对虾工厂化养殖研究进展

朱 林，车 轩，刘兴国，刘 晃，唐 荣

（中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，农业部渔业装备与工程技术重点试验室，上海200092）

我国是世界第一养虾大国，2014年全球对虾养殖产量为310万t，其中，我国对虾养殖产量为174.74万t，占全球对虾养殖的56.12%[1]。目前，我国对虾养殖以半精养和精养池塘养殖模式为主，池塘自净能力弱，大量的富营养物质全部排放在就近海域，严重影响了环境，也造成自身的交叉污染。受环境水质的影响，许多养殖系统也常常面临无水可换，只能依靠系统内自我调节的窘境[2-3]。

病害依然还是对虾养殖生产面临的首要问题。对虾病害蔓延，养殖排塘率一直居高不下。2010年上半年对虾病害蔓延，养殖排塘率居高不下，局部地区对虾死亡率和排塘率甚至达到70%～80%，造成了对虾产量同比明显下降。尤其2013年我国对虾养殖业暴发“早期死亡综合症”（EMS）或称急性肝胰腺坏死综合症（AHPNS）病害以来[4-8]，我国对虾主养区华南的养虾业遭受了重大损失，至2015年，华南养虾业依然受到EMS/AHPNS的重大影响，广东、广西等地区的凡纳滨对虾发病排塘率高达80%[9]，据统计，EMS/AHPNS造成每年超过10亿美元的经济损失。除此之外，另一种病害对虾肝胰腺坏死症（HPNS）亦导致我国南方超过1/2的凡纳滨对虾养殖场产量锐减80%以上[10-14]，同时，随着沿海经济的快速发展，海岸带的开发，沿海的土地资源日趋紧张，对虾养殖包括育苗种面积以每年10%～20%的面积递减，对虾养殖用地受到严重挤压和蚕食，可养水面面积日益减少。另一方面，随着我国经济的发展，人工成本在对虾养殖总投入中的占比越来越高，且养殖操作人员呈老龄化的趋势。提高单位土地的产出量，发展高效低污染的智能化工厂化对虾养殖模式，实现养殖的无公害，已成为现代对虾养殖的普遍呼声。笔者分析了对虾工厂化发展历史、研究进展及发展方向，以期为对虾工厂化研究提供参考。

1 世界对虾工厂化发展历史

工厂化养殖起步于20世纪60年代末，其技术基础来源于内陆海水水族馆和高密度流水养鱼[15]。20世纪90年代开始用生物工程、微生物、膜和自动化控制等工业化技术，在水体生物处理、消毒、排污、增氧及控温等方面取得很大进步，水循环利用率达到95%以上，单产高达50～100 kg/m3[16]。工厂化对虾养殖起步于20世纪90年代中期，最初是在养鱼系统的基础上进行了部分的改良以适应对虾的生活习性，代表性系统有美国得克萨斯大学海洋科学研究所设计的跑道式对虾养殖系统、台湾对虾试验所台南分所开发的室内自动化养虾系统等[17-18]；第2阶段20世纪90年代末至21世纪初，工厂化对虾养殖进入快速发展阶段，特点是各种新技术应用于对虾养殖的探索研究，代表性系统有美国海港海洋研究所设计的三阶段对虾养殖系统、美国夏威夷科纳海湾海洋资源公司的虾-藻类-贝养殖系统、美国南得克萨斯Sauz牧场的基于人工湿地的养虾系统等[19-20]；第3阶段2005年以后进入平稳发展阶段，其特点是根据对虾生活习性，更加注重菌与藻的相互关系[21]，其单位产量和存活率都大幅提高，代表性系统有美国墨西哥湾海岸研究实验室的基于生物絮凝的对虾养殖系统、美国德克萨斯农作物生命研究所海水养殖实验室的基于菌藻共生的对虾养殖系统等[22]。

2 研究进展

2.1 对虾工厂化养殖设施设备

能保持良好的养殖环境是对虾工厂化养殖模式区别于传统对虾养殖模式的特点，对养殖用水的处理和调控是关键点。过滤系统、增氧系统、增温系统及废水处理系统是对虾工厂化养殖系统的主要单元[23-24]。早期对虾工厂化养殖模式主要使用臭氧仪、泡沫分离器和粗滤器等组成的循环水处理系统[25]，后来其发展为以紫外线消毒器、罗茨风机、太阳能加热系统、转鼓式微滤机、蛋白分离器、生物过滤器及臭氧反应装置等组成的工厂化养殖系统。

2.2 氮磷元素收支

由于对虾只能利用饵料蛋白的20%～30%，残饵及对虾的代谢产物在水体中大量积累，产生大量有毒的氨态氮、亚硝酸态氮。因此，了解工厂化对虾养殖池中氮磷的收支状况具有重要的意义。在工厂化对虾养殖系统氮磷的总输出中，水层输出和沉积均占到了相当的比例，养殖密度增加会在一定程度上降低水层和提高底泥沉积的氮磷量，显著影响对虾工厂化养殖池氮磷的收支。工厂化养殖模式中，水体环境呈高磷低植物生物量特征，光照度的强弱及营养盐补充源的多少对养殖水体中无机磷含量和叶绿素a含量起重要作用[26]。

