四种三疣梭子蟹养殖系统的能值评价*

班文波， 田相利**， 董双林 ， 张　凯， 高明亮 ， 张东旭， 奉　杰， 张庆起

(1.中国海洋大学水产学院， 山东 青岛266003； 2.连云港市赣榆区海洋渔业技术指导站， 江苏 连云港 222100)



四种三疣梭子蟹养殖系统的能值评价*

班文波1， 田相利1**， 董双林1， 张凯1， 高明亮1， 张东旭1， 奉杰1， 张庆起2

(1.中国海洋大学水产学院， 山东 青岛266003； 2.连云港市赣榆区海洋渔业技术指导站， 江苏 连云港 222100)

摘要：为综合评价以三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)为主的不同混养系统的生态经济性能。本研究通过海水池塘陆基围隔养殖实验，收集苗种投入、人工、电能、饵料投入、产量、风能、雨水能、太阳能等基础数据；利用能值理论及分析方法，定量分析了蟹单养系统(C)、蟹虾二元混养系统的转换率(CS)、蟹虾贝三元混养系统的转换率(CSB)和蟹虾贝鱼四元混养系统(CSBF)4种三疣梭子蟹养殖系统的能流和物流特点；建立了能值评价指标体系，利用各能值指标综合对比了4种养殖系统对环境的影响及可持续性。研究表明： 在太阳能值转换率方面，蟹虾贝鱼四元混养系统的转换单最低(3.65×106sej/J，P<0.05)，蟹单养系统的转换单最高(8.72×106 sej/J)。在产出能值交换率方面，四元混养系统显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)，蟹虾二元混养与蟹虾贝三元混养系统之间无显著差异，蟹单养系统的转换单最低(1.34)。在环境负载率方面，四元混养系统略高于其它3种养殖系统(105.92)，蟹单养系统最低(91.42)。在能值可持续发展指数方面，四元混养系统显著高于其它3种系统(P<0.05)，蟹虾二元混养、蟹虾贝三元混养和蟹单养3个系统之间无显著差异(P>0.05)。综合比较表明，蟹虾贝鱼四元混养系统在环境负载率略高的前提下，获得了最低的太阳能值转换率和最高的产出能值交换率，能值可持续发展指数显著高于其他3种养殖系统。因此，虾蟹贝鱼四元混养系统是经济效益相对高、环境污染相对小的养殖模式，应该在生产中推广。

关键词：能值分析； 三疣梭子蟹； 混养系统； 围隔

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)隶属甲壳纲(Crustacea)、十足目(Decapoda)、梭子蟹科(Portunidae)。因其肉多，脂膏肥满，味鲜美，营养丰富，经济价值极高等特点深受养殖户青睐，已成为中国北方沿海主要的海水养殖种类之一。梭子蟹与对虾和贝类等的混养是比较常见的养殖模式[1]，然而在目前的实际生产中，更缺少对不同蟹虾混养、蟹虾贝混养等混养模式优劣的客观定量评价，混养模式的选择具有盲目性。基于此，近年来众多学者相继对三疣梭子蟹养殖的相关理论与技术进行了研究，例如：张凯[2]、董佳[3]等对三疣梭子蟹不同混养系统的氮磷收支状况进行了研究；奉杰等对比了不同混养系统的能量收支状况[4]。然而，上述研究多是基于不同养殖系统的生态学特性角度进行的，目前尚未见将三疣梭子蟹混养系统作为一个生态经济系统进行分析研究的报道。

能值理论及其分析方法是定量核算自然资源与经济发展的真实价值的一种研究方法[5-8]，它有助于科学合理的评估自然资源对社会经济的贡献[9]，从而评价养殖系统的可持续性。能值分析方法在水产养殖生态系统的研究中有较多报道，例如：秦传新等研究了中国北方刺参养殖池塘的环境可持续性[10]；杨海龙等以贵州省从江县小黄村为例比较研究了稻鱼共生系统与水稻单作系统的生态经济效益[11]；张义勇等对苇田养蟹系统进行了分析[12]；赵忠宝等对稻—蟹—鳅生态系统进行了能值分析[13]；Li等对珠江口湿地三种不同水产养殖系统进行了分析[14]；Zhang等对南四湖3种湿地养鱼系统做了能值评估和经济分析[15]。Lan等则定量分析了中国农业生态系统的能物流，并绘制了中国农业总体生产系统能流能值模型图[16]。不过，上述研究均是采用调研方法获取相关数据，包括苗种投入、劳动力、产量等，由于养殖户文化程度不一，基础数据往往存在精确度不高的问题。同时，由于调查地点不一，很多地域性参数存在的差距也给能值分析结果带来了较大不确定性问题。

