三段式凡纳滨对虾循环水养殖模式研究

杜以帅，邱天龙，周 利，陈福迪，徐建平，李 叶，孙建明

(1 中国科学院海洋研究所，海洋生物学重点实验室，山东 青岛 266071;2 中国科学院大学，北京，100049；3 中国科学院海洋大科学研究中心，山东 青岛 266071)

近些年，中国凡纳滨对虾养殖处于热潮之中。2018和2019年中国海水养殖凡纳滨对虾产量分别为111.8万t和114.4万t，淡水养殖凡纳滨对虾的产量分别为和64.4万t和67.1万t[1-2]。尽管如此，中国每年仍然需要从国外进口数十万吨的凡纳滨对虾来满足国内市场。国内如此巨大的凡纳滨对虾需求为养殖凡纳滨对虾带来商机。随着国家环保政策的压力，传统的工厂化换水式养虾模式越来越不符合要求，而循环水养殖模式是未来的发展方向[3]。因此利用循环水养殖系统(Recirculating aquaculture system，RAS)养殖凡纳滨对虾，是符合对虾养殖业可持续发展的选择。

早在20世纪90年代，美国科学家就利用跑道式循环水养殖模式进行了凡纳滨对虾养殖的尝试[4]。在将近30年的时间里，国内外科学家不断探索凡纳滨对虾的循环水养殖模式，这些养殖模式包括跑道式RAS[5]、高位池RAS[6]，全封闭陆基RAS[7-9]、人工湿地RAS[10]以及小型RAS实验设施[11-14]。但是目前为止，养殖水体超过100 m3，并且凡纳滨对虾养成单位产量在6 kg/m3以上的报道极少。高密度是循环水养殖的优势和必然出路，目前还未有成熟的对虾循环水养殖技术进行规模化、高密度、高效率和高产出的养殖模式，如何降低运行成本、提高经济效益、缩短回报周期显得越来越为重要，因此凡纳滨对虾的循环水养殖产业急需进行技术和经营模式的探索与升级。

在矩形养殖池的集污和增氧[15]，虾壳、死虾和污物排除以及变流式循环水养殖研究基础上，对老旧海参育苗车间进行改造，构建了2套全封闭陆集循环水养殖系统，并成功完成了凡纳滨对虾高密度循环水养殖。为了更好地提高循环水养殖系统的负载和使用效率，本研究探索一种“Ⅰ-标粗+Ⅱ-RAS中段养殖+Ⅲ-RAS养成养殖”的三段式凡纳滨对虾养殖方法，旨在为国内凡纳滨对虾的循环水养殖方式与管理提供模式探索。

1 材料与方法

1.1 凡纳滨对虾循环水养殖工艺流程和系统组成

2套凡纳滨对虾循环水养殖系统构建于辽宁省大连市金普新区大连渔家傲生态科技有限公司，其工艺流程见图1。循环水系统由养殖池、循环泵、微滤机、生物滤器、泡沫分离器、臭氧发生器、紫外消毒、氧锥和中央控制等设备组成。每套系统养殖单元包含13个矩形养殖池，养殖池规格为6.3 m×3.2 m×1.6 m，水深为1.3 m，总水体为338 m3；循环泵流量为200 m3/h，变频控制流量大小，系统最大循环量为14.2次/d；微滤机过滤精度为260目，用于滤除水体中的颗粒悬浮物；生物滤器为移动床生物膜反应器(MBBR)，总体积50.0 m3，生物滤器内填充凯式环生物填料，本研究是在上一茬凡纳滨对虾养殖的基础上进行连续养殖，生物滤器内生物膜处于成熟状态；泡沫分离器规格为200 m3/h，与臭氧发生器相连，利用泡沫分离和臭氧氧化反应原理，去除水体中溶解物及悬浮物，同时能起到杀菌消毒作用；配置紫外消毒器进行日常的水体杀菌；利用液氧作为氧锥的氧气源，通过气体流量计控制纯氧供应量来保障养殖水体的溶氧；循环泵、微滤机、泡沫分离器、臭氧发生器、紫外消毒器和间歇式回水等仪器设备由中央控制系统控制与调节。养殖期间循环泵频率、液氧和臭氧流量的变化情况见表1。

