四種三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值評價*

班文波， 田相利**， 董雙林 ， 張　凱， 高明亮 ， 張東旭， 奉　杰， 張慶起

(1.中國海洋大學水產(chǎn)學院， 山東 青島266003； 2.連云港市贛榆區(qū)海洋漁業(yè)技術(shù)指導站， 江蘇 連云港 222100)

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四種三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值評價*

班文波1， 田相利1**， 董雙林1， 張凱1， 高明亮1， 張東旭1， 奉杰1， 張慶起2

(1.中國海洋大學水產(chǎn)學院， 山東 青島266003； 2.連云港市贛榆區(qū)海洋漁業(yè)技術(shù)指導站， 江蘇 連云港 222100)

摘要：為綜合評價以三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)為主的不同混養(yǎng)系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟性能。本研究通過海水池塘陸基圍隔養(yǎng)殖實驗，收集苗種投入、人工、電能、餌料投入、產(chǎn)量、風能、雨水能、太陽能等基礎數(shù)據(jù)；利用能值理論及分析方法，定量分析了蟹單養(yǎng)系統(tǒng)(C)、蟹蝦二元混養(yǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率(CS)、蟹蝦貝三元混養(yǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率(CSB)和蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)(CSBF)4種三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能流和物流特點；建立了能值評價指標體系，利用各能值指標綜合對比了4種養(yǎng)殖系統(tǒng)對環(huán)境的影響及可持續(xù)性。研究表明： 在太陽能值轉(zhuǎn)換率方面，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換單最低(3.65×106sej/J，P<0.05)，蟹單養(yǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換單最高(8.72×106 sej/J)。在產(chǎn)出能值交換率方面，四元混養(yǎng)系統(tǒng)顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，蟹蝦二元混養(yǎng)與蟹蝦貝三元混養(yǎng)系統(tǒng)之間無顯著差異，蟹單養(yǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換單最低(1.34)。在環(huán)境負載率方面，四元混養(yǎng)系統(tǒng)略高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(105.92)，蟹單養(yǎng)系統(tǒng)最低(91.42)。在能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)方面，四元混養(yǎng)系統(tǒng)顯著高于其它3種系統(tǒng)(P<0.05)，蟹蝦二元混養(yǎng)、蟹蝦貝三元混養(yǎng)和蟹單養(yǎng)3個系統(tǒng)之間無顯著差異(P>0.05)。綜合比較表明，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)在環(huán)境負載率略高的前提下，獲得了最低的太陽能值轉(zhuǎn)換率和最高的產(chǎn)出能值交換率，能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)顯著高于其他3種養(yǎng)殖系統(tǒng)。因此，蝦蟹貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)是經(jīng)濟效益相對高、環(huán)境污染相對小的養(yǎng)殖模式，應該在生產(chǎn)中推廣。

關鍵詞：能值分析； 三疣梭子蟹； 混養(yǎng)系統(tǒng)； 圍隔

BAN Wen-Bo, TIAN Xiang-Li, DONG Shuang-Lin, et al. Emergy evaluation of fourPortunustrituberculatusaquaculture systems [J].Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(3)： 31-40.

三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)隸屬甲殼綱(Crustacea)、十足目(Decapoda)、梭子蟹科(Portunidae)。因其肉多，脂膏肥滿，味鮮美，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟價值極高等特點深受養(yǎng)殖戶青睞，已成為中國北方沿海主要的海水養(yǎng)殖種類之一。梭子蟹與對蝦和貝類等的混養(yǎng)是比較常見的養(yǎng)殖模式[1]，然而在目前的實際生產(chǎn)中，更缺少對不同蟹蝦混養(yǎng)、蟹蝦貝混養(yǎng)等混養(yǎng)模式優(yōu)劣的客觀定量評價，混養(yǎng)模式的選擇具有盲目性。基于此，近年來眾多學者相繼對三疣梭子蟹養(yǎng)殖的相關理論與技術(shù)進行了研究，例如：張凱[2]、董佳[3]等對三疣梭子蟹不同混養(yǎng)系統(tǒng)的氮磷收支狀況進行了研究；奉杰等對比了不同混養(yǎng)系統(tǒng)的能量收支狀況[4]。然而，上述研究多是基于不同養(yǎng)殖系統(tǒng)的生態(tài)學特性角度進行的，目前尚未見將三疣梭子蟹混養(yǎng)系統(tǒng)作為一個生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進行分析研究的報道。

