中國海水網箱的產業發展現狀與未來發展方向

程世琪 石建高 袁瑞 李守湖,5 陳曉雪 肖進 王猛,4 邱昱,5 徐俊杰,5 孫斌,5

(1 惠州益晨網業科技有限公司，廣東惠州 516000； 2 中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090; 3 揚州興輪繩纜有限公司，江蘇揚州 225816; 4 上海理工大學材料與化學學院，上海 200093; 5 上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

近年來，由于過度捕撈和環境污染等的影響，近海漁業資源日益衰退已成為一個全球性的問題[1-5]，拓展深水、深遠海水域養殖成為一種必然趨勢，水產養殖空間逐漸由近岸走向深遠海[6-9]。海水網箱是中國主要的海水養殖方式之一，據統計[11]，截至2020年底，全國海水養殖面積為703.61萬hm2。其中，普通網箱養殖面積為1 975.94 萬m2，深水網箱養殖為3 821.39萬 m3，全國海水養殖面積比2019年增長了97.40%。全國海水養殖魚類總產量為2 135.31萬t，其中海水網箱養殖產量為85.82萬t，占全國海水養殖產量的4.02%。海水網箱養殖已逐步成為中國海水魚類養殖的主體[12-13]。自20世紀80年代以來，我國海水網箱養殖經歷了大跨步發展，無論是從養殖面積還是養殖產量來看，海水網箱養殖都在逐年遞增[7]。中國沿海省市除河北，天津及上海外，其余省份均分布有海水網箱養殖[7]。海水網箱養殖正在由傳統小規模網箱養殖逐漸向離岸深水網箱養殖、大型化深遠海網箱養殖發展[3]。迄今為止，中國國家級海洋牧場示范區已達136個[14]。海水網箱迅速發展的同時，也面臨著一系列問題，例如，海洋生態環境問題日益突出[2,5]，海水網箱養殖自身的污染導致養殖病害頻發[7]，“網破魚逃”現象時有發生且養殖網衣污損嚴重[6,8,12-13]，網箱等養殖設備、材料與挪威等水產養殖發達國家仍存在一定的差距[15]，等等。

中國海水網箱的發展過程中，經歷了普通網箱、深水網箱及深遠海網箱等3個階段[14-15]。本文分別就普通網箱、深水網箱及深遠海網箱的發展現狀及研究進展進行綜述，旨在為緩解中國近岸海域環境壓力、拓展藍色經濟發展空間，為中國網箱養殖綠色發展提供參考。

1 普通網箱發展現狀

普通網箱又稱為傳統近岸網箱，指設置在海域近岸、島嶼附近或者內海灣，水深在15 m以內的中小型網箱[15]。網箱養殖于19世紀末起源于柬埔寨[16]，20世紀60年代挪威利用網箱在海水中試養鮭魚獲得成功[16-17]。隨后，以日本、美國及丹麥等國家的網箱養殖發展較快[18-19]。美國依托普吉特海峽建立了海水網箱養殖基地，設置浮式網箱，年產大馬哈魚61.4 t以上[20]。此外，俄羅斯、瑞典、加拿大及英國等一些國家逐漸開展海水網箱養殖[16]。日本于1980年研制了具有升降功能的超大型深海網箱養殖系統，用于試養藍鰭金槍魚獲得成功；瑞典研制成功深水牧海型網箱；美國又研制了錨拉式剛性網箱、碟形網箱和球形網箱，等等[16]。隨著技術的發展，國外的網箱養殖朝著增大網箱養殖水體，提高網箱抗風浪能力，加快網箱繩網新材料的研發與應用，以及向深水網箱、深遠海網箱的研發和應用等方面發展[16]。

中國網箱養殖開始于1973年，與美國、日本等國家相比起步較晚。廣東省于20世紀80年代初首開先河進行傳統普通網箱養殖試驗，試養石斑魚等魚類獲得成功[21]。此后，隨著技術的積累，網箱養殖逐步發展起來，尤其是20世紀90年代以來，利用網箱養殖多種魚類得以快速發展[22]。目前中國應用的網箱一大部分還是普通網箱，例如傳統的木質海水網箱、近岸小型高密度聚乙烯(high-density polyethylene，簡稱HDPE)框架網箱等。截至2020年底，全國普通網箱養殖面積達1 975.94 萬m2，養殖總產量達565 112 t，養殖魚類主要有鱸魚、大黃魚、石斑魚、鯛魚及鲆魚等，集中分布在福建、浙江等沿海地區。普通網箱整體形狀呈方形或其他形狀，其主要構成框架為木板、鋼管、竹竿，箱體網衣材料主要為聚乙烯(PE)網衣、聚酰胺(PA)網衣等，錨泊方式為下錨和打樁等。

