對蝦養(yǎng)殖水處理管理理念與策略的思考

于道德, 宋靜靜, 劉凱凱, 葉海斌, 王曉璐, 王友紅, 劉洪軍

對蝦養(yǎng)殖水處理管理理念與策略的思考

于道德1, 宋靜靜1, 劉凱凱1, 葉海斌2, 王曉璐2, 王友紅2, 劉洪軍2

(1. 山東省海洋科學(xué)研究院 山東省海水健康養(yǎng)殖技術(shù)工程技術(shù)研究中心, 山東 青島 266104; 2. 山東省海洋科學(xué)研究院 山東省海水養(yǎng)殖病害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266104)

針對對蝦養(yǎng)殖過程水處理的研究現(xiàn)狀和瓶頸問題, 文章綜述了國際和國內(nèi)重要的水處理管理理念與策略, 主要包括: 養(yǎng)殖用水“減法”管理理念、投入品“減法”管理理念、基于微生物的水處理策略和基于不同營養(yǎng)級的生物水處理策略等。較全面地探討了養(yǎng)殖節(jié)水、生態(tài)調(diào)水、精準(zhǔn)投喂、補(bǔ)償生長、生物餌料、生物過濾器、水動力等對于水處理的重要性。并建議建立基于對蝦福利生物學(xué)的水處理評價(jià)體系, 聯(lián)合生物行為變化、生態(tài)生理指標(biāo)、水體理化指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。該綜述期望為對蝦產(chǎn)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供新思路和可行路徑。

對蝦; 水處理; 補(bǔ)償生長; 福利生物學(xué); 管理理念與策略

21世紀(jì)人類面臨諸多困境, 包括人口增長、氣候變化、環(huán)境污染、地球關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)價(jià)值持續(xù)降低、海洋漁業(yè)資源持續(xù)衰退、河流生物多樣性降低和淡水危機(jī)等[1]。水產(chǎn)養(yǎng)殖暫時緩和了人們對海洋蛋白的需求與漁業(yè)資源持續(xù)衰退之間的矛盾。然而, 以犧牲環(huán)境為代價(jià)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來短暫效益的同時, 其根源性的弊端, 如臨近水域環(huán)境退化、疫病頻發(fā)等也成為阻礙水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸[2]。養(yǎng)殖水產(chǎn)品作為陸源蛋白替代品是否有助于水資源保護(hù)的科學(xué)問題仍存在爭議[3]。因此, 針對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理念、方法、設(shè)施大量涌現(xiàn), 基于水產(chǎn)設(shè)施的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(recirculating aquaculture systems, RAS)、基于生態(tài)方法的多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖(integrated multi- trophic aquaculture, IMTA)系統(tǒng)、環(huán)境友好型的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)(environmentally friendly approach)[4]和養(yǎng)殖尾水零排放系統(tǒng)(zero-discharge system, ZDS)[5]等概念和模式也在不斷豐富和擴(kuò)展中。水處理問題作為其中極其重要的環(huán)節(jié), 決定了其養(yǎng)殖模式是否可持續(xù)發(fā)展。

凡納濱對蝦()和斑節(jié)對蝦()作為主要養(yǎng)殖品種, 在全球許多沿海國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要角色, 例如中國、泰國、孟加拉國、厄瓜多爾等[6]。然而, 目前對蝦生產(chǎn)模式帶來高額經(jīng)濟(jì)回報(bào)的同時, 亦對環(huán)境產(chǎn)生了災(zāi)難性的影響[7]。池塘養(yǎng)殖作為當(dāng)前主要的對蝦養(yǎng)殖模式, 其對水的需求量很大。水作為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的主要載體涉及自身污染、食品安全、環(huán)境污染、疾病與人類健康、耐藥性的水平傳遞等諸多方面, 這成為未來制約對蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。

