中國池塘養殖設施裝備歷史、現狀和發展研究

黃一心，田昌鳳，孟菲良，鮑旭騰，鞏沐歌，丁建樂，梁 澄，周海燕

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

在經過幾千年的發展，尤其是改革開放以來，中國水產養殖得到了飛速的發展，2018年水產養殖總產量49 910 590 t，是世界唯一長時間超過捕撈產量的國家[1]。不僅解決了“吃魚難”問題，豐富了城鄉居民“菜籃子”，而且還改變了世界蛋白質的供應格局，為世界作出了重大貢獻。池塘養殖是水產養殖最主要的養殖模式，2018年底，中國池塘養殖總產量為24 576 210 t，占養殖總產量的49%[1]。

池塘養殖設施裝備主要是指在池塘養殖生產中，為提高養殖效率、改善養殖環境，提高節能減排水平，所使用的各類專業化的設施和裝備工程。現代漁業設施裝備為池塘養殖技術水平的發展發揮了積極重要的作用，是池塘養殖業實現集約化、規模化養殖的重要前提和保障。

1 中國池塘養殖設施裝備歷史

中國池塘養殖設施的建設距今已有3 000多年的歷史。殷墟出土的甲骨卜辭里就有在園囿中進行養魚的描述；《詩經》里記載了周文王在靈沼游玩，看見魚跳躍的情況，而經考證，在陜西的靈沼開挖于公元前1 137年。春秋戰國時期，池塘養殖設施得到較大發展，也出現了不少有關池塘養殖的典故，如“城門失火，殃及池魚”等。《陶朱公養魚經》提出在養殖鯉魚的池塘中要有“洲”，又要有“凹地”，使池塘既有深水區，也有淺水區，從而使魚兒不感覺到池小，為魚類的生活提供較好的環境。到了明清時期，隨著池塘養殖越來越專業化，對養殖模式、池塘設施的建設及周圍環境也更加重視，黃省曾在《養魚經》提出：“池不宜過深；池之正北浚宜特深，魚必聚焉”，還提出在池塘周圍種植植物。徐光啟的《農政全書》記載，魚池分為大、中、小三類，分別飼養不同成長階段的魚，在小池中，建一較深的部分便于捕撈和投喂。在太湖流域、珠江三角洲等地區出現了農基魚塘，即挖塘筑基、塘中養魚、基上種物，構成了養殖物質循環鏈，但總體上，為便于生產和管理，養殖池塘面積較小[2-3]。1949年以后，隨著水產養殖生產恢復和發展，池塘養殖設施建設也取得進展，20世紀60年代以來，湖南、廣東地區普遍開始進行魚池改造，將原來小、淺、死水魚塘改為大、深、活水塘。淺塘改造后池塘面積一般為0.33～0.67 hm2(5～10畝)(各地可能略有不同)，池塘水深2～3 m，池形整齊、注水方便。堤埂不被水淹，可種植青飼料[4]。進入21世紀后，尤其是“十二五”以來，以節能減排、綠色高效養殖為目的，開始了養殖池塘標準化改造專項工程，以池塘循環水養殖設施為代表的新型養殖設施和模式不斷涌現。

20世紀60年代，為提高養殖生產力，中國開始組織開展池塘養殖裝備的研究，以解決當時人民迫切需要解決的“吃魚難”問題。在此之前，國內基本沒有專用的池塘養殖裝備，池塘養殖使用的主要是農用排灌設備，如水泵等。1972年，漁業機械儀器研究所研制成功了國內第一臺齒輪傳動、電動機功率為7.5 kW的葉輪式增氧機，推進了池塘養殖向高密度發展，成為池塘養殖裝備中里程碑的產品。70年代末，漁業機械儀器研究所研發成功的“水力挖塘機組”解決了當時養殖池塘大規模開挖的難題，同期研制的投飼機極大地提高了生產力。80年代以后，出現了包括射流式增氧機在內的許多不同形式的增氧設備、清淤設備和投飼設備。進入21世紀，研發了可實現對增氧、投飼設備進行控制的水質在線實時監控系統，用于水質調控的耕水機、涌浪機等新型設備不斷涌現，提升了養殖生產和環境保護的支撐能力。

