徐永健，瞿方

（寧波大學海洋學院應(yīng)用海洋生物技術(shù)教育部重點實驗室，浙江寧波315211）

可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖理論與方法探討

徐永健，瞿方

（寧波大學海洋學院應(yīng)用海洋生物技術(shù)教育部重點實驗室，浙江寧波315211）

水產(chǎn)養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要力量。每年該行業(yè)都會有許多最新的技術(shù)與理論應(yīng)用到實踐生產(chǎn)中。養(yǎng)殖業(yè)的重要性不言而喻，該產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的影響也引起了的廣泛關(guān)注，目前有一些新穎的環(huán)境友好的科學養(yǎng)殖理論與體系較為流行，如魚菜共生體系，蝦瓜輪種體系，生態(tài)水文學理論，多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)等，這些養(yǎng)殖理論來自于實踐，圍繞著“資源利用最佳化、環(huán)境影響最小化、經(jīng)濟效益最大化”開展與完善，是針對產(chǎn)業(yè)可持續(xù)與環(huán)境友好的技術(shù)體系。該文主要圍繞海水養(yǎng)殖體系中的多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)（IMTA）和淡水養(yǎng)殖體系的生態(tài)水文學理論（Ecohydrology），結(jié)合實際工作作一介紹。

1　多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)

1.1定義

世界糧食農(nóng)業(yè)組織（FAO）撰文《2020年全球漁業(yè)展望》指出∶在未來20年，養(yǎng)殖業(yè)在發(fā)展中國家將全面增長，這些國家對魚類和海產(chǎn)品的消費量將占世界消費總量的77%，其產(chǎn)量將占世界總產(chǎn)量的79%［1］。然而，養(yǎng)殖業(yè)在滿足消費的同時，也給周邊環(huán)境帶來了不可忽視的污染。大規(guī)模的海水養(yǎng)殖，已引起了近岸海水水質(zhì)的惡性變化［1］。目前公認的一個最好的解決方法就是開展多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖（IMTA），這一理論已在一些海水養(yǎng)殖實例中應(yīng)用來減緩由于單一品種養(yǎng)殖引起的環(huán)境污染問題，并且增加了養(yǎng)殖產(chǎn)量和效益［1］。

IMTA是基于多個物種形成的多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)。該系統(tǒng)將魚類、浮游和底棲動物、海藻等物種適當混養(yǎng)，以利于把高營養(yǎng)級養(yǎng)殖物種排放的廢棄物質(zhì)轉(zhuǎn)化成具有經(jīng)濟價值的低營養(yǎng)級養(yǎng)殖物種產(chǎn)品。這將會顯著提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)性，具有潛在的生態(tài)、社會和環(huán)境效益［2］，其優(yōu)點來自于各個營養(yǎng)級的不同養(yǎng)殖品種組成了一個基礎(chǔ)食物鏈，通過水環(huán)境將營養(yǎng)和能量相互轉(zhuǎn)化并充分利用。在該養(yǎng)殖系統(tǒng)中，主要養(yǎng)殖品種將伴隨與它相鄰營養(yǎng)級的品種的生長而生長，于是某一養(yǎng)殖品種的副產(chǎn)品（傳統(tǒng)意義上為廢棄物）被重新利用而成為另一品種的營養(yǎng)物（肥料、食物）。IMTA是實現(xiàn)了對養(yǎng)殖資源（飼料、空間、勞動量）的合理利用，達到了降低養(yǎng)殖對環(huán)境影響的一種可持續(xù)方法［1，3］。該理論的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.2與混養(yǎng)的區(qū)別

IMTA系統(tǒng)是一種新興的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，它和混養(yǎng)有一定的共同點，但并不相同∶IMTA中包含的多個養(yǎng)殖品種是在一個系統(tǒng)中處于不同的營養(yǎng)級，而混養(yǎng)則不一定，它以經(jīng)濟效益來選擇品種，有可能是相同營養(yǎng)級上的多個品種的混養(yǎng)，在這種情況下，系統(tǒng)內(nèi)的養(yǎng)殖品種利用相同的資源，不會有互相促進的效果。

1.3IMTA系統(tǒng)架構(gòu)

圖1簡單說明了IMTA系統(tǒng)中三大要素間如何互相促進，互相受益。當前，越來越多的研究，根據(jù)水體懸浮顆粒的大小和吸收能力來選擇適合的養(yǎng)殖品種組建成復(fù)雜的綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)，達到上述系統(tǒng)的功能。

