我国深远海养殖工程装备发展研究

徐　皓， 谌志新， 蔡计强， 黄一心， 刘　晃

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



我国深远海养殖工程装备发展研究

徐皓， 谌志新， 蔡计强， 黄一心， 刘晃

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

摘要：深远海水域拥有发展水产养殖优良的条件，包括优质的水源、适宜的区域性或洋流性水温，以及极少的陆源性污染与病害。一旦具备安全可靠的工程装备以及海上生产保障系统，对发展深远海养殖，形成“深蓝渔业”，具有极好的条件与深远的意义。大型养殖工船与网箱设施是发展深远海养殖工程装备的核心，也是国内外技术研发的前沿。本文在分析国内外深远海工程装备研究进展的基础上，提出了我国深远海养殖工程装备及“深蓝渔业”的战略构想，以及推进科技进步的重点任务及建议。

关键词：深远海养殖；工程装备；发展策略；研究

水产养殖是我国渔业的主要产业，其中鱼类养殖产量95%来自以池塘为主的内陆淡水养殖[1]。我国水产养殖生产方式粗放，受外部水域环境恶化与内部水质劣化的影响，内陆和沿海近岸的养殖空间受到挤压，养殖产品的安全问题日益突出。我国远离大陆的深远海水域拥有发展水产养殖优良的条件，是发展现代水产养殖业和海洋经济的新空间，也是推进国家海洋战略的重要组成部分。通过发展海洋养殖产业，实现海上“定居”与生产，对我国海域资源的保护与开发，以及海域疆土的长期守护，具有战略意义。拓展深远海养殖新空间，关键是安全可靠的设施装备，前提是养殖品种与生产系统的经济性，途径是规模化生产与工业化管理。发展深远海养殖工程装备科技，正是围绕上述目标，以工业化养殖技术、海洋工程装备技术为重点，进行关键技术创新、设施装备研发与系统模式集成，以形成支撑现代养殖产业发展的科技体系。

1我国深远海养殖发展需求

1.1产业需求

随着我国人口数量的增加和生活水平的提高，对水产品的需求将会越来越大。据估计，到2030年，将要有2 000万t水产品的缺口需要弥补[2]。水产品产量的增加将主要来自海洋渔业，在世界海洋渔业捕捞产量增长不大甚至萎缩的情况下，水产品的供应将主要依赖水产养殖业的发展。我国陆域与近岸海域水土资源有限，发展水产养殖必须充分利用广阔的远海和公海资源，依靠更加先进、高效的生产模式。由于传统养殖方式无法有效解决严重的病害问题，在养殖过程中药物和抗生素使用泛滥。这些年先后出现的“多宝鱼事件”、“毒鳜鱼事件”等，不仅影响我国消费者对水产养殖品的消费信心，也严重影响了水产养殖品的对外贸易。

利用远海优质海水资源进行水产健康养殖，是提高我国养殖水产品质量、满足消费者要求、增强出口能力的重要途径。国家海洋强国战略，对海洋渔业的现代化建设提出了新的发展要求。国务院《关于促进海洋渔业持续健康发展的若干意见》，要求控制近海养殖密度，拓展离岸养殖及深远海养殖，提高设施装备水平和组织化程度。推进国家“一带一路”战略，实施海上经济带建设，需要搭建更多的经济发展产业平台。拓展深远海养殖新空间，是我国维护国家海洋权益、争取发展空间的重要战略手段。

1.2装备科技需求

对渔业而言，深海生态系统(deep-sea ecosystem)是指大陆架以外、水深超过200 m的深海水域各生物之间及其与环境的相互关系而构成的生态系统。该水域离大陆较远，远离沿海污染或富营养化水域，中下层海水受光照影响很小，水温等理化因子较为稳定，具备开展水产养殖且较为理想的水质条件[3]。

在深远海水域开展水产养殖，对工程装备提出了更高的要求，其设施装备构建的条件包括：

(1)适宜的养殖环境。优良的水质是开展健康养殖、提高产品品质的必要条件。环境水温的变化范围与养殖品种最佳生长温度的对应程度越高，生长周期越短，养殖系统的产能就越高。在深海海域，尽管气候条件随季节变化，但在特定的水域及不同的水深，或者追随特定的洋流，可能获得水温合适的水源。