普通網箱養殖具有集約化、密度高等特點，但長期高密度養殖也帶來了一系列問題，如近海岸超負荷開發、漁業資源減退、網箱網衣污損嚴重、水體交換能力差、海域養殖環境日益惡化、養殖病害頻繁暴發等[23-24]，單位養殖產量明顯低于國際水平，嚴重制約了中國近海漁業資源的綠色可持續發展[8-9]。2000年8月，福建寧德發生多起死魚事故，鄭欽華等[25]研究發現，是因網箱布局不合理、網衣污損嚴重、更換網箱網衣間隔太久而導致的魚類缺氧死亡；2003年3月，舟山市網箱越冬花鱸暴發疫病，4月初花鱸死亡率超過80%，據李大海等[26]分析發現，是由于網箱養殖密度過大，導致花鱸感染細菌而暴發疫病。

為解決以上傳統木質漁排等普通網箱存在的問題，中國水產科學研究院東海水產研究所石建高研究員主持起草了水產行業標準《塑膠漁排通用技術要求》(SC/T 4017—2020)[15]，提倡利用標準化、規范化和環保型的塑膠漁排替代傳統的木質漁排，一定程度上為傳統木質漁排的改造提供了規范。普通網箱抗風浪能力較差，只能集中于部分避風條件較好的內灣、潛水海域或港灣等海區，一旦遭受臺風等大風浪襲擊，便會帶來重大損失。2018 年臺風“瑪利亞”在福建寧德登陸，摧毀了7萬多口傳統木質漁排，直接造成6億元的損失[27]。另外，隨著近幾年中國各個海域休漁期的延長，為實現近海域漁業資源的綠色健康可持續發展，離岸深水水域養殖必然成為海水養殖發展的趨勢，因此深水網箱、深遠海網箱的開發和應用尤為關鍵。

2 深水網箱發展現狀

2.1 深水網箱概況

深水網箱又稱離岸網箱，其設置于水深15 m以上的開放海域和半開放海域，較普通網箱區域水更深，離岸更遠。挪威自19世紀60年代開始就致力于網箱養殖研究，現已有5 000余只HDPE網箱[16]；美國隨后研制了錨拉式剛性網箱、遙控養殖網箱和碟形網箱[28-29]；日本于1980年研制了具有升降功能的超大型深水網箱[12,16,27]；瑞典研制了深水牧海型網箱[16]。國外先進的深水網箱養殖技術主要致力于增大網箱養殖面積，增強網箱抗風浪能力，加強網箱框架及繩網新材料的研發與應用，注重深水網箱的養殖配套設施裝備等[30-36]。

中國深水網箱研究始于1998年，海南省率先從挪威引進了HDPE圓形雙浮管重力式深水網箱[16]；2001年浙江省從美國引進碟形網箱[15]；2002年從日本引進升降式網箱[15]。隨著抗風浪網箱技術的快速發展和應用，我國以HDPE重力式網箱為代表的深水網箱已有了大規模的產業化應用。截至2020年底，我國深水網箱養殖水體為3 821.39萬 m3，比2019年增長97.40 %，養殖魚類產量為293 120 t[10]。我國深水網箱的結構類型多種多樣，主要有浮式網箱、浮繩式網箱、金屬框架網箱等[16，29]。迄今為止，石建高等[6-8]起草了深水網箱通用要求系列標準，規范了我國深水網箱的術語、定義和要求，推動了我國深水網箱的標準化。中國現有應用較廣泛的主要深水網箱有下述幾種。

