三段式凡納濱對蝦循環水養殖模式研究

杜以帥，邱天龍，周 利，陳福迪，徐建平，李 葉，孫建明

(1 中國科學院海洋研究所，海洋生物學重點實驗室，山東 青島 266071;2 中國科學院大學，北京，100049；3 中國科學院海洋大科學研究中心，山東 青島 266071)

近些年，中國凡納濱對蝦養殖處于熱潮之中。2018和2019年中國海水養殖凡納濱對蝦產量分別為111.8萬t和114.4萬t，淡水養殖凡納濱對蝦的產量分別為和64.4萬t和67.1萬t[1-2]。盡管如此，中國每年仍然需要從國外進口數十萬噸的凡納濱對蝦來滿足國內市場。國內如此巨大的凡納濱對蝦需求為養殖凡納濱對蝦帶來商機。隨著國家環保政策的壓力，傳統的工廠化換水式養蝦模式越來越不符合要求，而循環水養殖模式是未來的發展方向[3]。因此利用循環水養殖系統(Recirculating aquaculture system，RAS)養殖凡納濱對蝦，是符合對蝦養殖業可持續發展的選擇。

早在20世紀90年代，美國科學家就利用跑道式循環水養殖模式進行了凡納濱對蝦養殖的嘗試[4]。在將近30年的時間里，國內外科學家不斷探索凡納濱對蝦的循環水養殖模式，這些養殖模式包括跑道式RAS[5]、高位池RAS[6]，全封閉陸基RAS[7-9]、人工濕地RAS[10]以及小型RAS實驗設施[11-14]。但是目前為止，養殖水體超過100 m3，并且凡納濱對蝦養成單位產量在6 kg/m3以上的報道極少。高密度是循環水養殖的優勢和必然出路，目前還未有成熟的對蝦循環水養殖技術進行規模化、高密度、高效率和高產出的養殖模式，如何降低運行成本、提高經濟效益、縮短回報周期顯得越來越為重要，因此凡納濱對蝦的循環水養殖產業急需進行技術和經營模式的探索與升級。

在矩形養殖池的集污和增氧[15]，蝦殼、死蝦和污物排除以及變流式循環水養殖研究基礎上，對老舊海參育苗車間進行改造，構建了2套全封閉陸集循環水養殖系統，并成功完成了凡納濱對蝦高密度循環水養殖。為了更好地提高循環水養殖系統的負載和使用效率，本研究探索一種“Ⅰ-標粗+Ⅱ-RAS中段養殖+Ⅲ-RAS養成養殖”的三段式凡納濱對蝦養殖方法，旨在為國內凡納濱對蝦的循環水養殖方式與管理提供模式探索。

1 材料與方法

1.1 凡納濱對蝦循環水養殖工藝流程和系統組成

2套凡納濱對蝦循環水養殖系統構建于遼寧省大連市金普新區大連漁家傲生態科技有限公司，其工藝流程見圖1。循環水系統由養殖池、循環泵、微濾機、生物濾器、泡沫分離器、臭氧發生器、紫外消毒、氧錐和中央控制等設備組成。每套系統養殖單元包含13個矩形養殖池，養殖池規格為6.3 m×3.2 m×1.6 m，水深為1.3 m，總水體為338 m3；循環泵流量為200 m3/h，變頻控制流量大小，系統最大循環量為14.2次/d；微濾機過濾精度為260目，用于濾除水體中的顆粒懸浮物；生物濾器為移動床生物膜反應器(MBBR)，總體積50.0 m3，生物濾器內填充凱式環生物填料，本研究是在上一茬凡納濱對蝦養殖的基礎上進行連續養殖，生物濾器內生物膜處于成熟狀態；泡沫分離器規格為200 m3/h，與臭氧發生器相連，利用泡沫分離和臭氧氧化反應原理，去除水體中溶解物及懸浮物，同時能起到殺菌消毒作用；配置紫外消毒器進行日常的水體殺菌；利用液氧作為氧錐的氧氣源，通過氣體流量計控制純氧供應量來保障養殖水體的溶氧；循環泵、微濾機、泡沫分離器、臭氧發生器、紫外消毒器和間歇式回水等儀器設備由中央控制系統控制與調節。養殖期間循環泵頻率、液氧和臭氧流量的變化情況見表1。