(2)养殖系统的安全性。海上生产设施的安全性是第一位的，其次是养殖对象的安全生长。养殖设施必须具有抵御恶劣海况(包括风、浪、流)的影响，保障生命与财产安全的能力，并同时保护养殖对象免受海洋物理、化学或生物性灾害的侵袭。

(3)养殖系统的规模化程度。深海养殖系统的设施化、装备化程度是所有养殖方式中要求最高的，需要大量的建设投入。为保证产出效益，养殖系统必须具有足够的规模。在规模化生产的前提下，需要应用工业化生产的管理方式，形成可控的产出，最大程度地发挥养殖系统的产能，创造不同于传统生产方式的规模经济效益。

(4)高效的工程装备。养殖设施构造需要安全可靠的工程装备，养殖生产的各个环节需要配套全面的机械化及自动化装备，以及信息化管理系统、专业的海上物流保障系统等。

(5)辅助功能要求。设置在深远海的大型养殖平台，还可配置海上捕捞渔船的补给、渔获物物流与加工、水产名优苗种繁育等生产功能，形成相互关联的产业链。在深远海养殖平台上还可设置海洋科学考察站，以长年观测海洋水文与生物资源。

2我国深远海养殖工程装备科技发展现状

2.1网箱养殖工程装备

网箱养殖是我国海上鱼类养殖的主要生产方式。21世纪以来，通过对挪威高密度聚乙烯(HDPE)框架式网箱的引进与再创新，深水网箱养殖已能发展到20 m以浅的湾口开放水域，其他形式的网箱还包括金属框架式和浮绳式深水网箱。整体而言，我国网箱养殖设施安全保障能力不足，主要表现在：深水网箱设施安全保障不足，往往难以抵御超强台风的正面侵袭，一般设置在20 m以浅湾口避风水域；多养殖生长周期短、风险小的品种，如卵形鲳鲹等；养殖过程主要依靠劳力，机械化程度不高；受近岸水域污染影响，养殖病害问题突出，一些品种如石斑鱼等的养殖存活率不高，效益低下。

2.2深远海养殖工船

我国深远海养殖装备研发尚处在起步阶段。20世纪70年代末期，雷霁霖院士绘制了“未来海洋农牧场”建设蓝图，展示了建造海洋工船的初步设想[4]；丁永良研究员长期跟踪国外养鱼工船研发进程，梳理总结技术特点，提出深远海养殖平台构建全过程“完全养殖”，自成体系“独立生产”，机械化、自动化、信息化“养殖三化”，以及“结合旅游”、“绿色食品”、“全年生产”、“后勤保障”等技术方向[5]。“十二五”期间，徐皓等[6]开展了大型养殖工船系统研究，形成了自主知识产权，并与有关企业联合启动了产业化项目，设计方案建立在10万t级船体平台上，养殖水体75 000 m3，可以形成年产4 000 t以上石斑鱼养殖能力，以及50～100艘渔船渔获物初加工与物资补给能力(图1)；提出了以大型养殖工船为核心平台的“养-捕-加”一体化深远海“深蓝渔业”发展模式。通过启动上海市科委“大型海上渔业综合服务平台总体技术研究”项目，重点围绕“平台总体研究与系统功能构建”、“平台能源管理系统研发与新能源综合利用”两大关键问题开展研究；实施了利用黄海冷水团资源开展海上冷水鱼养殖的3 000 t级养殖工船工程设计。

图1　10万t级大型养殖工船构建方案Fig.1　Construction scheme of 100 000 t large scale aquaculture engineering ship

3国外深远海养殖工程装备科技发展现状

世界渔业发达国家发展深远海养殖工程装备的主要途径是构建大型养殖网箱和浮式养殖平台。前者在离岸养殖网箱的基础上，在设施与配套装备技术的支撑下，不断向深水、深海水域推进；后者以专业化养殖工船为代表，在发展理念与技术方案上不断成熟，开始被列入到未来的发展计划。