能值理論及其分析方法是定量核算自然資源與經(jīng)濟發(fā)展的真實價值的一種研究方法[5-8]，它有助于科學合理的評估自然資源對社會經(jīng)濟的貢獻[9]，從而評價養(yǎng)殖系統(tǒng)的可持續(xù)性。能值分析方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的研究中有較多報道，例如：秦傳新等研究了中國北方刺參養(yǎng)殖池塘的環(huán)境可持續(xù)性[10]；楊海龍等以貴州省從江縣小黃村為例比較研究了稻魚共生系統(tǒng)與水稻單作系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟效益[11]；張義勇等對葦田養(yǎng)蟹系統(tǒng)進行了分析[12]；趙忠寶等對稻—蟹—鰍生態(tài)系統(tǒng)進行了能值分析[13]；Li等對珠江口濕地三種不同水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)進行了分析[14]；Zhang等對南四湖3種濕地養(yǎng)魚系統(tǒng)做了能值評估和經(jīng)濟分析[15]。Lan等則定量分析了中國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能物流，并繪制了中國農(nóng)業(yè)總體生產(chǎn)系統(tǒng)能流能值模型圖[16]。不過，上述研究均是采用調(diào)研方法獲取相關數(shù)據(jù)，包括苗種投入、勞動力、產(chǎn)量等，由于養(yǎng)殖戶文化程度不一，基礎數(shù)據(jù)往往存在精確度不高的問題。同時，由于調(diào)查地點不一，很多地域性參數(shù)存在的差距也給能值分析結(jié)果帶來了較大不確定性問題。

本研究在多年三疣梭子蟹混養(yǎng)技術(shù)和理論研究的基礎上，采用海水池塘陸基圍隔實驗的方法獲取較為準確的相關數(shù)據(jù)，利用能值理論與分析方法，對三疣梭子蟹單養(yǎng)、蟹蝦二元混養(yǎng)、蟹蝦貝三元混養(yǎng)、蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)4種不同的系統(tǒng)內(nèi)的能流和物流進行分析，以期綜合評價上述4種養(yǎng)殖模式對環(huán)境的影響及其可持續(xù)性，從而為三疣梭子蟹混養(yǎng)理論與技術(shù)的進一步完善和提高提供依據(jù)。

1材料和方法

1.1 池塘、圍隔與養(yǎng)殖動物

養(yǎng)殖實驗在江蘇省贛榆縣佳信水產(chǎn)開發(fā)有限公司養(yǎng)殖池塘內(nèi)完成(119.12°E，34.83°N)。池塘為泥沙底質(zhì)，實驗期間水深1.3~1.5m，實驗采用陸基圍隔實驗法。圍隔由圍隔布和木樁支架構(gòu)成，在池塘中形成5m×5m×2.5m立體空間,圍隔結(jié)構(gòu)參見文獻[17]。每個圍隔放置5個連接鼓風機的氣石作為增氧設備。實驗開始前期對池塘進行了清污、暴曬，為防止梭子蟹養(yǎng)成過程中的殘食放置了隱蔽物。

實驗用梭子蟹(Portunustrituberculatus)蟹苗自購買連云港市佳信水產(chǎn)品開發(fā)有限公司，放養(yǎng)時平均甲寬(1.71±0.21)cm，平均甲長(0.88±0.10)cm，平均體重(0.59±0.06)g；凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)苗種購買自連云港市富祥育苗廠，并進行為期10d的淡水馴化，放苗時平均體長(1.37±0.19)cm，平均體重(0.05±0.01)g；菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)殼長(2.24±0.21)cm，殼寬(1.53±0.22)cm，殼高(0.92±0.11)cm，體重(0.96±0.11)g；梭魚(Lizahaematocheila)苗為海捕魚苗，體長(3.50±0.17)cm，體重(0.67±0.09)g。