圖1 循環水養殖工藝流程圖

表1 RAS養殖期間循環泵頻率、液氧流量和臭氧流量隨時間的變化

1.2 凡納濱對蝦三段式養殖模式

1.2.1 一段標粗養殖(Ⅰ-標粗)

標粗前10 d利用藻類繁殖調節水質，后20 d采用簡易循環水(無生物過濾系統)控制水質。4個養殖池，總水體96.8 m3，共放入120萬尾P5蝦苗，平均體質量0.002 8 g(N= 300)，放苗密度為1.24萬尾/m3，養殖30 d后成為幼蝦。

1.2.2 循環水系統中段養殖(Ⅱ-RAS中段)

將平均體質量為0.28 g(N= 300)的116.5萬尾幼蝦移入一套循環水系統(養殖水體338 m3)中，放苗密度約為3 447尾/m3，進行31 d的中段養殖成為稚蝦。

1.2.3 循環水系統養成階段(Ⅲ-RAS養成)

將平均體質量為3.89 g(N=300)的71.8萬尾稚蝦移入兩套循環水系統(養殖水體676 m3)中，放苗密度約為1 062尾/m3，進行41 d的成蝦養殖。

1.3 養殖管理和水質指標測定

1.3.1 生長指標

養殖期間平均5 d測量一次對蝦的平均體質量，隨機取樣，計數(200～300尾)，瀝干水分后測量總質量，計算對蝦平均體重；每天收集死亡對蝦并統計數量，計算養殖系統對蝦的存池數量；根據平均體質量和存池數量計算養殖系統的對蝦生物量，并根據生物量來調節投喂量。

1.3.2 投喂管理

整個養殖期間，每天投喂6次，投喂時間分別為7:00、10:00、13:00、16:00、19:00、22:00。標粗期間前期以冰鮮橈足類(購自唐山南堡漁業養殖公司，為混合橈足類)為主，飼料(購自煙臺大樂飼料有限公司，蛋白含量不低于42%)為輔，后期飼料為主，冰鮮橈足類為輔，投喂量為蝦生物量的8%～20%；進入RAS系統后，以飼料為主，中段養殖投喂量為蝦生物量的5%～10%，養成階段投喂量為蝦生物量的2.5%～6%，通過觀察看料臺和集污槽內的殘余飼料與糞便多少，適當調節投喂量；對蝦大量脫殼時期或水質參數超標等情況下，適當減料或停料。冰鮮橈足類以10%的折換率轉換成干重。

1.3.3 水質管理

(1)水質測量方法

(2)水質指標監測

中段期間養殖水體pH低于7.5時，利用生石灰液調節pH，pH控制范圍為7.0～7.5，養成期間養殖水體pH低于7.2時，利用生石灰液調節pH，pH控制范圍原則為6.5～7.0；養殖水體DO控制在5.0 mg/L以上，利用純氧與氧錐進行調節；養殖期間紫外消毒器24 h工作，當養殖水體弧菌總數高于5 000 cfu/mL時開啟臭氧發生器進行殺菌，弧菌總數控制在1.0萬cfu/mL之內。RAS中段養殖階段，系統的最大補水量為5.0%，RAS養成階段，系統的最大補水量為7.7%。RAS系統養殖凡納濱對蝦過程中每天的純氧和臭氧的添加量見表1。

2 結果

2.1 凡納濱對蝦養殖期間生長和投喂情況

養殖期間凡納濱對蝦的生長情況見圖2和表2。

圖2 凡納濱對蝦養殖期間平均體重和生物量變化

表2 三段式凡納濱對蝦養殖各階段放苗和生長情況

標粗階段，養殖31 d，存活116.5萬尾幼蝦，存活率為97.1%，平均體質量從0.003 g增加到0.28 g，養殖單產達到3.4 kg/m3；養殖中段，養殖30 d，存活71.8萬尾稚蝦，存活率為61.6%，平均體質量從0.28 g 增加到3.89 g，養殖密度達到8.3 kg/m3；養成階段，養殖41 d，存活66.6萬尾成蝦，存活率為92.7%；平均體質量從3.89 g 增加到13.46 g，養殖密度13.3 kg/m3。

養殖期間日投喂量見圖3。從圖3中可以看出，在標粗和中段養殖期間，日投喂量呈現逐漸增多的趨勢，最大投喂量為166.5 kg；養成階段，每套RAS系統日投喂量范圍為100～137.5 kg。

