淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式研究綜述

周輝明，陶志英，鄧勇輝，章海鑫，鄧宏奎，袁嘉欣，歐陽敏

（江西省水產(chǎn)科學(xué)研究所，江西 南昌 330039）

池塘養(yǎng)殖是我國淡水養(yǎng)殖的主要方式，2020年全國淡水養(yǎng)殖面積5040556 hm2，其中池塘養(yǎng)殖面積2625404 hm2，占總淡水養(yǎng)殖面積的52.09%；全國淡水養(yǎng)殖水產(chǎn)品總產(chǎn)量30888912 t，其中池塘養(yǎng)殖水產(chǎn)品總產(chǎn)量22797586 t，占淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的73.8%[1]。隨著養(yǎng)殖水面規(guī)劃頒布實施，大量湖泊、水庫等傳統(tǒng)養(yǎng)殖水面被劃為禁養(yǎng)區(qū)，再加上工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染等壓力，全國水產(chǎn)養(yǎng)殖面積大量減少，池塘養(yǎng)殖設(shè)施老化、效益低、尾水難處理等許多問題，繼續(xù)通過傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖方式來達(dá)到高產(chǎn)高效綠色的目的，難度越來越大。

淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式就是將同一養(yǎng)殖體系分為兩大塊，即養(yǎng)殖模塊和凈化模塊，養(yǎng)殖模塊實行設(shè)施化，凈化模塊實行多個功能不同的系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)處理，使養(yǎng)殖尾水得以凈化，進(jìn)而達(dá)到水資源循環(huán)利用、營養(yǎng)物質(zhì)多級利用的目的，徹底實現(xiàn)池塘養(yǎng)殖尾水“零排放”，符合綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的需求，有利于“碳達(dá)峰”“碳中和”。本文對近年來淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，總結(jié)和探討了淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式的歷史、尾水處理、養(yǎng)殖關(guān)鍵技術(shù)、評價等，為淡水池塘可持續(xù)發(fā)展提供借鑒與參考。。

1 國內(nèi)外研究概況

池塘循環(huán)水養(yǎng)殖是一種技術(shù)含量較高的池塘養(yǎng)殖模式系統(tǒng)，主要特征是半封閉型和外封閉內(nèi)循環(huán)型。模式主要有“跑道”、“集裝箱”、“圈養(yǎng)”等循環(huán)水養(yǎng)殖類型。

國外對魚類流水槽養(yǎng)殖的研究與報道較早，在北美，二十世紀(jì)70年代，Warner 等[2]比較了流水槽與池塘養(yǎng)殖斑點叉尾鮰的血清成分，發(fā)現(xiàn)流水槽中斑點叉尾鮰血清二氧化碳和鈉含量顯著減少。二十世紀(jì)90年代，Yoo 等[3]進(jìn)行了流水槽養(yǎng)殖斑點叉尾鮰試驗，并開展了流水槽養(yǎng)殖廢棄物的收集和清理研究。Masser 等[4]研究設(shè)計逐漸完善流水養(yǎng)殖模式，將流水槽設(shè)置于池塘中，通過養(yǎng)殖槽外部水體來進(jìn)行污水凈化，形成循環(huán)水養(yǎng)殖模式。2005年美國奧本大學(xué)教授Jesse Chappell 等[5]集成與優(yōu)化了傳統(tǒng)池塘養(yǎng)魚和流水養(yǎng)魚模式，研發(fā)了“池塘循環(huán)水槽養(yǎng)殖模式（In-pond raceway system，IPRS）”（“跑道”養(yǎng)殖模式），通過小區(qū)域水槽“生態(tài)圈養(yǎng)”吃食性魚類，配套推水增氧設(shè)備保持水槽內(nèi)流水增氧，大水域調(diào)節(jié)水質(zhì)，同時在水槽末端安裝廢物收集裝置收集魚類排泄物及其他廢物，合理配比系統(tǒng)內(nèi)魚類生物量、投入量和排放量，實現(xiàn)養(yǎng)殖增產(chǎn)增效、養(yǎng)殖廢水“零排放”的目的。近年來，美國大豆出口協(xié)會已經(jīng)成為美國和全球推廣該技術(shù)的主要倡導(dǎo)者，他們在使用美國豆粕型水產(chǎn)飼料的主要國家和地區(qū)大力推廣這項養(yǎng)殖技術(shù)。美國的南部、中部和西部地區(qū)自1992年陸續(xù)建設(shè)了多個商業(yè)規(guī)模的流水槽池塘，最大的單個流水槽尺寸約7.3 m×2.5 m×1.1 m，用于商品鯰的養(yǎng)殖。Masser 等[6]設(shè)計的養(yǎng)殖單元為4.57 m×1.21 m×1.06 m，多用于苗種培育；其設(shè)計的氣推水單元，僅需電力就可以推水和增氧。

在歐洲，發(fā)展循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的國家主要是荷蘭和丹麥[7]。荷蘭循環(huán)水養(yǎng)殖工藝是典型的室內(nèi)型，是近乎封閉的系統(tǒng)，主要用于生產(chǎn)非洲鯰和鰻鱺[8,9]。丹麥的循環(huán)水養(yǎng)殖工藝系統(tǒng)是室外的半封閉型系統(tǒng)，主要用于生產(chǎn)虹鱒魚。二十世紀(jì)80年代末起，歐洲的循環(huán)水養(yǎng)殖產(chǎn)量和種類有了顯著發(fā)展。德國、英國和法國已經(jīng)設(shè)計了新型的循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施，主要養(yǎng)殖的魚類是鮭魚和鱸魚[7]。據(jù)統(tǒng)計，歐洲大部分地區(qū)正在由孵化生產(chǎn)模式向循環(huán)水孵化模式轉(zhuǎn)變。