1.2 實驗設計與管理

1.2.1 實驗設計實驗設置了4個處理，分別為三疣梭子蟹單養(yǎng)系統(tǒng)(C)、蟹蝦二元混養(yǎng)系統(tǒng)(CS)、蟹貝三元混養(yǎng)系統(tǒng)(CSB)和蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)(CSBF)。每個處理分別設置3個重復。具體放養(yǎng)情況見表1。其中C、CS、CSB的放養(yǎng)密度參照文獻[13]。梭魚放養(yǎng)密度參考潘海軍等對南美白對蝦和梭魚混養(yǎng)研究的結(jié)果確定[18]。

1.2.2 實驗管理圍隔于2014年6月20日進水完畢并用150mg·L-1漂白粉進行消毒，7月10日開始放苗。

實驗期間遵循定時定點的投餌原則，每天投餌2次，分別為7：00和19：00。對蝦飼料為“正大”牌南美白對蝦配合飼料，梭子蟹餌料為藍蛤(Aloidislaevis)。

每天利用餌料盤觀察殘餌，根據(jù)攝食情況調(diào)整投喂量。每天22：00至次日6：00定時增氧。養(yǎng)殖周期為97d。

1.3 基礎數(shù)據(jù)

1.3.1 苗種各不同處理苗種投入情況見表1。

1.3.2 餌料各處理餌料投入情況見表2。

表1　各實驗組的放養(yǎng)情況

注：C:三疣梭子蟹單養(yǎng)系統(tǒng)；CS:蟹蝦二元混養(yǎng)系統(tǒng)；CSB：蟹貝三元混養(yǎng)系統(tǒng)；CSBF:蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)。下同。

Note：C-the monoculture of crab;CS-polycultures of crab and shrimp;CSB-polycultures of crab and shrimp and clam; CSBF-polycultures of crab and shrimp and clam and fish. The same as belows.

①Portunustrituberculatus;②Litopenaeusvannamei;③Ruditapesphilippinarum;④Lizahaematocheila；⑤Seeds cost

表2　各實驗組的餌料投入情況

1.3.3 氣象指標實驗期間(7月10日—10月15日)，實驗區(qū)域接受的太陽能輻射為1550MJ·m-2[4]；降水量為516.1mm；平均風速為2.03m·s-1。降水量及風速由江蘇省氣象局提供。

1.3.4 收獲生物樣品養(yǎng)殖生物放收獲時分別留取適量養(yǎng)殖生物樣品，60℃下烘干測定含水率后粉碎，用氧彈儀(PARR-1281，美國)測定養(yǎng)殖生物樣品能量含量[19]，測定數(shù)據(jù)見表3。

1.4 分析方法

能值理論及其分析方法不僅能夠客觀地評價水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟收益，而且能夠評價養(yǎng)殖系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境的影響[20[21]能值理論及其分析方法進行相關分析。在綜合考慮影響三疣梭子蟹系統(tǒng)的自然資源和社會資源的基礎上，根據(jù)能值分析理論和養(yǎng)殖過程中的各種物質(zhì)、能量、信息的輸入和輸出，構(gòu)建了三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值流動圖[20,22-23](見圖1)。

表3　不同處理產(chǎn)出物質(zhì)的能量含量

Note：①Dry matter；②Energy；③Portunustrituberculatus；④Litopenaeusvannamei；⑤Ruditapesphilippinarum；⑥Lizahaematocheila

三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)能量來源分為可更新的環(huán)境資源投入能值(R)和購買的外部資源投入能值(F)?？筛沦Y源包括太陽能、風能、雨水能、海水能和潮汐能，購買的外部資源包括苗種投入、設施構(gòu)建、人工、電費、餌料投入等。結(jié)合表1和圖1以及能值分析理論，利用一系列能值指標對三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)進行定量分析。各能值指標見表4。

