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我国水产工厂化养殖发展现状
1.1 各个历史时期的养殖热点
20世纪70年代, 在积极寻求各种可以显著提高产量的的需求推动下, 工厂化流水养殖和静水高密度养殖成为当时的热门发展方向, 形成的技术首先在热电厂的温排水养鱼及冷流水虹鳟鱼养殖上得到应用, 在工厂化育苗上也取得了突破, 并建立了一批实验性工厂化循环水养殖设施｡20 世纪80年代, 国外的循环水养殖设施和技术开始进入中国, 但由于高昂的投入和运行成本, 大多数引进设施很快便被束之高阁｡1988年, 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所吸收当时的西德技术, 设计了国内第一个生产性循环水养殖车间——中原油田年产600 t级养鱼车间, 该技术很快在国内油田､煤矿､发电厂等推广应用｡20 世纪90 年代起, 全国各地兴建了很多现代农业示范区, 其中包括淡水循环水养殖系统｡由于淡水养殖高价值品种较少, 循环水养殖的经济性难以体现, 与池塘养殖相比, 在节水､节地､减排等方面的优势难以体现, 但在一些特定的领域如水产苗种繁育､观赏水族饲养等, 循环水养殖技术依然得到了显著的发展｡
从20世纪90年代后期开始, 以大菱鲆工厂化养殖为代表的海水工厂化养殖在北方地区得到了大力推广, 对名贵水产品的生产起到了很大的推动作用｡海水工厂化养殖从“设施大棚+地下海水”起步, 系统水平逐步提高｡但发展至今,我国目前大多数的海水工厂化养鱼系统设施设备依然处于较低水平, 只有一般的提水动力设备､充气泵､沉淀池､重力式无阀过滤池､调温池､养鱼车间和开放式流水管阀等｡水处理设施设备严重缺乏, 养殖废水直接排放入海｡如此不完整､不规范的养殖模式, 导致养殖动物体质虚弱, 病害频发,不得不大量使用各种药物, 从而导致养殖管理过程中对药物的严重依赖｡由于缺乏足够长的停药期, 最终造成养殖产品有毒有害物质含量超标, 严重影响了水产品质量安全｡
1.2 现阶段我国工厂化养殖发展的主要特点
21世纪以来, 我国工厂化养殖加快发展速度, 特别是养殖品种的增加和水处理技术的创新带动了投资的增加｡据统计, 2007年我国工厂化养殖的规模已近3 000 万m3 , 产量22.1万t｡其中:淡水工厂化养殖规模为1 625万m3以上, 产量13.4万t;海水养殖规模为1 367万m3以上, 产量8.7万t｡这一时期养殖生产呈现以下特点:
(1)养殖生产投入持续增加, 部分地区产业化开始形成｡民营企业投入到工厂化养殖中的人力､物力､资金､技术呈增长趋势, 各地对工厂化养殖前景普遍看好, 国家对发展工厂化养殖给予相关支持和一定的政策保障, 发展力度总体趋强｡
(2)养殖品种不断增加, 养殖技术日趋成熟｡随着渔业科技的发展和对国外优良养殖品种引进力度的加大, 各类养殖品种不断增加｡工厂化养殖不再局限于少数名贵品种, 普通淡水鱼也开始进入“工厂车间”进行养殖｡不但单项技术如水处理技术､零污染技术等日趋完善, 成套养殖技术也开始成熟｡
(3)科技攻关与技术引进相结合成为重要技术支撑｡为探索新的养殖模式､水的重复利用和污染零排放, 国家通过不同的科技平台对工厂化养殖的关键技术进行科技攻关, 取得了许多实用性成果｡近年来国家倡导的健康养殖､无公害工厂化水产养殖还带动了发达国家先进技术和设备进入中国, 如臭氧杀菌消毒设备､沙滤器､蛋白质分离器､活性炭吸附器､增氧锥､生物滤器等, 对工厂化循环用水养殖生产设备(设施)的更新和改造､促进养殖水循环使用率的提高和提高养殖经济效益起了重要作用｡