二十世紀(jì)80年代，中國引進(jìn)國外循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)及設(shè)施[10]，但由于高昂的投入和運行成本，大多數(shù)引進(jìn)設(shè)施很快便棄之不用[11]。1988年，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所吸收當(dāng)時的西德技術(shù)，設(shè)計建設(shè)了我國第一個循環(huán)水養(yǎng)殖生產(chǎn)車間[12]。2013年，美國大豆出口協(xié)會在江蘇吳江建立國內(nèi)第一個“跑道”養(yǎng)殖模式示范點[13]；倪建忠等[14]在江蘇啟東設(shè)計的池塘循環(huán)水槽養(yǎng)殖為1 口池塘和8 個不同面積的蟹養(yǎng)殖池相互結(jié)合而成，總面積1.33 hm2，由兩個養(yǎng)殖單元為22 m×6 m×1.8 m 流水槽組成，總面積240 m2，占總池塘面積的1.8%。近年來，我國學(xué)者曲克明等根據(jù)不同類型養(yǎng)殖企業(yè)對循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的不同需求，提出高、中、低三級循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)模式，并在國內(nèi)沿海地區(qū)進(jìn)行三級養(yǎng)殖模式推廣[15]；黑龍江省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站劉波提出了“集裝箱”循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)與模式[16]；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)何緒剛教授基于“能時時打掃池塘衛(wèi)生”理念提出的池塘“零排放”綠色高效“圈養(yǎng)”養(yǎng)殖模式[17]。

1.1 “跑道”循環(huán)水養(yǎng)殖模式

池塘循環(huán)水槽養(yǎng)殖模式（In-pond raceway system，IPRS），由流水槽、集污區(qū)、增氧設(shè)施、導(dǎo)流設(shè)施、凈化區(qū)、濕地等組成，因其養(yǎng)殖區(qū)為一流水槽結(jié)構(gòu)，形似跑道，故被俗稱為“跑道”水產(chǎn)養(yǎng)殖模式。

1.1.1 工作原理

利用2%～5%池塘水面（淡水池塘總面積不低于1.34 hm2，池塘深度1.8～3.0 m），建設(shè)具有充氣和集排污設(shè)備的水槽作為養(yǎng)殖區(qū)，水槽上游安裝有增氧推水設(shè)備，由旋渦風(fēng)機(jī)提供動力，通過納米曝氣管釋放出的大批量的小氣泡經(jīng)導(dǎo)流板形成定向推力，推動水流前進(jìn)，使“跑道”水體24 h 循環(huán)流動，使魚類獲得充足氧氣，實現(xiàn)高密度養(yǎng)殖；在集污區(qū)上游安裝不銹鋼攔魚網(wǎng)片，網(wǎng)孔大小根據(jù)養(yǎng)殖對象規(guī)格確定，主養(yǎng)魚類產(chǎn)生的糞便、殘餌逐漸隨流動的水體沉積在系統(tǒng)末端，通過底部廢物收集裝置，將糞便、殘餌排放到沉淀池中；剩下95%～98%的水面作為凈化區(qū)，一般飼養(yǎng)鰱、鳙魚類，同時搭配田螺、河蚌、青蝦、河蟹、水草等，并采用生物凈水技術(shù)，對養(yǎng)殖尾水進(jìn)行凈化處理，實現(xiàn)養(yǎng)殖尾水“零排放”。導(dǎo)流設(shè)施可以用泥土堆成，也可以為磚砌水泥墻，還可以用塑料編織布、高密度聚乙烯塑料膜等材料，引導(dǎo)水流繞著整個池塘做循環(huán)流動，促進(jìn)流水槽養(yǎng)殖區(qū)與池塘凈化區(qū)全部水體交流。IPRS（“跑道”養(yǎng)殖模式）整體布局如圖1[18-20]所示。

圖1 IPRS（“跑道”養(yǎng)殖模式）整體示意圖

1.1.2 技術(shù)要點

一是小水體推水養(yǎng)殖。小水體推水養(yǎng)殖區(qū)為長方形水槽，占池塘面積的2%～5%。近年來，國內(nèi)的流水槽規(guī)格長20 m 左右、寬4 m 左右、高2.5 m 左右，一般每0.67 hm2水體設(shè)置1～2 條水槽。核心部分是推水增氧設(shè)備，設(shè)置在流水槽前端。早期IPRS（“跑道”養(yǎng)殖模式）的推水單元和增氧單元是分開的，推水單元是明輪裝置，增氧單元是曝氣裝置。明輪推動水槽內(nèi)的水體以一定的速度流動，曝氣裝置為水槽內(nèi)的水體增氧，在養(yǎng)殖槽內(nèi)形成具有一定水流、溶氧充足的環(huán)境[21]?，F(xiàn)在大多采用氣提式裝備，由鼓風(fēng)機(jī)、微孔曝氣管和擋板組成。其原理是使用鼓風(fēng)機(jī)向微孔曝氣管進(jìn)氣，氣體向上運動時帶動水流向上運動，遇到角度為60°或1/4 圓弧角度的擋板后，溶氧飽和的水流向養(yǎng)殖槽后端，在水槽內(nèi)形成一定的水流速度，氣推水裝置的推水效果滿足國內(nèi)大部分的推水增氧需求[22]。