3.1网箱养殖工程装备

国外网箱的形式很多，最为普遍的是HDPE框架重力式网箱。目前养殖网箱设施向大型化发展[6]，也在不断向更深水域、开放性海域深入。HDPE框架重力式网箱养殖容量可达到20 000 m3，单箱养殖产量达250 t；铜合金网箱的养殖容量也达到了10 000 m3[7]。球形网箱的直径可达28 m[8]，抗浪能力普遍在5～10 m以上，有的达到了20 m[9]。一些特定结构的潜式网箱，如碟形网箱，抗流能力非常强，在流速2～3 Kn冲击下，箱体也不发生变型[10]。基于浮式平台、岛礁基站和退役钻井平台的海上养殖生产平台，如瑞典Fannocean公司养鱼平台，网箱容积有2 500、3 500、4 500、6 000 m3等4种规格，可抗大于10 m的波浪，养殖产量达到150 t；日本北海道一个养鱼平台控制5个6 000 m3养殖网箱，经受了6级地震及随后的海啸袭击，每年饲养大马哈鱼80 t，鳟鱼160 t[11]。西班牙彼斯巴卡公司设计的养鱼平台能经受9 m海浪，管理7只2 000 m3的深水网箱，年产鱼250～400 t[12]。

网箱养殖还配备了许多高效设备，包括：基于环境信息、生长模型的智能化投喂控制程序的自动投喂系统，基于仓储平台的机械化远程管道定量投送装备，基于养殖对象摄食行为的数字化监控系统等，可以对成组的网箱设施实施自动化远程管理；用于饲料(饵料)投送、辅助作业(起、放网)等的养殖工作船；在网箱起鱼过程中能降低劳动强度、提高工效的吸鱼泵与分级装备[13]。此外，还有鱼苗计数器、疫苗注射机、海水过滤循环装置等先进、实用的各类设备[14]。

3.2深远海养殖工船

早在20世纪80—90年代，发达国家提出了发展大型养殖工船的理念，包括浮体平台、船载养殖车间、船舱养殖以及半潜式网箱工船等多种形式，并进行了积极的探索，为产业化发展储备了相当多的技术基础[6]。西班牙设计的半潜式金枪鱼养殖船，船长189 m，宽56 m，航速8 kn，共有120 000 m3水体，可至各渔场接运活捕金枪鱼400 t[15]，再转运至适宜地肥育，最终运往销售地。美国Seasteading研究所提出的移动式养殖平台(The restocking ship)，采用电力推进，生产功能齐全[16]。挪威研制了长430 m、宽54 m的巨型船，可容纳10 000 t，相当于200万t鲑鱼[17]。此外，法国、日本等国也先后制造了大型的养鱼工船。

大型养殖工船在欧美等发达国家虽有诸多实践，但一直以来未形成主体产业，生产规模有限，究其原因，主要是产业发展条件还不具备。首先是养殖鱼产品需求有限，在良好的管理措施下，海洋捕捞资源较为丰富，养殖产业规模较为稳定，缺乏大规模发展水产养殖的基本动力；其次是沿岸近海水域环境良好，养殖设施布局合理，并没有受到污染与病害的严重侵扰，许多沿海地区并无台风等自然灾害的侵袭。最为根本的是发展水产养殖的综合条件与发展中国家相比，难以形成竞争力。这些因素可能导致了发达国家深远海养殖平台与大型养殖工船产业发展滞缓。

4深远海养殖工程装备科技发展趋势

4.1多功能专业化养殖工船的构建，成为技术创新的重点

具有集约化、规模化海上养殖及综合渔业生产功能的大型养殖工船，将对应不同海域环境与资源条件，以及养殖与渔业生产要求，形成专业化船型，重点突破获取深层海水的舱养式工船船型、开舱养殖的半潜式工船船型，并融合船载繁育、加工、物流等功能，构建专业化、母船式深远海生产平台。