圖1　三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值流動圖

指標Index公式Formula意義Application太陽能值轉(zhuǎn)換率①TRTR=Y/Q養(yǎng)殖系統(tǒng)中輸入能量在轉(zhuǎn)換過程中的相對效率[24][25]環(huán)境負載率②ELRELR=F/R度量養(yǎng)殖系統(tǒng)對環(huán)境造成的生態(tài)壓力[25]能值產(chǎn)出率③EYREYR=Y/F本地資源對養(yǎng)殖系統(tǒng)生產(chǎn)過程的貢獻率[25]產(chǎn)出能值交換率④EERYEERY=YM/Y度量養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖生物銷售所獲得的能值效益[16]能值持續(xù)性指數(shù)⑤ESIESI=EYR/ELR養(yǎng)殖系統(tǒng)的可持續(xù)性[26]可持續(xù)發(fā)展的能值指⑥EISDEISD=EYR×EERY/ELR在考慮市場交換對能值產(chǎn)量影響的條件下,度量養(yǎng)殖系統(tǒng)的可持續(xù)性[7]

Note:①Solar transformity ;②Environmental loading ratio;③Emergy yield ratio;④Emergy exchange ratio of yield;⑤Emergy sustainable index；

⑥Emergy index for sustainable development

表4列出的能值指標的計算公式中：Y為系統(tǒng)中投入的總能值；R為養(yǎng)殖系統(tǒng)中投入的雨水能、太陽能、風能、潮汐能和海水能等可更新資源的總和；F為養(yǎng)殖系統(tǒng)中投入的購買外部資源的總和； Ym為產(chǎn)量乘以平均售價計算得到的養(yǎng)殖生物的年產(chǎn)值，再乘以貨幣的太陽能值轉(zhuǎn)換率得出。

2研究結(jié)果

2.1 養(yǎng)殖收獲情況

各養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖動物收獲情況見表5?？梢钥闯?，C和CSBF兩個養(yǎng)殖系統(tǒng)的梭子蟹產(chǎn)量顯著高于CS和CSB(P<0.05)；CSBF的對蝦產(chǎn)量也顯著高于CS和CSB(P<0.05)。從經(jīng)濟收益方面看，CSBF的經(jīng)濟收益顯著高于C、CS、CSB(P<0.05)，而CS和CSB在經(jīng)濟收益方面則沒有明顯差異(P>0.05)。

2.2 能值評價結(jié)果

根據(jù)圖1中三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值流動情況(見圖1)和系統(tǒng)能值分析中的投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)(見表1~3和5)，將各項指標轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的能值能值轉(zhuǎn)換率按9.44×1024sej/a的基準進行折算)，對4種梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)進行評價分析。

表5　不同處理養(yǎng)殖動物的收獲情況(平均值±標準差)

注：表中同一行中標注不同字母表示各數(shù)據(jù)之間差異顯著(P<0.05)。Note: Data in the same column with different superscripts are significantly diffe-rent (P<0.05).

①Portunustrituberculatus; ②Litopenaeusvannamei; ③Ruditapesphilippinarum; ④Lizahaematocheila

三疣梭子蟹各養(yǎng)殖模式能值分析結(jié)果見表6~9。各養(yǎng)殖系統(tǒng)的資源的投入可分為兩部分：可更新資源和購買的外部資源。各養(yǎng)殖系統(tǒng)投入的總能值為3.12×1017~3.61×1017sej。其中可更新資源包括太陽能、風能和雨水能、海水能、潮汐能，可更新資源總量以雨水能、海水能和潮汐能之和計算3.38×1015sej(太陽能、風能、雨水能為同類能源，以雨水能作為三者代表以避免重復計算)，占總投入能值的1.08%~0.94%。購買的外部資源包括設施構(gòu)建、苗種、餌料、人工和電能等，其能值之和為3.09×1017~3.58×1017sej，占養(yǎng)殖系統(tǒng)總能值投入99.04%~99.17%。在購買的外部資源中，苗種投入及餌料投入較大，其能值分別為6.83×1016~9.41×1016sej和1.27×1017~1.50×1017sej，分別占總能值投入的21.89%~26.07%和40.71%~42.94%。各養(yǎng)殖模式可更新資源投入相同，但隨著混養(yǎng)種類的增加，蟹蝦混養(yǎng)、蟹蝦貝混養(yǎng)、蟹蝦貝魚混養(yǎng)3種養(yǎng)殖模式與蟹單養(yǎng)相比，購買的外部的資源投入逐步增加。養(yǎng)殖過程中各項能值投入的百分比以及各養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)出的養(yǎng)殖生物的熱量均在各養(yǎng)殖模式能值分析表中列出。計算方式參考文獻[27]。