二是糞污收集處理。一般每3 條水槽應(yīng)建設(shè)兩個相通的體積10 m3的下沉式集污池，放置流水槽后端。養(yǎng)殖區(qū)中的廢物在水流和重力作用下，流到集污池中沉淀后排出塘外。

三是大水體生態(tài)凈化。大水體生態(tài)凈化區(qū)占池塘面積的95%～98%，設(shè)置導(dǎo)流堤，水深2 m 以上。以濾食性魚類為主，水草等水生植物的種植面積控制在凈化區(qū)面積的20%～30%。凈化區(qū)內(nèi)，配備水車式增氧機(jī)、葉輪增氧機(jī)、涌浪機(jī)等，適時投放微生物制劑等。

1.1.3 模式利弊

IPRS（“跑道”養(yǎng)殖模式）設(shè)計上的優(yōu)點：①平均每條流水槽產(chǎn)量可達(dá)到10 t 左右；產(chǎn)品品質(zhì)好，價格高，無泥腥味。②系統(tǒng)自動化水平高，可實現(xiàn)水質(zhì)和環(huán)境自動監(jiān)測監(jiān)控。③流水槽養(yǎng)殖水體和生態(tài)凈化池塘內(nèi)水體基本處于同一水平面，用風(fēng)機(jī)曝氣推水增氧，養(yǎng)殖區(qū)和凈化區(qū)水流交換能耗相對較低。

實際存在的問題：①因為流水槽呈長條形結(jié)構(gòu)，槽內(nèi)養(yǎng)殖水體無法有效形成旋渦，不利于有效收集養(yǎng)殖水產(chǎn)品糞便、殘飼，是該系統(tǒng)未來需要克服的一大缺陷。②目前“跑道”池塘研究更多是有關(guān)于道池規(guī)格尺寸、養(yǎng)殖效益評價，而系統(tǒng)理論參數(shù)、水質(zhì)凈化效果等方面研究還不多。③該養(yǎng)殖模式尚無統(tǒng)一的名稱，從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，有“低碳高效池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖”“池塘內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖”“集聚式池塘內(nèi)循環(huán)流水養(yǎng)殖”“池塘工業(yè)化養(yǎng)殖”[13,23-26]，不利于養(yǎng)殖模式的進(jìn)一步推廣。④該模式的致命缺乏就是循環(huán)回來養(yǎng)殖的水體達(dá)不到養(yǎng)殖用水的要求，該模式下的水處理系統(tǒng)達(dá)不到養(yǎng)殖的要求；所謂的推水力度也不夠，整個養(yǎng)殖系統(tǒng)中水體不能得到有效的流動，時間一長養(yǎng)殖槽中致病菌極易繁殖，魚病接踵而來，養(yǎng)殖密度無法推高，達(dá)不到高產(chǎn)，也就達(dá)不到高質(zhì)高效的目的。⑤整個系統(tǒng)的運行成本主要在電費，一次性投資也大。

1.2 “集裝箱”循環(huán)水養(yǎng)殖模式

“集裝箱”養(yǎng)殖模式：“分區(qū)養(yǎng)殖，異位處理”，在陸基上搭建集裝箱養(yǎng)魚，用大面積池塘對集裝箱養(yǎng)殖尾水進(jìn)行凈化。

1.2.1 工作原理

在池塘岸邊擺放一排集裝箱，將池塘養(yǎng)魚移至集裝箱，箱體與池塘形成一體化的循環(huán)系統(tǒng)。用水泵將池塘表層富氧水體不斷抽至集裝箱內(nèi)，利用風(fēng)機(jī)輔助增氧；集裝箱內(nèi)設(shè)斜面集污槽，收集養(yǎng)殖固體廢棄物；養(yǎng)殖尾水經(jīng)過濾分離后，流入生態(tài)池塘凈化處理（圖2）[18,27-29]。

圖2 “集裝箱”養(yǎng)殖模式示意圖

“集裝箱”循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施主要由：裝有進(jìn)、排水口和出魚口的箱體，供排水處系統(tǒng)（水泵、水管、固液分離器），水處理系統(tǒng)（微孔增氧設(shè)備和臭氧殺菌設(shè)備），自動投餌機(jī)，物聯(lián)網(wǎng)及中央控制系統(tǒng)。

1.2.2 技術(shù)要點

(1)一般每0.067 hm2池塘配2 個集裝箱，養(yǎng)殖箱體一般由6.1 m×2.4 m×2.8 m標(biāo)準(zhǔn)集裝箱體定制而成，養(yǎng)殖水體約25 m3，箱體頂部有四扇1.1 m×0.76 m 規(guī)格天窗，用于觀察養(yǎng)殖物生長活動情況和投喂。集裝箱設(shè)在池塘周邊，通過從池塘抽水，引入養(yǎng)殖箱內(nèi)開展流水養(yǎng)殖，養(yǎng)殖尾水再排放到池塘進(jìn)行生態(tài)凈水。

(2)養(yǎng)殖尾水通過箱內(nèi)集污和箱外分離，使大粒徑顆粒濾出分離，回收利用；小粒徑顆粒通過凈化水質(zhì)新工藝，高效去除水中氨氮，實現(xiàn)尾水“零排放”。