(4)养殖生产管理逐渐建立起完善的生产质量标准体系｡我国加入WTO以来, 国家对养殖产品实施追溯制, 对工厂化养殖的全过程实行质量控制追踪, 包括水质､饵料和药物等, 对工厂化养殖企业的要求则更高｡因此, 以民营经济为主体的大中型养殖企业注重建立完善的工厂化养殖HACCP质量控制体系｡在建立具有地方特点的高密度养殖设施系统的同时, 注重养殖系统､产品质量标准体系的建立｡
1.3 适宜的养殖品种是促进发展的关键要素
循环水养殖仅仅是一种养殖模式, 产业发展的立足点还是依托某一个具体品种｡我国的循环水养殖品种主要呈现如下特点:
(1)鲆鲽类养殖｡鲆鲽类是我国北方海水鱼的主要养殖品种, 养殖设施以“地下海水+设施大棚”为标志, 鲆鲽类养殖品种的兴起, 带动了海水工厂化养殖的发展｡随着众多的养殖设施在同一区域长时间集中抽取地下水, 水资源枯竭的问题已开始显现, 因此养殖企业对适应鲆鲽类养殖要求的循环水养殖系统的技术需求非常迫切｡由于我国的海水循环水养殖设施技术研究基础较差, 适用的系统技术还未成熟｡而在欧洲､北美等发达地区, 循环水养殖是鲆鲽类主要的养殖方式,系统技术相当成熟｡如何针对我国的养殖条件,借鉴国外的先进技术, 是鲆鲽类养殖设施工厂化发展的关键｡
(2)鳗鱼养殖｡鳗鱼是我国南方淡水养殖的主要出口创汇型品种, 养殖设施以“山泉水+设施大棚”为标志, 在我国的南方地区形成了工厂化的鳗鱼养殖产业｡目前的养殖系统虽然直接引入山泉水, 但还是难以完全阻隔病害侵袭｡许多养殖企业在面临病害发生时不敢用药, 担心一旦被查出会影响所有的出口产品, 只能任其死亡, 造成很大的损失｡鳗鱼养殖对循环水技术的需求一直存在｡
(3)鲑鳟类冷水鱼养殖｡鲑鳟类冷水鱼养殖是近几年在我国北方和西南地区新兴的养殖产业, 发展迅速, 养殖设施以“冷泉水+梯级水泥池”为标志｡流水型的养殖系统用水量非常大, 占用了大量的水资源;北方地区的冷水鱼养殖还受冬季气温的影响, 水温偏低, 不利于养殖品种的快速生长, 发展循环水养殖设施非常必要｡在欧美, 以大西洋鲑为代表的鲑鳟类冷水鱼养殖系统技术已经成熟, 可以为我国改造流水养殖设施､发展循环水养殖技术提供参考｡
我国工厂化循环水养殖发展中存在的问题
工厂化养殖的发展, 尤其是工厂化循环水养殖, 客观上还受限于经济实力､产品市场､养殖品种､养殖规模､经济效益比等因素, 主观上还受限于养殖者对养殖技术的掌握和对先进技术的利用｡总体上讲, 目前仅适合资金充足､技术力量雄厚的生产单位应用, 还无法实现如池塘养殖一般的普及性与广泛性, 发展中存在问题与其发展的阶段性密不可分｡
2.1 总体发展水平仍处初级发展阶段
目前我国工厂化养殖平均每立方米的产量为7.4 kg(淡水为8.2 kg､海水为6.4 kg), 全国范围循环水养殖发展力不足的特征仍较明显｡目前工厂化养殖的方式大体上分为流水养殖､半封闭循环水养殖和全封闭循环水养殖等3种形式｡受水处理成本的压力, 仍主要以流水养殖､半封闭循环水养殖为主, 真正意义上的全封闭工厂化循环水养殖工厂比例极少｡流水养殖和半封闭养殖方式产量低(单位水体产量10 ~ 15 kg/(m2 ·年)､耗能大､效率低, 与先进国家技术密集型的循环水养殖系统相比, 无论在设备､工艺､产量(先进技术的产量达100 kg/(m2 · 年)以上)和效益等方面都存在着相当大的差距, 技术应用还属于工厂化养殖的初级阶段｡从全国工厂化养殖单产数据可以看出, 许多地区的工厂化养殖的状况是“人工养殖池+厂房外壳”, 设施､设备较少,单产较低｡
2.2 区域发展极不平衡