本研究在多年三疣梭子蟹混养技术和理论研究的基础上，采用海水池塘陆基围隔实验的方法获取较为准确的相关数据，利用能值理论与分析方法，对三疣梭子蟹单养、蟹虾二元混养、蟹虾贝三元混养、蟹虾贝鱼四元混养4种不同的系统内的能流和物流进行分析，以期综合评价上述4种养殖模式对环境的影响及其可持续性，从而为三疣梭子蟹混养理论与技术的进一步完善和提高提供依据。

1材料和方法

1.1 池塘、围隔与养殖动物

养殖实验在江苏省赣榆县佳信水产开发有限公司养殖池塘内完成(119.12°E，34.83°N)。池塘为泥沙底质，实验期间水深1.3~1.5m，实验采用陆基围隔实验法。围隔由围隔布和木桩支架构成，在池塘中形成5m×5m×2.5m立体空间,围隔结构参见文献[17]。每个围隔放置5个连接鼓风机的气石作为增氧设备。实验开始前期对池塘进行了清污、暴晒，为防止梭子蟹养成过程中的残食放置了隐蔽物。

实验用梭子蟹(Portunustrituberculatus)蟹苗自购买连云港市佳信水产品开发有限公司，放养时平均甲宽(1.71±0.21)cm，平均甲长(0.88±0.10)cm，平均体重(0.59±0.06)g；凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)苗种购买自连云港市富祥育苗厂，并进行为期10d的淡水驯化，放苗时平均体长(1.37±0.19)cm，平均体重(0.05±0.01)g；菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)壳长(2.24±0.21)cm，壳宽(1.53±0.22)cm，壳高(0.92±0.11)cm，体重(0.96±0.11)g；梭鱼(Lizahaematocheila)苗为海捕鱼苗，体长(3.50±0.17)cm，体重(0.67±0.09)g。

1.2 实验设计与管理

1.2.1 实验设计实验设置了4个处理，分别为三疣梭子蟹单养系统(C)、蟹虾二元混养系统(CS)、蟹贝三元混养系统(CSB)和蟹虾贝鱼四元混养系统(CSBF)。每个处理分别设置3个重复。具体放养情况见表1。其中C、CS、CSB的放养密度参照文献[13]。梭鱼放养密度参考潘海军等对南美白对虾和梭鱼混养研究的结果确定[18]。

1.2.2 实验管理围隔于2014年6月20日进水完毕并用150mg·L-1漂白粉进行消毒，7月10日开始放苗。

实验期间遵循定时定点的投饵原则，每天投饵2次，分别为7：00和19：00。对虾饲料为“正大”牌南美白对虾配合饲料，梭子蟹饵料为蓝蛤(Aloidislaevis)。

每天利用饵料盘观察残饵，根据摄食情况调整投喂量。每天22：00至次日6：00定时增氧。养殖周期为97d。

1.3 基础数据

1.3.1 苗种各不同处理苗种投入情况见表1。

1.3.2 饵料各处理饵料投入情况见表2。

表1　各实验组的放养情况

注：C:三疣梭子蟹单养系统；CS:蟹虾二元混养系统；CSB：蟹贝三元混养系统；CSBF:蟹虾贝鱼四元混养系统。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　各实验组的饵料投入情况

1.3.3 气象指标实验期间(7月10日—10月15日)，实验区域接受的太阳能辐射为1550MJ·m-2[4]；降水量为516.1mm；平均风速为2.03m·s-1。降水量及风速由江苏省气象局提供。

1.3.4 收获生物样品养殖生物放收获时分别留取适量养殖生物样品，60℃下烘干测定含水率后粉碎，用氧弹仪(PARR-1281，美国)测定养殖生物样品能量含量[19]，测定数据见表3。