(3)通過仿生環(huán)流提升魚類品質(zhì)；降低藍(lán)藻暴發(fā)；土腥味較低。

1.2.3 模式利弊

“集裝箱”循環(huán)水養(yǎng)殖模式優(yōu)點：①將魚類聚集在一起實施高密度養(yǎng)殖，利于實時監(jiān)測養(yǎng)殖對象攝食和健康狀況，利于利用空地，安裝和規(guī)?；a(chǎn)。②實時自動化固液分離,方便糞便、殘餌等的收集，減少池塘凈化水的壓力；同時易于捕撈。③利用大面積池塘進(jìn)行養(yǎng)殖水質(zhì)處理,可以充分利用光合作用增氧，節(jié)約曝氣增氧能耗。

存在問題：①因為集裝箱放在池塘岸邊，池塘和集裝箱水位存在較大水位落差，并且為了保持清新水質(zhì)，需要大水量循環(huán)，提水動力能耗較高。②該系統(tǒng)雖然不需要太大的土建工程，但集裝箱價格較高，前期投資大。③養(yǎng)殖不成功的基地，多數(shù)是水處理系統(tǒng)達(dá)不到要求造成的。

1.3 “圈養(yǎng)”循環(huán)水養(yǎng)殖模式

“圈養(yǎng)”養(yǎng)殖模式主要包含圈養(yǎng)桶、增氧及捕撈等支持設(shè)備、集排污設(shè)備、圈養(yǎng)平臺和尾水處理設(shè)備等養(yǎng)殖裝備，并采用一定的技術(shù)措施提升圈養(yǎng)池塘水體自凈能力（圖3[17,30]）。

圖3 圈養(yǎng)模式圖

1.3.1 工作原理

將養(yǎng)殖對象圈在圈養(yǎng)桶內(nèi)飼養(yǎng)，殘餌、糞便等固形廢棄物自然下沉聚集于圈養(yǎng)桶下方錐部排污管口附近，每天定時開啟排污水泵，抽排殘餌、糞便等固形廢棄物至尾水分離塔，沉淀分離后的固形廢棄物可用于制作有機(jī)肥等資源化再利用，去除固形廢棄物的上清液再經(jīng)尾水處理桶脫氮除磷處理后，回原池重復(fù)使用；養(yǎng)殖對象的尿液等代謝廢物，則需依靠池塘水體自凈能力加以凈化。

1.3.2 技術(shù)要點

(1)圈養(yǎng)桶設(shè)置密度一般為60～90 個/hm2；圈養(yǎng)桶為圓柱體，內(nèi)徑4 m，高3.1 m，有效養(yǎng)殖水深1.7 m，有效養(yǎng)殖水體20 m3；圈養(yǎng)池塘水體透明度養(yǎng)殖期間維持60 cm 以上；內(nèi)設(shè)固定式防逃網(wǎng)和活動式捕撈網(wǎng)隔等。需要分級或捕撈時，升起捕撈網(wǎng)隔即可便捷化起捕。通常兩人即可完成捕撈，節(jié)約勞力成本顯著。待集成吸魚泵技術(shù)裝備后，可實現(xiàn)捕撈機(jī)械化。

(2)在圈養(yǎng)桶養(yǎng)殖系統(tǒng)底部，沿桶壁安裝一圈微孔增氧管，采用空壓機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)或純氧機(jī)等進(jìn)行微孔增氧。增氧產(chǎn)生的氣泡在圈養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)形成由四周向中央推送的水流，可將殘餌、糞便等養(yǎng)殖廢棄物推送到圈養(yǎng)系統(tǒng)中央部位，以利于其沉降、收集。

(3)集、排污設(shè)施由圈養(yǎng)桶下部錐形結(jié)構(gòu)、尾水管道、吸污泵等構(gòu)成。當(dāng)殘餌、糞便下沉至防逃網(wǎng)以下部位后，就沒有魚類的擾動了，很快便會集到底部的出水口附近。當(dāng)吸污泵開啟，含殘餌、糞便的污水會首先被抽排出，進(jìn)入尾水塔。剩余清水直接抽排到圈養(yǎng)池塘中，靠池塘水體的自凈能力去降解其中的有毒有害氮素。

(4)污水入尾水分離塔后，在重力作用下，一定時間后固廢便下沉到尾水塔下部錐形結(jié)構(gòu)底部，方便收集、用于后續(xù)的資源化再利用。去除固廢后的上清液，流入尾水處理桶，經(jīng)微生物的脫氮、除磷處理后，再回流至池塘中重復(fù)利用，節(jié)約水資源。

1.3.3 模式利弊

設(shè)計優(yōu)點：①圈養(yǎng)桶放在了池塘內(nèi)部，不需要顯著水位落差，能耗小。②節(jié)水、節(jié)地，適應(yīng)性廣。③提質(zhì)增效效果顯著，實現(xiàn)清水養(yǎng)殖，產(chǎn)品藥殘和土腥味低，品質(zhì)更高。④高效增收效果顯著，精養(yǎng)池塘單產(chǎn)可達(dá)75000 kg/hm2以上，將池塘養(yǎng)殖容量提升了5 倍；單位勞動力產(chǎn)能提高，簡化捕撈，節(jié)約勞動力成本，漁民養(yǎng)殖收益顯著增加。

