活魚陸運(yùn)的水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)發(fā)展研究

曾志雄1,2，呂恩利1,2，陸華忠1,2，郭嘉明1,2，趙俊宏2

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點實驗室，廣州510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州 510642）

水產(chǎn)品具有低脂肪、高蛋白等特點，其肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)豐富，深受消費(fèi)者的青睞[1]。水產(chǎn)品一般分為“活、鮮、凍、老（老指腌制品）”四類，各類口味不同，市場價格差別較大[2-4]。其中，活水產(chǎn)品口味最好，價格亦比凍品高，且市場需求量大于一般凍品[3-5]。據(jù)報道，日本市場的活魚價格比一般凍品高出8～10倍[3]；香港人均年消費(fèi)水產(chǎn)品 40kg，其中 90%是活海鮮[3,6]；每年進(jìn)入上海市場的活水產(chǎn)品達(dá)到3萬噸[3-5]。

水產(chǎn)品在流通過程中，活體流通率較低，內(nèi)陸地區(qū)水產(chǎn)品主要以冰鮮和冷凍方式銷售。在水產(chǎn)行業(yè)中，活體流通率是指鮮活水產(chǎn)品在單位時間、單位體積內(nèi)的轉(zhuǎn)移量?；铘~運(yùn)輸技術(shù)水平低的問題，成為影響水產(chǎn)行業(yè)高效發(fā)展的一個重要因素。面臨日益繁榮和龐大的活水產(chǎn)消費(fèi)市場，活魚陸運(yùn)技術(shù)的研究尤為迫切。本文在文獻(xiàn)檢索的基礎(chǔ)上，歸納了活魚運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀，指出了影響活魚陸運(yùn)水體環(huán)境的相關(guān)因素，分析了主要的水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)，并提出了活魚陸運(yùn)水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 活魚運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀

我國幅員遼闊，水產(chǎn)品的消費(fèi)地與產(chǎn)地之間往往距離較長，在運(yùn)輸過程中，部分魚因為缺氧或不能適應(yīng)環(huán)境變化而死亡，造成經(jīng)濟(jì)損失[2,6-8]。

目前，活魚運(yùn)輸主要有密閉運(yùn)輸、開放式運(yùn)輸和麻醉輔助運(yùn)輸?shù)确椒╗6-10]。密閉運(yùn)輸無法監(jiān)控水體環(huán)境，運(yùn)輸時間短，不適合大規(guī)模長途運(yùn)輸；麻醉輔助運(yùn)輸易導(dǎo)致藥物殘留，對健康產(chǎn)生危害；開放式運(yùn)輸適合批量運(yùn)輸，對水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)要求較高，還存在著水體環(huán)境控制粗放，缺少生命體征監(jiān)測，氧氣利用效率低等問題，成為制約活魚長途陸上運(yùn)輸?shù)闹饕蛩亍?/p>

2 影響水體環(huán)境的因素

魚類的生命活動隨水體環(huán)境條件的相對穩(wěn)定及變化而維持動態(tài)平衡。魚類適宜的生態(tài)條件與魚的種類及原生活環(huán)境有關(guān)，如水溫、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、鹽度等因素[3-7]。

2.1 水溫

魚類是變溫動物，體溫隨所處水溫的變化而變化[4]。每種水產(chǎn)動物均有其生存的溫度可適范圍[4,6]。水溫高，生物體的代謝率與耗氧量增高，產(chǎn)生的二氧化碳與氨含量增高，會造成魚體內(nèi)血液和氧的親和力減弱[3-6,10-12]；水溫太低，魚體容易凍傷。若水溫突變，魚體內(nèi)部機(jī)能不能自我調(diào)節(jié)、適應(yīng)水溫突變，魚易患病 。因此，在水體環(huán)境調(diào)控時，應(yīng)將水溫逐步調(diào)節(jié)到該品種魚類的生存水溫下限附近，不可快速降溫，并防止溫差過大影響魚存活率。

2.2 溶解氧含量

活魚的新陳代謝消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳[3]，其呼吸又分為鰓呼吸和氣呼吸。腮呼吸在水中進(jìn)行，而氣呼吸主要通過口腔及咽喉黏膜、皮膚等輔助呼吸器官從空氣中吸取氧氣[3]。魚主要通過腮呼吸攝取氧氣。

