多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果.pdf

第 28 卷第 13 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.132012 年7 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringJul.2012185多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果吴垠1，孙建明2，柴雨3，徐长雷2（1.大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点开放实验室，大连 116023；2.大连汇新钛设备开发有限公司，辽宁省设施渔业工程技术研究中心，大连 116033；3.辽宁省海洋水产科学研究院，大连 116023）摘要：为了提高皱纹盘鲍的养殖效果，该文设计了多层抽屉式循环水养殖幼鲍系统，分析了养殖期间系统的水质指标和耗能量，及不同养殖密度下幼鲍的生长率和成活率。结果表明，该系统适宜的幼鲍养殖密度为 150 个/屉（70 cm 40 cm 10cm/屉），为流水式养鲍密度的 69 倍。试验过程中水温、溶解氧、pH 值、盐度、NH4+-N 和 NO2-N 指标均达到幼鲍生长条件，NH4+-N 和 NO2-N 体积质量基本稳定在 0.0230.065 mg/L 和 0.0140.041 mg/L 范围内。试验期间总耗电量为688.88 kW h，其中海水加热占总耗电量 19.62%，相当于每天 1.287 kW h 耗电量，大约是流水式养殖加热耗能的 1/7。该研究表明，多层抽屉式循环水养鲍系统是一种安全、高效、节能减排的养殖模式。该系统可供选择养鲍设施时参考。关键词：养殖，生长，能效，皱纹盘鲍，多层抽屉式养鲍箱，水质doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.13.0185中图分类号：S969.38文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-13-0185-06吴垠，孙建明，柴雨，等.多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果J.农业工程学报，2012，28(13)：185190.Wu Yin,Sun Jianming,Chai Yu,et al.Recirculating aquaculture system with multi-layer drawer culture tanks for juvenile abaloneand its effectsJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2012,28(13):185190.(in Chinese with English abstract)0引言皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)属海洋大型腹足类，具有很高的营养价值和市场价格，是中国主要的海水养殖品种之一。随着渔业科技水平和养鲍技术的提高，近年来在中国沿海省份迅速发展的陆地工厂化流水养鲍，以养殖密度大、鲍生长速度快、管理方便及养殖周期短等特点成为一项新兴的产业1。但是在这快速发展的同时，其负面影响也日渐显现，一方面开放式流水养殖水的交换量大，养鲍废水未经处理直接排放入海，造成近岸海区污染、养殖环境恶化、病害频发2-3。另外，在中国北方黄渤海沿岸皱纹盘鲍的主产区，每年冬季水温低，导致鲍生长减慢，幼鲍死亡率高，为了解决这一问题，通常在冬季室内工厂化养殖过程需采取加温办法，该方法将使生产厂家面临整个冬季需要花费大量能耗以提高水温4-5。为了减少养殖污水的排放，降低流水养殖导致大量能源消耗，提高养殖密度，本文设计了立体抽屉式循环水养殖系统（专利号：200610059339.1），其中立体抽屉式养鲍箱采用多层养殖空间，单位水体养殖容收稿日期：2011-06-25修订日期：2012-05-07基金项目：国家科技型中小企业技术创新基金（10C26212120465）；辽宁省科技攻关项目（990368）作者简介：吴垠（1962），女，辽宁大连人，教授，从事集约化水产养殖工艺研究。大连大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点开放实验室，116023。Email:通信作者：孙建明（1960），男，辽宁大连人，教授级高级工程师，农业工程学会理事，从事集约化水产养殖工艺和循环水养殖装备研究。大连汇新钛设备开发有限公司，116033。Email:量高且需水量少。本文主要研究了这种养殖方式下的水质指标变化及抽屉式养鲍箱中不同的养殖密度对幼鲍生长的影响，为封闭循环水高效养殖皱纹盘鲍提供一定的试验依据。