1.4 分析方法

能值理论及其分析方法不仅能够客观地评价水产养殖的经济收益，而且能够评价养殖系统对生态环境的影响[20[21]能值理论及其分析方法进行相关分析。在综合考虑影响三疣梭子蟹系统的自然资源和社会资源的基础上，根据能值分析理论和养殖过程中的各种物质、能量、信息的输入和输出，构建了三疣梭子蟹养殖系统的能值流动图[20,22-23](见图1)。

表3　不同处理产出物质的能量含量

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

三疣梭子蟹养殖系统能量来源分为可更新的环境资源投入能值(R)和购买的外部资源投入能值(F)。可更新资源包括太阳能、风能、雨水能、海水能和潮汐能，购买的外部资源包括苗种投入、设施构建、人工、电费、饵料投入等。结合表1和图1以及能值分析理论，利用一系列能值指标对三疣梭子蟹养殖系统进行定量分析。各能值指标见表4。

图1　三疣梭子蟹养殖系统的能值流动图

指标Index公式Formula意义Application太阳能值转换率①TRTR=Y/Q养殖系统中输入能量在转换过程中的相对效率[24][25]环境负载率②ELRELR=F/R度量养殖系统对环境造成的生态压力[25]能值产出率③EYREYR=Y/F本地资源对养殖系统生产过程的贡献率[25]产出能值交换率④EERYEERY=YM/Y度量养殖系统养殖生物销售所获得的能值效益[16]能值持续性指数⑤ESIESI=EYR/ELR养殖系统的可持续性[26]可持续发展的能值指⑥EISDEISD=EYR×EERY/ELR在考虑市场交换对能值产量影响的条件下,度量养殖系统的可持续性[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列出的能值指标的计算公式中：Y为系统中投入的总能值；R为养殖系统中投入的雨水能、太阳能、风能、潮汐能和海水能等可更新资源的总和；F为养殖系统中投入的购买外部资源的总和； Ym为产量乘以平均售价计算得到的养殖生物的年产值，再乘以货币的太阳能值转换率得出。

2研究结果

2.1 养殖收获情况

各养殖系统养殖动物收获情况见表5。可以看出，C和CSBF两个养殖系统的梭子蟹产量显著高于CS和CSB(P<0.05)；CSBF的对虾产量也显著高于CS和CSB(P<0.05)。从经济收益方面看，CSBF的经济收益显著高于C、CS、CSB(P<0.05)，而CS和CSB在经济收益方面则没有明显差异(P>0.05)。

2.2 能值评价结果

根据图1中三疣梭子蟹养殖系统的能值流动情况(见图1)和系统能值分析中的投入和产出数据(见表1~3和5)，将各项指标转化为统一的能值能值转换率按9.44×1024sej/a的基准进行折算)，对4种梭子蟹养殖系统进行评价分析。

表5　不同处理养殖动物的收获情况(平均值±标准差)

注：表中同一行中标注不同字母表示各数据之间差异显著(P<0.05)。Note: Data in the same column with different superscripts are significantly diffe-rent (P<0.05).

①Portunustrituberculatus; ②Litopenaeusvannamei; ③Ruditapesphilippinarum; ④Lizahaematocheila

三疣梭子蟹各养殖模式能值分析结果见表6~9。各养殖系统的资源的投入可分为两部分：可更新资源和购买的外部资源。各养殖系统投入的总能值为3.12×1017~3.61×1017sej。其中可更新资源包括太阳能、风能和雨水能、海水能、潮汐能，可更新资源总量以雨水能、海水能和潮汐能之和计算3.38×1015sej(太阳能、风能、雨水能为同类能源，以雨水能作为三者代表以避免重复计算)，占总投入能值的1.08%~0.94%。购买的外部资源包括设施构建、苗种、饵料、人工和电能等，其能值之和为3.09×1017~3.58×1017sej，占养殖系统总能值投入99.04%~99.17%。在购买的外部资源中，苗种投入及饵料投入较大，其能值分别为6.83×1016~9.41×1016sej和1.27×1017~1.50×1017sej，分别占总能值投入的21.89%~26.07%和40.71%~42.94%。各养殖模式可更新资源投入相同，但随着混养种类的增加，蟹虾混养、蟹虾贝混养、蟹虾贝鱼混养3种养殖模式与蟹单养相比，购买的外部的资源投入逐步增加。养殖过程中各项能值投入的百分比以及各养殖系统产出的养殖生物的热量均在各养殖模式能值分析表中列出。计算方式参考文献[27]。

