林武坤，梁儉能，施國(guó)斌

（廣州市番禺區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)站，廣州 511400）

0 引言

華南地區(qū)常見(jiàn)的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種都是溫水性品種，如羅非魚(yú)、黃鰭鯛、淡水白紹、羅氏沼蝦、南美白對(duì)蝦等，它們最適宜的生長(zhǎng)水溫一般為25～30℃。當(dāng)水溫長(zhǎng)時(shí)間處于10℃以下時(shí)，這些魚(yú)蝦會(huì)食欲減退，甚至停止攝食，引起死亡，所以大多溫水性魚(yú)蝦很難在普通池塘中安全越冬。在冬季來(lái)臨之前，養(yǎng)殖者就要根據(jù)往年的養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)和氣象預(yù)測(cè)，提前根據(jù)池塘條件加大池水深度，提前搭建保溫大棚，充分利用日照，提高并保持池塘水體溫度，確保養(yǎng)殖魚(yú)蝦安全越冬。

搭建保溫大棚的池塘，由于池塘上方的空氣受到大棚的限制，基本上處于不流通的密閉狀態(tài)，特別是當(dāng)冬天出現(xiàn)持續(xù)低溫陰雨天氣時(shí)，池塘邊的青草和池塘水中的藻類(lèi)因?yàn)闆](méi)有光合作用而不產(chǎn)生氧氣，此時(shí)要想達(dá)到較好的增氧效果，如何選擇合適的增氧設(shè)備設(shè)施是養(yǎng)殖戶(hù)面對(duì)的除了保溫外的另一個(gè)難題。

1 華南地區(qū)氣候特征及水產(chǎn)適溫特性

華南地區(qū)北界是南亞熱帶與中亞熱帶的分界線。這條界線以南的華南地區(qū)，最冷月平均氣溫接近10℃，極端最低氣溫為-4℃，日平均氣溫大于10℃的天數(shù)超過(guò)300 d。多數(shù)地方年降水量為1 400～2 000 mm，是一個(gè)高溫多雨、四季常綠的熱帶-亞熱南帶區(qū)域[1]。王文靜等在《華南地區(qū)氣候變化與旱澇災(zāi)害響應(yīng)關(guān)系分析》中，通過(guò)研究1960年至2013年華南地區(qū)的年平均氣溫（見(jiàn)圖1）指出，該地區(qū)54年的平均氣溫為19.95℃，年均氣溫最低值出現(xiàn)在1976年，為19.25℃；年均氣溫最高值出現(xiàn)在1998年，為20.84℃。1960—2013年華南地區(qū)的氣溫呈上升的趨勢(shì)，上升的速率為0.17℃／10 a（P＜0.05）（該式中10 a表示10年，下同；P是統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上估計(jì)結(jié)果真實(shí)程度的一個(gè)參數(shù)，為結(jié)果可信程度的一個(gè)遞減指標(biāo)，P值越大，越不能認(rèn)為樣本中變量的關(guān)聯(lián)是總體中各變量關(guān)聯(lián)的可靠指標(biāo)，一般把顯著性水平設(shè)定為0.05，當(dāng)P值小于0.05時(shí)， 認(rèn)為因?yàn)榕既恍远斐刹町惖母怕时容^?。?，與全國(guó)增溫的速率（0.1～0.2℃／10 a）相一致[2,3]。

圖1 1960—2013年華南地區(qū)年平均氣溫變化

在全球氣候變暖的背景下，極端氣候事件不斷發(fā)生，危及到區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，給國(guó)家、社會(huì)、人民的生活造成巨大的損失。隨著全球氣候變化研究的不斷深入，不僅要注重氣候變化的特征，還要關(guān)注氣候變化所引起的一系列災(zāi)害[4]。如2016年1月下旬開(kāi)始，華南地區(qū)受寒冷天氣影響，廣州市番禺區(qū)氣溫普遍降到5℃以下，寒潮持續(xù)過(guò)程長(zhǎng)達(dá)20多天，最低氣溫為2.7℃，沒(méi)有搭建保溫大棚的池塘最低水溫下降到7℃，溫水性的羅非魚(yú)、鯪魚(yú)、淡水白鯧、暗紋東方豚、南美白對(duì)蝦、羅氏沼蝦、熱帶觀賞魚(yú)等發(fā)生凍死、凍傷現(xiàn)象并繼發(fā)水霉病害。