1材料与方法1.1多层抽屉式循环水养殖系统1.1.1养殖系统组成及循环水流程本试验所用鲍循环水养殖系统是由大连汇新钛设备开发有限公司提供，包括多层抽屉式养鲍箱（10 层5列50 个/组），沉淀池，循环泵（流量 5 m3/h），微滤机（60 m 过滤精度），泡沫分离器（5 m3/h），生物滤器（水体体积滤器体积=101），管壳式紫外线消毒机（C 波段 256 nm），海水热泵（2.0P），氧/水混合溶解机（5 m3/h），制氧机（5 L/min），控制装置等单元组成（见图 1）。流程为：养鲍箱排出的养殖污水首先进入沉淀池，然后由循环泵将沉淀池内上部较清的海水泵入高位微滤机进行过滤，过滤后的海水由高向低先后流进泡沫分离器进行泡沫排污，生物滤器氧化，管壳式紫外线消毒机杀菌消毒，海水热泵调节水温，最后经氧/水混合溶解机增氧后流回养鱼池，在增氧环节由制氧机为氧/水混合溶解机提供纯氧。1.1.2多层抽屉式养鲍箱多层立体养鲍箱是一个由 10 个可自由拉出的抽屉自下而上组成的柜式养殖容器（见图 2），每个抽屉规格为70 cm40 cm 10cm，可容纳水 20 L，每 3 个抽屉串联成一个循环组，多个循环组并联组成多层立体养鲍箱，最农业工程学报2012 年186注实线：水流方向虚线：电子控制仪器图 1多层抽屉式循环水养殖系统各部示意图Fig.1Schematic diagram of recirculating aquaculture system withmulti-layer drawer culture tank下一层抽屉盛放生物球，单独循环，作为辅助生物滤器。3 个抽屉串联后，海水从上层抽屉前端进入抽屉，然后向后端流动，从后端的滤网口和水位溢流管流入中层抽屉中，中层抽屉的滤网口和水位溢流管在前端，水流从中层抽屉进入下层抽屉的前端，下层抽屉的末端设有滤网口、水位溢流挡板和 3 个排水孔，养殖污水经排水孔直接流到沉淀池，养殖水的流经线路呈“之”字型。根据多层抽屉式养殖箱结构及幼鲍习性的特点，本试验采用锥形鲍附着基。如图 3 所示，锥顶端和底部有孔，幼鲍可自由进出。锥形附着基下部直径为（10.01.0）cm，高为（5.01.0）cm。扣于抽屉内，幼鲍栖息于附着基内侧。注：1.进水管2.养殖用水3.养殖抽屉4.水位溢流管5.水位溢流挡板6.出水管图 2多层抽屉式养鲍箱及水流方向示意图Fig.2Diagram of multi-layer drawer culture tanks of juvenile abalone and water flow direction图 3锥形附着基Fig.3Cone attached base1.2试验鲍和方法试验自 2009 年 11 月至 2010 年 2 月在辽宁省设施渔业工程研究中心大连试验基地进行，养殖用水来源于大连市黑石礁海域经沉淀砂滤海水，自然海水盐度 30.8，pH 值 7.567.80，平均水温 4.1，试验前海水需在鲍循环水养殖系统运行 20 d，使系统稳定，水质指标达到幼鲍生长条件。后随机挑选健康、活力好的幼鲍 4 000 只均匀分散放入各抽屉内暂养 7 d，使其适应养殖环境。7 d后选取壳长和体质量相近的幼鲍 2 250 只，通过预试验，按照设置的 5 个密度组（50、100、150、200、250 个/屉）放入抽屉式养鲍箱中（见表 1），每组设 3 个重复。试验鲍的初始平均壳长为（20.970.41）mm，平均初始体质量为（1.060.09）g。每 2 天投喂饵料 1 次（投喂时间在 15：00 左右），试验鲍投喂盐渍海带和晾干海带（Laminaria japonica），每次投喂前用海水泡开。根据前期试验结果，投喂量以幼鲍体质量的 5%为基准，保证饵料充足并略有剩余，每日添加 3%5%新鲜海水补充排污损失的养殖用水。期间发现死鲍及时清理并做记录，试验周期 105 d。试验结束时测定鲍的壳长生长量和质量增量，计算成活率。试验期间水泵、氧/水混合溶解机、海水热泵等设备的耗能根据各设备配备的功率、工作时间和试验水体占养殖水体的比例计算。1.3指标的测定1.3.1生长及成活率成活率（%）=（存活个数/饲养总数）100壳长日增长量（daily shell increment,DSI）：DSI(m/d)=100(Lt-Lo)/T式中，Lt 和 Lo 分别表示幼鲍终末和起始壳长，m；T 为试验持续时间，d。体质量增长率（weight growth rate，WGR）：WGR(%)=100(Wt-Wo)/Wo式中，Wt 和 Wo 分别表示幼鲍终末和起始体质量，g。第 13 期吴垠等：多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果1871.3.2水质指标在试验过程中每天测定养鲍箱中的溶解氧、氨氮和硝酸盐，隔天测定水样的 pH 值和盐度。分别采取多层抽屉式循环养鲍箱的总入水口和出水口的水样进行分析测定，以平均值为试验水体的水质指标。溶解氧(mg/L)：采用 YSI550A 溶氧仪测定；pH 值：PHS-25 型 pH 计法；盐度()：HSA3 型海水盐度计测定；氨氮(mg/L)：次溴酸盐氧化法；亚硝酸盐(mg/L)：重氮-偶氮比色法。1.3.3数据处理所有的统计分析采用 Excel 2007 软件，数据以平均值 标准误(X SE)表示。