1.4IMTA的工作原理

傳統(tǒng)的單養(yǎng)系統(tǒng)，養(yǎng)殖生物僅攝食部分人工投喂的飼料，相當部分都進入水體形成殘餌。而被攝食的飼料也要有相當大部分用來維持新陳代謝，轉(zhuǎn)化為廢棄物通過鰓和腎等排泄到水中，固體有機廢物則以糞便形式排放。大規(guī)模海水養(yǎng)殖，水體超負荷運載，使得殘餌、糞便及排泄物等代謝廢物在養(yǎng)殖區(qū)大量積累，導致水體中無機N、P等營養(yǎng)鹽及耗氧有機物含量增加，加速了養(yǎng)殖水域的有機污染和富營養(yǎng)化［4］。因此，傳統(tǒng)單養(yǎng)模式經(jīng)營中產(chǎn)生了很多環(huán)境問題∶水質(zhì)變壞，水體富營養(yǎng)化，氧含量降低，病害肆虐等。

圖1　IMTA三要素圖

在該養(yǎng)殖系統(tǒng)中，可以加入某些具有經(jīng)濟價值的海藻。海藻可以吸收轉(zhuǎn)化動物養(yǎng)殖產(chǎn)生的“營養(yǎng)廢水”，促進自身生長的同時可解決污染問題。

在該系統(tǒng)中，還可加入更多的經(jīng)濟養(yǎng)殖品種，如軟體動物、環(huán)節(jié)動物或棘皮動物等，來吸收消化系統(tǒng)中未被食用的飼料和魚類固體排泄物。而養(yǎng)殖系統(tǒng)的經(jīng)濟效益也會進一步提升，環(huán)境污染則會進一步降低。

1.5構(gòu)建理想的IMTA步驟

1.5.1了解養(yǎng)殖場所必須要先了解養(yǎng)殖地的特性，包括環(huán)境參數(shù)，如溫度、鹽度、pH值、含氧量和地表徑流率等因素。除此之外，養(yǎng)殖品種對于當?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)程度，環(huán)境變化導致養(yǎng)殖方法的微觀調(diào)整等都是需要了解的。掌握這些才可以在下一步養(yǎng)殖品種選擇上做出更好的決定，養(yǎng)殖才能成功。

1.5.2選擇合適的養(yǎng)殖品種構(gòu)建一個IMTA系統(tǒng)，合適的養(yǎng)殖品種的選擇至關(guān)重要。首先要考慮能夠適合當?shù)氐乩憝h(huán)境和當下技術(shù)的養(yǎng)殖品種。其次，應(yīng)選擇能補充營養(yǎng)級的物種，如選擇可以利用別的營養(yǎng)級的養(yǎng)殖品種產(chǎn)生的廢棄物作為資源的物種，以降低養(yǎng)殖過程的水質(zhì)惡化風險，且可使養(yǎng)殖品種能更好地生長。最后，選擇具有較好經(jīng)濟價值的品種，以增加養(yǎng)殖的綜合經(jīng)濟效益。

2　生態(tài)水文學理論

養(yǎng)殖活動導致許多水環(huán)境（尤其是淡水環(huán)境）生態(tài)系統(tǒng)退化，系統(tǒng)養(yǎng)殖容量在不斷縮減。探索一種可持續(xù)的養(yǎng)殖與水環(huán)境綜合治理辦法勢在必行。聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）提出了生態(tài)水文學理論是一種可解決這種矛盾的可行方法。

2.1定義

生態(tài)水文學是一個用于解決環(huán)境問題的科學概念，著重于協(xié)調(diào)水文、養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境和其中的生物群落間的相互作用關(guān)系。通過∶①逐漸恢復(fù)并維持水循環(huán)和營養(yǎng)循環(huán)系統(tǒng)；②建立阻止人類活動影響的機制，加強生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控能力；③通過生態(tài)系統(tǒng)本身管理水環(huán)境。實現(xiàn)水資源可持續(xù)條件下，維持生態(tài)系統(tǒng)健康。