表6　蟹单养养殖系统能值分析表

续表6

项目Items 原始数据①/unit太阳能值转换率②/sej·unit-1太阳能值③/sej各项所占分比④/%海水能Seawater1.90×104m31.84×1010[30]3.50×1014小结Subtotal3.38×10151.08购买的外部的资源输入⑥设施构建Construction6.11×104$8.48×1011[14]5.18×101616.60苗种Stockingseeds8.06×104$8.48×1011[14]6.83×101621.89电能Electricity1.67×1011J1.70×105[28]2.84×10169.10饵料Forage1.50×105$8.48×1011[15]1.27×101740.71人工Labor1.93×1010J1.73×106[15]3.34×101610.71小结Subtotal3.09×101799.04总和Total3.12×1017100产值热值⑦/J3.58×1010太阳能值转换率⑧/sej·J-18.72×106

注：能值分析表中原始数据以 hm2·a-1计算。可更新资源包括太阳能、风能、雨水能、潮汐能和海水能，可更新资源总量以雨水化学能、海水能和潮汐能之和计算(避免重复计算)。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　蟹虾混养养殖系统能值分析表

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

表8　蟹虾贝混养养殖系统能值分析表

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

表9　蟹虾贝鱼混养养殖系统能值分析表

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 能值分析指标

三疣梭子蟹不同养殖模式各能值指标分析结果见表10。

在各能值指标中，CSBF的太阳能值转换率TR显著低于其它3种混养系统，可持续性发展的能值指数EISD则显著高于其他3种养殖系统(P<0.05)，其值分别为3.65×106和0.0200；CSBF的环境负载率ELR和产出能值交换率EERY最高，其值分别为105.92和2.11；CSBF产量能值交换率EERY显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)；C的环境负载率ELR和产出能值交换率EERY最低，其值分别为91.42和1.34；4种养殖系统的能值产出率EYR基本相同。

表10　三疣梭子蟹不同养殖系统相关能值指标对比分析

注：表中同一行中标注不同字母表示各数据之间差异明显(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讨论

在全球环境压力增大的今天，水产养殖业的可持续性发展日益受到关注和重视。而寻找经济效益高、对环境影响小、可持续发展的养殖模式成为水产养殖发展的方向和焦点[30]。本研究利用能值理论与分析方法，对三疣梭子蟹单养、蟹虾二元混养、蟹虾贝三元混养和蟹虾贝鱼四元混养等4种不同的系统进行了能值分析，以期对上述4种养殖模式对环境的影响及其可持续性进行综合评价。

太阳能值转换率是三疣梭子蟹养殖系统中投入的总能值与三疣梭子蟹养殖系统中产出的养殖生物所具有的能值之比。它是在产品转换成单位有效能量过程中所需要的能值，是能量转换系统中或者能量转换过程中效率的表现[24-25]。较高的能值转换率表示产品在生产过程中产出一个单位有效能量需要更多的能值输入。在本研究中，4种不同养殖系统每产出1J能量的养殖生物需要的有效太阳能值输入量为3.65×106~8.72×106sej，比珠江口3个不同鱼种养殖系统[14]、养鸡系统[32]和近海养鱼系统[23]太阳能值转换率略高，但在同一数量级上；其中，蟹虾贝鱼四元混养系统的太阳能值转换率为3.65×106，该值低于南四湖半精养养鱼系统[16]。4种系统之间比较，四元混养系统的太阳能值转换率显著低于其它3种养殖系统(P<0.05)，表明在四元混养系统中每产出1J能量的养殖生物需要较少的有效太阳能值输入量，也就是说，与其它3种养殖系统相比，四元混养系统生产效率较高。

