活鱼陆运的水体环境调控技术发展研究

曾志雄1,2，吕恩利1,2，陆华忠1,2，郭嘉明1,2，赵俊宏2

（1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642；2.华南农业大学工程学院，广州 510642）

水产品具有低脂肪、高蛋白等特点，其肉质鲜美，营养丰富，深受消费者的青睐[1]。水产品一般分为“活、鲜、冻、老（老指腌制品）”四类，各类口味不同，市场价格差别较大[2-4]。其中，活水产品口味最好，价格亦比冻品高，且市场需求量大于一般冻品[3-5]。据报道，日本市场的活鱼价格比一般冻品高出8～10倍[3]；香港人均年消费水产品 40kg，其中 90%是活海鲜[3,6]；每年进入上海市场的活水产品达到3万吨[3-5]。

水产品在流通过程中，活体流通率较低，内陆地区水产品主要以冰鲜和冷冻方式销售。在水产行业中，活体流通率是指鲜活水产品在单位时间、单位体积内的转移量。活鱼运输技术水平低的问题，成为影响水产行业高效发展的一个重要因素。面临日益繁荣和庞大的活水产消费市场，活鱼陆运技术的研究尤为迫切。本文在文献检索的基础上，归纳了活鱼运输的现状，指出了影响活鱼陆运水体环境的相关因素，分析了主要的水体环境调控技术，并提出了活鱼陆运水体环境调控技术的发展趋势。

1 活鱼运输的现状

我国幅员辽阔，水产品的消费地与产地之间往往距离较长，在运输过程中，部分鱼因为缺氧或不能适应环境变化而死亡，造成经济损失[2,6-8]。

目前，活鱼运输主要有密闭运输、开放式运输和麻醉辅助运输等方法[6-10]。密闭运输无法监控水体环境，运输时间短，不适合大规模长途运输；麻醉辅助运输易导致药物残留，对健康产生危害；开放式运输适合批量运输，对水体环境调控技术要求较高，还存在着水体环境控制粗放，缺少生命体征监测，氧气利用效率低等问题，成为制约活鱼长途陆上运输的主要因素。

2 影响水体环境的因素

鱼类的生命活动随水体环境条件的相对稳定及变化而维持动态平衡。鱼类适宜的生态条件与鱼的种类及原生活环境有关，如水温、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、盐度等因素[3-7]。

2.1 水温

鱼类是变温动物，体温随所处水温的变化而变化[4]。每种水产动物均有其生存的温度可适范围[4,6]。水温高，生物体的代谢率与耗氧量增高，产生的二氧化碳与氨含量增高，会造成鱼体内血液和氧的亲和力减弱[3-6,10-12]；水温太低，鱼体容易冻伤。若水温突变，鱼体内部机能不能自我调节、适应水温突变，鱼易患病 。因此，在水体环境调控时，应将水温逐步调节到该品种鱼类的生存水温下限附近，不可快速降温，并防止温差过大影响鱼存活率。

2.2 溶解氧含量

活鱼的新陈代谢消耗氧气，产生二氧化碳[3]，其呼吸又分为鳃呼吸和气呼吸。腮呼吸在水中进行，而气呼吸主要通过口腔及咽喉黏膜、皮肤等辅助呼吸器官从空气中吸取氧气[3]。鱼主要通过腮呼吸摄取氧气。

研究指出，由于海水鱼对氧气的摄取能力较淡水鱼弱，溶解氧含量降低时更易死亡。当水体中溶解氧下降、鱼体缺氧时，鱼体会提高呼吸运动的频率，以维持一定的呼吸强度[1-4,12-14]。当溶解氧低于一定水平时，提高呼吸频率也不能满足氧供应，鱼体窒息死亡时对应的溶解氧含量为窒息点。一般来说，鱼虾蟹的溶解氧窒息点在0.5～2.5mg/L，而且其排泄物与分泌物也需溶解氧来氧化，因此，水体环境的溶解氧必须保持在 4mg/L以上[4,11-16]。

2.3 氨氮含量

在运输过程中，鱼的排泄物及粘液等逐渐积累，造成水体悬浊物不断增多。若不及时处理，将使黏液、剥离组织碎片、有机物等悬浊物附着于鱼体鳃孔，影响鱼有效的气体交换面积，造成摄氧困难，且易造成微生物大量生长，进而使水中溶解氧进一步降低[1-3,6,15-16]。因此，在运输过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

鱼类在水中呼吸会排出二氧化碳，使水中的溶解二氧化碳浓度升高[4,16]。运输过程中由于鱼的运输密度较高，水体中的CO2浓度也容易升高。运输期间，水槽中所含的二氧化碳浓度为20～30 mg／L[4]。如果二氧化碳的浓度超过此范围，应往水中充气，排出二氧化碳，并增加水中的溶解氧，保障鱼体正常的生活环境[1-4]。溶解二氧化碳对鱼产生危害的浓度范围为 60～100mg／L，此时即使水中溶解氧处于饱和状态，鱼类不能正常呼吸，会造成窒息死亡[1-4,16-17]。需要注意的是，高浓度的溶解二氧化碳含量对某些鱼类还具有一定的麻醉作用[1,19]。