國內(nèi)外已有大量關(guān)于對蝦水產(chǎn)養(yǎng)殖用水的研究, 包括基于工藝流程工廠化循環(huán)水模式[8]、基于生態(tài)系統(tǒng)方法的綜合養(yǎng)殖模式(池塘模式)、針對單一養(yǎng)殖品種——凡納濱對蝦室內(nèi)養(yǎng)殖水處理和調(diào)控[9]以及魚類養(yǎng)殖過程循環(huán)水處理過程和工藝等, 這些對于對蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展都是值得借鑒和參考的。中國的與東南亞、非洲、拉美等國家的對蝦養(yǎng)殖在氣候、區(qū)域等自然條件方面存在巨大的差異性, 加之不同對蝦品種或者品系在生理生態(tài)、養(yǎng)殖方式、個體行為等方面的種間差異性, 意味著在水處理方面中國借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)的同時, 更需構(gòu)建適于本國的對蝦養(yǎng)殖水處理理念與模式。

1 養(yǎng)殖用水的“減法”管理理念

與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比, 水產(chǎn)養(yǎng)殖的直接水足跡(water footprint)用水量極大。例如, 池塘養(yǎng)殖方式按收獲生物量計(jì)算用水量為45 m3/kg[10], 而傳統(tǒng)養(yǎng)殖斑節(jié)對蝦的平均耗水量僅為20 m3/kg[11]。就投入品而言, 配合餌料在生產(chǎn)時已消耗大量水資源(虛擬水, virtual water), 其作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的間接水足跡不容忽視。因此, 改善喂養(yǎng)策略和保持良好水質(zhì)需在優(yōu)化生產(chǎn)、餌料替代和減少浪費(fèi)等方面同步進(jìn)行[12]。

對蝦養(yǎng)殖換水的目的是保持水質(zhì), 促進(jìn)蝦體生長,避免氨、氮等濃度過高影響對蝦早期的蛻皮過程[13]。然而, 換水意味著潛在營養(yǎng)物質(zhì)(有機(jī)物)的大量浪費(fèi), 故精準(zhǔn)確定養(yǎng)殖需水量至關(guān)重要。因此, 規(guī)?；乃a(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)制定并執(zhí)行最佳水管理實(shí)踐(best water management practice, BWMP)的規(guī)程十分必要, 制定科學(xué)計(jì)劃用水、有效換水及其替代方案等(如赤潮、滸苔災(zāi)害等不可抗力及突發(fā)事件)。以池塘養(yǎng)殖為例, 綜合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣候條件、水土流失狀態(tài)、池塘滲漏率、蒸發(fā)等因素, 結(jié)合養(yǎng)殖的品種、規(guī)格、密度、生長周期、生物量、池塘內(nèi)浮游生物群落狀態(tài)及水體的營養(yǎng)狀態(tài)來正確評估養(yǎng)殖最佳用水量。

在養(yǎng)殖過程中, 也要根據(jù)對蝦的生長狀態(tài)、密度、攝食情況等, 對補(bǔ)充/交換的必要性以及用水量進(jìn)行評估。僅憑技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行換水不僅增加成本, 還會增加養(yǎng)殖系統(tǒng)的不穩(wěn)定性(外界海水病毒的引入等)[14]。Boyd指出, 水交換通常對水質(zhì)沒有太大裨益[15], 所以到底需不需要換水是值得思考的問題。