环境负载率是购买的外部资源能值与可更新资源能值的比值，表示海水养殖对生态环境造成的压力的大小。环境负载率值越大表示该养殖系统所承受的压力也越大。相反，若该值较小则表明该养殖系统的生态环境的可持续性发展仍具有开发的潜力[26]。理论上若养殖系统没有不可更新资源的投入，仅靠可更新资源驱动，则该系统环境承载力等于零[21]。在本研究中，各养殖系统购买的外部资源能值远大于可更新资源能值的输入，其所占能值投入总量的比例在99%以上。但混养系统购买的外部资源中饵料和苗种投入比蟹单养系统多，因此混养系统的环境负载率相对较高。几种混养系统比较，以蟹虾贝鱼四元混养系统的环境负载率为最高(105.92)，大于宋科研究中东极大黄鱼养殖系统的环境负载率(91.10)[21]。

能值产出率指三疣梭子蟹养殖系统利用可更新资源的效率，为系统中投入的总能值与购买的外部资源能值总和的比值。其数值的大小表明三疣梭子蟹养殖系统生产过程对可更新资源利用能力的大小。EYR的最小值为1，此时系统中投入的能值全部来自购买的外部资源，说明养殖过程中过多的依赖购买的外部资源，而没有可更新资源投入[32]。本研究中，4种养殖系统的能值产出率差别不大，蟹单养为1.010，蟹虾混养和蟹虾贝混养系统为1.009，蟹虾贝鱼四元混养系统为1.008。从这一能值产出率可以看出，三疣梭子蟹养殖过程中更多的是依赖购买的外部资源，可更新资源对三疣梭子蟹养殖系统生产过程的潜在贡献率非常小，导致三疣梭子蟹养殖的经济成本相对较高，在市场竞争中缺乏优势，有必要对三疣梭子蟹养殖模式进行进一步的优化研究。

产出能值交换率为养殖系统货币产出的总能值与系统中投入的总能值的比值，用来度量销售中获得的能值效益。Li对3个不同鱼种养殖系统的研究发现，各系统产出能值交换率平均值为2.90[14]。在本研究中，各养殖系统的产出能值交换率在1.34~2.11之间，与上述结果相比偏小。4种养殖系统进行比较，四元混养系统的产出能值交换率为2.11，要显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)，也高于Zhang等对南四湖3种养鱼模式产量能值交换率的平均值[16]，表明蟹虾贝鱼四元混养系统具有优势。

可持续发展的能值指数是在考虑市场交换对能值产量影响的条件下，用以度量三疣梭子蟹养殖系统的可持续性的指标[33]。在本研究的4种养殖系统中，蟹虾贝鱼四元混养系统的可持续发展的能值指数要显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)，但后三者的可持续发展的能值指数相互之间没有明显差异。这一结果表明，蟹虾贝鱼四元混养的可持续性要明显高于其它3种养殖系统。

综合比较4种三疣梭子蟹养殖系统的能值分析表不难发现，在可更新资源投入相同的情况下，蟹虾贝鱼四元混养系统在仅增加苗种和少许饵料投入的情况下，获得了较高的能值产出。分析其原因，可能在于蟹虾贝混养系统有效增加了系统的物种多样性、分布空间的层次性，提高了营养物质的利用率[33]。梭子蟹养殖系统混养对虾后，被梭子蟹摄食的大型饵料生物的食物碎屑可成为对虾的适口饵料，从而提高了池塘里饵料的利用率。同时，梭子蟹也会捕食一些患病濒死游动能力较弱的病虾，对防止虾病爆发也具有一定的抑制作用[34-37]。而在蟹虾养殖系统中进一步引入菲律宾蛤仔后，菲律宾蛤仔的滤食作用、生物沉积作用，可以加速向水体释放营养盐，这一系列过程形成了养殖水体中新的能量循环途径，从而有效提高了系统的能量利用与转化效率[4]。不过，梭子蟹、对虾和菲律宾蛤仔均为底层生活种类，从提高对水体空间利用的互补性、多样性以及对营养盐的利用考虑，本研究在蟹虾贝混养的基础上又引入了梭鱼。梭鱼不仅可有效地利用水体的浮游生物、抑制有害藻类的过度繁殖，而且还能吞食对虾残饵、腐屑和细菌等，对净化生态环境具有积极的意义。从表5可以看出，在三元混养系统中搭配梭鱼后，四元混养中蟹和虾的产量都要显著高于其它养殖系统。而从能值分析的结果看，蟹虾贝鱼四元混养的优越性反映在该系统在环境承载力略高的情况下，其太阳能值转换率显著低于其它3种养殖系统(P<0.05)，产量能值交换率则显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)，表明其具有较高的生产效率；在考虑市场交换对能值产量影响的条件下，蟹虾贝鱼四元混养系统的可持续发展的能值指数显著高于其它3种养殖系统(P<0.05)，说明其更具有可持续性。综上所述，蟹虾贝鱼四元混养系统是经济效益高、环境影响小、具有可持续性的养殖模式，值得在养殖生产实践中大力推广。

