条纹锯工业化循环水养殖生态能值分析

柳敏海，彭志兰，李伟业，徐志进

(1.浙江万里学院海洋生物种业研究院，浙江省水产种质资源高效利用技术研究重点实验室，浙江 宁波 315100；2.浙江省舟山市水产研究所，浙江 舟山 316000)

工业化循环水养殖具有节水、节地、节能减排、安全、高效、工业化程度高等优点，是未来水产养殖业的发展方向[1-2]。能值(Emergy)理论及分析方法是美国生态学家Odum创立，通过对生态系统能量-价值过程的分析，为生态经济学的研究提供了新的理论和方法，实现对生态系统和生产模式的综合评价[3-5]。国内外学者已成功运用能值理论对鱼类养殖系统[6-7]、池塘养殖系统[8-9]、循环水养殖系统[10]、贝类养殖[11-12]等进行了能值评价，表明能值理论能够客观地评价水产养殖模式的经济效能和水产养殖系统与生态环境的相互关系。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验鱼为同一批苗种，体长5 cm左右，共12×104尾。

1.2 实验条件

试验在舟山市某养殖企业的循环水养殖车间进行，车间面积320 m2，实验养殖池8口，有效养殖水体160 m3，养殖工艺见图1。该循环水系统从2016年3月开始运行，系统运行正常，养殖水温18～30℃，氨氮浓度在0.3 mg/L以下，亚硝酸盐浓度在0.03 mg/L以下，溶解氧(DO)为6.5～8.5 mg/L，盐度20～30。条纹锯从体长5 cm养殖至0.5 kg的平均养殖周期为1年。

1.3 日常管理

每天投饵2次，饲料为石斑鱼配合饲料，主要营养成分：粗蛋白48%、粗脂肪12%、粗灰分10%。上午投喂1 h后进行换水，换水量20%左右。每天测量DO、氨氮、亚硝酸盐等水质指标，观测鱼活动有无异常情况，捞出死鱼且计数，统计成活率。

1.4 数据收集及分析方法

1.4.1 数据收集

能量分为可更新能值和不可更新能值[15]。可更新能值包括种苗、劳动力以及太阳能、海水化学能等能量。不可更新能值包含固定投资以及养殖期间所投入的电力、饲料、药品、维修费等可变投资所转化的能量。主要能值计算方法参考王峰等[10]、蓝盛芳等[15]、刘耕源等[16]的方法。分析数据采用实验所得原始数据，计算整个养殖成本，部分数据参照相关研究文献和市场资料。

1.4.2 生态能值分析

表1 条纹锯工业化循环水养殖能值分析评价

Tab.1 Emergy analysis and evaluation of industrialized recirculating aquaculture of Centropristis striata

表1 条纹锯工业化循环水养殖能值分析评价

能值评估指标Emergyevaluationindex表达式Expression含义Meaning净能值产出率NEYRY/(T+F)资源的使用效益能值投入率EIR(T+F)/R自然环境对养殖获得的承载力能值密度ED(R+T+F)/A能值使用的集约度和强度可更新自然资源投入RenewablenaturalresourcesinputR/(R+T+F)自然环境状况不可更新反馈资源投入NonrenewablefeedbackresourceinputF/(R+T+F)渔业科技状况

续表1

2 结果

2.1 能值流程图

2.2 能值分析结果

表2 条纹锯工业化循环水养殖能值分析

Tab.2 Emergy analysis of industrial recirculating aquaculture of Centropristis striata