在華南地區(qū)，水產(chǎn)養(yǎng)殖的適宜月份是5月至10月，這段時(shí)間，溫度適宜，魚(yú)蝦生長(zhǎng)速度快，但是價(jià)格普遍不高；每年11月至次年4月這段時(shí)間，溫度較低，魚(yú)蝦生長(zhǎng)速度緩慢甚至停止生長(zhǎng)乃至凍死，所以這段時(shí)間水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)出低，價(jià)格普遍較高。為了達(dá)到全年均衡養(yǎng)殖，增加產(chǎn)出，增加收入，在冬季使用水產(chǎn)保溫大棚就顯得很有必要。如南美白對(duì)蝦適溫范圍為18～35℃，最適溫度為24～3℃，耐低溫能力差，每年冬季至次年春季，華南地區(qū)多采用搭建水產(chǎn)保溫大棚的方式進(jìn)行養(yǎng)殖。

2 搭建水產(chǎn)保溫大棚

在冬季來(lái)臨前，根據(jù)池塘條件加大池水深度，在塘底局部開(kāi)挖深槽、深坑，在池塘水面局部覆蓋薄膜或草簾，都可以起到一定的保溫效果。但是，對(duì)于價(jià)值較高的溫水性養(yǎng)殖品種，較好的保溫方式是搭建保溫大棚。

適宜搭建水產(chǎn)保溫大棚的池塘，面積一般為8 000～16 000 m2。池塘過(guò)小，保溫效果差；池塘太大，搭建難度太高。搭建時(shí)，可采用鋼管或杉木樁支撐起框架，池塘四周打下拉線樁柱，拉上一層鋼絲網(wǎng)（間隔40 cm左右），上面蓋塑料薄膜，在塑料薄膜上與底部鋼絲垂直的方向再拉一層鋼絲網(wǎng)（間隔100 cm左右），壓住薄膜，防止大風(fēng)刮破薄膜，薄膜四周與魚(yú)塘四邊連接，可用泥土將薄膜壓住密封或者用裝沙土的袋子壓實(shí)，形成一個(gè)中間稍微凸起的流線型密封罩。為了避免下雨時(shí)薄膜上滯留的雨水壓垮大棚，在大棚低洼的地方，互相垂直的鋼絲形成的每一個(gè)四方格的薄膜中間，戳1～2個(gè)小孔，讓雨水通過(guò)。雨水容易流走不會(huì)形成積水的地方不用戳孔，以減少棚內(nèi)外空氣對(duì)流。

2.1 兩種水產(chǎn)保溫大棚的比較

華南地區(qū)早期的水產(chǎn)保溫大棚基本上都是木結(jié)構(gòu)的，用杉木作為大棚的主體支撐結(jié)構(gòu)和四周的拉線樁柱。近幾年來(lái)，隨著各級(jí)政府農(nóng)業(yè)設(shè)施補(bǔ)貼政策的實(shí)施推動(dòng)，以鍍鋅鋼管作為主要建設(shè)材料的鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚逐步受到養(yǎng)殖戶(hù)的歡迎，并且有代替木結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚的趨勢(shì)。

鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚（如圖2）的優(yōu)點(diǎn)是大棚空間跨度大，適用于較大面積的池塘建設(shè)，甚至可以跨兩個(gè)池塘進(jìn)行建設(shè)，有利于節(jié)省大棚主體支撐材料和四周拉線樁柱數(shù)量；結(jié)構(gòu)剛性好，不易變形、垮塌；耐用性好，使用壽命長(zhǎng)，主體結(jié)構(gòu)保養(yǎng)得當(dāng)可以使用10多年。缺點(diǎn)是造價(jià)高，每10 000 m2的建設(shè)費(fèi)用約為18萬(wàn)元。鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚，適用于池塘承包使用期比較長(zhǎng)、養(yǎng)殖規(guī)模比較大、資金比較雄厚的養(yǎng)殖戶(hù)。

木結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚（如圖3）的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，每10 000 m2的建設(shè)費(fèi)用約為4.5萬(wàn)元。缺點(diǎn)是剛性相對(duì)較差，受強(qiáng)風(fēng)影響容易變形垮塌，并且杉木容易腐爛，一般使用2年就要進(jìn)行更換。木結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚，適用于池塘承包使用期比較短、養(yǎng)殖規(guī)模比較小、資金不是很雄厚的養(yǎng)殖戶(hù)。