参考文献：

[1]刘从力， 刘世禄． 我国海水养殖业发展现状与可持续发展问题[J]． 黄渤海海洋， 2001， 19(3)： 100-105．

LIU Cong-Li, LIU Shi-Lu. Maricultural Development Situations and Sustainable Development Problems in China. Journal of Oceanography of Huanghai & bohai Seas [J]. 2001, 19(3): 100-105.

[2]张凯， 田相利， 董双林． 三疣梭子蟹、凡纳滨对虾和菲律宾蛤仔混养系统结构优化和氮磷收支的实验研究[J]． 中国海洋大学学报(自然科学版)， 2015， 45： 61-68．

ZHANG Kai, TIAN Xiang-Li, DONG Shuang-Lin, et al. Nitrogen and Phosphorus Budgets of Polyculture System ofPortunustrituberculatus,LitopennaeusvannameiandRuditapesphilippinarum[J]. Periodical of Ocean University of China, 2015, 45: 61-68.

[3]董佳． 三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)池塘混养系统结构优化和氮磷收支的实验研究青岛[D]． 青岛： 中国海洋大学， 2013．

DONG Jia. Studies on the optimization and nitrogen and phosphorus budgets of polycultuer system ofPortunustrituberculatusponds [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2013.

[4]奉杰.． 不同三疣梭子蟹混养系统能量收支的实验研究[D]． 青岛： 中国海洋大学， 2014．

FENG Jie. Studies on the Energy Budget of Different Polyculture Systems of Swimming Crab [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[5]陆宏芳， 蓝盛芳， 彭少麟． 系统可持续发展的能值评价指标的新拓展[J]． 环境学报， 2003， 24(3)： 150-154．

LU Hong-Fang, LAN Sheng-Fang, PENG Shao-Lin. Extending Study on Energy Indices for Sustainable Development [J]. Environmental Science, 2003, 24(3): 150-154.

[6]蓝盛芳， 钦佩． 生态系统的能值分析[J]． 应用生态学报， 2001(2)： 129-131．

LAN Sheng-Fang, QIN Pei. Energy analysis of ecosystems [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002(2): 129-131.

[7]陆宏芳， 蓝盛芳， 李雷， 等． 评价系统可持续发展能力的能值指标[J]． 中国环境科学， 2002， 22(4)： 380-384．

LU Hong-Fang, LAN Sheng-Fang, LI Mou-Zhao, et al. Study of Agroecosystem Emergy Synthesis Method [J]. China Environmental Science, 2002, 22(4): 380-384.

[8]陆宏芳， 蓝盛芳， 李谋召， 等． 农业生态系统能值分析方法研究[J]． 韶关大学学报(自然科学版)， 2000， 21(4)： 74-78．

LU Hong-Fang, LAN Sheng-Fang, LI Mou-Zhao, et al. Study of Agroecosystem Emergy Synthesis Method [J]. Journal of Shaoguan University (Natural Science), 2000, 21(4): 74-78.

[9]席力蒙， 刘存歧， 王军霞, 等． 能值分析在水生态系统中的应用[J]． 水生态学杂志， 2012， 33： 144-149．

XI Li-Meng, LIU Chun-Qi, WANG Jun-Xia, et al. Application of emergy analysis in aquatic ecosystem [J]. Journal of Hydroecology, 2012, 33(3): 144-149.

[10]秦传新， 董双林， 王芳， 等． 能值理论在我国北方刺参养殖池塘的环境可持续性分析中的应用[J]． 武汉大学学报， 2009， 55(3)： 319-323．

QIN Chuan-Xin, DONG Shuang-Lin, WANG Fang, et al. Sustainability analysis of sea cucumber (Apostichopusjaponicus) culturing in Earthen Ponds China using the emergy approach [J]. Journal of Wuhan University， 2009, 55(3): 319-323.