2.3 养殖密度与溶解氧

养殖密度和溶解氧含量是限制对虾工厂化养殖的两大因素。养殖密度影响我国对虾生长的机制主要取决于存活率、摄食量和食物转化率的变化。溶解氧含量对体质量增长量、体长增长量、存活率、蜕皮率、摄食量和食物转化率的影响不明显。蜕皮率和食物转化率受到溶解氧含量和养殖密度交互作用的影响。我国对虾工厂化养殖在体长小于7cm、养殖密度在200～250尾/m3时，与传统养殖条件下凡纳滨对虾的生长速度无显著差异。在凡纳滨对虾的工厂化养殖环境中，对虾耗氧量占总耗氧的72.67%，水柱耗氧占27.33%，对虾耗氧是最大的耗氧因子[24]。墨吉明对虾工厂化养殖最适养殖密度为180～240尾/m2，此时对虾各生长性状测量值相对较高，且有利于提高墨吉明对虾工厂养殖空间利用率[27]。

2.4 水质参数调控

南美白对虾工厂化养殖初期，对虾呼吸产生的CO2量少，影响pH值变化的主要因素是浮游植物光合作用。在养殖中后期，对虾、微生物呼吸及有机物氧化分解产生的CO2是影响pH值的主要因素，养殖密度越大影响越大。对虾工厂化养殖水环境参数如水温、盐度和溶解氧完全可人为控制；pH值和叶绿素在短时间内可被人工调控，但无法长时间控制其变化趋势和变化幅度；而氮、磷营养盐的溶解氧的变动较小，2种模式下平均值差异显著；pH值的变动较大，其平均值显著高于室外养殖池水体；叶绿素含量较高，与室外养殖间无显著差异；水体中氮、磷营养盐含量均在较低的浓度范围内波动，且其平均值在2种养殖模式下差异均不显著[28-29]。

2.5 生物絮团模式

生物絮团技术（Bi of loc Technology，BFT）是近年来发展起来的一种通过调控养殖池中微生物组成，利用微生物调控水质的新型对虾养殖模式。生物絮体不仅可以作为微生物的载体，有效转化系统对生物毒性较大的氨氮、亚硝酸盐氮，其中的微生物体蛋白质还可以作为营养被养殖动物摄食，实现饲料营养的重复利用，提高饲料利用率。国际上很多采用生物絮团技术的对虾工厂化养殖系统经过研发、试验和改进，实现了零换水的目标[30]。

3 发展方向

国外设施化对虾养殖已经将信息感知、模型构建、自动化装备结合起来，将渔业生产知识与养殖设备有机整合，实现以预报、预测技术为基础，结合运行过程状态反馈的典型养殖生产过程的精准化控制，大大提高了养殖过程的智能化水平，促进了对虾养殖业的健康、可持续发展。探讨对虾动物生理生态行为与水体成分及环境的相互影响规律和自适应机理，非常注重多学科的融合和交叉，更强调采用现代高新技术量化和可视化水生生物的行为与生理。英国渔业环境与对虾养殖科学中心利用水下相机，研究生物群对不同海洋环流以及气候变化的反应，建立了生物群生态自适应模型；丹麦、挪威等研究机构利用生长情况结合摄食行为研究，制定了精确投喂模型。

国外在水质在线监控技术方面的研究较深入，美国YSI、HACH、In-Situ和德国WTW等公司所开发的基于荧光淬灭效应的溶解氧传感器已广泛应用于环境监测、污水处理和设施对虾养殖环境调控，技术相对成熟。利用机器视觉技术实现计数、残饵判断，利用声学传感器判断摄食状态，通过对影响摄食、消化的环境因子、生理因素和饲料品质等因素的研究，实现了投喂量预估和生长状态判断。

国内在设施对虾养殖智能精准装备系统研究领域，已经开展了相关的基础研究和单项技术研究，取得了一定的积累，部分成果已在生产中得到应用。但总体而言，技术融合和集成尚显不足，系统和装备成熟度有待提升。对虾养殖过程精准管控是实现智能化养殖生产、现代化渔业管理的基础，现有工厂化养殖企业生产管理技术很难满足集约、高效、绿色的产业发展需求，已成为制约我国养殖产业发展的关键技术瓶颈。同时养殖从业人员文化水平差异大，养殖生产管理缺乏有效的决策模型和管控手段，养殖过程缺乏信息技术对接。通过构建智能化工厂化对虾养殖系统，串联各养殖环节，自动监控养殖参数，可实现节水节地，降低人工投入，精准自动控制，提前预警病害，绿色高效养殖。