图1 循环水养殖工艺流程图

表1 RAS养殖期间循环泵频率、液氧流量和臭氧流量随时间的变化

1.2 凡纳滨对虾三段式养殖模式

1.2.1 一段标粗养殖(Ⅰ-标粗)

标粗前10 d利用藻类繁殖调节水质，后20 d采用简易循环水(无生物过滤系统)控制水质。4个养殖池，总水体96.8 m3，共放入120万尾P5虾苗，平均体质量0.002 8 g(N= 300)，放苗密度为1.24万尾/m3，养殖30 d后成为幼虾。

1.2.2 循环水系统中段养殖(Ⅱ-RAS中段)

将平均体质量为0.28 g(N= 300)的116.5万尾幼虾移入一套循环水系统(养殖水体338 m3)中，放苗密度约为3 447尾/m3，进行31 d的中段养殖成为稚虾。

1.2.3 循环水系统养成阶段(Ⅲ-RAS养成)

将平均体质量为3.89 g(N=300)的71.8万尾稚虾移入两套循环水系统(养殖水体676 m3)中，放苗密度约为1 062尾/m3，进行41 d的成虾养殖。

1.3 养殖管理和水质指标测定

1.3.1 生长指标

养殖期间平均5 d测量一次对虾的平均体质量，随机取样，计数(200～300尾)，沥干水分后测量总质量，计算对虾平均体重；每天收集死亡对虾并统计数量，计算养殖系统对虾的存池数量；根据平均体质量和存池数量计算养殖系统的对虾生物量，并根据生物量来调节投喂量。

1.3.2 投喂管理

整个养殖期间，每天投喂6次，投喂时间分别为7:00、10:00、13:00、16:00、19:00、22:00。标粗期间前期以冰鲜桡足类(购自唐山南堡渔业养殖公司，为混合桡足类)为主，饲料(购自烟台大乐饲料有限公司，蛋白含量不低于42%)为辅，后期饲料为主，冰鲜桡足类为辅，投喂量为虾生物量的8%～20%；进入RAS系统后，以饲料为主，中段养殖投喂量为虾生物量的5%～10%，养成阶段投喂量为虾生物量的2.5%～6%，通过观察看料台和集污槽内的残余饲料与粪便多少，适当调节投喂量；对虾大量脱壳时期或水质参数超标等情况下，适当减料或停料。冰鲜桡足类以10%的折换率转换成干重。

1.3.3 水质管理

(1)水质测量方法

(2)水质指标监测

中段期间养殖水体pH低于7.5时，利用生石灰液调节pH，pH控制范围为7.0～7.5，养成期间养殖水体pH低于7.2时，利用生石灰液调节pH，pH控制范围原则为6.5～7.0；养殖水体DO控制在5.0 mg/L以上，利用纯氧与氧锥进行调节；养殖期间紫外消毒器24 h工作，当养殖水体弧菌总数高于5 000 cfu/mL时开启臭氧发生器进行杀菌，弧菌总数控制在1.0万cfu/mL之内。RAS中段养殖阶段，系统的最大补水量为5.0%，RAS养成阶段，系统的最大补水量为7.7%。RAS系统养殖凡纳滨对虾过程中每天的纯氧和臭氧的添加量见表1。

2 结果

2.1 凡纳滨对虾养殖期间生长和投喂情况

养殖期间凡纳滨对虾的生长情况见图2和表2。

图2 凡纳滨对虾养殖期间平均体重和生物量变化

表2 三段式凡纳滨对虾养殖各阶段放苗和生长情况

标粗阶段，养殖31 d，存活116.5万尾幼虾，存活率为97.1%，平均体质量从0.003 g增加到0.28 g，养殖单产达到3.4 kg/m3；养殖中段，养殖30 d，存活71.8万尾稚虾，存活率为61.6%，平均体质量从0.28 g 增加到3.89 g，养殖密度达到8.3 kg/m3；养成阶段，养殖41 d，存活66.6万尾成虾，存活率为92.7%；平均体质量从3.89 g 增加到13.46 g，养殖密度13.3 kg/m3。

养殖期间日投喂量见图3。从图3中可以看出，在标粗和中段养殖期间，日投喂量呈现逐渐增多的趋势，最大投喂量为166.5 kg；养成阶段，每套RAS系统日投喂量范围为100～137.5 kg。