2.2 浮式網箱

浮式網箱在深水網箱中占比最大。浮式網箱的框架浮于水面。我國浮式網箱中用量最大的是HDPE框架深水網箱。HDPE框架深水網箱主要包括框架系統、網衣系統、錨泊系統和配重系統[37]幾個部分，網箱依靠網衣下方的配重系統或張網架等來張緊網衣，以保持所需的養殖水體[38]，其結構如圖1所示。HDPE框架深水網箱的框架材料為HDPE管材[39]。HDPE框架深水網箱結構簡單、物美價廉，且能夠抵御較強風浪的沖擊，目前應用范圍較廣[40]，如美國、挪威、澳大利亞等國家目前廣泛應用該類網箱進行海水養殖[41]。但該類網箱為保持養殖體積而增加配重系統的重量，容易導致網衣受損，因此其使用受到流速的限制。

圖1 HDPE框架深水網箱實景圖[8]

2.3 浮繩式網箱

浮繩式網箱的柔性框架由浮繩和浮子裝配而成，最初由日本發明并推廣到世界各地。浮繩式網箱由柔性框架、箱體網衣、浮子和錨泊系統等構成[42-43]。網箱因其結構具有柔性而能夠在風浪作用下隨水流漂移，從而可以緩沖大風浪帶來的沖擊力[16](見圖2)。為避免海水淹沒網箱邊沿導致魚類逃逸，該類網箱有時還配備有防逃網。浮繩式網箱有時可通過木板等固定物將多個相同規格的網箱連接起來組成網箱集合群，并在集合群最外沿使用浮子纏繞，以提供足夠的浮力[44]。浮繩式網箱制作簡單，成本較低廉，投飼方便，但該類網箱在遇到大風浪時箱體網衣易發生變形而造成魚類傷亡[16]，因此浮繩式網箱一般應用于風浪較小的海域。中國水產科學研究院東海水產研究所的石建高研究員課題組聯合三沙美濟漁業發展有限公司等單位開展了金槍魚暫養用浮繩式網箱的開發，已成功實現浮繩式網箱在海捕金槍魚苗暫養上的產業化應用[6]。

圖2 浮繩式網箱實景圖[6]

2.4 金屬框架網箱

金屬框架網箱的主體框架由金屬材料制成，其基本結構為金屬框架、箱體網衣、浮筒和錨泊系統[45]。金屬網箱的上框架上一般裝有蓋網(見圖3)。該類網箱除金屬框架結構外，有時使用鋅鋁合金網衣或者銅鋅合金網衣等金屬網衣作為網箱箱體網衣，使箱體整體有一定的剛性，能夠承受較大的風浪沖擊[8，12，27，46]。金屬網箱錨泊時，可將多個網箱組合定位而成一個整體，將多個金屬網箱連接在一起，使得該類網箱大而穩定，造價低廉[8]。人們可根據生產需要增減網箱，隨意解開一組金屬網箱的連接繩索，操作簡單方便。大連天正實業有限公司、三沙美濟漁業發展有限公司、中國水產科學研究院東海水產研究所等單位開展了金屬框架網箱的研發和應用，石建高等[6，15]起草了《浮式金屬框架網箱通用技術要求》(SC/T 4067—2017)行業標準，上述工作推動了金屬框架網箱產業的技術升級[6，8]。

3 深遠海網箱發展現狀

3.1 深遠海網箱概況

針對目前尚無深遠海網箱標準的情況，東海所石建高研究員課題組率先開展了深遠海網箱定義研究，研究形成的深遠海網箱定義已寫入水產行業標準，解決了我國深遠海網箱定義缺失問題[6，15]。所謂深遠海網箱是指放置于水深超過15 m且有較大風浪的開放性水域，養殖水體超過1.0×104m3的網箱，通常放置在離岸3海里外的島礁水域[6，15，47]。深遠海網箱養殖研究技術1970年起源于美國，隨后挪威及日本等多個國家開展了深遠海網箱養殖研究[48-50]。由于受到養殖技術條件、魚類消費市場和養殖投資回報等方面的影響，目前利用深遠海網箱商業化養殖的魚類主要是鮭魚、金槍魚、大黃魚、黑鲪、花鱸和真鯛等[6，15]。

圖3 金屬框架網箱實景圖[6]