圖3 凡納濱對蝦養殖期間日投喂量變化

2.2凡納濱對蝦養殖期間水質參數變化情況

標粗階段，養殖水體溫度逐漸升高，溫度范圍為25.8～32.1℃；中段養殖階段，前期養殖水體溫度在32℃左右(31～40 d)，中后期(41～61 d)水溫逐漸下降，溫度范圍為27.6～32.0℃；養成階段，水溫逐漸下降，溫度范圍為21.2～28.9℃(圖4)。

圖4 凡納濱對蝦養殖期間溫度變化

標粗階段，鹽度范圍為25.4‰～31.0‰；中段養殖階段，鹽度范圍為23.0‰～31.1‰；養成階段，鹽度范圍為23.2‰～30.9‰(圖5)。

圖5 凡納濱對蝦養殖期間鹽度變化

標粗階段，養殖水體DO逐步下降，從8.0±0.3 mg/L逐漸下降到4.2±0.2 mg/L；中段養殖階段，從養殖第39天開始添加液氧，DO控制在5.0～6.8 mg/L之間；養成階段，前期不添加純氧，從養殖第70天(DO下降到5.0±0.4 mg/L)開始添加液氧，DO控制在5.0～5.6 mg/L之間(圖6)。

圖6 凡納濱對蝦養殖期間溶氧(DO)變化

標粗、中段和養成階段，養殖水體pH均逐漸下降(圖7)。標粗階段，pH從最初海水的8.2±0.1下降到7.1±0.3左右；中段期間pH控制在7.2～7.6之間；養成階段從pH控制在6.5～7.1之間。

圖7 凡納濱對蝦養殖期間pH變化

2.3 凡納濱對蝦養殖期間病原控制和水質因子變化

標粗階段，養殖水體的弧菌總數控制在400～80 000 cfu/mL之間；中段期間弧菌總數控制在1 600～8 900 cfu/mL之間；養成期間，弧菌總數控制在2 800～14 800 cfu/mL之間(圖8)。

圖8 凡納濱對蝦養殖期間弧菌總數變化

標粗階段，養殖水體TAN從0.001逐步增加到8.2 mg/L，后期加大換水量TAN下降到4.9 mg/L；中段養殖階段，養殖水體TAN先升高后下降，TAN范圍為0.14～3.80 mg/L；養成階段，養殖水體TAN先升高后下降，TAN范圍為0.18～2.70 mg/L(圖9)。

圖9 凡納濱對蝦養殖期間總氨氮(TAN)變化

圖10 凡納濱對蝦養殖期間養殖水體亞硝酸鹽氮變化

3 討論

3.1 凡納濱對蝦三段式養殖模式與其他養殖模式比較

國內科學家在花蛤、美洲鰣魚和中華鱉等養殖物種進行了分段式養殖的摸索，取得了良好的經濟效益[16-18]。本研究根據循環水養殖系統的負載能力和凡納濱對蝦的生物學特性，設計了三段式養殖模式，即“Ⅰ-標粗+Ⅱ-RAS中段養殖+Ⅲ-RAS養成養殖”，旨在充分利用和提高循環水養殖系統負載能力和使用效率。

在循環水養殖的產能方面，標粗、中段和養成階段養殖產量分別達到3.4、8.3和13.3 kg/m3。傳統的凡納濱對蝦池塘養殖，其收獲時養殖產量一般為1～2 kg/m2左右[19]；已報道的跑道式RAS養殖產量可達4～11 kg/m3[4-5,20,21]；高位池RAS平均養殖產量可達2 kg/m3左右[6,22]；已報道的封閉式路基RAS養殖實驗探索養殖密度可達2～5 kg/m3[23]。與以上不同對蝦養殖模式的單位水體養殖產能相比，本研究的養殖產能有了顯著的提高。

在循環水養殖系統的負載利用方面，中段養殖的放苗密度為3 447尾/m3，此時的養殖負載為0.965 kg/m3，養成階段的放苗密度為1 062尾/m3，此時的養殖負載為4.13 kg/m3。如果使用標粗結束的對蝦進行傳統的一段式RAS養殖，放苗密度1 200尾，其養殖負載僅為0.336 kg/m3，因此三段式養殖模式極大地提高了循環水系統負載的利用率。