图3 凡纳滨对虾养殖期间日投喂量变化

2.2凡纳滨对虾养殖期间水质参数变化情况

标粗阶段，养殖水体温度逐渐升高，温度范围为25.8～32.1℃；中段养殖阶段，前期养殖水体温度在32℃左右(31～40 d)，中后期(41～61 d)水温逐渐下降，温度范围为27.6～32.0℃；养成阶段，水温逐渐下降，温度范围为21.2～28.9℃(图4)。

图4 凡纳滨对虾养殖期间温度变化

标粗阶段，盐度范围为25.4‰～31.0‰；中段养殖阶段，盐度范围为23.0‰～31.1‰；养成阶段，盐度范围为23.2‰～30.9‰(图5)。

图5 凡纳滨对虾养殖期间盐度变化

标粗阶段，养殖水体DO逐步下降，从8.0±0.3 mg/L逐渐下降到4.2±0.2 mg/L；中段养殖阶段，从养殖第39天开始添加液氧，DO控制在5.0～6.8 mg/L之间；养成阶段，前期不添加纯氧，从养殖第70天(DO下降到5.0±0.4 mg/L)开始添加液氧，DO控制在5.0～5.6 mg/L之间(图6)。

图6 凡纳滨对虾养殖期间溶氧(DO)变化

标粗、中段和养成阶段，养殖水体pH均逐渐下降(图7)。标粗阶段，pH从最初海水的8.2±0.1下降到7.1±0.3左右；中段期间pH控制在7.2～7.6之间；养成阶段从pH控制在6.5～7.1之间。

图7 凡纳滨对虾养殖期间pH变化

2.3 凡纳滨对虾养殖期间病原控制和水质因子变化

标粗阶段，养殖水体的弧菌总数控制在400～80 000 cfu/mL之间；中段期间弧菌总数控制在1 600～8 900 cfu/mL之间；养成期间，弧菌总数控制在2 800～14 800 cfu/mL之间(图8)。

图8 凡纳滨对虾养殖期间弧菌总数变化

标粗阶段，养殖水体TAN从0.001逐步增加到8.2 mg/L，后期加大换水量TAN下降到4.9 mg/L；中段养殖阶段，养殖水体TAN先升高后下降，TAN范围为0.14～3.80 mg/L；养成阶段，养殖水体TAN先升高后下降，TAN范围为0.18～2.70 mg/L(图9)。

图9 凡纳滨对虾养殖期间总氨氮(TAN)变化

图10 凡纳滨对虾养殖期间养殖水体亚硝酸盐氮变化

3 讨论

3.1 凡纳滨对虾三段式养殖模式与其他养殖模式比较

国内科学家在花蛤、美洲鲥鱼和中华鳖等养殖物种进行了分段式养殖的摸索，取得了良好的经济效益[16-18]。本研究根据循环水养殖系统的负载能力和凡纳滨对虾的生物学特性，设计了三段式养殖模式，即“Ⅰ-标粗+Ⅱ-RAS中段养殖+Ⅲ-RAS养成养殖”，旨在充分利用和提高循环水养殖系统负载能力和使用效率。

在循环水养殖的产能方面，标粗、中段和养成阶段养殖产量分别达到3.4、8.3和13.3 kg/m3。传统的凡纳滨对虾池塘养殖，其收获时养殖产量一般为1～2 kg/m2左右[19]；已报道的跑道式RAS养殖产量可达4～11 kg/m3[4-5,20,21]；高位池RAS平均养殖产量可达2 kg/m3左右[6,22]；已报道的封闭式路基RAS养殖实验探索养殖密度可达2～5 kg/m3[23]。与以上不同对虾养殖模式的单位水体养殖产能相比，本研究的养殖产能有了显著的提高。

在循环水养殖系统的负载利用方面，中段养殖的放苗密度为3 447尾/m3，此时的养殖负载为0.965 kg/m3，养成阶段的放苗密度为1 062尾/m3，此时的养殖负载为4.13 kg/m3。如果使用标粗结束的对虾进行传统的一段式RAS养殖，放苗密度1 200尾，其养殖负载仅为0.336 kg/m3，因此三段式养殖模式极大地提高了循环水系统负载的利用率。