4.2专业化养殖装备的机械化、智能化水平不断提升

基于养殖动物生长模型及其产品品质的标准化生产技术，深远海养殖装备将在智能化高效运行与机械化高效作业上整体发展，以实现养殖及海上综合渔业生产的安全可控与产能最大化。

4.3新的生产方式促进拓展海洋生物资源开发新空间的战略新兴产业的形成

以养殖生产为基本生产能力的“养、捕、加”一体化大型深远海养殖平台，在物流保障系统的支持下，可以在远离陆基的深远海持续开展渔业生产，这对带动形成区域性渔业生产船队，形成工业化养殖新产业，具有重大的战略意义。

5我国深远海养殖产业发展存在的主要问题

5.1发展深远海养殖的产业准备不足

我国渔业正处在由传统农业生产方式向现代化转变的初级阶段，渔业的生产力水平及其生产组织方式还是个体的、经验的和分散的，工业化的要素还未正真融入，包括标准化生产、系统化管理、现代化装备和产业金融等，产业化平台的建立需要时间。传统养殖生产方式在品质安全、资源消耗与环境影响等方面的问题，在被社会所诟病的同时，也一直因农业的特性而为政策所宽容。养殖产品并未因品质的不同而形成商品价格差异；养殖用水与排放的成本并未真正由生产者承担；养殖产业对改变传统粗放的生产方式、实现可持续发展的压力不够，动力不足。发展海洋经济的综合保障不够，对拓展深远海养殖形成障碍。就深远海养殖产业建设而言，鼓励金融资本介入，推动设立保险类产品等非常有必要，一些产业性扶持政策，如造船补贴、燃油补贴、退役船舶进口与再利用等，对推进产业化平台的构建尤为关键。

5.2深远海养殖工程装备科技储备不足

我国海上养殖设施的工程化水平相对落后。HDPE框架式网箱技术的设施以及对养殖生物的安全性，在超强台风正面袭击时并没有十分的保障。海上养殖机械化、智能化、信息化装备技术水平较低，包括深水网箱在内的现有养殖设施所运用的生产方式仍然是传统的、粗放的，生产作业、养殖管理主要依靠人力与经验，高效装备(如精准投喂装备、水下观测、起捕作业装备等)的应用很少见。对机械化作业装备、智能化管理系统以及物联网信息化系统的研发还处在起步阶段，尚未形成系统性、系列化产品。大型养殖平台构建还处于设想阶段。大型养殖工船的建设构想提出较早，近期的研究形成了总体的功能构建与设计方案，确立了先期运用大型退役船舶改装与专业化船型研发并举的技术路线，但系统性的研究与重点领域的研发工作有待深入，一些关键性、基础性研究亟待开展。国际上虽有探索的实例，但还未形成成熟的产业化生产模式，可借鉴的研究成果与工程案例很少。

5.3生产系统高效运行得到的有效支持不足

针对养殖生物的基础研究有待加强。适宜深远海养殖的品种，如高价值的石斑鱼、鲑鱼、苏眉鱼、裸盖鱼、金枪鱼等的生理与生态学研究需要加强与完备，支撑精准、高效养殖生产的养殖产品生长模型、投喂模型、水质控制模型等需要建立，相关的集约化养殖技术，以及配套的活体运输、加工物流以及质量评价体系需要建立，支持工业化养殖的生产工艺、操作规范、品质管理技术体系对深远海养殖平台的高效运行至关重要。鱼类海水养殖产品的配合饲料技术亟待突破，规模化的海上养殖生产、集约化的生产环境，仅仅依靠鲜活饵料饲喂而没有配合饲料的保障是难以为继的。适宜深远海养殖的优势养殖品种需要持续开发，需要持续开发特有的、不能为其他养殖方式简单适用的养殖品种，为大型深远海养殖平台的产业化发展提供与储备高价值养殖品种。

6我国深远海养殖产业及工程装备发展战略

6.1产业发展战略

深远海养殖工程装备是开拓水产养殖新空间、构建战略新兴产业的前提与保障，其发展战略与新产业的规划布局有关。鉴于深远海规模化养殖与海上渔业综合生产的特点，提出“深蓝渔业”的产业发展理念与规划布局，以定位工程装备的发展战略。

