段，用戶接受度不高，初期投資高，技術要求高和設備維護比較復雜[34]。該模式在一定程度上實現夏可降溫、冬可保暖的效果，但是夏季積溫不足，冬季搭建冬棚的難度較大，造成冬季養殖受限。光伏發電系統的組件會對光照產生干擾[35]，后期可以繼續試驗養殖一些底層水產動物和耐低溫的養殖品種。地膜光伏工程化養殖模式選址具有一定的局限性，應選擇地形開闊及離變電站較近的地方。該模式換水量少，養殖后期水質中NO-2-N和TAN的質量濃度較高，對凡納濱對蝦的生長造成一定的影響，直接導致養殖產量的降低，影響養殖總體收益，需要進一步加強水質控制技術，采用絮團、半絮團養殖模式加強水質中NO-2-N和TAN的控制，進一步提高養殖成功率和經濟效益。養殖收獲時，光伏組件給捕撈造成一定的局限性。基于以上的不足，對蝦地膜光伏工程化養殖模式有待進一步的優化。

4 結論

開展了凡納濱對蝦地膜光伏集約工程化養殖試驗，地膜光伏集約工程化養殖模式是由地膜養殖系統和光伏發電系統組成的“漁光一體”養殖模式，使用面積為300 m2/池的池塘養殖凡納濱對蝦，放苗密度500尾/m2，養殖周期100 d，凡納濱對蝦平均體長達到(9.77±0.11) cm，平均體質量(10.80±0.82) g，養殖存活率達到75.37%～81.86%，飼料系數為1.18～1.25，單產達到4.07～4.42 kg/m2。結合科學養殖管理和水質調控，養殖尾水排放符合國家對環保的要求。試驗結果顯示，該養殖模式是一種創新型、實用型、經濟型、節約型的水產養殖模式，為后期其他水產生物養殖試驗提供參考，實現對蝦清潔養殖和光伏發電的雙重收益，具有較大的實用價值，是一種值得推廣的養殖模式。