试验结果用SPSS 17.0进行处理，在 ANOVA 单因子方差分析的基础上采用 Duncan s 多重比较检验组间差异，以 P0.05)，而试验结束时的终末值表现出一定的差异性。表 1不同密度下皱纹盘鲍生长指标Table 1Growth performances of abalone in different culturedensities试验初始试验结束组别密度/(个/屉)初始生物量/(个 m-3水体)初始壳长/mm初始体质量/g终末壳长/mm终末体质量/g成活率/%A 组502 500 20.92 0.29a1.06 0.05a27.41 0.11a2.61 0.06a100B 组1005 000 20.90 0.32a1.05 0.05a27.52 0.45a2.68 0.08a100C 组1507 500 21.10 0.09a1.08 0.06a27.68 0.54a2.69 0.10a98.7D 组20010 000 21.06 0.2a1.04 0.11a26.37 0.22b2.51 0.08b97.8E 组25012 500 20.88 0.36a1.07 0.08a25.57 0.32c2.39 0.06c93.1注：同列不同字母表示差异显著(PC 组(62.63 5.31 m/d)A 组(61.86 4.44 m/d)D 组(50.511.16 m/d)E 组(44.66 3.46 m/d)。方差分析结果表明，A 组、B 组和 C 组之间的 DSI 差异不显著(P0.05)；但明显高于 D 组和 E 组(P0.05)，密度为 250 个/屉的 E 组 WGR 最低（与其他组相比差异显著，P0.05）。结果表明，250 个/屉的养殖密度对于20 mm 幼鲍的生长和增重均具有一定的抑制作用，而50150 个/屉的幼鲍在生长指标方面未见显著差异，均优于其他高密度组，由此认为在此系统中以 150 个/屉为适宜的养殖密度。图 4不同密度培养下幼鲍的壳长日增长量和体质量增长率Fig.4Daily shell increment(DSI)and weight growth rate(WGR)of juvenile abalones under different culture densities2.2多层抽屉式循环水养殖系统水质变化图 5 显示在多层抽屉式循环水养殖系统养殖幼鲍过程中的总体水温、溶解氧、盐度、pH 值、NH4+-N 和NO2-N 的变化。试验期间通过使用海水热泵使水温控制在 14.319.5范围内，溶氧在 7.488.5 mg/L 范围内变化，平均值为 7.960.28 mg/L。盐度和 pH 值的均值分别为31.900.85（30.233.8）和7.890.17（7.458.15），盐度值在试验进行的过程中有缓慢上升的趋势，而 pH 值则略有下降。NH4+-N和NO2-N在试验过程中呈现一定的变化（见图 5），氨氮体积质量自试验开始出现缓慢的上升，第26 d 达到最高值为 0.182 mg/L，以后随着时间的延长不断下降，并稳定在 0.0230.065 mg/L 之间。亚硝酸盐在试验开始时为 0.010.02 mg/L 的低体积质量范围内，至第32 d 升至 0.221 mg/L 的最高值，而后下降并稳定在0.0140.041 mg/L 范围内。农业工程学报2012 年188图 5封闭循环鲍养殖过程中的水质指标变化Fig.5Water quality changes in abalone recirculating aquaculture system during experiment2.3多层抽屉式循环水养殖系统能耗表 2 为在本试验中的耗电设备及耗电量。系统耗能主要是由循环泵、微滤机、泡沫分离器、紫外消毒机、海水热泵、氧水混合溶解机和制氧机产生。这些装置在整个试验期间（共计 105 d）的耗电总量为 688.88 kW h，其中循环泵占有最高的能耗，其它依次为紫外线消毒机、增氧设备（氧/水混合溶解机+制氧机）、海水热泵、泡沫分离器和微滤机。它们分别占总耗电量的 27.07%、21.95%、20.39%、19.62%、9.15%和 1.83%。表 2试验期间的耗电量Table 2Power consumption during experiment设备种类功率/kW功率分摊率/%日平均工作时间/(h d-1)试验周期/d耗电量/(kW h)循环泵0.3702024.0105186.48海水热泵2.25202.86105135.14微滤机0.250202.4010512.60泡沫分离器0.2502012.010563.00紫外消毒机0.3002024.0105151.20氧/水混合溶解机0.250306.8610554.02制氧机0.400306.8610586.44耗电量总计688.883讨论3.1幼鲍的生长效果及养殖装置的效率本试验中采用长 70 cm、宽 40 cm 和高 10 cm（水深7.2 cm）的抽屉式养殖容器，并在抽屉内放置了锥形附着器以增加幼鲍附着和活动的空间，降低相互拥挤碰撞的几率。