据相关统计, 2007年山东､浙江､福建､江苏等省在农村经济不断壮大的推动下, 依托丰富的水域资源和科技优势, 工厂化养殖快速发展, 而一些经济欠发达地区则发展较慢, 部分省市发展不足5 000 m3水体, 产出只有几十吨, 全国有一半的省市, 产量不足1 000 t｡每立方米产出率, 全国的平均水平不足9 kg, 许多地区只有5 kg以下｡不同企业间､地区间产出效益也有较大差距｡
2.3 养殖品种适宜性制约了发展
我国水产养殖的主体是池塘养殖｡尽管实施科技攻关的品种不断增加, 但进入生产领域且技术较为成熟的品种仍不多｡为了保证和提高养殖生产的经济效益和竞争力, 工厂化养殖企业只能选择生长周期短､多茬养殖､产品价格高､生长速度快､肉质鲜美､养殖技术相对成熟､市场相对稳定和科技附加值较高的名特优品种作为养殖对象｡因此, 也造成养殖品种､方式､市场的雷同, 市场竞争加剧制约了生产效益的提高｡不仅是现有的生产企业感到资金回收压力较大, 同时也难以吸引资金较为雄厚的企业涉入该领域｡
2.4 管理水平还不能适应需要
工厂化循环水养殖管理已脱离农业范畴, 更多的是其工业属性｡除了传统养殖专业以外, 还应有设施工程､电器自控､环境工程, 甚至经济管理等技术的支撑, 多专业分工协作, 精细化管理,已经不是传统养殖场管理水平所能达到的｡目前, 许多工厂化循环水养殖企业难以发挥工业化生产方式所应有的效应, 很重要的原因是管理跟不上需求｡生产系统运行总是不稳定, 循环水养殖的优势无从发挥｡只有少数企业通过摸索, 逐步探索并掌握了循环水养殖的特点, 并取得了经济效益｡
工厂化循环水养殖设施技术上存在的问题
与国际先进水平相比, 我国在淡水工厂化循环水养殖设施技术领域已具有相当的应用水平,反映在系统的循环水率､生物净化稳定性､系统辅助水体的比率等关键性能方面基本接近了国际水准;但在海水循环水养殖设施技术领域还存在着相当的差距, 主要反映在生物净化系统构建､净化效率和稳定性等方面｡
3.1 基础研究薄弱
我国以往在工厂化循环水养殖方面的研究多集中在以水处理技术和设备性能等方面, 针对养殖水体净化处理的应用基础理论研究不多, 对应特定养殖品种的物质与能量收支的研究极少, 以至系统的构建和优化水平难以有效提高;循环水养殖仍简单沿用传统养殖技术, 以设备系统和高密度生境为前提的养殖工艺技术没有形成, 指导特定品种进行高效养殖生产的专家系统没有构建, 致使设备系统没能发挥最大功效, 也是造成系统运行成本高的因素之一｡
3.2 海水循环水养殖技术体系还未建立
海水生物净化系统的效率需要提高, 需要研究高效的生物净化装置以减少净化设施的体量,稳定净化效果;需要在系统模型研究的基础上, 建立优化的设备系统､稳定的生物净化系统､必要的数字化监控系统､完善的养殖工艺和管理专家系统, 使装备系统达到高效利用状态｡
3.3 淡水工厂化循环水养殖系统运行成本过高
现有的节能降耗技术在基于生物膜硝化反应的循环系统中潜能有限, 有必要结合生态工程技术, 针对品种价值相对较高､节水节能需求迫切､规模较大的鳗鱼养殖, 利用南方地区气候环境特点, 构建人工湿地与工厂化设施复合的循环水养殖系统, 并在基本模型研究的基础上, 建立优化的设备系统､控制病原体侵害的水源净化设施､与生态设施相结合的生物净化系统､必要的数字化监控系统以及完善的养殖工艺和管理专家系统, 使装备系统达到节能､节水､经济运行的状态｡
3.4 低温条件下高效生物净化技术尚未突破
冷水鱼养殖以鲑鳟类为主, 与其它养殖品种相比, 投入的饲料､养殖生境和生产环境都有其特殊性｡发展循环水养殖需要突破一些关键技术,尤其是低温条件下的高效生物净化技术､生物膜快速培养技术以及适养水温有效保持的设施技术等;有必要针对鲑鳟类冷水鱼养殖, 构建设施化循环水养殖系统;在基础理论模型研究的基础上, 建立与水栽培植物设施大棚相结合的生物净化系统､完善的养殖工艺和管理专家系统, 使装备系统达到经济运行的状态｡