2 中國池塘養殖設施裝備現狀

2.1 科技發展現狀

近5年來，中國科研工作者在國家資金的支持下，在設施模式基礎研究和構建，養殖設備自動化、信息化方面取得了不少成績。

(一)在設施和模式基礎研究構建方面，主要開展了池塘菌藻變化和系統調控研究，探索建立新模式、新工藝。

設施基礎研究和構建方面 開展養殖常見曝氣強度對水華形成的影響研究，表明一般養殖曝氣強度主要改變水中微囊藻分布[5]；研究發現光照環境對菌藻共生生物膜水質環境和群落結構影響較大[6]，開展能凈化水產養殖廢水的菌藻固定體的研發工作，其凈化廢水的效果比單獨使用菌類和藻類效果更好[7]；開展池塘養殖廢水自由沉降規律及水質變化情況研究[8]；采用蓮藕塘、生態溝渠和人工濕地組合對能有效地對養殖尾水進行處理[9]；開展彈性立體填料原位處理水質情況研究[10]。

模式基礎研究和構建方面 研究設計了分隔式等新型復合式的養殖模式，可減少氮磷沉積與排放，提升氮磷和飼料的利用率[11]；開展跑道式循環水系統養殖池系統跑道流場和關鍵工藝參數設計研究，為該系統的進一步完善，提供參考[12]；研發了鹽堿池塘生態化種養系統，提高鹽堿水綜合利用[13]。在低洼鹽堿地設計建立多種養殖模式，為改良了鹽堿地，提供支持[14]。探索建立了養殖池與人工濕地合理搭配的循環水養殖系統，具有存活率高，節水減排的優點[15]。從設施材料等多個方面，開展集聚式池塘內循環流水養殖設施的對比研究，提出了改善建議[16]。開展植物密度對系統水質與魚菜共生的影響，為優化系統提供依據[17]。

(二)在養殖設備自動化、信息化方面，建立各類模型，研發信息化設備，促進養殖向節水減排方向發展。

投飼裝備方面 開展了投喂控制系統的研究，實現了智能投喂和遠程控制[18]；開展了可拆卸的，具有精準投喂量的投飼機的研究[19]；研制的自動投飼系統投飼距離可超過600 m，水面投飼角度360°[20]；設計了蝦池自動投飼機，實現對蝦料質量和蓄電池電壓的監控[21]；研發了適用于大型池塘養殖的大型智能投飼系統的工藝設計，實現集中供料、多點位同步投飼等目的[22]。

增氧裝備方面 開展水深對微孔曝氣增氧性能的影響研究[23]，研發了可移動的太陽能智能養殖裝備，實現了實時水質參數監測，遠程控制增氧、投飼[24]；研發了太陽能智能增氧機器人，在實現增氧的同時，能智能行走避障[25]。開展底質改良機對池塘水質和底質中營養鹽的影響分析研究，為底質改良機的運用和推廣打下基礎[26]。

其他裝備方面 研發了可自動調節收割速度和深度的水草自動收割設備[27]；實現了離心式吸魚泵的參數化設計，并進行驗證[28]；研發了臭氧水質改良設備，具有良好的殺菌作用[29]；研發了魚類疫苗自動注射裝置，提高了作業效率[30]。開展了池塘養殖環境水質因子與氣象因子的相關性分析，為設備智能決策打下基礎[31]；開展了多種水質監測系統的設計和開發 ；設計了水質傳感器自清洗裝置，在實現水質監測的同時，可對傳感器進行清洗，也方便維護和更換[32]。設計了生產自動管控系統，提升了養殖場管理水平和效率[33]；構建養殖水質預測模型，能對溶氧[34]、水溫和pH[35]進行有效預測；研制了智能噴藥船，施藥均勻，降低勞動強度和風險[36]；設計了池塘自動導航船，可搭載投飼和增氧設備，從而實現均勻投飼和增氧[37]。