研究指出，由于海水魚對氧氣的攝取能力較淡水魚弱，溶解氧含量降低時更易死亡。當(dāng)水體中溶解氧下降、魚體缺氧時，魚體會提高呼吸運(yùn)動的頻率，以維持一定的呼吸強(qiáng)度[1-4,12-14]。當(dāng)溶解氧低于一定水平時，提高呼吸頻率也不能滿足氧供應(yīng)，魚體窒息死亡時對應(yīng)的溶解氧含量為窒息點。一般來說，魚蝦蟹的溶解氧窒息點在0.5～2.5mg/L，而且其排泄物與分泌物也需溶解氧來氧化，因此，水體環(huán)境的溶解氧必須保持在 4mg/L以上[4,11-16]。

2.3 氨氮含量

在運(yùn)輸過程中，魚的排泄物及粘液等逐漸積累，造成水體懸濁物不斷增多。若不及時處理，將使黏液、剝離組織碎片、有機(jī)物等懸濁物附著于魚體鰓孔，影響魚有效的氣體交換面積，造成攝氧困難，且易造成微生物大量生長，進(jìn)而使水中溶解氧進(jìn)一步降低[1-3,6,15-16]。因此，在運(yùn)輸過程中保持水中的高溶解氧可以降低氨氮含量，避免氨中毒。

2.4 溶解二氧化碳含量

魚類在水中呼吸會排出二氧化碳，使水中的溶解二氧化碳濃度升高[4,16]。運(yùn)輸過程中由于魚的運(yùn)輸密度較高，水體中的CO2濃度也容易升高。運(yùn)輸期間，水槽中所含的二氧化碳濃度為20～30 mg／L[4]。如果二氧化碳的濃度超過此范圍，應(yīng)往水中充氣，排出二氧化碳，并增加水中的溶解氧，保障魚體正常的生活環(huán)境[1-4]。溶解二氧化碳對魚產(chǎn)生危害的濃度范圍為 60～100mg／L，此時即使水中溶解氧處于飽和狀態(tài)，魚類不能正常呼吸，會造成窒息死亡[1-4,16-17]。需要注意的是，高濃度的溶解二氧化碳含量對某些魚類還具有一定的麻醉作用[1,19]。

2.5 pH

不同魚類對水體酸堿度的耐受力不同。水體中的pH能夠直接影響魚體的生理狀況，且氨和溶解二氧化碳含量隨pH變化，從而進(jìn)一步影響?；钸\(yùn)輸?shù)拇婊盥蔥1,18]。魚類正常生長的最適pH值為7.0～8.0，當(dāng)pH值下降或升高時，魚類的耗氧量下降，而當(dāng)pH值>10.0或<2.8時，可損壞鰓的表面而導(dǎo)致魚類呼吸中止[3,17,20]。

2.6 鹽度

淡水魚和海水魚的耗氧量均隨水中鹽含量的升高而減少[16]。水中的鹽類有氯化物、磷酸鹽、碳酸鹽、氮化合物和硫酸鹽等各種鹽類，其主要通過改變水的滲透壓進(jìn)而影響魚類正常生理活動。魚類的滲透壓調(diào)節(jié)作用只能局限于一定鹽度范圍，如果鹽度過大或變化過于劇烈則導(dǎo)致應(yīng)激反應(yīng)的出現(xiàn)，甚至使魚體生理失調(diào)或危及生命[12,21,35]?；铘~在運(yùn)輸過程中容易發(fā)生撞擊使表皮受損、體表粘液增多，造成滲透壓不平衡，從而引起活魚患病[4]。在運(yùn)輸過程中可在水體中加入氯化鈉或氯化鈣，使水產(chǎn)品“變硬”，減少體表粘液的形成[12,16]。

2.7 噪聲與震動

安靜的水體環(huán)境可增加水產(chǎn)生物的安全感，體能消耗亦少。盡管輕微的震動可增加水中溶氧，但噪聲與震動會刺激魚蝦蟹的運(yùn)動，并增加其代謝強(qiáng)度，體力損耗增大，嚴(yán)重的會引起其代謝紊亂，影響成活率[21-22]。