1.1 精準(zhǔn)投喂與配方優(yōu)化策略

目前的生產(chǎn)方式表明, 水產(chǎn)養(yǎng)殖并不是一個節(jié)水的替代畜牧業(yè)的糧食生產(chǎn)方式。對蝦飼料配方中的陸源成分, 如大豆、玉米等農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中本身就消耗大量水, 在替代魚粉魚油的過程中增加了水足跡, 所以水產(chǎn)養(yǎng)殖對淡水資源的壓力亦會越來越大[16]。根據(jù)池塘水體狀態(tài)、對蝦自身狀態(tài), 首先要減少不必要的投喂, 建立屬于每個養(yǎng)殖群體的特定餌料精準(zhǔn)投喂策略。據(jù)統(tǒng)計(jì), 水產(chǎn)養(yǎng)殖中餌料的浪費(fèi)比例高達(dá)30%, 飼料中的氮只有25%在蝦收獲時被回收, 而約75%被釋放到水體中[17], 這是富營養(yǎng)化養(yǎng)殖尾水中氮、磷等主要有機(jī)污染物的來源[18]。且對蝦在低溶氧條件(4 mg/L)下, 攝食餌料多未消化而形成假糞排入水體, 惡化水質(zhì)[19]。因此, 提高對蝦不同品種、不同生長階段的餌料利用效率將是未來對蝦可持續(xù)養(yǎng)殖的重要一環(huán)。除了在餌料配方上需進(jìn)一步優(yōu)化外, 還需明晰對蝦消化系統(tǒng)與植物蛋白飼料源之間的相互作用, 通過調(diào)節(jié)對蝦腸道和水體中的微生物群, 提高對蝦對于營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。這相當(dāng)于養(yǎng)殖過程中通過減少投入品而達(dá)到的減排措施, 不僅減少了水的消耗, 也減少了池塘養(yǎng)殖的潛在污染[20], 這樣的雙重功效是我們養(yǎng)殖實(shí)踐中最容易忽視的環(huán)節(jié)。

1.2 補(bǔ)償生長(compensatory growth, CG)策略

補(bǔ)償生長是機(jī)體進(jìn)行自我營養(yǎng)調(diào)控的一個生長現(xiàn)象, 是動物在經(jīng)受長期營養(yǎng)限制后以較高速度生長以獲得補(bǔ)償性提高的現(xiàn)象[21]。除陸生畜禽動物外, 大量水產(chǎn)動物都存在補(bǔ)償生長現(xiàn)象[22], 包括魚類[23]和對蝦等甲殼類[24]。雖然對于CG進(jìn)化結(jié)果、生理和分子機(jī)制等還不是很清楚, 但這不影響人們在對蝦養(yǎng)殖實(shí)踐中利用這種特性來節(jié)約水資源、減少污染[25]。大量生產(chǎn)性的實(shí)驗(yàn)已證實(shí), 在不同對蝦品種應(yīng)用CG, 如斑節(jié)對蝦[26]、中國明對蝦()[27]和短溝對蝦()[28]均取得了良好效果, 在凡納濱對蝦中, 甚至可節(jié)約25%的餌料, 大大降低養(yǎng)殖池塘的換水量[29]。另外, 腸道內(nèi)含物分析顯示: 在限制攝食的情況下, 斑節(jié)對蝦的腸道包含碎屑物質(zhì)、輪蟲、橈足類、硅藻和綠藻, 這些均有助于蝦的生長[19, 26, 30]。因此, 在池塘養(yǎng)殖條件下更需時刻注意CG原理的應(yīng)用。未來應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)養(yǎng)殖對蝦的品種、發(fā)育時期以及養(yǎng)殖模式等, 綜合計(jì)算CG閾值, 并在閾值范圍內(nèi)進(jìn)行CG原理的應(yīng)用。在蝦蟹類蛻皮等與生長密切相關(guān)的發(fā)育事件等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn), 建立CG策略尤為重要。

1.3 生物餌料養(yǎng)殖模式

海水端足目鉤蝦亞目種類是甲殼動物中最大的類群之一, 具有個體小、種類多、繁殖快、分布廣的特點(diǎn), 是很多底棲魚蝦類和游泳動物的優(yōu)質(zhì)餌料。海水池塘端足類的重要優(yōu)勢種——中華原鉤蝦()在作為養(yǎng)殖對蝦的動物性活餌方面已經(jīng)受到廣泛關(guān)注[31-32]。另外, 東營河口地區(qū)已有利用池塘養(yǎng)殖青苔(絲狀海藻)和蜾蠃蜚()作為蝦苗前期生物餌料的生態(tài)化模式, 對蝦長至6～8 cm不投餌[33], 管理方便, 不需要換水, 是一種非常適合中國鹽堿地區(qū)的對蝦池塘養(yǎng)殖模式, 通過進(jìn)一步優(yōu)化量化該模式中定植培育的生物餌料物種組成與配比, 可以做到對蝦養(yǎng)殖全程不換水、不投餌或少換水、少投餌。