深蓝渔业是指在远离大陆的深远海水域，依托养殖工船或大型浮式养殖平台等核心装备，并配套深海网箱设施、捕捞渔船、物流补给船和陆基保障设施所构成，集工业化绿色养殖、渔获物扒载与物资补给、水产品海上加工与物流、基地化保障、数字化管理于一体的渔业综合生产系统，构建形成的“养-捕-加”相结合、“海-岛-陆”相连接的全产业链渔业生产新模式。

深蓝渔业的主要生产功能包括：基于大型养殖工船与深远海网箱设施接力的鱼类规模化繁育与养殖；基于大型养殖工船平台的捕捞渔船深远海补给与渔获物加工；基于专业化运输船舶与海陆基站的运输链；基于大型养殖工船与岛礁平台的深远海科学观测站；服务于蓝色国土监管的深远海综合管理站；以大型养殖工船为母船平台，组合捕捞渔船与运输补给船所形成的渔业航母船队。

6.2深远海养殖工程装备发展目标

针对深远海养殖发展要求，立足于我国渔业工业化技术水平及船舶装备科技基础，确立“深蓝渔业”生产模式及产业发展目标，以10万t级大型养殖工船、大型深海网箱设施研发为重点，围绕规模化养殖、繁育、加工以及渔船补给、物流等功能，进行全产业链设计；针对生产平台构建关键技术，开展关键问题基础性研究、关键装备创新性研发、关键技术适用性集成及系统技术产业化应用；先期突破专业化工船平台构建技术瓶颈，集成构建生产模式与示范平台，后期开展专业化工船研发，推进“深蓝渔业”产业带建设，以此形成专业化研发团队与生产、装备制造企业群，为“深蓝渔业”的长远发展奠定产业基础。

6.3我国深远养殖工程装备科技重点任务

6.3.1近期重点任务

(1)开展专业化养殖工船基础船型与深海大型网箱设施研发。针对深远海海况条件及养殖平台构建基本要求，开展工船平台和网箱设施水动力学特性研究，研发专业化舱养工船、潜式开舱养殖工船等基础船型，以及拖弋式大型网箱、潜式大型网箱等设施模型，突破锚泊与定位控制技术、电力推进与驱动控制技术，构建自动化投喂与作业管理装备技术体系。

(2)实施旧船加改装，集成构建游弋式大型养殖工船及综合渔业生产平台。以企业为主体，引入金融资本，针对中下层适温海水资源开发，开展基于旧船加改装的工程平台研发，建立千吨级中试示范船和10万吨级大型养殖工船平台，集成海上渔获物加工与物流补给技术装备，构建“深蓝渔业”产业化示范平台。

(3)开展适宜品种船载繁养关键技术研究，构建优质高效养殖技术体系。针对船载工况，开展棕点石斑、鞍带石斑、裸盖鱼等品种船载规模化繁养技术研究，突破营养与配合饲料加工技术，构建基于生长模型的养殖工艺与操作规程；开发苏眉、黄鳍金枪鱼、蓝鳍金枪鱼等幼体捕获与驯养、繁育技术。

6.3.2中长期重点任务

(1)全面构建以深远海养殖平台为核心的“深蓝渔业”生产模式。以游弋式大型养殖工船平台为核心，固定式大型网箱设施为拓展，岛、陆生产基地为配套，结合远海捕捞渔船、综合加工船、海上物流运输船，形成渔业航母船队，建立“深蓝渔业”生产模式，在深远海渔业水域开展产业化生产示范。

(2)实施深远海海域整体布局，形成“深蓝渔业”战略新兴产业。对全国深远海水域进行科学规划，引导企业进入，推进产业化发展，形成南海温水性鱼类养殖模式及黄海冷水鱼类养殖模式，配合“一带一路”战略，探索构建“深蓝渔业”国际合作模式。

□

参考文献

[1]农业部渔业局.中国渔业年鉴[M].北京：中国农业出版社,2015：217,219.