我國深遠海養殖模式主要包括深遠海網箱、養殖圍欄和養殖工船等[6]。目前深遠海養殖成功且實現商業化盈利的案例較少。2017年9月，世界上首座半潛式大型智能漁業養殖平臺“海洋漁場1號”(“Ocean Farm 1”)由挪威薩爾瑪(SalMar)公司設計并投入使用[41]。“海洋漁場1號”集深遠海先進的養殖技術、綠色可持續發展理念和頂級的海洋工程設計于一體，其形狀為圓形，直徑為110 m，高度為69 m，浸沒深度為45 m，空質量7 700 t，容量為2.5×105m3，能抗12級臺風(見圖4)。“海洋漁場1號”一次性可投入110萬尾大西洋鮭進行養殖。比“海洋漁場1號”養殖量更大的是由中集來福士為挪威 Nordlaks Oppdrett AS 公司建造的“HAVFARM 1”深水養殖工船。“HAVFARM 1”深水養殖工船項目總長385 m，寬59.5 m，深65 m，共包含6座深遠海網箱[27](見圖5)，可養殖1萬t鮭魚，能在挪威惡劣的海況下正常運營。“HAVFARM 1”深水養殖工船項目配備先進的鮭魚全自動化養殖系統，能夠完成魚苗自動運輸、飼料自動投喂、死魚自動回收、水下成魚自動搜捕等工作，實現了深遠海養殖的全自動化和智能化。此外，挪威、美國、丹麥及英國等國家在深遠海養殖裝備技術智能化方面也取得重大進展[15，51]。

圖4 “海洋漁場1號”網箱實景圖[6]

圖5 “HAVFARM 1”深水養殖工船實景圖[27]

相比于美國、挪威等國家，中國深遠海網箱養殖業起步較晚[51]。2007年，我國南沙美濟礁潟湖首次開展魚排養殖[52]，截止到2017年，我國深遠海網箱尚處于起步階段，此間我國先后開展了近10種簡單的深遠海網箱研究[15]。2011年孟祥君等[53]在南海美濟礁開展了可組裝式深遠海潟湖金屬網箱開發，用于捕撈金槍魚苗的馴化和鱸魚產業化養殖。該類網箱養殖抗風浪能力強、養殖魚類品質高。2012年石建高等[15]聯合荷蘭皇家帝斯曼集團、山東愛地等單位，在福建開展了周長200 m的特力夫TM超大型深海養殖網箱試驗。該網箱采用特力夫TM超高分子量聚乙烯繩網新材料技術和大型網具裝配技術等新技術，推進了深遠海網箱的大型化和高性能化發展。2016年，石建高等[15]聯合美濟漁業在南海美濟礁開展了深遠海浮繩式網箱的研發與應用，用于捕撈金槍魚苗的馴化和養殖。該網箱應用特種超高強繩網材料和網具裝配技術，加快了我國深遠海養殖金槍魚的進程。此外，還研制了聯體增強型工字架網箱和“六三型”網箱等深遠海網箱[54]。

2017年開始，在國家大力提倡建設藍色糧倉、推進水產養殖業綠色發展及創新驅動中國制造2025等戰略背景下，隨著武船重工、中集來福士和天津海王星等海工企業步入海水養殖產業，深遠海網箱獲得重大突破和飛躍式發展[15]。

3.2 “深藍1號”全潛式深遠海漁場

2018年5月，山東青島建成了世界上最大、中國首座全潛式“深海漁場”——“深藍1號”全潛式深遠海漁場。作為我國全潛式深遠海養殖網箱的代表，“深藍1號”全潛式深遠海漁場的成功建造與應用在我國深遠海養殖業具有重要意義。“深藍1號”全潛式深遠海漁場箱體主體結構呈正八邊形，周長180 m，高度38 m，養殖體積為5×104m3，年產量可達1 500 t[55-56](見圖6)，養殖深度可根據魚群生長的最適溫度在4～50 m調整[57]。相比于普通網箱和深水網箱，“深藍1號”深遠海漁場采用了水下錨泊導纜裝置、大型特種網具裝配、魚類捕獲等新技術[56]，在抗大風浪方面取得了較好的效果，真正意義上實現了中國網箱養殖由近海到深遠海的拓展，從傳統人工養殖向自動智能化養殖的過渡，推動了中國由傳統網箱養殖向大型裝備養殖的進程。2019年，受武船海工院委托，東海所石建高研究員課題組聯合藝高網業、山東好運通等單位負責了“深藍1號”深遠海漁場網具工程的升級改造項目，該升級改造項目通過新材料和工藝優化創新，提升“深藍1號”深遠海漁場網衣系統的安全性。2019年至今，“深藍1號”實現了15余萬尾鮭魚規模化安全生產狀態，充分說明了“深藍1號”深遠海漁場網具工程升級改造項目技術可行，綜合技術效果明顯。2021年6月21日，“深藍1號”全潛式深海漁場首批國產深遠海鮭魚規模化養殖收魚成功，這標志著該網箱成功進入商業化養殖運營階段，也標志著我國全潛式深海漁場在深遠海產業化養殖中邁出了一大步。