2.2工作原理

生態(tài)水文學通過水文過程和生態(tài)過程的時空耦合來管理水資源和維持生態(tài)系統(tǒng)健康運行［5-6］。可以用下述三要素解釋，見圖2。

基于上述三要素，生態(tài)水文學理論內(nèi)含三個原理，見圖3。

生態(tài)水文學理論在上述三大原理下，通過生態(tài)管理改變傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方法，放大有利條件，減少污染，降低自然災(zāi)害（干旱、洪災(zāi)等）的發(fā)生概率，達到∶①降低水體富營養(yǎng)化，促進水生生物健康生長；②改善水環(huán)境生物多樣性問題，實現(xiàn)養(yǎng)殖產(chǎn)物多樣化；③水循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)正常化；④提升養(yǎng)殖生物產(chǎn)量。

圖2　生態(tài)水文學關(guān)鍵元素

圖3　孟加拉國沿海養(yǎng)蝦業(yè)造成影響示意圖

2.3生態(tài)水文學應(yīng)用舉例——孟加拉國對蝦養(yǎng)殖業(yè)

孟加拉國的潛在水域面積為158萬hm2，內(nèi)陸水域面積283萬hm2，海岸線480 km。內(nèi)陸和近海水域的魚、蝦養(yǎng)殖業(yè)具有良好的發(fā)展?jié)摿?。但過去20年該國沿海岸生態(tài)系統(tǒng)卻因為養(yǎng)蝦業(yè)在快速退化，對環(huán)境和社會經(jīng)濟造成的毀滅性打擊，該國養(yǎng)殖業(yè)飽受批評的同時，被要求轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。圖4展示了養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)造成的生態(tài)影響。

2012年，Islam Sohe和Hedayet Ullah提出了基于養(yǎng)蝦業(yè)的生態(tài)水文管理方法，用以保持孟國沿海岸的生態(tài)環(huán)境。針對進水、養(yǎng)殖、廢水處理、處理后用水等不同環(huán)節(jié)進行不同程度的規(guī)劃。根據(jù)生態(tài)水文學理論三原則，進水前在池塘里引入濾食性貝類、大型藻類等，去除懸浮顆粒有機物和營養(yǎng)鹽；合理化養(yǎng)殖對蝦，增加對蝦營養(yǎng)吸收，提高水體自凈能力；養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水排入濕地，反硝化作用降解有機質(zhì)，消除病原體，分解有毒有機物；建立喜鹽植物緩沖帶，吸收處理后廢水中的鹽分，消除廢水對淡水水源和土壤鹽漬化的影響。

在生態(tài)水文學理論的指導下，整合集約化和半集約化對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，合理安排養(yǎng)殖區(qū)、凈水區(qū)和緩沖區(qū)地帶，引入生物治理方法調(diào)整養(yǎng)殖水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以達到調(diào)控與改良水質(zhì)的目的。

圖4　孟加拉國沿海養(yǎng)蝦業(yè)造成影響示意圖

3　以低咸水養(yǎng)殖南美白對蝦為例國內(nèi)可持續(xù)養(yǎng)殖體系的探索

3.1低鹽度南美白對蝦養(yǎng)殖面臨的問題

在我國，南美白對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，沿海省市開展了低鹽度南美白對蝦養(yǎng)殖的試驗，并獲得成功［7］。但以當前的養(yǎng)殖技術(shù)和方式，低鹽度南美白對蝦養(yǎng)殖技術(shù)不可避免地對沿海環(huán)境造成了一定程度的影響。

3.1.1養(yǎng)殖廢水氮磷超標造成水體富營養(yǎng)化，水體過剩營養(yǎng)物流失隨著對蝦生物量增加，有機碎屑、殘餌劇增，水體中氨氮含量也急劇增加，后期水體營養(yǎng)鹽含量最高可達1.021 mg/L。養(yǎng)殖水體的肆意排放導致養(yǎng)殖海域水體富營養(yǎng)化加重。一些海灣的水質(zhì)監(jiān)測也發(fā)現(xiàn)，對蝦養(yǎng)殖區(qū)海域無機氮無機磷超標，甚至劣于四類海水水質(zhì)標準，有機體污染嚴重，部分嚴重的有富營養(yǎng)化趨勢［8］。

3.1.2集約化對蝦養(yǎng)殖導致病害加劇近年來養(yǎng)殖戶不斷增大南美白對蝦養(yǎng)殖密度，隨著餌料投喂量逐漸加大，因餌料不充分利用形成殘余，并且?guī)砥渌恋矸e累，如殘存餌料、蝦排泄物、有機碎屑等。這為某些細菌和寄生蟲提供了極好的生存繁殖環(huán)境，致使水質(zhì)調(diào)控的難度逐漸加大，造成病害發(fā)生［7］。