试验结果表明，皱纹盘鲍幼鲍在该养殖方式下的壳长日增长量是 44.6663.17m/d，体质量增长率为123.37154.95%，成活率达到 93.1%100%。这一结果与 Neori 等报道幼鲍日生长率在 40.066.5m/d 的结果相似6，其成活率高于苏浩等7的陆上养鲍的试验报道。表明幼鲍在抽屉式养殖条件下的生长是在正常范围内。鲍的生长速度与养殖环境、摄食海藻种类、个体大小、养殖密度等因素有关8-11。本文研究了抽屉式养殖方式 5 种密度下的养殖效果，结果表明，在养殖密度达到200 个/屉以上时，随着密度增大幼鲍的壳长日增长量呈现明显下降现象，当密度达到 250 个/屉时幼鲍体质量增长率明显下降，表现为生长减慢、死亡率提高。这一结果与 Huchette 等所研究的黑唇鲍养殖密度对生长影响的结果相似他认为养殖密度过大会导致生物产生生理性应激反应，摄食量下降，对环境敏感性增强，并且因相互拥挤损伤而进行的修复活动所需的能量增强，最终导致生长减慢12。目前中国流水式工厂化养殖鲍苗通常在 8001 200个/m3，本装置每 20 L 水可以养殖鲍苗 150 个，换算成单位水体养殖密度为 7 500 个/m3。与室内流水式养鲍方式相比，多层抽屉式循环水养殖可达到 69 倍的养殖量，大大提高了养殖鲍苗的效率。第 13 期吴垠等：多层抽屉式循环水幼鲍养殖系统及养殖效果1893.2循环水养鲍过程的水质指标养殖鲍对水质要求较高，一般来说，鲍需要一个良好的水质条件来保证较高的生长率和存活率13。但是在高密度养殖条件下往往会造成可溶性有害代谢物（主要是氨氮、亚硝态氮）等积聚，其对水生动物的影响已见不少报道14-16。Harris 等17的研究显示当绿唇鲍处于总氨氮体积质量 0.050.11 mg/L 时，贝壳增长率和体质量增长率明显减慢。Basuyaux 等18报道当 NO2-N 体积质量为15 mg/L 对绿唇鲍的死亡率和生长没有影响，相反，当体积质量为 2 mg/L 时还可刺激鲍的生长。本试验的多层抽屉养鲍系统通过水处理装置（如微滤机、泡沫分离器、生物滤器、紫外消毒机等），将养殖车间排出水的污染物（如粪便、残饵、动物排泄物和细菌微生物等）进行降解和消毒处理，可使养殖过程NH4+-N 质量浓度平均为（0.0510.040）mg/L，超过 0.1mg/L 的天数为 6d，最高值 0.182 mg/L 发生在第 26 天，以后随着时间的延长很快下降，并稳定在 0.0230.065mg/L 之间。NO2-N 的最高值发生在试验开始后的第 32天为 0.221 mg/L，有 6d 超过 0.1 mg/L，而后下降并稳定在 0.0140.041 mg/L 范围内，试验验期间 NO2-N 质量浓度平均为（0.0470.052）mg/L。pH 值在 7.458.15范围内，养殖用水达到了渔业水质标准。水处理系统不仅能够快速去除可溶性有害物质，而且通过采用海水热泵，日工作 2.86 h，可使养殖水温维持在 14.319.5范围内；采用增氧机及氧/水混合溶解机提高增氧效率，日工作 6.86 h，使得溶解氧达到 7.488.5mg/L，满足了鲍的生长适宜条件1。3.3多层抽屉式循环水养殖系统养鲍与流水式养鲍升温耗电量比较本试验进行期间正是中国北方冬季的低水温时期，自然海水温度降至 110范围，平均水温 4.1，在这种温度条件下，皱纹盘鲍幼苗难以过冬，死亡率很高。采用常规的开放流水养殖方式，就海水升温所需能耗这一项来计算，如果每天新水的交换率为 400%，需要新水1.2 m3，每天利用海水热泵将 1.2 m3新水从平均 4.1水温加热至 16，消耗电能为 8.64(kW h)/d，仅此一项在试验期间（105 d）加温需要耗电为 907.2 kW h。本试验采用封闭式循环水养殖 2 250 只幼鲍 105 d 总耗电量为 688.88 kW h，其中利用海水热泵使池内水温维持在 14.319.5耗电 135.14 kW h，平均每日耗电量为1.287(kW h)/d，升温耗能每枚鲍苗 0.5910-3kW h，大约是流水式养殖加热耗能的 1/7。Davis 等19指出采用热泵加热养殖 100 万个虹鲍（haliotis iris）鲍苗,当水流速度为 40 L/s，热泵的转换效率为 4 时，将水温升至 8耗电量为 340(kW h)/d，每日养殖水升温耗能每枚鲍苗 0.3410-3kW h，可见当大规模养殖鲍时采用热泵加热具有规模效应，能量利用率会大幅度提高。4结论1）采用多层抽屉式循环水系统养殖幼鲍，研究了该装置的适宜养鲍密度。结果表明，壳长为 2030 mm 幼鲍，以 150 个/屉为养殖的适宜密度，如果采用该装置每屉（20 L 水）养殖鲍苗 150 个，换算成单位水体养殖密度为 7 500 个/m3。该密度可达到目前室内工厂化流水养殖方式的 69 倍。2）在试验期间本系统总耗电量为 688.88 kW h，其中海水加热占总耗电量 19.62%，相当于每天 1.287 kW h 耗电量，大约是流水式养殖加热耗能的 1/7，这对于北方室内工厂化养鲍来说可以大量降低能源消耗。3）通过本循环养殖水处理系统的作用可有效降低养殖水中氮排泄物浓度，提高溶解氧，使水温、pH 值、溶解氧、NH4+-N 和 NO2-N 指标均达到幼鲍适宜生长条件，使养鲍水循环利用。