3.5 设施化循环水养殖技术发展水平不高
对虾养殖的主要方式是池塘和高位池, 养殖过程中对水质的要求､藻相的稳定有一定的要求,高位虾池自净能力较弱, 沉积物的排放对环境造成直接的影响, 需要构建适用的对虾循环水养殖系统, 达到稳定水质､提高营养利用效率､提高水利用率､控制排放的要求;由于对虾价值所限, 完全的工厂化养殖技术尚不能适用, 需要依靠设施化的生态工程技术, 建立虾—贝—藻能量转换和水质控制模型, 构建设施化的循环水养殖系统, 达到水质稳定､水循环利用､排放减少的目的｡
3.6 苗种繁育系统控制水平不高
我国苗种繁育过程的全人工控制技术尚处于起步阶段, 低营养条件下的生物膜培养技术､水质的智能化控制技术､不同特性鱼卵孵化设施技术､繁育过程智能化判别技术等需要突破, 繁育生境人工控制技术需要优化和集成;有必要针对我国大宗养殖产品和一些名特优品种的苗种繁育要求, 应用现代水环境控制技术和孵化繁育生境模拟技术, 构建特定的设备系统, 形成完善的养殖生产工艺, 达到水环境有效控制､孵化过程有效调控､节能节水以及反季节工业化生产的目的｡
我国渔业发展对循环水养殖需求迫切
4.1 循环水养殖模式是我国现代水产养殖业发展的必由之路
(1)传统的养殖方式不符合可持续发展要求｡传统养殖方式如池塘养殖和网箱养殖, 存在着占地面积大､适合养殖的地域有限､污染环境､易受地理气候条件影响､容易因自然灾害造成减产等劣势, 其越来越严重的环境问题和产品安全性问题, 难以实现可持续性发展｡
(2)我国水产养殖面临结构调整｡我国是一个淡水资源十分贫乏的国家, 目前的养殖生产模式严重制约了水产养殖结构调整和生产方式转变｡随着社会经济的发展, 水产业除了需要提供更多优质水产蛋白质, 还需要实现产业的可持续发展, 未来水产养殖业的发展必须适应社会发展的要求, 进行适时的转变｡
(3)循环水养殖系统节水节地､环境友好｡全球水产养殖业在未来的十几年中, 以环境友好的方式, 满足世界人口对于水产品需求的关键技术在于循环水养殖系统(RAS)技术｡循环水养殖系统高效的经济模式使它在所有的养殖模式中, 单位产量是最高的｡与传统养殖方式相比, 循环水养殖生产每单位水产品可以节约50 ~100倍的土地和160 ~ 2 600倍的水, 比传统养殖节约90% ~ 99%的水和99%的土地(表1), 并且
表1 循环水养殖系统(RAS)和传统养殖所需水量和土地量比较
Tab.1 Comparison ofwater and land consumption between recirculating and traditional aquaculture
(4)工厂化循环水养殖是我国水产养殖的重要发展方向｡我国水产养殖的主要方式为池塘养殖､网箱养殖､大水面养殖､工厂化(设施化)养殖｡现有的生产模式在水资源､土地(水域)资源､饲料资源的有效利用方面, 以及在抵御环境影响和影响环境方面还存在着不同程度的问题, 粗放型的增长方式已面临较大的环境､政策､社会等多方面压力, 迫切需要实施必要的转变｡未来社会工业化的发展趋势以及世界先进养殖模式的发展水平预示, 工厂化循环水养殖系统将是未来水产养殖的重要模式｡
4.2 迫切需要发展中国式的工厂化循环水养殖模式
全国现有工厂化养殖面积近3 000万m3 , 其中以“深井水+大棚”模式为代表的海水工厂化养殖促进了我国海水养殖业的快速发展, 现已形成大规模温室型, 利用地热､温排水或人工升温的开放式温流水工厂化养殖新产业｡随之而来的问题是该养殖方式大量耗用优质水资源, 尤其是地下水资源, 造成地下水位下降､地陷等诸多问题,渤海湾个别地方情况还相当严重｡