2.5 pH

不同鱼类对水体酸碱度的耐受力不同。水体中的pH能够直接影响鱼体的生理状况，且氨和溶解二氧化碳含量随pH变化，从而进一步影响保活运输的存活率[1,18]。鱼类正常生长的最适pH值为7.0～8.0，当pH值下降或升高时，鱼类的耗氧量下降，而当pH值>10.0或<2.8时，可损坏鳃的表面而导致鱼类呼吸中止[3,17,20]。

2.6 盐度

淡水鱼和海水鱼的耗氧量均随水中盐含量的升高而减少[16]。水中的盐类有氯化物、磷酸盐、碳酸盐、氮化合物和硫酸盐等各种盐类，其主要通过改变水的渗透压进而影响鱼类正常生理活动。鱼类的渗透压调节作用只能局限于一定盐度范围，如果盐度过大或变化过于剧烈则导致应激反应的出现，甚至使鱼体生理失调或危及生命[12,21,35]。活鱼在运输过程中容易发生撞击使表皮受损、体表粘液增多，造成渗透压不平衡，从而引起活鱼患病[4]。在运输过程中可在水体中加入氯化钠或氯化钙，使水产品“变硬”，减少体表粘液的形成[12,16]。

2.7 噪声与震动

安静的水体环境可增加水产生物的安全感，体能消耗亦少。尽管轻微的震动可增加水中溶氧，但噪声与震动会刺激鱼虾蟹的运动，并增加其代谢强度，体力损耗增大，严重的会引起其代谢紊乱，影响成活率[21-22]。

3 水体环境调节技术

鱼类在长距离运输过程中，正常存活的必要水体环境条件是：适宜的水温、良好的水质和足够的溶解氧[2,5,9-10]。水体环境的调控技术主要有：水温调节技术，溶解氧控制技术，水质调节技术和水体环境监控技术。

3.1 水温调节技术

为避免夏季高温引起鱼死亡，减弱运输过程中水产动物的新陈代谢，需在鱼箱上采用制冷装置降温。水体环境的降温是靠制冷压缩机和热交换器来完成的。文献[5,7,36]指出，对于多数鱼类而言，当降温速度为 1.5～2.0℃/h时效果较好。而在冬季进行活鱼运输时，若外界温度较低，此时需避免水温低于鱼类生存适温下限，则运输装备应具有升温装置。鱼舱水体的升温靠热油载体燃油锅炉和热交换器来完成[2,5,23]。一般来说，水体升温速度以0.5℃/h较佳[5]。

传统的水产养殖直接传热降温方法如冰块降温和自然对流降温存在无法精确控制、温度场分布不均匀等问题，不能满足活鱼运输的特殊要求[27,36]。目前，能实现实时精确控制的机械式水温调节装置具有较佳的应用前景[5,36]。欧致奋[27]指出，当活鱼运输系统未配备温控装置，对鱼舱水的温度不可控时，鱼类在运输过程中容易死亡，滋生病菌。2005年，朱健康等[5]应用闭式循环系统，结合降温技术，在淡水航区运载海水活鱼，存活率大于90%。2010年，他们利用闭式循环可控温水族箱，进行了不同水温下真鲷存活率试验，结果发现，水温较低的试验组（14～15℃）溶解氧含量下降较缓慢，真鲷存活率也较高[32]。张饮江等[17]实现了对水温的自动调控，运输模拟试验中，金鱼存活率达95%。

为减少水体与外界传热，鱼舱应配备绝热性能较好的保温层。保温层一般采用聚氨酯发泡技术，如果采用外表包覆玻璃钢则可防止雨水或海水渗透及腐蚀。

3.2 溶解氧控制技术

用于活鱼运输的增氧技术主要有：鼓风增氧技术、机械增氧技术、喷淋增氧技术、射流增氧技术、增氧剂增氧技术等[24,25]。

鼓风增氧技术是将压缩空气（或纯氧）通过扩散设备分散成气泡形式，使氧迅速扩散进入水体。喷淋增氧主要利用循环水泵将水从容器中抽出，喷向空中，将水体分散成细小的喷淋水线，增加气液接触面积，空气中的氧溶入水中后，水再回到运输容器中。射流曝气的工作原理则是将水加压通过喷射嘴射出，利用高速射流形成的局部负压把空气吸入。增氧剂增氧是指向水体中投入一些能产生氧的化学物质，达到增加水体溶氧的目的。

在水体溶解氧调节机理方面，Winstone[14]分析了氧气在活鱼运输中的应用，指出在长时间、高密度的保活运输过程中要保持充足的氧供给，才能保证较高的存活率。朱双喜[25]以氧气瓶为淡水鱼增氧运输，氧气利用率不足10%，增加了运输成本。Lyngstad[32]结合增氧技术，设计了一种应用于活鱼运输的储存容器，其适用范围较广。黄啸[24]对比了水体不同供氧技术的充氧效率，并利用膜式无泡供氧技术，设计了一种礼品装水产品活体运输箱，模拟运输试验中水产品的存活率达到95%以上。