表2 条纹锯工业化循环水养殖能值分析

项目Items原始数据Rawdata单位Unit能值转换率/(sej/unit)[16-17]Solartransformity太阳能值/(1012sej/a)Solaremergy所占比例/%Ratio可更新自然资源投入(R)Renewablenaturalresourceinput 海水Seawater1.18E+4m38.59E+1010140.21 小计Subtotal---10140.21不可更新反馈资源投入(F)Nonrenewablefeedbackresourceinput 电力Power3.24E+11J2.21E+57160415.02 饲料Feed1.62E+4$1.07×E+1317334036.37 折旧Depreciation9.18E+3$1.07E+139822620.61 维修Repair1.51E+3$1.07E+13161573.39 小计Subtotal---35932775.39可更新反馈资源投入(T)Renewablefeedbackresourceinput 种苗Seedling4.04E+3$1.07E+13432289.07 劳动力Labour2.92E+3h2.50E+137300015.32 小计Subtotal---11622824.39 合计Total---476569100.00产出(Y)Produce 产量Yield5.12E+3kg--- 产值Valueofoutput2.31E+3$1.07E+132471700-

注：本实验中能值转换率均按GEB2016(12.0×1024 sej/a)的基准进行折算；1USD=6.64 RMB(2016年人民币平均汇率)；成鱼销售按照市场价300元/kg计算。

Notes：In this experiment，the emergy conversion rate was converted according to the benchmark of GEB2016(12.0 × 1024 sej/a)；1 USD= 6.64 RMB(average exchange rate of RMB in 2016)；adult fish sales were calculated according to the market price of 300 RMB/kg.

2.3 能值分析评价

ELR表示不可更新能源能值与可更新能源能值的关系，值越高表示对自然环境依赖程度小，本系统ELR为3.065，表明工业化循环水养殖需要的技术投入较高，与不可更新反馈资源投入所占总投入的75.4%、ED为1 489 sej/m2等数据相映衬，表明渔业科技含量高。NEYR越高说明单位投入所能创造的价值越高，EER越高说明养殖生物销售所获得的能值效益越好。本系统NEYR为5.198、EER为5.186，说明本系统有较高的投入/产出比。条纹锯工业化循环水养殖模式ESI为1.696、EISD为8.795，均处于较高水平，说明此养殖模式可持续性较好。

3 讨论

3.1 条纹锯工业化循环水养殖模式经济效益评估

本试验净能值产生率(NEYR)为5.198，比大口黑鲈[8]、东极大黄鱼[7]、日本鳗鲡[18]、乌鳢鲻鱼混养[19]、鱼菜共生系统[20]等系统的要高。这主要是由不同养殖模式导致，循环水养殖模式将养殖业提升至工业化水平。同样因为养殖模式的不同，不同的模式下表示对环境造成的压力大小的环境负载率(ELR)也显著不同[7-8，18，20-21]。本试验中环境能源投入的比列只有0.21%，同时循环水养殖产出的废渣可转化为肥料，对自然环境基本做到零污染。

3.2 条纹锯工业化循环水养殖系统的优化

表3 条纹锯工业化循环水养殖敏感性分析

Tab.3 Sensitivity analysis of industrialized recirculating aquaculture of Centropristis striata

表3 条纹锯工业化循环水养殖敏感性分析

指标Index饲料Feed设备Facility电费Electriccharge60%70%80%90%60%80%60%80%NEYR6.0855.8365.6065.3945.6665.4215.5315.359ELR2.4732.6212.7692.9172.7302.8972.8212.943ESI2.4602.2262.0251.8492.0761.8711.9611.821EER6.0695.8225.5935.3825.6525.4095.5185.347EISD14.93112.96111.3249.95311.73210.12210.8209.738

当饲料减少至原来的60%时，EER和EISD分别提升了17.03%、69.77%；当设备设施费用减少至原来的60%时，EER和EISD分别提升了8.99%、33.39%；当电费减少至原来的60%时，EER和EISD分别提升了6.40%、23.02%。当饲料、设备设施费和电费减少至原来的60%时，其ELR分别减少了19.74%、10.93%和7.96%。因此，研发条纹锯循环水专用配合饲料和添加剂，改进条纹锯的投喂策略，能显著提高条纹锯工业化循环水养殖模式的持续性，同时减少环境负载率。现有循环水设施建设成本高，开发高效、低能耗的循环水设施设备是工业化循环水持续发展的趋势。