(1)发展投入产出比适合中国国情的循环水养殖设施｡近20年来养殖水处理技术的发展脱胎于环境工程领域而变得越来越有水产特色, 证明了技术发展方向的正确性｡但关键是需要发展经济､适用的循环水养殖模式｡总体上, 发展经济型的循环水养殖模式可以遵从如下方式:一是降低部分技术指标, 主要是水循环利用的程度, 以简化水处理设施, 达到降低成本的目的｡假设换水率从每天5%以内提高到30% ~ 50%, 估计养殖设施的水处理成本可以降低60%以上, 相当于目前的鲆鲽类工厂化养殖平均减少2 ~ 4倍日换水量, 节水效果相当显著｡二是将生态工程技术与工厂化循环水技术相结合, 根据地域条件, 构建设施化生物净化系统, 将30% ~ 50%的排水进行净化处理, 达到回用或梯级养殖的目的｡三是发展设施化的循环水养殖技术, 寻求合理的养殖密度,充分利用养殖地域环境, 提高水体初级生产力, 强化并控制低营养级生物以提高水体净化能力, 构建生态工程化的循环水养殖系统, 降低建造和运行成本, 提高综合经济效益｡
(2)发展完善工厂化循环水条件下的养殖技术｡目前普通的养殖技术都是基于自然或传统养殖模式条件下鱼类的生理活动研究成果, 但是在工厂化高密度条件下, 鱼类受到环境胁迫, 生理状况会有显著变化, 水生态环境更为单一, 养殖技术应有相应的调整｡我国目前在该领域的研究严重滞后于生产, 无法提供成熟的养殖工艺, 设施的效能不能得到发挥｡部分配套技术的发展也不均衡, 比如饲料品质普遍较差, 营养转移效率低且不稳定, 增加了设施系统的处理负荷, 导致综合效益下降｡因此, 需要针对工厂化循环水养殖的系统条件, 研究发展配套的养殖技术｡
(3)进一步开发适宜的养殖品种｡目前适宜工厂化养殖的养殖品种十分有限, 主要是环渤海地区的鲆鲽类养殖､三北和西南地区冷水性鱼类养殖､三北地区冬季温水性鱼类养殖和南方地区鳗鱼养殖等｡其中, 海水养殖主要品种局限于鲆鲽类, 淡水养殖的主流品种尚未显现, 需要开发价值在人民币15元/500 g以上､适于循环水养殖的品种｡淡水养殖是我国鱼类养殖的主体, 淡水循环水养殖品种的欠缺, 直接制约了淡水工厂化循环水的发展｡
(4)开发易于管理的循环水养殖系统｡目前我国的循环水养殖系统技术的系统设施和养殖生产处于相脱节的状况, 也就是说只有少数人真正掌握循环水养殖设施正常管理技术, 大多数已建的循环水养殖设施很大一部分不能正常运转｡究其原因:一是循环水养殖管理要求复杂, 技术上有缺陷, 不易实现平稳运行;二是一般养殖场的人员素质和结构不能满足循环水养殖的要求, 用传统养殖设施的管理思路运作循环水设施, 难以使设施系统体现工业化的生产效能｡因此, 今后养殖设施的开发应更加注重从整体上整合养殖设施和养殖技术, 做到“软硬件”真正的统一, 并不断提高设施的信息化和智能化水平, 降低管理维护难度｡
发展我国工厂化循环水养殖的对策
工厂化循环水养殖作为一种代表未来发展方向的养殖方式, 已经日益受到关注和认可, 但其内在的特点和中国现阶段的国情决定了其发展的曲折性和复杂性｡因此, 和许多重要产业问题一样,其发展需要依托政策和科技等多管齐下, 共同推进｡
5.1 通过养殖业需求推进循环水养殖
相对于发达国家的水产养殖, 我国发展循环水养殖的脉络似乎并不清晰, 多重价值观都在起作用, 但真正影响其发展规模的还是经济因素｡因此, 在我国没有严格的环保法规和养殖许可制度的条件下, 工厂化养殖整体上不具有经济优势,但在局部领域具有显著的综合优势, 可以优先得到长足发展｡