如何利用好池塘等天然水體的自我發(fā)育、演替等生態(tài)過程來為對蝦的水產(chǎn)養(yǎng)殖服務(wù), 如何讓水產(chǎn)養(yǎng)殖在更加符合生態(tài)理念條件下可持續(xù)發(fā)展, 是人們必須優(yōu)先考慮的問題[34]。伴隨著短時季節(jié)性群落演替、生物多樣性變化、能量及食物網(wǎng)構(gòu)成等研究的逐步深入, 零餌料添加的對蝦生態(tài)養(yǎng)殖模式必定會愈加完善。該生態(tài)養(yǎng)殖模式具備環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn), 同時對于水產(chǎn)品品質(zhì)提升、食品安全升級亦具有重要的借鑒作用。

2 基于微生物的水處理系統(tǒng)

養(yǎng)殖水處理的管理理念與養(yǎng)殖模式的發(fā)展是相輔相成的, 生物絮凝技術(shù)(biofloc techonology, BFT)最早是為了解決對蝦循環(huán)水養(yǎng)殖模式中水質(zhì)問題而發(fā)展起來的, 這與ZDS在理念上是一致的[35-36], 也稱作零交換需氧異養(yǎng)系統(tǒng)(zero-exchange aerobic hetero-trophic system, ZEAH), 目前已在對蝦循環(huán)水養(yǎng)殖中廣泛應(yīng)用[37]。BFT的技術(shù)核心包括添加有機(jī)碳源、調(diào)節(jié)水體的碳氮比, 并通過不斷曝氣和攪拌, 將氨氮等有害氮素轉(zhuǎn)化成菌體蛋白, 形成可被濾食性的生物絮團(tuán)[38]。其優(yōu)勢在于減少水的消耗和餌料量、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)利用、減少病原體的引入而提高生物安全[38]。該技術(shù)應(yīng)用到雜食性羅非魚和對蝦的養(yǎng)殖過程中, 可節(jié)約10%～20%的飼料[39-40], 降低養(yǎng)殖對象對魚粉和魚油的營養(yǎng)依賴[41]。以BFT為核心的人工基質(zhì)和生物膜技術(shù)亦具有良好的開發(fā)前景[42]。

益生菌(probiotics), 即友好的細(xì)菌(friendly bacteria), 源于對宿主的有利作用, 主要作用于腸道菌群的穩(wěn)定。Kozasa最早在鰤魚()養(yǎng)殖上使用益生菌,隨后Kewcharoen等記錄了芽孢桿菌（spp.）具有提高凡納濱對蝦生長率、免疫力，同時改善水質(zhì)的能力[43]。源于益生菌在水產(chǎn)動物疾病控制中的巨大潛力, 其商業(yè)化的速度要快很多。1998年, 商業(yè)化的益生菌(芽孢桿菌)產(chǎn)品開始應(yīng)用于對蝦的池塘養(yǎng)殖。源于益生菌的益生素(益生元)及共生素(合生元)等微生物及天然小分子物質(zhì), 亦可調(diào)節(jié)目標(biāo)物種的腸道微生物菌群群落健康[44]。目前, 此類微生物制劑的作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)養(yǎng)殖物種腸道菌群穩(wěn)定、提高抗病能力和促消化等方面, 亦可通過抑制有病菌繁殖起到一定的改善水質(zhì)的作用。極少的微生物制劑也可直接調(diào)節(jié)水質(zhì)情況, 如芽孢桿菌, 可降低水體氨氮濃度、維持海水酸堿度穩(wěn)定[45]。