2.2 池塘養殖設施裝備應用現狀

2.2.1 裝備應用情況

經過50年的發展，池塘養殖的機械化水平有了一定的發展，目前池塘養殖裝備主要有：1)用于養殖池塘水體給排水的設備，如活塞式水泵、離心式水泵、潛水泵等；2)用于池塘開挖、構筑和清除底泥的設備，如水力挖塘機組、水下清淤機等；3)用于增加養殖水域溶氧量的設備，如葉輪式增氧機、水車式增氧機、射流式增氧機、微孔管式增氧機、螺旋槳式增氧機等；4)用于調控和凈化水質的設備，如耕水機、涌浪機、過濾設備、殺菌設備、生物轉盤、生物轉筒等；5)用于投放飼料的設備，如固定式投飼機、遠程壓力輸送自動投飼系統等；6)用于水質監控設備，如各類水質探頭、在線監控設備等；7)其他設備，如電趕魚裝置、池塘拖網機、割草機等。

根據本項目組2019年對100多家池塘養殖企業的調研，目前各企業除排灌設備外，使用的最多的是葉輪式增氧機、水車式增氧機和固定式投飼機。

2.2.2 池塘生態養殖新模式應用

近年來，隨著國家對生態文明建設的重視，中國池塘養殖圍繞高效、生態、節水、安全的模式開展了進一步的探索，以生態設施處理養殖水體為核心的循環水養殖模式成為池塘養殖常見的模式，使池塘養殖從“封閉凈水”變為“循環流水”，促進了現代漁業可持續發展。目前常見的有代表性的、新型的有以下幾種：

(1)生態工程化循環水池塘養殖模式

生態工程化循環水池塘養殖模式是目前普遍使用的一種模式，一般有養殖單元、生態溝渠和凈化單元組成。養殖單元主要是養殖池塘，用于養殖水生動物。生態溝渠有水生植物，主要起到聯通和凈化作用。凈化單元一般有生態塘和潛流濕地(也有不采用潛流濕地的)組成，是水質凈化的主體。生態溝渠內放置水生植物，濾食性或雜食性魚類，潛流濕地填埋多層粒徑不同的碎石作為地基，種植根系發達的水生植物。 在實際運行過程中，養殖池塘的水通過溢流到達生態溝渠，再經過生態溝渠和潛流濕地進行凈化和沉淀，回流到養殖池塘。該系統實現了養殖水體的凈化和循環，取得了良好的節水減排的效果。

(2)池塘循環水槽養殖

池塘循環水槽養殖[38]，也稱跑道式池塘養殖系統，一般是在池塘3%～5%水面上，建造多條長22 m×寬5 m×深2.5 m的“養殖跑道”，跑道內采用微孔增氧，用于養殖各類水產品，在跑道一頭安裝有推水設備，推動水流運動，在跑道尾部有集污區，尾水經過集污區后，固形物沉淀在集污區，經收集裝置收集進行再利用。而剩下的95%～97%水面改造成凈化區，設置導流堤，養殖濾食性魚類并種植水生植物，有的還配有增氧機和涌浪機。該模式可實現養殖尾水的循環利用、達標排放甚至零排放。與傳統池塘養殖模式比較，該模式在工藝理念、技術裝備和養殖方式等方面都有重大革新。

(3)分級序批式養殖模式

分級序批式養殖模式[39]是近年來新研究推廣的一種養殖模式，主要有養殖區和凈化區兩部分組成，養殖區約占養殖水面的20%，凈化區與池塘循環水槽養殖的凈化區類似。而養殖區有多排魚池構成，每排有多個不同規格的魚池組成一個養殖單元，每個單元內相連接的魚池有分級過魚閘門，可通過攔網篩分不同規格的魚類，從而實現序批式的養殖方式，該模式具有養殖風險小，生態和經濟效益高的特點。