表6　蟹單養(yǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析表

續(xù)表6

項目Items 原始數(shù)據(jù)①/unit太陽能值轉(zhuǎn)換率②/sej·unit-1太陽能值③/sej各項所占分比④/%海水能Seawater1.90×104m31.84×1010[30]3.50×1014小結(jié)Subtotal3.38×10151.08購買的外部的資源輸入⑥設施構(gòu)建Construction6.11×104$8.48×1011[14]5.18×101616.60苗種Stockingseeds8.06×104$8.48×1011[14]6.83×101621.89電能Electricity1.67×1011J1.70×105[28]2.84×10169.10餌料Forage1.50×105$8.48×1011[15]1.27×101740.71人工Labor1.93×1010J1.73×106[15]3.34×101610.71小結(jié)Subtotal3.09×101799.04總和Total3.12×1017100產(chǎn)值熱值⑦/J3.58×1010太陽能值轉(zhuǎn)換率⑧/sej·J-18.72×106

注：能值分析表中原始數(shù)據(jù)以 hm2·a-1計算?？筛沦Y源包括太陽能、風能、雨水能、潮汐能和海水能，可更新資源總量以雨水化學能、海水能和潮汐能之和計算(避免重復計算)。表7、表8、表9同表6。Note: For all the study sites, the rain input was the largest among solar radiation, wind, and rain, thus it was selected to represent them, in order to avoid double counting. The same applied to Table 7, Table 8 and Table 9.

①Raw data；②Solar transformity；③Solar energy；④Percent；⑤Renewable environment resource inputs；⑥Purchased external resource inputs；⑦Heat of cultured animals；⑧Solar transformity

表7　蟹蝦混養(yǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析表

Note: ①Raw data; ②Solar transformity; ③Solar energy; ④Percent;⑤Renewable environment resource inputs; ⑥Purchased external resource inputs; ⑦Heat of cultured animals; ⑧Solar transformity

表8　蟹蝦貝混養(yǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析表

Note: ①Raw data; ②Solar transformity; ③Solar energy; ④Percent; ⑤Renewable environment resource inputs; ⑥Purchased external resource inputs; ⑦Heat of cultured animals; ⑧Solar transformity

表9　蟹蝦貝魚混養(yǎng)養(yǎng)殖系統(tǒng)能值分析表

Note: ①Raw data; ②Solar transformity；③Solar energy；④Percent；⑤Renewable environment resource inputs；⑥Purchased external resource inputs；⑦Heat of cultured animals；⑧ Solar transformity

2.3 能值分析指標

三疣梭子蟹不同養(yǎng)殖模式各能值指標分析結(jié)果見表10。

在各能值指標中，CSBF的太陽能值轉(zhuǎn)換率TR顯著低于其它3種混養(yǎng)系統(tǒng)，可持續(xù)性發(fā)展的能值指數(shù)EISD則顯著高于其他3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，其值分別為3.65×106和0.0200；CSBF的環(huán)境負載率ELR和產(chǎn)出能值交換率EERY最高，其值分別為105.92和2.11；CSBF產(chǎn)量能值交換率EERY顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)；C的環(huán)境負載率ELR和產(chǎn)出能值交換率EERY最低，其值分別為91.42和1.34；4種養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率EYR基本相同。

表10　三疣梭子蟹不同養(yǎng)殖系統(tǒng)相關能值指標對比分析

注：表中同一行中標注不同字母表示各數(shù)據(jù)之間差異明顯(P<0.05)。Note: Data in the same column with different superscripts are significantly different (P<0.05).