3 水體環(huán)境調(diào)節(jié)技術(shù)

魚類在長距離運(yùn)輸過程中，正常存活的必要水體環(huán)境條件是：適宜的水溫、良好的水質(zhì)和足夠的溶解氧[2,5,9-10]。水體環(huán)境的調(diào)控技術(shù)主要有：水溫調(diào)節(jié)技術(shù)，溶解氧控制技術(shù)，水質(zhì)調(diào)節(jié)技術(shù)和水體環(huán)境監(jiān)控技術(shù)。

3.1 水溫調(diào)節(jié)技術(shù)

為避免夏季高溫引起魚死亡，減弱運(yùn)輸過程中水產(chǎn)動物的新陳代謝，需在魚箱上采用制冷裝置降溫。水體環(huán)境的降溫是靠制冷壓縮機(jī)和熱交換器來完成的。文獻(xiàn)[5,7,36]指出，對于多數(shù)魚類而言，當(dāng)降溫速度為 1.5～2.0℃/h時效果較好。而在冬季進(jìn)行活魚運(yùn)輸時，若外界溫度較低，此時需避免水溫低于魚類生存適溫下限，則運(yùn)輸裝備應(yīng)具有升溫裝置。魚艙水體的升溫靠熱油載體燃油鍋爐和熱交換器來完成[2,5,23]。一般來說，水體升溫速度以0.5℃/h較佳[5]。

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖直接傳熱降溫方法如冰塊降溫和自然對流降溫存在無法精確控制、溫度場分布不均勻等問題，不能滿足活魚運(yùn)輸?shù)奶厥庖骩27,36]。目前，能實現(xiàn)實時精確控制的機(jī)械式水溫調(diào)節(jié)裝置具有較佳的應(yīng)用前景[5,36]。歐致奮[27]指出，當(dāng)活魚運(yùn)輸系統(tǒng)未配備溫控裝置，對魚艙水的溫度不可控時，魚類在運(yùn)輸過程中容易死亡，滋生病菌。2005年，朱健康等[5]應(yīng)用閉式循環(huán)系統(tǒng)，結(jié)合降溫技術(shù)，在淡水航區(qū)運(yùn)載海水活魚，存活率大于90%。2010年，他們利用閉式循環(huán)可控溫水族箱，進(jìn)行了不同水溫下真鯛存活率試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水溫較低的試驗組（14～15℃）溶解氧含量下降較緩慢，真鯛存活率也較高[32]。張飲江等[17]實現(xiàn)了對水溫的自動調(diào)控，運(yùn)輸模擬試驗中，金魚存活率達(dá)95%。

為減少水體與外界傳熱，魚艙應(yīng)配備絕熱性能較好的保溫層。保溫層一般采用聚氨酯發(fā)泡技術(shù)，如果采用外表包覆玻璃鋼則可防止雨水或海水滲透及腐蝕。

3.2 溶解氧控制技術(shù)

用于活魚運(yùn)輸?shù)脑鲅跫夹g(shù)主要有：鼓風(fēng)增氧技術(shù)、機(jī)械增氧技術(shù)、噴淋增氧技術(shù)、射流增氧技術(shù)、增氧劑增氧技術(shù)等[24,25]。

鼓風(fēng)增氧技術(shù)是將壓縮空氣（或純氧）通過擴(kuò)散設(shè)備分散成氣泡形式，使氧迅速擴(kuò)散進(jìn)入水體。噴淋增氧主要利用循環(huán)水泵將水從容器中抽出，噴向空中，將水體分散成細(xì)小的噴淋水線，增加氣液接觸面積，空氣中的氧溶入水中后，水再回到運(yùn)輸容器中。射流曝氣的工作原理則是將水加壓通過噴射嘴射出，利用高速射流形成的局部負(fù)壓把空氣吸入。增氧劑增氧是指向水體中投入一些能產(chǎn)生氧的化學(xué)物質(zhì)，達(dá)到增加水體溶氧的目的。