在苗种繁育领域, 苗种繁育的水体规模一般不是很大, 设施的高投入问题得到了缓解;苗种繁育对水质要求较高, 全封闭的水处理系统提供了全隔离繁育系统, 易于满足对外来病害防控要求;苗种繁育的全人工控制, 可以实现生产周期的人为控制, 有效延长苗种供应周期;苗种繁育的经济价值较高, 对相对较高的循环水养殖运行成本不敏感;苗种繁育场的技术力量一般比较强, 最有条件运行､管理好工厂化的生产系统｡工厂化循环水养殖在苗种繁育领域有其天然优势, 最适宜推广, 可以考虑将全国苗种繁育场建设和循环水养殖技术应用推广相结合, 相互促进和发展｡
在海水鲆鲽类养殖领域, 部分地区已经出现的没有足够海水可取的情况, 使得循环水养殖成为唯一的选择｡海水养殖产品的价值较高, 对设施的高投入有较强的承受力, 冬夏两季调温的成本使得工厂化循环水技术的经济性得到体现｡海水工厂化循环水养殖是推广的重点方向, 可以考虑与当地的养殖规划调整相结合, 辅以一定的政策支持, 突破规模化工厂化养殖瓶颈, 推动产业进步和升级换代｡
5.2 用循环水养殖的理念和技术改造传统养殖方式
淡水池塘养殖是我国水产养殖的主要形式,养殖产量占全国养殖产量的43%｡但我国多数池塘养殖场普遍存在基础设施落后､环境破败陈旧､池塘坍塌淤积严重等问题, 迫切需要利用循环水养殖中的一些实用成熟的技术和理念, 通过对养殖场布局规划､池塘结构改造､进排水调整､生态工程化技术应用､先进养殖设备配置, 以及水电､道路､库房等基础设施的完善等, 来全面提升池塘养殖基础设施, 提高养殖效率, 解决目前遇到的诸多问题, 为健康养殖提供基础条件, 实现池塘养殖模式向可持续发展方向转变｡
运用循环水养殖相关技术和生态工程技术改造传统的流水养殖｡鳗鱼､冷水性鱼类的养殖目前主要是流水养殖方式, 换水率一般为每天4 ~12次, 消耗了大量的水资源｡利用循环水养殖中的相关成熟技术以及生态工厂化技术, 主要包括池型综合设计规划技术､颗粒污物去除技术､高效增氧技术､人工湿地技术等, 在投入非常有限的条件下, 提高水循环率, 可节水60% ~ 80%以上, 并显著改善水质｡
5.3 技术推广和国家补贴政策相结合
工厂化循环水养殖的综合成本在可以预见的将来并不会有根本性的降低, 但该类养殖方式又是今后的发展方向, 并承担了一定的社会责任｡在目前无法借鉴发达国家征收资源使用费和执行严格环保法规的前提下, 应充分利用经济杆杠的作用, 将工厂化循环水养殖设施建设与国家农业基础设施改造补贴､农机补贴等政策相结合, 减轻养殖企业的负担, 促进工厂化循环水养殖系统的推广并真正使用起来, 是当前推进工作中的一个重要选择｡
5.4 加强科技攻关降低综合投入和运行成本
通过关键技术引进与创新, 借鉴基础研究方法, 促进我国工厂化循环水养殖应用基础研究水平的提高｡着重掌握技术关键, 突破海水循环水养殖生物净化技术, 提高鳗鱼循环水养殖水净化技术, 形成冷水鱼循环水养殖生物高效净化系统构建技术, 构建对虾设施化循环水养殖新模式, 建立鲆鲽类､鲑鳟类苗种繁育全人工控制技术体系,掌握工厂化养殖专家管理系统构建技术方法｡通过关键技术研究与系统集成, 形成鲆鲽类､鳗鱼､鲑鳟类､对虾循环水养殖和苗种繁育的共性技术体系, 构建适用的设施系统模式, 达到循环用水､节能､高效的生产要求, 并形成相应的生产管理技术, 提高设施的生产效率, 规范生产管理｡在主产区建立集成示范点, 辐射推广循环水养殖技术, 推动养殖生产方式的转变｡
作者：陈军, 徐皓, 倪琦, 刘晃
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