①Solar transformity;②Environmental loading ratio;③Emergy yield ratio;④Emergy exchange ratio of yield;⑤Emergy sustainable index;⑥Emergy index for sustainable development

3討論

在全球環(huán)境壓力增大的今天，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展日益受到關注和重視。而尋找經(jīng)濟效益高、對環(huán)境影響小、可持續(xù)發(fā)展的養(yǎng)殖模式成為水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的方向和焦點[30]。本研究利用能值理論與分析方法，對三疣梭子蟹單養(yǎng)、蟹蝦二元混養(yǎng)、蟹蝦貝三元混養(yǎng)和蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)等4種不同的系統(tǒng)進行了能值分析，以期對上述4種養(yǎng)殖模式對環(huán)境的影響及其可持續(xù)性進行綜合評價。

太陽能值轉(zhuǎn)換率是三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)中投入的總能值與三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)中產(chǎn)出的養(yǎng)殖生物所具有的能值之比。它是在產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成單位有效能量過程中所需要的能值，是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中或者能量轉(zhuǎn)換過程中效率的表現(xiàn)[24-25]。較高的能值轉(zhuǎn)換率表示產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中產(chǎn)出一個單位有效能量需要更多的能值輸入。在本研究中，4種不同養(yǎng)殖系統(tǒng)每產(chǎn)出1J能量的養(yǎng)殖生物需要的有效太陽能值輸入量為3.65×106~8.72×106sej，比珠江口3個不同魚種養(yǎng)殖系統(tǒng)[14]、養(yǎng)雞系統(tǒng)[32]和近海養(yǎng)魚系統(tǒng)[23]太陽能值轉(zhuǎn)換率略高，但在同一數(shù)量級上；其中，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)的太陽能值轉(zhuǎn)換率為3.65×106，該值低于南四湖半精養(yǎng)養(yǎng)魚系統(tǒng)[16]。4種系統(tǒng)之間比較，四元混養(yǎng)系統(tǒng)的太陽能值轉(zhuǎn)換率顯著低于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，表明在四元混養(yǎng)系統(tǒng)中每產(chǎn)出1J能量的養(yǎng)殖生物需要較少的有效太陽能值輸入量，也就是說，與其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)相比，四元混養(yǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)效率較高。

環(huán)境負載率是購買的外部資源能值與可更新資源能值的比值，表示海水養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境造成的壓力的大小。環(huán)境負載率值越大表示該養(yǎng)殖系統(tǒng)所承受的壓力也越大。相反，若該值較小則表明該養(yǎng)殖系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展仍具有開發(fā)的潛力[26]。理論上若養(yǎng)殖系統(tǒng)沒有不可更新資源的投入，僅靠可更新資源驅(qū)動，則該系統(tǒng)環(huán)境承載力等于零[21]。在本研究中，各養(yǎng)殖系統(tǒng)購買的外部資源能值遠大于可更新資源能值的輸入，其所占能值投入總量的比例在99%以上。但混養(yǎng)系統(tǒng)購買的外部資源中餌料和苗種投入比蟹單養(yǎng)系統(tǒng)多，因此混養(yǎng)系統(tǒng)的環(huán)境負載率相對較高。幾種混養(yǎng)系統(tǒng)比較，以蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)的環(huán)境負載率為最高(105.92)，大于宋科研究中東極大黃魚養(yǎng)殖系統(tǒng)的環(huán)境負載率(91.10)[21]。