3.3 水质调节技术

在循环水路中增设过滤装置，是去除水中悬浊物的有效方法[1-3,6]。目前常用的过滤装置有2种，一种是以泡沫分离装置为主，生物过滤为补充的过滤器；另一种是碳化棉过滤器[5,6,26-30]。在日本，丸山俊朗等[28]采用泡沫分离装置产生的泡沫取出杂质。在我国，朱健康等[5]提出了在船舶甲板采用渗透过滤技术净化水质，并给出过滤层厚度比例。亦有研究指出，沸石去除氨氮效果显著[2,26]。

采用紫外线或臭氧杀菌，也能有效抑制有害细菌和微生物的生长繁殖，减少水体中的有害细菌和微生物的数量，避免水质恶化[27]。

3.4 水体环境监控技术

目前，国内活鱼运输设备中大多数都缺少监控设施，往往只是凭经验来判断，而造成鱼死亡的机理并没有深入研究[1,6]。Farrell[34]发现，成年鲑鱼在运输过程中不同时间的摄氧量差异较大，需对水体环境中溶解氧含量、溶解二氧化碳等指标进行实时监控。运输过程中，如果能及时监测水中的溶解氧含量、溶解二氧化碳含量、氨氮量、水温和pH等指标，就能及时采取相应措施，优化水体环境，从而提高运输效率[6,15]。近年，研究者开始注重活鱼运输的实时监控技术。朱双喜[25]采用氧气瓶为淡水鱼运输增氧，以换水调节水温和水质，采取人工观察鱼的生命体征。朱健康等[5]实现对海鱼运输装置水体环境溶解氧的监测，为溶氧控制提供参考。徐良杰[30]结合循环水系统研制了活鱼运输船，实现了对溶解氧的监测与调节。卢俊杰等[8]设计了带自动监控系统的活鱼运输装置，可根据溶解氧、温度等实时数据进行自动控制。

4 活鱼陆运水体环境调控技术的发展趋势

活鱼运输是鱼类生产中的重要环节，关键问题是提高成活率、延长保活运输时间和降低运输成本[2-4]。活鱼运输要结合其生理生态特性，解决好水温、水质和溶解氧等影响活鱼存活率的水体环境调控问题。

化学药剂保活方法能提高成活率以及降低运输成本，但药物在鱼体内的作用机理、代谢途径研究尚不深入，对诸如诱导期、麻醉时间、药物残留量、对人体的危害等还没有可信的评判依据，也没有得到长时间的安全验证[3-7,31]。

基于水体环境调控的活鱼陆运方式，消除了药物残留，保证了活鱼的品质，提高了水产品的竞争力，将成为活鱼远程保鲜运输的主要方式之一。活鱼陆运的水体环境调控技术与装备向着节能、精控和智能的方向发展。

4. 1 在加强节能研究的同时，注重环保

活鱼运输集制冷、保温、增氧和过滤净化等系统于一体[2,5,26-30]，应加强各系统的集成与协调控制，并引入变频等节能技术。在精确控温的同时，节约能源，注重环保。此外，活鱼陆运的节能应用，可以降低运输成本，扩大利润空间。

4. 2 水体环境流场分布规律研究

水体环境速度场、温度场、溶解氧浓度场和溶解二氧化碳浓度场的均衡性是保证活鱼运输品质的重要因素之一。鱼舱内温差越大、气体浓度差越大，对活鱼运输品质影响就越大。因此，应加强对水体环境流场分布规律的研究，可采用计算流体力学（CFD）软件进行计算机模拟，以缩短研究周期，对鱼箱内流场均匀性进行优化设计，选择优化方案，并进行试验研究。

4. 3 智能化监测与调控

为及时掌控活鱼运输的水体环境变化，应开展水体环境调控机制研究，实现对活鱼长途运输的智能化监控与管理，减少巡查劳动强度，避免因设备故障引起水产品质变化，使活鱼保鲜运输更加安全、便利和高效。

4. 4 水体增氧方式研究

鼓风增氧、机械增氧、增氧剂增氧等增氧速度较慢[27-30]，消耗了多余动力，应加强水体增氧方式研究，深入探索水体溶解氧调节机理，提高水体环境的增氧效率，实现快速供氧，延长运输供氧时间和运输距离。

5 结论与展望

1）通过查阅分析国内外相关文献，总结了活鱼运输的发展动态，归纳了影响活鱼陆运水体环境的因素（水温、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、盐度、噪声与震动），并整理了水温调节、溶解氧控制、水质调节、水体环境监控等水体环境调节技术。对于大部分的活鱼陆地运输，降温与增氧是调节水体环境的重要手段。

2）我国幅员辽阔，水产品保活运输的条件差异较大，在实际运输中应因地制宜地采用不同档次及规格的活鱼运输形式，并加强对活鱼陆运中水体环境调控技术与装备的改进，如，集成变频等节能技术，加强各系统的协调控制，降低运输成本；探索水体环境流场分布规律，优化鱼舱结构设计；开展智能化监控与管理，提高水产品质；深入研究水体溶解氧调节机理，实现快速增氧。

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