2.2 池塘大小對(duì)保溫效果的影響

圖2 鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚

在池塘水位一定的條件下，池塘的大小將決定池塘水體容量。在冬季，搭建了保溫大棚的池塘水體溫度一般比外部溫度高6～10℃，取平均溫差為8℃，取池塘平均水深2 m，池塘水面至棚頂?shù)钠骄叨葹?.5 m，水的比熱容為4 200 J/kg℃，水的密度為1 000 kg/m3，空氣的比熱容為1 030 J/kg℃,空氣的密度為1.29 kg/m3，則一定面積的池塘水體和大棚內(nèi)空氣在溫度下降時(shí)釋放出來(lái)的熱量Q=c×m×△t（式中Q是一定質(zhì)量的物質(zhì)升高或降低一定的溫度所吸收或放出的熱量；c是比熱容，是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量，即使單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能，單位是J/kg；m是物體的質(zhì)量，單位是kg；△t是物體的溫差，單位是℃）。從而可以計(jì)算出不同面積池塘的熱容量，見(jiàn)圖4。

由于水的密度是空氣的775.2倍，水的比熱容是空氣的4.1倍，下降同樣的溫差，同樣體積的水和空氣放出的熱量相差懸殊。由圖4數(shù)據(jù)可以看出，8 000 m2水面的池塘，在溫度下降8℃時(shí)，池塘水體放出的熱量是5.38×1011J，大棚內(nèi)空氣放出的熱量2.13×108J，池塘水體放出的熱量是大棚內(nèi)空氣放出熱量的2 526倍，可見(jiàn)水體是維持大棚內(nèi)溫度穩(wěn)定的主要介質(zhì)。從池塘水體放出熱量曲線隨池塘水體面積大小的變化趨勢(shì)可以看出，在大棚搭建技術(shù)成熟和搭建成本適當(dāng)?shù)臈l件下，在較大面積池塘上搭建保溫大棚將更有利于保持大棚內(nèi)的溫度穩(wěn)定。

圖3 木結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚

圖4 不同面積池塘熱容量比較

3 水產(chǎn)保溫大棚內(nèi)增氧模式研究

3.1 水產(chǎn)養(yǎng)殖增氧設(shè)備

目前常用的水產(chǎn)養(yǎng)殖增氧設(shè)備有葉輪式增氧機(jī)、水車(chē)式增氧機(jī)、射流式增氧機(jī)、噴水式增氧機(jī)、微孔曝氣式增氧機(jī)等。在廣州市番禺區(qū)主要使用葉輪式增氧機(jī)、水車(chē)式增氧機(jī)和微孔曝氣式增氧機(jī)等。

葉輪式增氧機(jī)葉輪轉(zhuǎn)軸垂直于地面，利用葉輪在水中的強(qiáng)烈攪動(dòng)，提升葉輪周?chē)w在水面形成的水花和水躍，擴(kuò)大了氣液的接觸面積，同時(shí)在水下形成水層的上下流動(dòng)和交換，進(jìn)而達(dá)到增氧目的。

水車(chē)式增氧機(jī)葉輪轉(zhuǎn)軸與地面平行，利用葉輪的滾動(dòng)，槳葉擊打水面激起水花和水躍，并把空氣壓入水中，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與水面平行的作用力，形成一股定向水流，使表層水定向流動(dòng)，在一定深度的水層內(nèi)形成上下流動(dòng)和交換，進(jìn)而達(dá)到增氧的效果。

微孔曝氣增氧機(jī)是由羅茨鼓風(fēng)機(jī)和微孔管組成的水底曝氣增氧設(shè)施，通過(guò)鋪設(shè)在水底的管道，把壓縮空氣或氧氣輸送到池塘底部，由曝氣微孔從水底慢慢往上向水體擴(kuò)散補(bǔ)充氧氣，是一種能快速提高水體溶氧量的增氧方式。早期的曝氣管受制造技術(shù)限制，微孔容易堵塞，增氧效果不佳。隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用納米技術(shù)制造的曝氣管，管壁比較厚，微孔不易堵塞，工作時(shí)形成的氣泡小，氣泡上升慢，增氧效果好。