[11]杨海龙． 稻鱼共生系统与水稻单作系统的能值对比—以贵州省从江县小黄村为例[J]． 资源科学， 2009， 31(1)： 48-55．

YNAG Hai-Long, LV Yao, MIN Qin-Wen, et al. Energy comparison of rice-fish agriculture and rice monocropping: A case study of Xiaohuang Village, Congjiang County, Guizhou Province [J]. Resources Science, 2009, 31(1): 48-55.

[12]张义勇． 苇田养蟹生态系统的能值分析[J]． 中国畜牧兽医文摘， 2011， 27(2)： 35-37．

ZHANG Yi-Yong. Emergy analysis of ashimita paddy ecosystem [J]. Chinese animal husbandry and veterinary abstract, 2011, 27(2): 35-37.

[13]赵忠宝， 朱清海． 稻-蟹-鳅生态系统的能值分析[J]． 江苏农业科学， 2013， 41(5)： 349-351．

ZHAO Zhong-Bao, ZHU Qing-Hai. Emergy analysis of Paddy-Crab-Cobitidae ecosystem [J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2013, 41(5): 349-351.

[14]Li L J， Lu H F， Ren H， et al. Emergy Evaluations of Three Aquaculture System on Wetlands Surrounding the Pearl River Estuary， China[J]． Ecological Indicators， 2011， 11: 526-534．

[15]Zhang L X， Ulgiati S ， Yang Z F ， et al． Emergy evaluation and economic analysis of three wetland fish farming systems in Nansi Lake Area[J]． China Journal of Environmental Management， 2011， 92： 683-694．

[16]Lan S F , Odum H T , Liu X M. Energy flow and emergy analysis of the agroecosystems of China[J]. Ecological Science， 1998， 17(1): 32-39.

[17]李德尚， 杨红生， 王吉桥． 一种池塘陆基实验围隔[J].青岛海洋大学学报， 1998， 28(2)： 199-204．

LI De-Shang, YANG Hong-Sheng, WANG Ji-Qiao. A device of land-based experimental enclosure used in ponds [J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 1998, 28(2): 199-204.

[18]潘海军． 南美白对虾和梭鱼混养技术初探[J]． 河北渔业， 2006， 12： 34-36．

PAN Hai-Jun. The research of the collection technology ofLitopennaeusvannameiand barracuda [J]. Hebei Fisheries, 2006, 12: 34-36.

[19]梁杰荣， 金菊香． 动物热值的测定方法[J]． 动物学杂志， 1986， 3： 33-36．

LIANG Jie-Rong, JIN Ju-Xiang. The determination method of animal calorific value [J]. Chinese Journal of Zoology, 1986, 3: 33-36.

[20]宋科， 赵晟， 蔡慧文,等． 舟山市东极大黄鱼养殖系统能值评估[J]． 生态学报， 2013， 33： 3846-3854．

SONG Ke, ZHAO Sheng, CAI Hui-Wen, et al. The emergy analysis of large yellow croaker (Larimichthyscrocea) aquaculture system around Dongji island in Zhoushan [J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(12): 3846-3854.

[21]Odum H T． Emergy Evaluation of Salmon Pen Culture[C]． IIFET 2000 Proceedings. Gainesville: University of Florida Press， 2001．

[22]王国栋． 基于能值分析理论和生命周期评价原理的我国刺参不同养殖系统的可持续发展研究[D]． 青岛： 中国海洋大学， 2014．

WANG Guo-Dong. Emergy analysis and life cycle assessment of land-based sea cucumber farming systems [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[23]Vassallo. Emergy analysis for the environmental sustainability of an inshore fish farming system[J]. Ecological Indicators, 2007， 7 (2): 290-298.