然而, 該領(lǐng)域可應(yīng)用的生產(chǎn)操作規(guī)范尚不完善, 會出現(xiàn)無選擇或過量添加益生菌的情況, 對環(huán)境造成一定的負(fù)面影響[46]。涉及對蝦品種、發(fā)育時期、水環(huán)境、微生態(tài)制劑的組合、劑量和持續(xù)時間等變量以及關(guān)聯(lián)性研究仍需要進(jìn)一步細(xì)化。生物絮凝和益生菌添加技術(shù)都是利用微生物作用來進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)、營養(yǎng)增效, BFT依賴于碳源的類型, 開發(fā)更為經(jīng)濟(jì)的碳源(工農(nóng)業(yè)的廢棄物)以及不同碳源對于水體各指標(biāo)的貢獻(xiàn)值的量化是未來主要方向之一, 這決定著后期發(fā)育中的微生物組成和主要群落功能[47]。值得注意的是, 近99%的微生物是不能培養(yǎng)的, 人們對于微生物組成以及其生態(tài)功能的認(rèn)知尚處于初級階段。無論是BFT中自然生長的, 還是添加益生菌形成的所謂有益微生物群落在對蝦養(yǎng)殖水體中都具有不穩(wěn)定、未知性、特異性的特性。故微生物群落間相互作用和養(yǎng)殖系統(tǒng)生態(tài)學(xué)是對蝦養(yǎng)殖中微生物群落的成功管理基礎(chǔ), 也是未來重點(diǎn)研究的方向[48]。

不同于生物絮凝和益生菌的原位水處理技術(shù), 利用脫氮硫桿菌及其他微生物的生物脫氮技術(shù)等, 屬于循環(huán)水尾水無害化處理的范圍, 而且都是尾水異位后處理模式。世界上目前利用循環(huán)水進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的比例不過5%, 且具有技術(shù)和成本上的局限性,其中硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌在生物脫氮的過程中, 都容易產(chǎn)生一氧化二氮(N2O), 溫室效應(yīng)的強(qiáng)度是二氧化碳(CO2)的265倍多, 且壽命達(dá)100年之久, 在我們沒有完全清楚該氣體產(chǎn)生的機(jī)制, 并能完全控制該過程的前提下, 大量使用這樣的水處理技術(shù)具有很大的風(fēng)險(xiǎn)[49], 故我們不做該方向的論述。

3 基于多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)

在中國海水養(yǎng)殖的實(shí)踐中, 多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖(IMTA)系統(tǒng)主要源于中國學(xué)者針對桑溝灣開展的一系列工作[50-53]。本質(zhì)上, IMTA是模擬可見的自然生態(tài)系統(tǒng)組成, 根據(jù)不同營養(yǎng)級的物種混合養(yǎng)殖, 在系統(tǒng)內(nèi)部通過生物修復(fù)(bioremediation)過程完善水處理過程, 從水體中去除氮和磷以減輕富營養(yǎng)化水平, 同時改善水質(zhì)和處理沉積物, 降低有機(jī)物水平, 從而降低生物風(fēng)險(xiǎn), 可以使水產(chǎn)養(yǎng)殖成為一種長期可持續(xù)的養(yǎng)殖方法。最早的IMTA應(yīng)該就是中國的稻田養(yǎng)魚(也屬于水耕系統(tǒng), aquaponics)。IMTA一般以魚類作為最高營養(yǎng)級[54], 在對蝦池塘養(yǎng)殖中則以目標(biāo)蝦為最高營養(yǎng)級。