(4)種青養魚模式

種青養魚模式在20世紀80年代就已經出現，經過優化發展，是大宗淡水魚養殖“十三五”推廣和示范的模式之一。該養殖模式是根據草食性魚類的生長特性，在池塘四周開挖魚槽，使整個池塘形狀像回字，在池中和池埂上種植各種水草、旱草，作為草食性魚類的天然餌料，并輔以配合飼料。該養殖模式能減少飼料的投喂，極大地降低飼料成本，同時種植的各類青草，能有效吸收利用淤泥的營養，從而達到節能減排的效果。

3 國內外池塘養殖設施裝備發展比較

國外非常重視池塘養殖的基礎和模式研究，美國奧本大學研究人員在長時間對池塘研究的基礎上，對池塘水質和底泥在各類環境影響變化進行了系統的分析，為池塘生態研究提供了有益的借鑒[40]。開展了植草排水溝和在其中增設攔壩在對養殖池塘排放廢水的凈化效果研究[40]。開展了牡蠣和大型藻類對尾水處理能力的試驗[41]。研發的分隔式水產養殖系統，通過管理藻類來增加凈氧氣量，從而提升水產品產量[42]。國外研發構建了跑道式池塘養殖系統，經由美國大豆協會的大力推廣，已成為中國目前分布廣泛的模式之一。

國外養殖裝備的研發和使用較早，在中國漁業機械化還處于探索和起步階段的20世紀70年代，國外已經廣泛地使用各類養殖機械，如美國、丹麥使用氣力投飼機、瑞典和丹麥等使用了窄軌運輸投飼車進行投飼，日本用水車式增氧機給魚塘增氧，在魚池上使用軌道電動行車進行搬運，國外還用起魚機、分魚機對魚類進行分類轉移。隨著科學技術的不斷發展，目前國外水質監測、飼料投喂、免疫環節、水產品捕獲等普遍使用了自動化、信息化設備，如在以色列， 2個工人借助吸魚泵1 d可以收獲成品魚14～17 t，一套智能化管理控制10多個池塘的投飼、增氧、監測等，千畝精養魚塘的養殖與管理僅需8人，大大地提高了勞動生產率[43-44]。澳大利亞還研發了基于偵聽攝食聲音反饋的投飼設備[45]，挪威研發的全自動疫苗接種機，僅由1名操作員操作，可自動對魚進行麻醉、分割和定向，并在機器視覺的幫助下確保正確的疫苗接種，每小時可接種和分級高達40 000尾[46]。

雖然，近年來中國在設施和模式、機械化研究、構建取得了不小的進展，在促進池塘營養物轉化等方面取得了明顯的效果，但總體與國外還存在著較大的差距。尤其是對池塘生態工程化的基礎研究不夠，對生態系統的構建、變化和影響的原理性研究不多，更多的是技術使用效果的研究。技術集成調控手段不多，使得一些設施和模式沒有達到最大效應，甚至只是擺設。雖然中國已有了不少養殖裝備，但養殖裝備主要集中在增氧和投飼，尚未完全覆蓋養殖全過程，在捕撈分級、疫苗注射等方面還存在著迫切的需求，對關鍵影響因子與控制模型的關聯把握不夠，信息化水平不高，主要集中在水質監控方面。前期調研發現，采用信息化技術的企業不足5%。

4 發展建議

在現有產業體系的基礎上，應進一步加大對設施裝備研究的支持力度，可設立重點專項，解決池塘設施裝備關鍵性的問題。以規模化養殖產品為對象，進一步開展池塘生態系統構建、變化機理研究和長期跟蹤，集成多種技術，構建完善工程化生態養殖模式。開展過程機械化裝備研究，研發分級捕撈、疫苗注射等產業需要裝備。開展全程物聯網體系研究，推進養殖生產和管理的智能化。

要采取多種措施促進先進設施和裝備的成果轉化，可通過設立水資源費、污染費收取，增大漁機和設施改造補貼，鼓勵和逼迫淘汰落后的生產方式，提高使用新模式新設備的積極性。建立生產模式和生產系統運行的評價體系和機制，為發展選用合適的模式裝備提供依據。重視中試和示范基地對成果轉化的重要作用，通過系統和裝備的運行與展示，體現實際的運行效果，增強漁民對裝備的感性認識，促進成果的轉化和推廣。

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