在循环水养殖系统的使用效率方面，通常在保证水温的情况下，传统的两段式凡纳滨对虾养殖，养成阶段需要60～75 d，理论上每年可以养殖5～6茬，通常养殖3～4茬；本研究每个阶段的养殖时间都能控制在30 d，理论上每年可以养殖10茬对虾，根据实际的养殖条件(清洗养殖池以及销售时间的不确定性)，每一个阶段的时间可控制在30～45 d，这样每年可养殖8～10茬左右，因此三段式养殖模式可以缩短养成周期，能显著提高循环水系统的使用效率。该模式下养殖成本分析如下：苗种费用3.12万元，饲料总费用(含桡足类)13.74万元，电费1.67万元，煤炭费用0.56万元，液氧费用0.90万元，消毒剂费用0.15万元，人工费1.80万元，设备折旧费1.50万元(本研究中改造老旧海参育苗车间构建2套循环水系统的总费用大约为120万元，按照10年折旧成本计算，每年的设备折旧费为12万元，以每年养殖8茬计算每茬的设备折旧费为1.50万元)，其他费用1.00万元，总共24.44万元。对虾收获后按照当时46元/kg的销售价格总产值达到41.21万元，因此该茬对虾养殖的毛利润率为40.69%(不含厂房租赁成本)。另外，利润受对虾销售价格影响极大，夏季虾价较低时利润会降低，冬季虾价高时利润还会增大。

在病害防控方面，由于三段式养殖模式的每个阶段是独立的，能有效进行物理空间的隔离，有利于病害防控，从而降低养殖风险，提高养殖成功率。

3.2 凡纳滨对虾三段式养殖模式水质控制

温度、盐度、DO和pH等水环境因子在对虾养殖过程中发挥重要作用，其数值的变化对对虾的生长代谢、繁殖、蜕壳等生理活动产生重要影响[24-25]。凡纳滨对虾最适宜的生长温度范围是28℃～30℃[26]，本研究中由于气候原因，养殖水温随气温的变化先升高后下降。养成阶段后期的水温下降到21℃，导致对虾生长减缓，是养成时间延长的原因。凡纳滨对虾的最适生长盐度范围为15～25[24]，本研究的养殖过程盐度范围为20～32，对对虾生长速度没有显著影响。本研究中随着生物量的增加和生物滤器菌群的增殖，耗氧量不断增加，养殖水体DO逐渐下降，通过纯氧增氧，能使DO维持在5.0 mg/L之上，保证了对虾的生长和菌群的代谢[27]。在中段养殖阶段，发生了一次意外长时间停电事故，导致养殖水体DO当天下降到了3.9 mg/L，使对虾出现了较大的死亡现象，直接影响了最终产量，因此RAS养殖对虾的停电预警和溶氧保障是必不可少的。高密度养殖条件下，由于对虾和微生物的生理代谢(包含生物滤器的硝化作用)会产生大量二氧化碳和氢离子[28]，养殖水体的pH一直呈下降趋势，过低的pH不利于养殖生产。利用氧化钙或者小苏打提升pH至理想范围，会大量使用药剂增加养殖成本，通过本研究，pH控制在6.5～7.1之间，既能满足对虾的正常生存，也有利于减少养殖水体氨氮的毒性[29-30]。

致病性弧菌是影响凡纳滨对虾养殖成功率的主要病原之一，而弧菌总数可以作为评价致病性弧菌危害的一个重要指标[31-32]。本研究通过紫外灯和臭氧联合杀菌，弧菌的最大丰度为104cfu/mL，能有效控制弧菌总数并取得了较好的效果，试验结果与Suantika等[9]在低盐度条件下利用RAS养殖凡纳滨对虾过程中对弧菌总数的控制结果类似。

4 结论

凡纳滨对虾三段式养殖模式能显著提高循环水系统的负载利用率和使用效率，在保证养殖密度的前提下，这种养殖模式能显著减少循环水系统的运行成本。同时循环水系统有利于保障凡纳滨对虾所需要的温度、盐度、DO、pH等水环境因子，并能确保弧菌总数、TAN和亚硝酸盐氮等水质指标处于可控范围，良好的水质指标保障了循环水对虾养殖的高效率产出。

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