圖6 “深藍1號”深遠海漁場實景圖[6]

3.3 “藍鑫號”深遠海智能大型養殖網箱

2019年12月，山東威海建成深遠海智能化大西洋鮭養殖平臺——“藍鑫號”深遠海智能大型養殖網箱[15]。該網箱全長158 m，寬54 m，包括2個八角形網箱，總水體容量6×104m3，采用單點錨泊系統(見圖7)。該網箱配備自動化遠程投喂系統、水下魚類監控系統、水質環境監控系統及網衣清洗系統等智能化系統。該網箱是現代化深遠海網箱智能化的代表，是威海市大西洋鮭深遠海養殖向產業化邁出的一大步。在“藍鑫號”項目建造實施過程中，威海海恩藍海水產養殖有限公司、挪威公司、中國水產科學研究院東海水產研究所石建高研究員課題組與山東好運通提供了網具系統綜合技術(如網衣質量安全檢測、網具優化設計、網具連接安裝、網衣防磨加強等)支持和指導。該養殖平臺的建成，突出代表了我國深遠海養殖中智能化技術的應用，為我國今后深遠海網箱網具智能化系統的進一步開發和應用提供了借鑒。

圖7 “藍鑫號”深遠海智能養殖網箱實景圖[6]

3.4 “經海1號”深遠海智能網箱

2020年12月，山東煙臺建成了亞洲最大的深海智能網箱——“經海1號”深遠海智能網箱[58]。該網箱主體為鋼結構，由立柱、上環、下環、沉墊及防沉板等組成，網箱內部仍然是一個整網空間，網箱長度為68 m，寬度為68 m，高度為40 m，養殖水體容量為7×104m3(見圖8)。該漁場日常照明、監控室等電力來源主要為太陽能及風能，同時配備發電機以供投飼等連續作業的大功率用電。網箱搭載了空氣動力投飼系統、自動化趕魚裝置及搭載視覺系統的巡檢機器人等深遠海養殖所需的智能化裝備。網箱網衣采用PU涂層處理，嘗試提高深遠海網箱網衣防污效果，網箱底部坐落在海床上，可緩沖較大臺風的沖擊力。該網箱全覆蓋式深遠海智能化裝備的設計及應用實現了推動我國現代智能化養殖向深遠海的拓展，為我國未來深遠海現代智能化的養殖提供了參考。

圖8 “經海1號”深遠海智能網箱實景圖[58]

中國近幾年在深遠海網箱的設計開發和應用方面取得了快速的發展。除上述幾個代表性的深遠海養殖平臺之外，中科院廣州能源所、招商局工業集團等合作建造了“澎湖號”半潛式波浪能養殖網箱；上海振華重工集團建成了“振漁1號”自翻轉式網箱；上海振華重工(集團)股份有限公司、福建中新永豐實業有限公司和啟東海洋公司聯合研制的我國首創的深遠海機械化養殖平臺——“振鮑1號”，還有“嵊海1號”全潛式深遠海大黃魚養殖平臺、“耕海1號”現代化海洋牧場綜合體、“閩投1號”深遠海智能養殖裝備等深遠海養殖網箱[15]，都體現了我國近幾年深遠海智能化裝備的快速更新換代，是我國深遠海網箱高科技的集成，也代表著我國深遠海養殖技術的逐步成熟。誠然，在部分深遠海網箱項目實施過程中，也出現了網破魚逃、網衣污損嚴重、框架結構破損、智能化裝備實用性差等一系列問題，這些深遠海網箱養殖業發展的“瓶頸”技術難題急需聯合攻關逐步解決。深遠海網箱養殖業任重道遠。