3.1.3廢水不合理排放導致內(nèi)河淡水污染采取低鹽度對蝦養(yǎng)殖，在一定程度上擴大了對蝦養(yǎng)殖的地域性，但是養(yǎng)殖廢水的不合理排放也影響了淡水河道的生態(tài)環(huán)境。因缺乏合理的廢水排放管理條例而導致淡水污染問題，直接改變淡水水體的環(huán)境成分。

由上述養(yǎng)殖問題的衍生，導致養(yǎng)殖經(jīng)濟低下，生態(tài)群落改變，環(huán)境失調(diào)，土壤侵蝕，陸地作物產(chǎn)量降低等問題，最終將影響社會經(jīng)濟發(fā)展。

我們可以應(yīng)用生態(tài)水文學和IMTA原理來指導該養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。在大的規(guī)劃方面，采用生態(tài)水文學原理開展綜合規(guī)劃與設(shè)計，使得水文、養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境和其中的生物群落間和諧相處；在局部的養(yǎng)殖池塘區(qū)域內(nèi)采用IMTA方法，減少污染排放與對環(huán)境影響。

3.2生態(tài)養(yǎng)殖方法的嘗試

根據(jù)生態(tài)水文學理論，優(yōu)先合理地安排養(yǎng)殖水體的處理排放，同時通過IMTA理論設(shè)計養(yǎng)殖模式，達到減少污染排放，增產(chǎn)增收的目的。下述為目前較為普遍的低鹽度對蝦生態(tài)養(yǎng)殖方法。

對蝦養(yǎng)殖用水經(jīng)過物化沉淀、過濾處理，養(yǎng)殖后廢水排入廢水渠在生物處理情況下，廢水懸浮顆粒和富營養(yǎng)物質(zhì)含量下降，再用于蝦與軟體動物（如珍珠貝）混養(yǎng)，混養(yǎng)后廢水進行二次生物過濾，排入環(huán)境（圖5）。

在IMTA占主導作用下的對蝦養(yǎng)殖，主要以圖6為例的階梯型白對蝦養(yǎng)殖模型。在該模式下，白對蝦以高密度集約化的養(yǎng)殖為主要特點，從外部取水進行一系列凈水處理后，進入養(yǎng)殖塘用于白對蝦低鹽養(yǎng)殖，養(yǎng)殖后廢水排入生物凈化池，根據(jù)實際養(yǎng)殖廢水量，通過IMTA指導選擇養(yǎng)殖其他合適經(jīng)濟品種進行搭配。

圖5　漸變型對蝦養(yǎng)殖區(qū)域示意圖（寧波大橋生態(tài)農(nóng)莊案例）

圖6　階梯型對蝦養(yǎng)殖區(qū)域示意圖（寧波鄞州丹艷養(yǎng)殖場案例）

從上述兩種養(yǎng)殖模式都可以發(fā)現(xiàn)，在綜合管理中，生態(tài)水文學理論合理安排養(yǎng)殖區(qū)域；在細化養(yǎng)殖中，用多營養(yǎng)級綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)（IMTA）進行指導，探索該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4　小結(jié)

中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正在不斷發(fā)展，水環(huán)境問題，生態(tài)系統(tǒng)問題乃至產(chǎn)品質(zhì)量問題都是養(yǎng)殖需要考慮的方面，運用可持續(xù)發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理辦法，可以較好地緩和養(yǎng)殖引發(fā)的環(huán)境污染問題，是水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的必經(jīng)之路。

可持續(xù)發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，要因時、因地開展，其中養(yǎng)殖品種的選擇搭配要基于其在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的功能和經(jīng)濟價值。此外，還要知道在何處、何時和如何開展養(yǎng)殖，使得養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)各品種互補生長，更關(guān)鍵是，要懂得當系統(tǒng)中單一品種變成混合養(yǎng)殖時所產(chǎn)生的影響。

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資助項目∶國家自然科學基金項目（41276123）；國家星火計劃面上項目（2012GA701048）；教育部科技研究重大重點項目（212070）；寧波市科技局社發(fā)項目（2010C10055），寧波市種子種苗工程項目（2009040）
作者簡介∶徐永健，男，教授.E-mail:xuyongjian@nbu.edu.cn

doi:10.3969/j.issn.1004-2091.2016.03.015

收稿日期：（2015-09-14）