能值產(chǎn)出率指三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)利用可更新資源的效率，為系統(tǒng)中投入的總能值與購買的外部資源能值總和的比值。其數(shù)值的大小表明三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)生產(chǎn)過程對可更新資源利用能力的大小。EYR的最小值為1，此時系統(tǒng)中投入的能值全部來自購買的外部資源，說明養(yǎng)殖過程中過多的依賴購買的外部資源，而沒有可更新資源投入[32]。本研究中，4種養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率差別不大，蟹單養(yǎng)為1.010，蟹蝦混養(yǎng)和蟹蝦貝混養(yǎng)系統(tǒng)為1.009，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)為1.008。從這一能值產(chǎn)出率可以看出，三疣梭子蟹養(yǎng)殖過程中更多的是依賴購買的外部資源，可更新資源對三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)生產(chǎn)過程的潛在貢獻率非常小，導致三疣梭子蟹養(yǎng)殖的經(jīng)濟成本相對較高，在市場競爭中缺乏優(yōu)勢，有必要對三疣梭子蟹養(yǎng)殖模式進行進一步的優(yōu)化研究。

產(chǎn)出能值交換率為養(yǎng)殖系統(tǒng)貨幣產(chǎn)出的總能值與系統(tǒng)中投入的總能值的比值，用來度量銷售中獲得的能值效益。Li對3個不同魚種養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，各系統(tǒng)產(chǎn)出能值交換率平均值為2.90[14]。在本研究中，各養(yǎng)殖系統(tǒng)的產(chǎn)出能值交換率在1.34~2.11之間，與上述結(jié)果相比偏小。4種養(yǎng)殖系統(tǒng)進行比較，四元混養(yǎng)系統(tǒng)的產(chǎn)出能值交換率為2.11，要顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，也高于Zhang等對南四湖3種養(yǎng)魚模式產(chǎn)量能值交換率的平均值[16]，表明蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)具有優(yōu)勢。

可持續(xù)發(fā)展的能值指數(shù)是在考慮市場交換對能值產(chǎn)量影響的條件下，用以度量三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的可持續(xù)性的指標[33]。在本研究的4種養(yǎng)殖系統(tǒng)中，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的能值指數(shù)要顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，但后三者的可持續(xù)發(fā)展的能值指數(shù)相互之間沒有明顯差異。這一結(jié)果表明，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)的可持續(xù)性要明顯高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)。

綜合比較4種三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值分析表不難發(fā)現(xiàn)，在可更新資源投入相同的情況下，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)在僅增加苗種和少許餌料投入的情況下，獲得了較高的能值產(chǎn)出。分析其原因，可能在于蟹蝦貝混養(yǎng)系統(tǒng)有效增加了系統(tǒng)的物種多樣性、分布空間的層次性，提高了營養(yǎng)物質(zhì)的利用率[33]。梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)混養(yǎng)對蝦后，被梭子蟹攝食的大型餌料生物的食物碎屑可成為對蝦的適口餌料，從而提高了池塘里餌料的利用率。同時，梭子蟹也會捕食一些患病瀕死游動能力較弱的病蝦，對防止蝦病爆發(fā)也具有一定的抑制作用[34-37]。而在蟹蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中進一步引入菲律賓蛤仔后，菲律賓蛤仔的濾食作用、生物沉積作用，可以加速向水體釋放營養(yǎng)鹽，這一系列過程形成了養(yǎng)殖水體中新的能量循環(huán)途徑，從而有效提高了系統(tǒng)的能量利用與轉(zhuǎn)化效率[4]。不過，梭子蟹、對蝦和菲律賓蛤仔均為底層生活種類，從提高對水體空間利用的互補性、多樣性以及對營養(yǎng)鹽的利用考慮，本研究在蟹蝦貝混養(yǎng)的基礎上又引入了梭魚。梭魚不僅可有效地利用水體的浮游生物、抑制有害藻類的過度繁殖，而且還能吞食對蝦殘餌、腐屑和細菌等，對凈化生態(tài)環(huán)境具有積極的意義。從表5可以看出，在三元混養(yǎng)系統(tǒng)中搭配梭魚后，四元混養(yǎng)中蟹和蝦的產(chǎn)量都要顯著高于其它養(yǎng)殖系統(tǒng)。而從能值分析的結(jié)果看，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)的優(yōu)越性反映在該系統(tǒng)在環(huán)境承載力略高的情況下，其太陽能值轉(zhuǎn)換率顯著低于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，產(chǎn)量能值交換率則顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，表明其具有較高的生產(chǎn)效率；在考慮市場交換對能值產(chǎn)量影響的條件下，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的能值指數(shù)顯著高于其它3種養(yǎng)殖系統(tǒng)(P<0.05)，說明其更具有可持續(xù)性。綜上所述，蟹蝦貝魚四元混養(yǎng)系統(tǒng)是經(jīng)濟效益高、環(huán)境影響小、具有可持續(xù)性的養(yǎng)殖模式，值得在養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐中大力推廣。