在水體溶解氧調(diào)節(jié)機(jī)理方面，Winstone[14]分析了氧氣在活魚運(yùn)輸中的應(yīng)用，指出在長時間、高密度的?；钸\(yùn)輸過程中要保持充足的氧供給，才能保證較高的存活率。朱雙喜[25]以氧氣瓶為淡水魚增氧運(yùn)輸，氧氣利用率不足10%，增加了運(yùn)輸成本。Lyngstad[32]結(jié)合增氧技術(shù)，設(shè)計了一種應(yīng)用于活魚運(yùn)輸?shù)膬Υ嫒萜?，其適用范圍較廣。黃嘯[24]對比了水體不同供氧技術(shù)的充氧效率，并利用膜式無泡供氧技術(shù)，設(shè)計了一種禮品裝水產(chǎn)品活體運(yùn)輸箱，模擬運(yùn)輸試驗中水產(chǎn)品的存活率達(dá)到95%以上。

3.3 水質(zhì)調(diào)節(jié)技術(shù)

在循環(huán)水路中增設(shè)過濾裝置，是去除水中懸濁物的有效方法[1-3,6]。目前常用的過濾裝置有2種，一種是以泡沫分離裝置為主，生物過濾為補(bǔ)充的過濾器；另一種是碳化棉過濾器[5,6,26-30]。在日本，丸山俊朗等[28]采用泡沫分離裝置產(chǎn)生的泡沫取出雜質(zhì)。在我國，朱健康等[5]提出了在船舶甲板采用滲透過濾技術(shù)凈化水質(zhì)，并給出過濾層厚度比例。亦有研究指出，沸石去除氨氮效果顯著[2,26]。

采用紫外線或臭氧殺菌，也能有效抑制有害細(xì)菌和微生物的生長繁殖，減少水體中的有害細(xì)菌和微生物的數(shù)量，避免水質(zhì)惡化[27]。

3.4 水體環(huán)境監(jiān)控技術(shù)

目前，國內(nèi)活魚運(yùn)輸設(shè)備中大多數(shù)都缺少監(jiān)控設(shè)施，往往只是憑經(jīng)驗來判斷，而造成魚死亡的機(jī)理并沒有深入研究[1,6]。Farrell[34]發(fā)現(xiàn)，成年鮭魚在運(yùn)輸過程中不同時間的攝氧量差異較大，需對水體環(huán)境中溶解氧含量、溶解二氧化碳等指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)控。運(yùn)輸過程中，如果能及時監(jiān)測水中的溶解氧含量、溶解二氧化碳含量、氨氮量、水溫和pH等指標(biāo)，就能及時采取相應(yīng)措施，優(yōu)化水體環(huán)境，從而提高運(yùn)輸效率[6,15]。近年，研究者開始注重活魚運(yùn)輸?shù)膶崟r監(jiān)控技術(shù)。朱雙喜[25]采用氧氣瓶為淡水魚運(yùn)輸增氧，以換水調(diào)節(jié)水溫和水質(zhì)，采取人工觀察魚的生命體征。朱健康等[5]實現(xiàn)對海魚運(yùn)輸裝置水體環(huán)境溶解氧的監(jiān)測，為溶氧控制提供參考。徐良杰[30]結(jié)合循環(huán)水系統(tǒng)研制了活魚運(yùn)輸船，實現(xiàn)了對溶解氧的監(jiān)測與調(diào)節(jié)。盧俊杰等[8]設(shè)計了帶自動監(jiān)控系統(tǒng)的活魚運(yùn)輸裝置，可根據(jù)溶解氧、溫度等實時數(shù)據(jù)進(jìn)行自動控制。

4 活魚陸運(yùn)水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

活魚運(yùn)輸是魚類生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，關(guān)鍵問題是提高成活率、延長保活運(yùn)輸時間和降低運(yùn)輸成本[2-4]。活魚運(yùn)輸要結(jié)合其生理生態(tài)特性，解決好水溫、水質(zhì)和溶解氧等影響活魚存活率的水體環(huán)境調(diào)控問題。

化學(xué)藥劑?；罘椒芴岣叱苫盥室约敖档瓦\(yùn)輸成本，但藥物在魚體內(nèi)的作用機(jī)理、代謝途徑研究尚不深入，對諸如誘導(dǎo)期、麻醉時間、藥物殘留量、對人體的危害等還沒有可信的評判依據(jù)，也沒有得到長時間的安全驗證[3-7,31]。