其中, 具有吸收作用或者濾食性的藻類和貝類等統(tǒng)稱為生物過濾器(biofilter), 大型藻類主要作為無機(jī)吸收物種(inorganic extracting species)發(fā)揮凈水作用[55-56], 能夠有效去除溶解氮(dissolved integrated nitrogen, DIN, 包括NH4、NO3、NO2)和無機(jī)磷(PO4)、已應(yīng)用的藻類包括石莼()[57]、海帶()[58]。目前, 基于其吸收特性的大型海藻已經(jīng)成功應(yīng)用于中國的牧場建設(shè), 并發(fā)揮著重要的生態(tài)功能[59]。其他具有濾食特性的物種還包括海綿類[60]、貝類[61]、多毛類等[62]。其中貝類濾食有機(jī)顆粒物會排放NH4[63]; 牡蠣的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示, 在蝦養(yǎng)殖尾水氮和磷含量分別降低了72%和86%的同時增加了PO4的含量[64]。海綿類對水體具有高效處理能力[60, 65], 同時還有很高的藥用價(jià)值, 卻存在生物量低的缺點(diǎn)[66], 海綿類自身與各類微生物群落聯(lián)系緊密, 其次也是豐富生物活性次級代謝物的來源[67], 推測其在水處理上功能與BFT類似或更為穩(wěn)定、高效。所以考慮如何在對蝦養(yǎng)殖的水處理上突破該瓶頸, 應(yīng)該是未來重點(diǎn)研究的水處理技術(shù)之一。同樣可以考慮其他具有類似潛在水處理能力的物種的挖掘、培養(yǎng)、定殖。

早在1991年, 中國學(xué)者就提出了關(guān)于對蝦池塘的IMTA養(yǎng)殖的理念[68], 經(jīng)過30年的發(fā)展, 目前對蝦池塘養(yǎng)殖中卻很少有應(yīng)用IMTA的案例, 這可能源于實(shí)際操作中的困難、不同商品的市場需求、成本控制和經(jīng)濟(jì)效益。理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐之間還有很長的路要走, 可持續(xù)發(fā)展限制因素包括可持續(xù)的成本問題, 以及分析綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖措施在改善環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會可接受性方面的作用[55]。例如, 關(guān)于尺度和定量化研究表明: 桑溝灣屬于大型開放海灣, 其養(yǎng)殖容量和耐受力等都是池塘無法比擬的。不同地區(qū)的地理物候、物種分布、海水理化、生態(tài)弱點(diǎn)、池塘大小、操作流程等情況的差異都會導(dǎo)致養(yǎng)殖結(jié)果的巨大差異, 這就需要真正了解和懂得不同模式IMTA的生態(tài)學(xué)原理, 在養(yǎng)殖前一定要做好分析工作、進(jìn)行定量化和預(yù)測化研究。

4 基于水動力學(xué)的水處理系統(tǒng)

從水動力學(xué)的角度來看, 污染物的輸移過程滯留時間與污染物排放量一樣, 對水體富營養(yǎng)化狀況起著至關(guān)重要的作用[69]。在富營養(yǎng)化達(dá)到一定程度后, 水體交換率低的水域更容易發(fā)生藻華[70]?？梢娝畡恿l件對于富營養(yǎng)化程度具有很強(qiáng)的放大效應(yīng)。對蝦池塘面積有限, 養(yǎng)殖水體水量較小, 更容易受到水動力條件的影響。因此在養(yǎng)殖過程中, 必須考慮包括池塘的形狀、大小、水深、充氣方式[71]等跟水動力條件密切相關(guān)的因素, 使得水流向著減輕池塘富營養(yǎng)化程度、提高溶解氧含量等有利于對蝦福利的方向發(fā)展。例如, 在封閉池塘內(nèi)的水體處于不流動狀態(tài), 而充氣方式加劇了沉積物的反復(fù)擾動, 更容易形成藻華或利于病原微生物繁殖的條件。