3.2 水產(chǎn)保溫大棚增氧模式選擇

葉輪式增氧機(jī)、車(chē)輪式增氧機(jī)和微孔曝氣增氧機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中各有特點(diǎn)，都具備不錯(cuò)的增氧效果，前兩種增氧設(shè)備在給水體增氧的同時(shí)，還能促進(jìn)水體在垂直方向或水平方向的流動(dòng)與交換。但是，不管是葉輪式還是車(chē)輪式增氧機(jī)，都只能利用增氧機(jī)旁邊的空氣與水體進(jìn)行氧氣交換，在高密度封閉的池塘養(yǎng)殖中，如果沒(méi)有額外的氧氣補(bǔ)充，將會(huì)造成魚(yú)類(lèi)的窒息死亡[5]。而微孔曝氣增氧機(jī)則可以通過(guò)輸氣管道，將水產(chǎn)保溫大棚外部新鮮空氣輸送到大棚內(nèi)部進(jìn)行增氧，利用遠(yuǎn)處的空氣與池塘的水體進(jìn)行氧氣交換。

3.3 水產(chǎn)保溫大棚內(nèi)葉輪式增氧與微孔曝氣增氧效果比較

為貼近實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)，試驗(yàn)選用華南地區(qū)最常用的葉輪式增氧機(jī)和微孔曝氣增氧機(jī)，選用中等大小的池塘和冬季常見(jiàn)的多云間陰的天氣進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)，選取養(yǎng)殖池塘1個(gè)，該池塘為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)120 m，寬60 m，水面面積6 300 m2，平均水深1.9 m。池中主要養(yǎng)殖品種為南美白對(duì)蝦。在池塘中安裝1 臺(tái)2.2 kW微孔曝氣增氧機(jī)和1 臺(tái)2.2 kW 葉輪式增氧機(jī)，分別對(duì)每臺(tái)機(jī)器單獨(dú)進(jìn)行增氧試驗(yàn)。微孔曝氣機(jī)配2.2 kW 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的空氣壓縮機(jī)，布置10 根30 m 曝氣管，每根曝氣管間隔10 m，平行布置在池塘底部，曝氣管共長(zhǎng)300 m。2.2 kW 葉輪式增氧機(jī)，布置在養(yǎng)殖池塘中心。

為減小試驗(yàn)誤差，選擇天氣比較穩(wěn)定的連續(xù)兩天對(duì)葉輪式增氧機(jī)和微孔曝氣式增氧機(jī)先后進(jìn)行單獨(dú)的增氧試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)天氣均為晴間多云（當(dāng)天氣溫分別為12.5～23℃，13～22.5℃），實(shí)測(cè)大棚內(nèi)水體平均水溫分別為24.8℃和24.7℃。為控制池塘藻類(lèi)和浮游植物的穩(wěn)定，連續(xù)2 d停止池塘的進(jìn)水和排水，不添加其他物質(zhì)，不人為改變池塘的水環(huán)境，飼料投喂時(shí)間、投喂量保持一致。沿池塘長(zhǎng)方向中心線橫向左、右均布2個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)分別在水深0.5 m 和1.5 m 布置2個(gè)測(cè)氧點(diǎn)，每10 min 記錄1 次溶解氧數(shù)據(jù)，獲得該池塘中各點(diǎn)的溶解氧濃度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，計(jì)算相同深度的溶解氧數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。選取水體起始溶解氧接近時(shí)開(kāi)始試驗(yàn)，在上午10時(shí)左右開(kāi)始對(duì)該池塘連續(xù)增氧130 min，至池塘溶氧值變化趨勢(shì)穩(wěn)定時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

從圖5中可以看到，葉輪式增氧機(jī)剛開(kāi)始工作時(shí)，0.5 m處水層的溶解氧濃度稍有下降，這是葉輪式增氧機(jī)加速了上下層水體交換的緣故，之后能同時(shí)增加表面和底層水體中的溶氧值。試驗(yàn)中，連續(xù)開(kāi)機(jī)130 min后，池塘水深1.5 m 處溶解氧增加值為0.7 mg/L，水深0.5 m 處溶解氧增加值為0.9 mg/L，葉輪式增氧機(jī)能使池塘中的溶氧平均值增加0.8 mg/L，且底層水深1.5 m 處溶解氧增加值要低于表層水深0.5 m 處。

圖5 葉輪式增氧機(jī)池塘試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束時(shí)，池塘水深1.5 m 和水深0. 5m處上下水層溶氧差值分別為1.4 mg/L和1.6 mg/L，氧差變化率＝[(1.6-1.4)/1.4]×100%=14.3%，且上下水層的溶解氧曲線無(wú)交點(diǎn)，偏離較大，上升緩慢，表明葉輪式增氧機(jī)，整體增氧效果不明顯，特別是底層水體增氧效果較差，水體上下水層溶解氧偏差較大，未能達(dá)到上下一致增氧。