在循環水養殖系統的使用效率方面，通常在保證水溫的情況下，傳統的兩段式凡納濱對蝦養殖，養成階段需要60～75 d，理論上每年可以養殖5～6茬，通常養殖3～4茬；本研究每個階段的養殖時間都能控制在30 d，理論上每年可以養殖10茬對蝦，根據實際的養殖條件(清洗養殖池以及銷售時間的不確定性)，每一個階段的時間可控制在30～45 d，這樣每年可養殖8～10茬左右，因此三段式養殖模式可以縮短養成周期，能顯著提高循環水系統的使用效率。該模式下養殖成本分析如下：苗種費用3.12萬元，飼料總費用(含橈足類)13.74萬元，電費1.67萬元，煤炭費用0.56萬元，液氧費用0.90萬元，消毒劑費用0.15萬元，人工費1.80萬元，設備折舊費1.50萬元(本研究中改造老舊海參育苗車間構建2套循環水系統的總費用大約為120萬元，按照10年折舊成本計算，每年的設備折舊費為12萬元，以每年養殖8茬計算每茬的設備折舊費為1.50萬元)，其他費用1.00萬元，總共24.44萬元。對蝦收獲后按照當時46元/kg的銷售價格總產值達到41.21萬元，因此該茬對蝦養殖的毛利潤率為40.69%(不含廠房租賃成本)。另外，利潤受對蝦銷售價格影響極大，夏季蝦價較低時利潤會降低，冬季蝦價高時利潤還會增大。

在病害防控方面，由于三段式養殖模式的每個階段是獨立的，能有效進行物理空間的隔離，有利于病害防控，從而降低養殖風險，提高養殖成功率。

3.2 凡納濱對蝦三段式養殖模式水質控制

溫度、鹽度、DO和pH等水環境因子在對蝦養殖過程中發揮重要作用，其數值的變化對對蝦的生長代謝、繁殖、蛻殼等生理活動產生重要影響[24-25]。凡納濱對蝦最適宜的生長溫度范圍是28℃～30℃[26]，本研究中由于氣候原因，養殖水溫隨氣溫的變化先升高后下降。養成階段后期的水溫下降到21℃，導致對蝦生長減緩，是養成時間延長的原因。凡納濱對蝦的最適生長鹽度范圍為15～25[24]，本研究的養殖過程鹽度范圍為20～32，對對蝦生長速度沒有顯著影響。本研究中隨著生物量的增加和生物濾器菌群的增殖，耗氧量不斷增加，養殖水體DO逐漸下降，通過純氧增氧，能使DO維持在5.0 mg/L之上，保證了對蝦的生長和菌群的代謝[27]。在中段養殖階段，發生了一次意外長時間停電事故，導致養殖水體DO當天下降到了3.9 mg/L，使對蝦出現了較大的死亡現象，直接影響了最終產量，因此RAS養殖對蝦的停電預警和溶氧保障是必不可少的。高密度養殖條件下，由于對蝦和微生物的生理代謝(包含生物濾器的硝化作用)會產生大量二氧化碳和氫離子[28]，養殖水體的pH一直呈下降趨勢，過低的pH不利于養殖生產。利用氧化鈣或者小蘇打提升pH至理想范圍，會大量使用藥劑增加養殖成本，通過本研究，pH控制在6.5～7.1之間，既能滿足對蝦的正常生存，也有利于減少養殖水體氨氮的毒性[29-30]。

致病性弧菌是影響凡納濱對蝦養殖成功率的主要病原之一，而弧菌總數可以作為評價致病性弧菌危害的一個重要指標[31-32]。本研究通過紫外燈和臭氧聯合殺菌，弧菌的最大豐度為104cfu/mL，能有效控制弧菌總數并取得了較好的效果，試驗結果與Suantika等[9]在低鹽度條件下利用RAS養殖凡納濱對蝦過程中對弧菌總數的控制結果類似。

4 結論

凡納濱對蝦三段式養殖模式能顯著提高循環水系統的負載利用率和使用效率，在保證養殖密度的前提下，這種養殖模式能顯著減少循環水系統的運行成本。同時循環水系統有利于保障凡納濱對蝦所需要的溫度、鹽度、DO、pH等水環境因子，并能確保弧菌總數、TAN和亞硝酸鹽氮等水質指標處于可控范圍，良好的水質指標保障了循環水對蝦養殖的高效率產出。

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