在凡納濱對蝦養(yǎng)殖中, 通過相互連接的池塘設(shè)計(jì), 提高了水體交換率, 促進(jìn)了池塘內(nèi)的養(yǎng)分循環(huán), 減少了固體、顆粒狀有機(jī)物和氮化合物對水環(huán)境的干擾, 是基于水動力學(xué)的生態(tài)高效水循環(huán)模式[72], 可以在具有類似水體條件的區(qū)域推廣。同理, 我們也可以根據(jù)該循環(huán)模式對池塘進(jìn)行改造, 設(shè)計(jì)成不同池塘模塊具有不同功能分區(qū)(對蝦主養(yǎng)模塊+水處理模塊+魚類主養(yǎng)模塊+藻類貝類凈化模塊等), 這種設(shè)計(jì)具有很大潛力成為一種更有效的聯(lián)合池塘養(yǎng)殖方式。

Crab指出, 池塘養(yǎng)殖過程中的充氣方式和位置仍然是生物絮凝技術(shù)未來發(fā)展中值得關(guān)注的問題[47], 未來基于水動力的節(jié)水調(diào)水生產(chǎn)模式會是一個值得研究的熱點(diǎn), 其涉及相關(guān)固體、溶解性的有機(jī)物的遷徙規(guī)律以及微生物群落動力學(xué)(包括益生菌)、以及生物絮團(tuán)等多方面偶聯(lián)機(jī)制和協(xié)調(diào)效益。

5 基于對蝦福利生物學(xué)(welfare bio-lo-gy)的評價(jià)體系

在具體的養(yǎng)殖實(shí)踐中, 我們進(jìn)行水處理需要建立合適的評價(jià)體系, 合適的、可量化的參數(shù)對評估風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。可惜的是, 我們關(guān)注的更多是氨氮等水體理化指標(biāo), 很少考慮到動物福利, 也就是養(yǎng)殖動物是處于合適生長和繁殖的水體環(huán)境, 是否表達(dá)自然的固有行為, 還是受到應(yīng)激脅迫表現(xiàn)超出自身能力的行為？這需要我們對養(yǎng)殖物種對蝦開展行為學(xué)研究, 對比野生狀態(tài)和養(yǎng)殖狀態(tài)下的行為差異, 在了解其行為變化與生態(tài)生理指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上[73], 聯(lián)合水體理化指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià), 而不是根據(jù)主觀盲目地進(jìn)行換水或者調(diào)水等錯誤方式, 導(dǎo)致高成本、不必要的經(jīng)濟(jì)損失, 并對動物福利帶來不利影響。此外, 對蝦長期處于不適宜的水體環(huán)境, 形成持續(xù)脅迫狀態(tài), 從而導(dǎo)致生長受阻、品質(zhì)降低(蛋白的質(zhì)量)等問題也必將成為未來關(guān)注的熱點(diǎn)之一, 在此方面魚類作為養(yǎng)殖水產(chǎn)動物和包括人類在內(nèi)的脊椎動物的代表, 已經(jīng)表明了壓力脅迫與生長、繁殖及品質(zhì)的負(fù)相關(guān)[74-75]。

在未來對蝦養(yǎng)殖實(shí)踐中, 必須建立簡單易行的福利指標(biāo)。正如魚類養(yǎng)殖未來的趨勢一樣[74-75], 對蝦養(yǎng)殖日常管理中應(yīng)當(dāng)選擇易觀察到的形態(tài)變化和行為線索作為監(jiān)測指標(biāo), 而非通過實(shí)驗(yàn)室測試等費(fèi)時費(fèi)力的詳細(xì)檢查。需將養(yǎng)殖物種對蝦的福利與健康、生長和疾病等建立更好的聯(lián)系, 做到防病于未然, 不僅可以有效降低換水率、提高動物福利、提高經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益, 也是可持續(xù)對蝦產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路(圖1)。

圖1 對蝦養(yǎng)殖水處理管理路徑

此外, 在水產(chǎn)養(yǎng)殖中, 無論哪個品種進(jìn)行高密度養(yǎng)殖無一例外都會降低動物的福利水平, 導(dǎo)致長期慢性的壓力。魚類在此方面的研究已經(jīng)展開, 對蝦福利存在同樣的問題, 不容忽視, 這也為今后水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展提出了需要規(guī)避的錯誤方向, 值得深入探究。