而且由于各个抽屉容器相对独立，循环水经过消毒后再流入抽屉式养殖容器，杜绝了养殖过程的交叉感染。因此采用立体多层抽屉式循环水养鲍系统是一种安全、高效、节能减排的养殖模式。该装置系统可以大规模应用于循环水养鲍生产，具有广泛地推广应用前景。参考文献1高绪生，王琦，王仁波，等.鲍鱼M.辽宁：辽宁科学技术出版社，2000，193197.2Antonio T,Carlos M.Environmental impacts of intensiveaquaculture in marine watersJ.Water 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its effectsWu Yin1,Sun Jianming2,Chai Yu3,Xu Changlei2(1.Key Laboratory of Mariculture in north,Ministry of Agriculture,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Research Centerfor Facilities Fishery Engineer of Liaoning Province,Dalian Huxin Titanium Equipment Development Limited Company,Dalian 116033,China;3.Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute,Dalian 116023,China)Abstract:In order to improve the culture efficiency of disk abalone,Haliotis discus hannai,the recirculatingaquaculture system(RAS)with multi-layer drawer abalone culture tanks(70 cm 40 cm 10 cm per drawer)weredesigned.The water quality parameters,energy consumption during experiment period,as well as the growth rate andsurvival of juvenile abalone in different culture densities were monitored.The results showed that the culture density for150 individuals per drawer in the recirculating systems was appropriate,which was about 6-9 times of the flow-throughsystems.The temperature,dissolved oxygen,pH value,salinity,NH4+-N and NO2-N were all maintained withinacceptable ranges for the normal growth of disk abalone.The total NH4+-N and NO2-N stabilized around 0.023-0.065mg/L and 0.014-0.041 mg/L,respectively.The power consumption per day for heating was 1.287 kW h,where thepower consumption for heating sea water accounted for 19.62%of the total power consumption(68888 kW h).Compared with conventional flow-through system,it was only one-seventh of energy consumption for heating sea water.The study indicates that it is a kind of mode with the characteristics of safe,high efficiency,energy saving and lowpollution for RAS with drawer-type culture tank for disk abalone culture.The results can provide references for choosingabalone culture devices.Key words:aquaculture,growth,energyefficiency,DiskabaloneHaliotisdiscushannai,drawer-typeculturetank,water quality