存在問題：①圈養(yǎng)桶外的池塘水質(zhì)凈化區(qū)不足以解決循環(huán)水的凈化問題，同時水處理桶的效果有限，時間一長整個養(yǎng)殖水體達(dá)不到養(yǎng)殖的要求，水處理系統(tǒng)有待改進(jìn)；②尾水處理塔的固體物不易分離，勞動強(qiáng)度又大，實際生產(chǎn)中不易操作。

2 循環(huán)水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)技術(shù)研究

淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)技術(shù)為整個循環(huán)水養(yǎng)殖模式的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)，只有優(yōu)質(zhì)，高效的水處理才能使養(yǎng)殖尾水中的有害物質(zhì)得到有效去除，并建立新的養(yǎng)殖水體生態(tài)平衡系統(tǒng)，進(jìn)入下一輪養(yǎng)殖系統(tǒng)中去，才能實現(xiàn)循環(huán)水養(yǎng)殖的目標(biāo)。目前，主要有原位修復(fù)和異位修復(fù)兩大類[31]。

2.1 原位修復(fù)

池塘原位修復(fù)又叫立體修復(fù)，就是將物理、化學(xué)、生物等尾水處理技術(shù)科學(xué)組合和應(yīng)用，提高池塘的自凈能力，達(dá)到自凈能力大于污染惡化能力的目的，主要技術(shù)有以下幾點。

2.1.1 增氧

我國常用改善池塘水質(zhì)的增氧機(jī)主要有葉輪式增氧機(jī)、水車式增氧機(jī)、射流式增氧機(jī)、充氣式增氧機(jī)、噴水式增氧機(jī)、微孔增氧和納米微孔增氧等。從增氧能力和增氧動力效益來看，葉輪式增氧機(jī)雄居榜首，其應(yīng)用范圍也較為廣泛。殷肇君等[32]研制的水質(zhì)改良機(jī)，通過翻噴池塘底泥，攪動池塘水體，使整個池塘水體得到充分溶氧，極大改善了池塘養(yǎng)殖水質(zhì)。

2.1.2 改善底質(zhì)

主要是利用沉水植物（苦草、輪葉黑藻、金魚藻等）吸收利用水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，合成自身生長發(fā)育所需要的物質(zhì)；培育底棲動物（濾食性的雙殼類和刮食性的螺類等）濾食和分解小型有機(jī)物；增加池塘底泥微生物分解代謝能力（增氧、添加有益微生物等），有效降低水體中的營養(yǎng)鹽濃度，削減水體的污染負(fù)荷。趙迪等[33]研究了刺苦草對富營養(yǎng)化水體的凈化作用。結(jié)果顯示，刺苦草對富營養(yǎng)化水體的TN、TP、NH4+-N、COD 的去除率分別為66.64%、90.02%、91.94%、71.17%。陳春云等[34]研究了小球藻對對蝦養(yǎng)殖廢水中N、P 的去除率。結(jié)果表明，小球藻能很好地去除水體中的N、P，水體中NH4+-N 的去除率達(dá)到80%以上、PO4-P 的去除率達(dá)到85%以上，同時，小球藻的增長量達(dá)到初始量的10 倍。張少軍等[35]選擇濾食性貝類長牡蠣和紫貽貝對養(yǎng)殖廢水中懸浮物的去除進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，這兩種貝類對半滑舌鰨養(yǎng)殖池中懸浮物具備很強(qiáng)的生物濾除潛力，且能吸收和利用懸浮物中的有機(jī)質(zhì)實現(xiàn)養(yǎng)殖廢物的生物資源化利用。

2.1.3 生物浮床

生物浮床作為一種新型高效的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)，主要利用水生植物如蔬菜、水葫蘆和水芹等為主體，高分子材料或無機(jī)非金屬材料等作為載體，充分吸收利用水體營養(yǎng)物質(zhì)，改善水質(zhì)，同時還具有改善景觀、操作簡單、成本較低、易管理等優(yōu)點[36]。

2.1.4 微生態(tài)制劑

微生物制劑，又稱“有益微生物”，常見微生物制劑主要有枯草芽孢桿菌、硝化菌和反硝化菌、酵母菌、乳酸菌、光合細(xì)菌(PBS) 等。目前應(yīng)用最廣泛的是光合細(xì)菌，它具有多種不同的生理功能，如固氮、脫氫、固碳、氧化等作用。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所利用光合細(xì)菌的固定化技術(shù)進(jìn)行試驗，結(jié)果表明，固定化光合細(xì)菌在魚池中降氯率達(dá)90%以上，而游離光合細(xì)菌的除氯率在50%左右[37-39]。

2.1.5 生物濾膜（器）

生物濾膜較為復(fù)雜，除含水和細(xì)菌外，還含有胞外聚合物、裂解產(chǎn)物等多種成分，生物濾膜可以提高水質(zhì)，具有產(chǎn)泥少、運行管理方便、動力消耗少等特點，在養(yǎng)殖水體處理方面應(yīng)用廣泛[40]。近10年多來，歐美一些國家對生物過濾器在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的利用開展了大量研究，對氨氮去除的動態(tài)特性有了進(jìn)一步了解，并逐漸研發(fā)了一些專用于養(yǎng)殖系統(tǒng)的生物過濾器，比如微珠生物濾器、珠子系列過濾器、流化床過濾器和移動床生物濾器等[41]。

2.2 異位修復(fù)技術(shù)

異位修復(fù)技術(shù)是相對原位修復(fù)技術(shù)而言，又叫平面修復(fù)技術(shù)，主要是利用凈化單元對養(yǎng)殖尾水進(jìn)行處理，凈化處理后的水再循環(huán)利用。異位修復(fù)技術(shù)主要有以下幾點。