[2]唐启升,丁晓明,刘世禄,等.我国水产养殖业绿色、可持续发展战略与任务[J].中国渔业经济,2014,32(1)：4-9.

[3]潘迎捷.水产辞典[M].上海：上海辞书出版社,2007：15.

[4]科学网.我国首艘养鱼工船雏形初现[EB/OL].[2016-03-8]. http：//news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/11/308032.shtm.

[5]丁永良.海上工业化养殖[J].现代渔业信息,2006,21(3)：4-6.

[6]徐皓,江涛.我国离岸养殖工程发展策略[J].渔业现代化,2012,39(4)：1-6.

[7]中国渔业装备与工程科技信息网.加拿大安装试用铜合金网箱[EB/OL].[2016-03-10]. http：//www.fmiri.ac.cn/showGevTrend.aspx?id=1899.

[8]NATIONAL GEOGRAPHIC. FUTURE FISH FARMS：Giant Deep-Sea Pods, in Pictures[EB/OL]. [2016-03-10]. http：//news.nationalgeographic.com/news/2009/08/photogalleries/future-fish-farms-pictures/photo2.html.

[9]中国渔业装备与工程科技信息网. 德国开发出可抵抗26米海浪的网箱[EB/OL].[2016-03-10]. http：//www.fmiri.ac.cn/showGevTrend.aspx?id=1558.

[10]郭根喜.我国深水网箱养殖产业化发展存在的问题与基本对策[J].南方水产,2006,2 (1)：66-70.

[11]方荣楠.国外养鱼平台[J].渔业现代化,2010(24)：35.

[12]庚云.西班牙研制巨型海水养殖网箱[J].现代渔业信息,1990,5(11)：34.

[13]AKVAGROUP. Cage Farming Aquaculture[EB/OL]. [2016-03-10]. http：//www.akvagroup.com/products/cage-farming-aquaculture

[14]徐君卓.挪威网箱养鱼持续高速发展的经验与启迪[J].海洋渔业,2000 (4)：180-184.

[15]李娟,林德芳,黄滨.世界金枪鱼网箱养殖技术现状[J]. 海洋水产研究, 2008, 29(6)：142-147.

[16]SEASTEADING. The restocking ship[EB/OL]. [2016-03-10]. http：//www.seasteading.org/2011/04/the-restocking-ship.

Research on the development of deep sea aquaculture engineering equipment in China

XU Hao， CHEN Zhixin， CAI Jiqiang， HUANG Yixin， LIU Huang

(KeyLaboratoryofFisheryEquipmentandEngineering，ministryofAgriculture，FisheryMachineryandInstrumentResearchInstitute，ChineseAcademyofFisherySciences，Shanghai20092，china)

Abstract：There are excellent conditions for developing aquaculture in deep sea waters including the high quality water, suitable regional or current water temperature, and very few terrigenous pollution & disease, etc.. The support of safe & reliable engineering equipment and guarantee system for marine operation is significant for developing deep sea aquaculture and realizing “deep blue fishery”. Large-scale fish farming ships and cages facilities are the core equipment of deep sea aquaculture engineering, and also the leading R&D technology over the world. Based on the analysis of deep sea engineering equipment research progress, this paper proposed the strategic conception and pointed out the key tasks of boosting the scientific and technological progress in China's deep sea aquaculture engineering equipment and “deep blue fishery”.

Key words：deep sea aquaculture; engineering equipment; development; research

DOI：10.3969/j.issn.1007-9580.2016.03.001

收稿日期：2016-03-18修回日期：2016-05-11

基金项目：上海市科委项目“大型海上渔业综合服务平台总体技术研究”(15DZ1202100)；农业部渔政管理项目“渔业装备与信息化战略研究”(2015KY007)

作者简介：徐皓(1962—)，男，研究员，研究方向：渔业装备。E-mail：xuhao@fmiri.ac.cn

中图分类号：S951；S954.1+9

文献标志码：A

文章编号：1007-9580(2016)03-001-06