[24]Odum H T． Self-organization， transformity and information[J]． Science， 1988， 242: 1132-1139．

[25]Odum H T． Environmental accounting， emergy and environmental decision making [M]． New York: John Wiley and Sons， 1996: 370．

[26]Brown M T， Ulgiati S． Energy-based indies and rations to evaluate sustainability, monitoring eonomies and technology toward environmentally sound innovation[J]． Ecological Engineering， 1997(9): 51-59．

[27]Yang J， Chen B， Liu G Y． Emergy evaluation for sustainability of Biogas-linked agriculture ecosystem： a case study of Gongcheng county [J]． Acta Ecologica Sinica， 2012， 32(13)： 4007-4016．

[28]Campbell D E, Brandt-Williams S L , Meisch M E A. 2005. Environmental Accounting Using Emergy: Evaluation of the State of West Virginia[R]. EPA/600/R-05/006. Washington, DC： USEPA, Office of Research and Development, 2005: 116.

[29]Odum H T， Brown M T ， Williams S B． Handbook of emergy evaluations， Folios 1-5[R]． Gainesville： Center for Environmental Policy， University of Florida， 2000．

[30]Lu. Conservation and economic viability of nature reserves: an emergy evaluation of the Yancheng Biosphere Reserve [J]. Biological Conservation, 2007, 139: 415-438.

[31]王大鹏， 田相利， 董双林, 等． 对虾、青蛤和江蓠三元效益的实验研究[J]． 中国海洋大学学报(自然科学版)， 2006， 36(增刊)： 20-26．

WANG Da-Peng, TIAN Xiang-Li, DONG Shuang-Lin, et al. Experimental Study on Tri-Species Polyculture ofLitopenaensVannameiwithCyclinasenensisandGracilarialichevoides[J]. Periodical of Ocean University of China, 2006, 36(Sup.): 20-26.

[32]胡秋红， 张力小， 王长波． 两种典型养鸡模式的能值分析[J]． 生态学报， 2011， 31(23)： 7227-7234．

HU Qiu-Hong, ZHANG Li-Xiao, WANG Chang-Bo. Emergy-Based analysis of two chicken farming system: a perspective of organic production model in China [J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(23): 7227-7234.

[33]Lima J S G, Rivera E C, Focken U. Emergy evaluation of organic and conventional marine shrimp farms in Guaraira Lagoon,Brazil [J]． Journal of Cleaner Production, 2012,35: 194-202．

[34]田相利， 李德尚， 阎希翥， 等． 对虾池封闭式三元综合养殖的实验研究[J]． 中国水产科学， 1999， 6(4)： 49-54．

TIAN Xiang-Li, LI De-Shang, YAN Xi-Zhu, et al. Experimental studies on trielemented polyculture of penaeid shrimp with tilapia and constricted tagelus in closed shrimp ponds [J]. Journal of Fishery Sciences of China, 1999, 6(4): 49-54.

[35]郑春波， 王世党， 于诗群， 等． 三疣梭子蟹、南美白对虾、菲律宾蛤子高效综合养殖[J]． 水产养殖， 2009． 3： 21-23．

ZHEN Chun-Bo, WANG Shi-Dang, YU Shi-Qun, et al.Portunustrituberculatus,Litopennaeusvannamei, clams in the Philippines son efficient integrated farming [J]. Journal of Aquaculture, 2009, 3: 21-23.

[36]曹梅， 王兴强， 阎斌伦， 等． 三疣梭子蟹与不同虾类混养技术研究[J]． 河北渔业， 2009， 3： 15-17．

CAO Mei, WANG Xing-Qiang, YAN Bin-Lun, et al. The polyculture technology research ofPortunustrituberculatusand shrimp [J]. Hebei Fishries, 2009, 3: 15-17.

[37]林芳． 三疣梭子蟹与日本对虾混养技术[J]． 动物科学， 2009， 15： 320-323．

LIN Fang. The technique of polyculture ofPortunustrituberculatusandPenaeus[J]. Journal of Animal Sciences, 2009, 15: 320-323.

责任编辑朱宝象

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

中图法分类号：S917

文献标志码：A

文章编号：1672-5174(2016)03-031-10

作者简介：班文波(1989-)，男，硕士生，从事水产养殖生态学研究。E-mail: 360141355@qq.com**通讯作者:E-mail: xianglitian@ouc.edu.cn

收稿日期：2015-02-04；

修订日期：2015-05-18

*基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD13B03)；山东省杰出青年基金项目(JQ201009)资助

引用格式：班文波， 田相利， 董双林， 等. 四种三疣梭子蟹养殖系统的能值评价[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版)， 2016, 46(3)： 31-40.

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