2.2.1 人工濕地

人工濕地是由人工基質(zhì)和生長在其上的水生植物、微生物組成的一個獨特的土壤-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地凈化技術(shù)是一種綜合技術(shù)，結(jié)合物理過濾、化學(xué)吸附共沉淀、植物過濾及微生物作用等方法，用于水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理效果良好，能有效去除水中氮磷等營養(yǎng)元素，還能去除一定的BOD、COD 和SS[42]。彭劍峰等[43]通過構(gòu)建穩(wěn)定塘-濕地組合生態(tài)處理系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，浮萍塘去除氨氮效果最佳。吳振斌等[44]構(gòu)建的池塘養(yǎng)殖-復(fù)合垂直流人工濕地系統(tǒng)經(jīng)過9 個月的運行后，污染物去除率范圍分別為TSS 80.5%～82.9%、COD 45.2%～64.2%、BOD 61.0%～77.0%、NH3-N 51.5%～67.8%、NO3-N 90.6%～40.0%、TN 29.1%～68.6% 和TP 72.7%～89.1%。Lymbery 等[45]利用鹽草（Distichlisspicata）濕地處理澳大利亞內(nèi)陸干旱區(qū)域的養(yǎng)殖廢水并收獲植物用于畜禽飼料。

2.2.2 “三池兩壩”[46]

一般由生態(tài)溝渠、沉淀池、過濾壩、曝氣池、過濾壩、生物凈化池組成。尾水經(jīng)過生態(tài)溝渠和沉淀池逐級沉淀后，去除了部分大顆粒物質(zhì)，再經(jīng)第一道過濾壩進(jìn)一步去除和分解細(xì)微懸浮物，然后進(jìn)入曝氣池中，經(jīng)氧化、揮發(fā)、分解等過程使水中化學(xué)需氧量和氨氮等降低，最后經(jīng)過第二道過濾壩進(jìn)入到生態(tài)池中，通過在生物凈化池中種植水生植物、放養(yǎng)水生動物等構(gòu)建綜合立體生態(tài)位處理系統(tǒng)，有效降低水體中氮、磷濃度，實現(xiàn)水達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)再利用。通常尾水處理區(qū)面積為養(yǎng)殖水域的6%～10%，高排污的水域應(yīng)適當(dāng)增加處理區(qū)面積，各單元面積占比也要有所調(diào)整。

2.2.3 工廠化尾水處理系統(tǒng)

工廠化水處理系統(tǒng)包括懸浮物和可溶性蛋白去除設(shè)備：三級沉淀池、微濾機(jī)、過濾篩、泡沫分離器等裝置；有機(jī)物分解和氨氮去除設(shè)備：厭氧生化池、生物膜反應(yīng)器等；殺菌增氧設(shè)施：紫外、臭氧、曝氣設(shè)備。工廠化養(yǎng)殖尾水處理主要是養(yǎng)殖尾水先過濾（利用篩網(wǎng)分離固體物和懸浮物），過濾后再進(jìn)行生物過濾（使用毛刷、陶粒等構(gòu)建的生物膜進(jìn)行氧化分解，降低BOD、氨氮和亞硝酸鹽）后進(jìn)行消毒殺菌。Samir等[47]研發(fā)出由水流驅(qū)動的轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濾池技術(shù)去除顆粒物，極大減小了設(shè)備占地，提高了出水的穩(wěn)定性。曹劍香等[48]研究了蛋白分離器在不同參數(shù)下的養(yǎng)殖廢水蛋白分離效果，通過改進(jìn)裝置，有效提高了蛋白分離程度，并對氨氮、COD 的去除起到了一定的促進(jìn)作用。近年來，我國的工廠化循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)已相當(dāng)成熟，具有代表性的是大菱鲆循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，相應(yīng)的水處理技術(shù)也日漸發(fā)達(dá)[49]。

3 淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)研究

國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的研究主要集中以下五個方面[50-51]。

3.1 水循環(huán)系統(tǒng)對化學(xué)物質(zhì)的承載力研究

水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)的承載力與養(yǎng)殖系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，且決定了養(yǎng)殖系統(tǒng)的生產(chǎn)力，為了將循環(huán)水養(yǎng)殖模式更好應(yīng)用于生產(chǎn)，國內(nèi)外水產(chǎn)工作者圍繞著重金屬離子、過氧化氫、硝酸鹽等對水循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)穩(wěn)定構(gòu)成威脅的因素做了大量研究[52-54]。

3.2 水循環(huán)率對養(yǎng)殖品種生長、生理和生態(tài)的影響研究

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的日循環(huán)次數(shù)涉及降低能耗需求，也涉及循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中養(yǎng)殖對象的生長、生理狀態(tài)，因此尋找最合適的水循環(huán)次數(shù)是亟需解決的問題。田喆等[55]研究了不同水循環(huán)率對大菱鲆生長和水質(zhì)的影響。研究表明，適當(dāng)提高水循環(huán)率可降低系統(tǒng)中氨氮和亞硝酸鹽氮的積累速度，優(yōu)化養(yǎng)殖水質(zhì)，從而加快大菱鲆的生長速度。Davidson 等[56]研究了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中不同流速對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)生長狀態(tài)的影響。歐紅霞等[57]研究了“跑道”池塘循環(huán)水養(yǎng)殖對寶石鱸營養(yǎng)成分及血清生化指標(biāo)的影響。研究表明，跑道池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式有助于提高養(yǎng)殖寶石鱸的品質(zhì)，提升其機(jī)體的健康狀況。