4 中國未來海水網箱的發展方向

4.1 海水網箱的離岸拓展化

中國海水養殖自20世紀60年代以來進入快速發展期，長期高密度的傳統普通網箱養殖，造成了近海岸空間的超負荷開發利用[59]，局部海域養殖近乎飽和，導致近海區域生態環境污染[2,60]，漁業資源銳減嚴重，養殖魚類病害頻發[61]。為實現我國漁業資源的綠色可持續發展，以及部分沿海城市政策規劃養殖網箱的離岸化，海水網箱養殖向離岸、深水、深遠海拓展勢在必行[62-64]。深遠海網箱養殖集新材料技術、新裝備系統及養殖智能化系統等于一體[35-68]，使得養殖網箱的養殖容量更大、網衣內外水體交換率更高，還可以養殖仿野生魚類[15]，極大地提高了養殖魚類的品質，促進了養殖魚類的規模化。因此，我國未來海水網箱養殖的離岸拓展化有利于減少近海岸生態環境的污染，促進魚類養殖的集約化，提高養殖魚類的品質，有效減少網箱養殖的魚類病害，同時也符合國家發展綠色可持續水產養殖的理念。

4.2 海水網箱的大型升級化

相比于深遠海網箱，傳統普通網箱和深水網箱的框架周長一般不超過120 m，隨著新材料、新裝備、養殖機械化及自動化技術的開發及應用，深遠海養殖網箱體積更大，抗風浪能力更強，能夠抵抗臺風等災害，突破了傳統近岸養殖網箱的局限性[69]。如2012年中國水產科學研究院東海水產研究所石建高研究員課題組聯合山東愛地等單位設計開發的特力夫TM超大型養殖網箱周長高達200 m[65]，其箱體創新性采用了UHMWPE繩網材料，使箱體用繩網的質量只相當于傳統網箱的1/4～1/5，該項目推動了網箱的大型化及新材料在網箱上的應用。又如“深藍1號”全潛式深遠海漁場周長180 m，高度38 m，養殖體積5×104m3，年產量可達1 500 t，為養殖魚類提供了巨大的空間。與傳統普通網箱相比，“深藍1號”全潛式深遠海漁場在抗臺風等大風浪方面顯示出明顯的優勢。因此，中國未來海水網箱的大型升級化，可為養殖魚類提供更大的水體空間，有利于提高養殖魚類的品質，并實現網箱養殖的規模化生產。

4.3 海水網箱的智能自動化

隨著深遠海網箱的迅速發展與投入使用，深遠海網箱逐步配備自動投餌機、自動化網衣清洗機、魚類捕撈監控系統、死魚收集裝備系統等輔助裝備，智能自動化已成為深遠海網箱發展的趨勢[65，69-71]。如“藍鑫號”深遠海智能大型養殖網箱配備了自動化遠程投喂系統、水下魚類監控系統、水質環境監控系統及網衣清洗系統等智能化系統，使該網箱成為現代化深遠海網箱智能化的代表之一，是中國大西洋鮭深遠海智能化養殖產業化集成的體現。因此，海水網箱的智能化自動化，滿足了海水網箱現代化的發展需求。

4.4 海水網箱的規模集約化

相比于傳統網箱和深水網箱，深遠海網箱擁有離岸化、大型化及智能化等特點，其養殖容積更大，離海岸距離更遠，通常配備智能自動化裝備，尤其注重新材料、新裝備等高新技術的集約化應用，故其養殖成本也會提高[41，72]。因此，深遠海網箱的制造一般都要求形成養殖產業集約化，以便吸引更多的高科技人才、更多的資金灌入、更多的企業參與及更多的資源進入，進而形成規模化養殖產業鏈，這樣可大幅度降低養殖成本、減少魚類加工、運輸及銷售等成本[15]，從而提高網箱養殖的經濟回報率，同時帶動相關產業的發展和完善。因此，海水網箱的規模化、集約化是未來綠色可持續養殖的發展方向。

綜上所述，中國海水網箱未來的發展方向是離岸拓展化、大型升級化、智能自動化、規模集約化。此外，還會向著標準規范化、生態一體化等多個方向發展。這不僅是海水網箱現代高新材料高新技術應用的集成，也是現代化水產養殖產業化的需求，更是國家提倡綠色可持續生態化養殖的要求。