6 展望

除了針對養(yǎng)殖對象對蝦福利的評價(jià)體系外, 基于養(yǎng)殖水質(zhì)的精準(zhǔn)實(shí)時監(jiān)控以及相應(yīng)模型構(gòu)建, 從而進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)以及預(yù)測預(yù)警也將是未來發(fā)展的熱點(diǎn)之一, 例如以對蝦養(yǎng)殖水質(zhì)主要參數(shù)溶解氧為例, 基于徑向基函數(shù)(radial basis function, RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),建立溶解氧預(yù)測模型, 可提高水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測速度及精度, 為發(fā)展最佳水管理實(shí)踐提供信息化手段[76-77]。

隨著對蝦育種技術(shù)、養(yǎng)殖技術(shù)、養(yǎng)殖水處理技術(shù)以及水質(zhì)預(yù)測能力的提升和完善, 結(jié)合不同的養(yǎng)殖實(shí)際, 耦合各種調(diào)控模式、生物類群或功能群等。在綜合考慮成本控制、養(yǎng)殖系統(tǒng)穩(wěn)定性、環(huán)境影響、食品或生物安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展可持續(xù)等多方面因素外, 更為重要的是對于核心理念的把握, 認(rèn)清水質(zhì)變化的本質(zhì)和趨勢, 這樣, 才會有對蝦養(yǎng)殖業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的未來。

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Wastewater treatment for shrimp culture: Concepts and stra-tegies

YU Dao-de1, SONG Jing-jing1, LIU Kai-kai1, YE Hai-bin2, WANG Xiao-lu2,WANG You-hong2, LIU Hong-jun2

(1. Marine Aquaculture Technology Engineering Research Center in Shandong Province, Marine Science Research Institute of Shandong Province, Qingdao 266104, China; 2. Key Laboratory of Disease Control for Aquaculture in Shandong Province, Marine Science Research Institute of Shandong Province, Qingdao 266104, China)

The aim of this review is to provide a broad outline of the current apprehensions and constrictions of several issues associated with wastewater treatment for shrimp culture, a domain of surging public concern. The mainstream strategies for wastewater treatment are the “subtraction strategy” water management practice, the “decreasing-inputs” method, the probiotics and bio floc technology based on the microorganism, and the integrated multitrophic aquaculture system. In this study, the significance of diverse aspects has been explored, especially from various crucial and most overlooked particulars, such as water conservation aquaculture, ecological water replenishment, fine-scale feeding tactic, compensatory growth, live prey or feed, biofilter and water hydrology, and ultimately the essential that constructs the integrated assessment system based on the shrimp welfare biology. This research has been conducted with the objective of furnishing a proficient illustration for sustainable shrimp culture advancement and viable aquaculture.

shrimp; water treatment; compensatory growth; welfare biology; concepts and strategies

Aug. 10, 2020

S968.22

A

1000-3096(2021)11-0156-09

10.11759/hykx20200810001

2020-08-10;

2020-09-22

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蝦蟹類創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)SDAIT-13-1); 山東省2018年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(南非斑節(jié)對蝦綠色健康養(yǎng)殖模式研究與示范)

[Shrimp and Crab Innovation Team of Shandong Modern Agricultural Industrial Technology System, No. SDAIT-13-1; Key Agricultural Application Technology Innovation Project of Shandong Province in 2018(Research and Demonstration of Green and Healthy Culture Mode of)]

于道德(1978—), 男, 漢族, 山東省青島人, 副研究員, 博士, 主要從事海洋生物繁育研究, 電話: 0532-82686340, E-mail: wensentte@163.com; 劉洪軍(1964—),通信作者, 男, 漢族, 山東省青島人, 研究員, 碩士, 主要從事水產(chǎn)增養(yǎng)殖、漁業(yè)資源修復(fù)研究, 電話: 0532-82681569, E-mail: hongjunl@126.com

(本文編輯: 楊 悅)