微孔曝氣增氧機(jī)池塘試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。微孔曝氣增氧機(jī)在養(yǎng)殖池塘增氧時(shí)能同時(shí)快速增加表面和底層水的溶氧值，試驗(yàn)中連續(xù)開(kāi)機(jī)130 min 后，池塘水深1.5m 處溶解氧增加值為3.81 mg/L，水深0.5 m 處溶解氧增加值為2.75 mg/L，池塘中的溶氧值平均值增加3.28 mg/L，且底層水深1.5 m 溶解氧增加值要明顯高于表層水深0.5 m 處。試驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束時(shí)池塘水深1.5 m 和水深0.5 m 處溶氧差值分別為1.4 mg/L和0.34 mg/L，上下水層氧差變化率=[(1.4-0.34)/1.4]×100%=75.7%，且上下水層與池塘平均值的溶解氧曲線在60 min 時(shí)顯示開(kāi)始接近，實(shí)測(cè)池塘溶氧數(shù)據(jù)在開(kāi)機(jī)后80 min 時(shí)幾乎重疊，試驗(yàn)顯示微孔曝氣增氧機(jī)整體增氧效果較好。

圖6 微孔曝氣增氧機(jī)池塘試驗(yàn)結(jié)果

池塘增氧試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在相同試驗(yàn)條件下，同一個(gè)養(yǎng)殖品種的池塘中，運(yùn)行同等功率配置的上述兩種增氧機(jī)械，微孔曝氣增氧機(jī)對(duì)整個(gè)池塘的平均溶解氧增加值是葉輪式增氧機(jī)的4.1倍，使用微孔曝氣增氧機(jī)時(shí)能較好提升池塘的整體溶解氧水平，且能快速縮小上下水層溶解氧差。

4 結(jié)語(yǔ)

1）微孔曝氣增氧設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)、空氣壓縮裝置都安裝在保溫大棚外面，通過(guò)輸送管道可以把大棚外面新鮮的含氧比較高的空氣壓送進(jìn)大棚內(nèi)的水體，能快速有效地提高池塘水體不同水層的溶解氧，同時(shí)也改善了大棚內(nèi)的空氣質(zhì)量，所以，微孔曝氣增氧模式比葉輪式增氧模式更適合水產(chǎn)保溫大棚使用。對(duì)于蝦、蟹等喜歡靜態(tài)水體的養(yǎng)殖品種，一個(gè)面積14 000 m2的池塘配置2臺(tái)2.2 kW微孔曝氣增氧機(jī)就可以滿(mǎn)足增氧要求；對(duì)于喜歡流動(dòng)水體的魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖品種，可以在微孔曝氣增氧的基礎(chǔ)上再增加配置1～2臺(tái)2.2 kW葉輪式或車(chē)輪式增氧機(jī)。

2）鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚的建造成本是木結(jié)構(gòu)保溫大棚的4倍左右，雖然一次性投入大，但由于鍍鋅鋼管的鋼架和拉線樁柱使用壽命可達(dá)10年左右，而木結(jié)構(gòu)保溫大棚的杉木棚架和拉線樁柱的使用壽命僅為2年左右，所以總體上，兩種保溫大棚的平均年使用成本相當(dāng)，但是鋼結(jié)構(gòu)水產(chǎn)保溫大棚減少了更換木頭棚架和樁柱的人工費(fèi)用，且大棚剛性好，表面平滑，流線型好，能減少大棚薄膜破損和棚內(nèi)熱量損失，更適合用于大面積池塘搭建使用。

3）華南地區(qū)的水產(chǎn)保溫大棚一般在10月份開(kāi)始搭建，這時(shí)候氣溫還沒(méi)下降，光照好。搭建保溫大棚后，可以在冬季來(lái)臨前，利用陽(yáng)光輻射提高池塘水體和大棚內(nèi)空氣的溫度，有利于冬季時(shí)池塘水體保溫。如果遇上連續(xù)好天氣，大棚內(nèi)部溫度過(guò)高，這時(shí)可以卷起部分大棚邊上的薄膜，讓大棚外部的空氣流入，加快大棚內(nèi)的空氣流通，進(jìn)行適當(dāng)降溫。

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