3.3 養(yǎng)殖品種研究

Dalsgaard 等[58]總結(jié)了過去20年-30年中北歐國家在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計、建造和管理適應(yīng)于不同養(yǎng)殖種類方面的實踐經(jīng)驗，主要包括：大西洋鮭(Salmo salar)、虹鱒、歐洲鰻、暗斑梭鱸(Stizostedion lucioperca)、紅點鮭(Salvelinus alpinus)、鱘(Order Acipenseriformes)、尼羅羅非魚和歐洲龍蝦(Homarus gammarus)。美國奧本大學(xué)的Brown 等[59]對循環(huán)水養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖鯰魚進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)平均存活率達(dá)到83.7%；Brown 等[60]研究證實循環(huán)水養(yǎng)殖模式非常適于鯰魚或者混養(yǎng)，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

我國對循環(huán)水養(yǎng)殖的研究較晚，但進(jìn)展較快。王浩偉等[61]對循環(huán)水養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖草魚進(jìn)行研究，草魚平均成活率達(dá)到92%，平均毛產(chǎn)量137.8 kg/m3。王力等[62]對循環(huán)水養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖七星鱸和斑點叉尾鮰進(jìn)行實驗，七星鱸養(yǎng)殖產(chǎn)量為27.8 kg/m3，而斑點叉尾鮰的產(chǎn)量達(dá)到77.5 kg/m3，且斑點叉尾鮰的成活率（86.7%）高于七星鱸（56.1%）。錢克林等[63]在池塘內(nèi)循環(huán)流水養(yǎng)殖模式下進(jìn)行鱖魚養(yǎng)殖，鱖魚成活率達(dá)89%，平均規(guī)格0.6 kg/尾。張林兵等[64]開展了大口黑鱸、太陽魚（Lepomis gibbosus）、花鱸（Lateolabrax japonocus）等多種魚類循環(huán)水養(yǎng)殖，解決了不同養(yǎng)殖魚類食性和習(xí)性的差異，實現(xiàn)了單個池塘養(yǎng)多種魚。

3.4 最適養(yǎng)殖密度研究

田息根等[65]在循環(huán)水養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖不同密度青魚的實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從不同密度水槽收獲的青魚規(guī)格來看，養(yǎng)殖大規(guī)格（2 kg/尾）左右青魚種，每條養(yǎng)殖槽放養(yǎng)密度在1500 尾左右，養(yǎng)殖效益最高。朱建新等[66]研究了大菱鲆幼魚在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中養(yǎng)殖密度對其生長、攝食、飼料利用率及免疫應(yīng)答等方面的影響。羅國芝等[67]在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中研究了養(yǎng)殖密度對高體革鯻(Scortum barcoo)苗種的影響。

3.5 凈化池塘和養(yǎng)殖池塘面積之間的配比研究

養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖品種對凈化池塘和養(yǎng)殖池塘面積比例都有影響，凈化能力提高可減少凈化池塘使用面積，從而提高養(yǎng)殖效益。

宋超等[68]通過參照水生植物對養(yǎng)殖尾水中污染物的吸收能力和養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)排污系數(shù)，再結(jié)合淡水池塘養(yǎng)殖過程中水質(zhì)管理的一般規(guī)律，給出了淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式中養(yǎng)殖池塘面積和凈化池塘面積之間配比關(guān)系的計算方法；并以養(yǎng)殖草魚為例，通過該計算方法，結(jié)果表明，以總氮的去除為例，養(yǎng)殖池塘和凈化池塘的基本面積比為15 ∶1；按養(yǎng)殖池塘所排放的污染物濃度計算，1 hm2凈化池塘可以凈化7.5 hm2養(yǎng)殖池塘；按養(yǎng)殖魚類的產(chǎn)排污系數(shù)計算，1 hm2凈化池塘可以凈化27.8 hm2養(yǎng)殖池塘。

4 淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式的評價

4.1 通過利潤對循環(huán)水養(yǎng)殖模式進(jìn)行評價

對于池塘循環(huán)水養(yǎng)殖來說，它運行的好不好，我們可以從一個養(yǎng)殖周期的產(chǎn)量來進(jìn)行評價，并且可以根據(jù)魚類的投放時間、收獲時間、平均收獲規(guī)格、成活率、純收入、平均投資回報率等數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而對比出傳統(tǒng)池塘與循環(huán)水養(yǎng)殖模式在生產(chǎn)實踐過程中的優(yōu)劣之處，同時，在生產(chǎn)管理、人工、飼料、藥品、耗電量等各方面和傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖方式進(jìn)行對比，進(jìn)而全方位的評價該池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式。王峰[69]運用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法對半滑舌鰨循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖效果進(jìn)行了總體評價。結(jié)果表明，循環(huán)水養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖密度、成活率、增重率、年產(chǎn)量分別是流水養(yǎng)殖模式的1.21 倍、1.31倍、1.4 倍、1.71 倍，養(yǎng)殖效果優(yōu)勢顯著；銷售額、稅收、利潤分別為流水養(yǎng)殖的1.71 倍、1.71 倍、2.96倍，盈虧平衡點為4.35%，相比于流水養(yǎng)殖模式，具有更好的抗風(fēng)險能力。王浩偉[61]對池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖草魚模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行研究。結(jié)果表明，整個2.13 hm2池塘的總產(chǎn)量為11860 kg，平均產(chǎn)量為5559 kg/hm2，總投入438215 元，毛收入455653.6 元，純利潤為17438.6 元，投資回報率為4%；傳統(tǒng)池塘純利潤為15336 元左右，池塘循環(huán)水養(yǎng)殖草魚模式經(jīng)濟(jì)效益比傳統(tǒng)池塘高12.06%。