基于水體環(huán)境調(diào)控的活魚陸運(yùn)方式，消除了藥物殘留，保證了活魚的品質(zhì)，提高了水產(chǎn)品的競爭力，將成為活魚遠(yuǎn)程保鮮運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?。活魚陸運(yùn)的水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)與裝備向著節(jié)能、精控和智能的方向發(fā)展。

4. 1 在加強(qiáng)節(jié)能研究的同時，注重環(huán)保

活魚運(yùn)輸集制冷、保溫、增氧和過濾凈化等系統(tǒng)于一體[2,5,26-30]，應(yīng)加強(qiáng)各系統(tǒng)的集成與協(xié)調(diào)控制，并引入變頻等節(jié)能技術(shù)。在精確控溫的同時，節(jié)約能源，注重環(huán)保。此外，活魚陸運(yùn)的節(jié)能應(yīng)用，可以降低運(yùn)輸成本，擴(kuò)大利潤空間。

4. 2 水體環(huán)境流場分布規(guī)律研究

水體環(huán)境速度場、溫度場、溶解氧濃度場和溶解二氧化碳濃度場的均衡性是保證活魚運(yùn)輸品質(zhì)的重要因素之一。魚艙內(nèi)溫差越大、氣體濃度差越大，對活魚運(yùn)輸品質(zhì)影響就越大。因此，應(yīng)加強(qiáng)對水體環(huán)境流場分布規(guī)律的研究，可采用計算流體力學(xué)（CFD）軟件進(jìn)行計算機(jī)模擬，以縮短研究周期，對魚箱內(nèi)流場均勻性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，選擇優(yōu)化方案，并進(jìn)行試驗研究。

4. 3 智能化監(jiān)測與調(diào)控

為及時掌控活魚運(yùn)輸?shù)乃w環(huán)境變化，應(yīng)開展水體環(huán)境調(diào)控機(jī)制研究，實現(xiàn)對活魚長途運(yùn)輸?shù)闹悄芑O(jiān)控與管理，減少巡查勞動強(qiáng)度，避免因設(shè)備故障引起水產(chǎn)品質(zhì)變化，使活魚保鮮運(yùn)輸更加安全、便利和高效。

4. 4 水體增氧方式研究

鼓風(fēng)增氧、機(jī)械增氧、增氧劑增氧等增氧速度較慢[27-30]，消耗了多余動力，應(yīng)加強(qiáng)水體增氧方式研究，深入探索水體溶解氧調(diào)節(jié)機(jī)理，提高水體環(huán)境的增氧效率，實現(xiàn)快速供氧，延長運(yùn)輸供氧時間和運(yùn)輸距離。

5 結(jié)論與展望

1）通過查閱分析國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了活魚運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展動態(tài)，歸納了影響活魚陸運(yùn)水體環(huán)境的因素（水溫、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、鹽度、噪聲與震動），并整理了水溫調(diào)節(jié)、溶解氧控制、水質(zhì)調(diào)節(jié)、水體環(huán)境監(jiān)控等水體環(huán)境調(diào)節(jié)技術(shù)。對于大部分的活魚陸地運(yùn)輸，降溫與增氧是調(diào)節(jié)水體環(huán)境的重要手段。

2）我國幅員遼闊，水產(chǎn)品保活運(yùn)輸?shù)臈l件差異較大，在實際運(yùn)輸中應(yīng)因地制宜地采用不同檔次及規(guī)格的活魚運(yùn)輸形式，并加強(qiáng)對活魚陸運(yùn)中水體環(huán)境調(diào)控技術(shù)與裝備的改進(jìn)，如，集成變頻等節(jié)能技術(shù)，加強(qiáng)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，降低運(yùn)輸成本；探索水體環(huán)境流場分布規(guī)律，優(yōu)化魚艙結(jié)構(gòu)設(shè)計；開展智能化監(jiān)控與管理，提高水產(chǎn)品質(zhì)；深入研究水體溶解氧調(diào)節(jié)機(jī)理，實現(xiàn)快速增氧。

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