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責任編輯朱寶象

Emergy Evaluation of FourPortunustrituberculatusAquaculture Systems

BAN Wen-Bo1, TIAN Xiang-Li1, DONG Shuang-Lin1, ZHANG Kai1,GAO Ming-Liang1, ZHANG Dong-Xu1, FENG Jie1, Zhang Qing-Qi2

(1. College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China；2. Marine Fishery Technology Guiding Office of Ganyu, Lianyungang 222100, China)

Abstract:This study was the first of introducing emergy analysis theory into land-based enclosure experimental system in ponds. To overcome the disadvantage of investigation and other ways of energy analysis, regional difference and base data inaccuracy were controlled to be not high. In this study, swimming crab (Portunus trituberculatus), white shrimp (Litopenaeus vannamei) and short-necked clam (Ruditapes philippinarum) and fish (Liza haematocheila) were cultured in different polyculture combinations. Four combinations were designed, i.e., the monoculture of crab (C) and polycultures of crab and shrimp (CS), crab and shrimp and clam (CSB), crab and shrimp and clam and fish (CSBF), three repeats each. Both physical and monetary input and output data about the culturing processes were collected. Emergy analysis considering the economic aspect and the natural contribution through meaningful comparison across different systems had been proved to be a powerful tool of assessing the ecological economic systems and processes, especially in mariculture field. In this paper, energy analysis method was employed to evaluate the polyculture systems of Portunus trituberculatus. Transformity (TR), environmental loading ratio (ELR), emergy yield ratio (EYR), emergy sustainable index (ESI) and emergy index for sustainable development (EISD) were selected to characterize the resource use, environmental impact and the overall sustainability of the four Portunus trituberculatus aquaculture systems. The results showed that the TR of CSBF was significantly lower than that of other combinations (P<0.05). In addition, the TR of CSBF was lower than that of fish farming systems in Nansi Lake Area (emergy evaluation and economic analysis of three wetland fish farming systems in Nansi Lake area). The lower transformity indicated that the CSBF system had higher efficiency in energy conversion than fish farming systems in Nansi Lake area. The emergy yield ratio (EYR) for the two production systems was both very low and close to 1, which simply meant that each process only converted resources from outside into product without much addition from local resources. The ELR of CSBF was 105.92, slightly higher than that of other combinations, but the EERY of CSBF was significantly higher than that of other combinations (P<0.05). The EISD of CSBF was significantly higher than that of other combinations (P<0.05). With regard to environmental load and overall sustainability, CSBF was the best system with higher economic benefit and relatively smaller impact on the environment and much sustainable. Anyway, the four systems studied here still heavily relied on purchase industrial resource and were less efficient in exploring the local resource, therefore innovation in production techniques and institutional reforms was urgently needed in China.

Key words:emergy analysis; Portunus trituberculatus; polyculture system; enclosure

DOI:10.16441/j.cnki.hdxb. 20150021

中圖法分類號：S917

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)03-031-10

作者簡介：班文波(1989-)，男，碩士生，從事水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)學研究。E-mail: 360141355@qq.com**通訊作者:E-mail: xianglitian@ouc.edu.cn

收稿日期：2015-02-04；

修訂日期：2015-05-18

*基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAD13B03)；山東省杰出青年基金項目(JQ201009)資助

引用格式：班文波， 田相利， 董雙林， 等. 四種三疣梭子蟹養(yǎng)殖系統(tǒng)的能值評價[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版)， 2016, 46(3)： 31-40.

Supported by State “Twelfth Five-Year” Science and Technology Support Plan (2011BAD13B03)； Shandong Province Outstanding Youth Fund Project (JQ201009)