4.2 通過水質(zhì)變化對循環(huán)水養(yǎng)殖模式進(jìn)行評價

水體質(zhì)量檢測的指標(biāo)有：總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、亞硝態(tài)氮（NO-2-N）、葉綠素a（Chla）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、除了這些化學(xué)指標(biāo)之外，還有水溫（T）、pH、溶氧（DO）、透明度（SD）等物理指標(biāo)。

4.3 通過凈化的效果對循環(huán)水養(yǎng)殖模式進(jìn)行評價

4.3.1 對總磷的去除

水體中總磷（TP）的含量是水體質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，若水體中的磷含量比較高的話，那么水體就會因為磷含量過高而造成水體富營養(yǎng)化，甚至?xí)绊懙剿|(zhì)的狀況。磷的去除主要是通過浮游植物作用來進(jìn)行的，它們可以吸收以PO43-和HPO42-形式存在的磷，因此可以達(dá)到去除磷的目的。

4.3.2 對總氮的去除

水體中的總氮（TN）的含量也是影響水體質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，總氮的去除主要是受到浮游植物的吸收作用。除此之外，微生物通過硝化作用和反硝化作用也是去除氮的主要途徑。微生物可以將還原態(tài)有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化成氨氮，這主要是通過了微生物的氨化作用；而微生物將硝化反應(yīng)的產(chǎn)物還原成N2和N2O等也是在反硝化細(xì)菌的作用下發(fā)生的。

4.3.3 亞硝態(tài)氮的去除

池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式對NO2--N 的去除方法主要是利用微生物的硝化與反硝化作用。

4.3.4 對氨氮的去除

氨、氮是一種有害的化學(xué)物質(zhì)，如果養(yǎng)殖水中的單位水體中的氨氮的含量超過了一定的數(shù)值，那么就會造成生物體的死亡?？梢酝ㄟ^浮游植物和微生物的硝化及反硝化作用對氨氮進(jìn)行去除。

4.3.5 對高錳酸鹽指數(shù)的去除

高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）是反映水體中有機(jī)及無機(jī)可氧化物質(zhì)污染的常用指標(biāo)，高錳酸鹽指數(shù)過高會不利于水質(zhì)的凈化，嚴(yán)重影響魚類的生長，池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式對高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）去除主要是通過了微生物凈化的方式來完成的。

4.3.6 對葉綠素a的去除

葉綠素a（Chla）是控制富營養(yǎng)化和藻類生物量的一個重要指標(biāo)，揭示富營養(yǎng)化的內(nèi)在實質(zhì)，可以反映出水體中藻類種類和數(shù)量以及水體營養(yǎng)狀態(tài)。對葉綠素a（Chla）的去除主要是通過它在循環(huán)流水過程中濾食性魚類的濾食作用及沉淀作用。

張明明等[70]對池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)凈化效果進(jìn)行了評價和分析。結(jié)果表明，池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)對TP、TN、NO2--N、CODMn、NH3-N、Chla 的平均去除率分別為6.71%、20.87%、21.35%、12.72%、27.03%、41.53%。

5 展望

淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式就是在養(yǎng)殖品種的高度密集放養(yǎng)的基礎(chǔ)之上采用自動化、機(jī)械化、信息化等新技術(shù)，使養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到最大化。國外對淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究全面深入，但受限于池塘養(yǎng)殖在國外的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，應(yīng)用范圍并不廣泛。我國通過對淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的優(yōu)化，形成了適應(yīng)于國內(nèi)魚類養(yǎng)殖特點的系統(tǒng)模式，表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，但在實際養(yǎng)殖生產(chǎn)中也存在各種各樣的問題。未來，淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式研究和應(yīng)用，應(yīng)重點關(guān)注于以下幾個方面：

第一、我國的淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式應(yīng)借鑒國外系統(tǒng)設(shè)計的理念和參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化完善循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)淡水池塘循環(huán)水裝備數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化。

第二、進(jìn)一步研究生態(tài)處理池工藝流程與建設(shè)；過濾壩的工藝設(shè)計與建設(shè)、過濾壩過濾物的篩選；凈化水生植物的篩選與種植；微生物凈化水質(zhì)技術(shù)研究，包括菌種的篩選、菌膠團(tuán)的建立等；整體系統(tǒng)對養(yǎng)殖水體排泄物、污染物去除影響等方面，構(gòu)建淡水池塘循環(huán)水水產(chǎn)養(yǎng)殖基礎(chǔ)理論體系。

第三、重點解決養(yǎng)殖品種篩選、營養(yǎng)需求與飼料投喂、病害防控等關(guān)鍵技術(shù)，探討適合我國淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖品種養(yǎng)殖密度，提高存活率，建立不同養(yǎng)殖品種的養(yǎng)殖技術(shù)操作規(guī)程。

第四、完善淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖管理策略，建立與我國養(yǎng)殖對象相配套的淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖模式管理方法。