钟 非, 赵永超, 孙 宇, 陈玉生, 许程林, 吉红九

(1 江苏省海洋水产研究所，江苏 南通 226007； 2 南通大学生命科学学院，江苏 南通 226019)

海水循环养殖系统冬季运行水温和水质控制

钟 非2, 赵永超1, 孙 宇1, 陈玉生1, 许程林1, 吉红九1

(1 江苏省海洋水产研究所，江苏 南通 226007； 2 南通大学生命科学学院，江苏 南通 226019)

黑鲷；越冬问题；温室保温；微藻净水

近年来中国海水养殖业发展迅速，养殖总产量已连续多年居世界首位，然而从主要养殖品种产量的区域分布来看，气候条件的差异使得海水养殖业存在区域发展不均衡现象。在江苏沿海地区，陆基开放式海水养殖系统水温高于15℃的时间一般不足半年，其间可满足暖温性或暖水性鱼类适宜生长的温度需求，其余时间鱼类的新陈代谢水平低、生长速度慢，使得养成周期往往需要2～3年[1]。此外，越冬期间需要将鱼类转移到室内暂养，转移与暂养过程损耗大、生产成本高。为了应对养殖过程中春秋两季积温不足和越冬问题，有必要强化海水养殖系统水温调控。相比于燃煤锅炉与电加热设备等水温调控措施，构建基于太阳能温室的封闭式循环水养殖系统，有利于维持水温的相对稳定并实现节能降耗[2]。

1 材料与方法

1.1养殖系统

RAS系统设有8个养殖池(每个面积约9 m2)，配备两套由固液分离器-净化槽-泡沫分离器-三级过滤器组成的水处理设备，每套设备处理4个养殖池，保障养殖水体24 h连续循环利用(图1)。固液分离器主要用于去除养殖水体中的残饵和粪便，通过自动冲洗实现连续运转[9]；净化槽中放置有球形、毛刷式以及组合式生物填料，通过填料上附着的生物膜实现水质净化；泡沫分离置于三级过滤器顶部，分别填充不同粒级的滤料，用于去除水体中微小悬浮颗粒与溶解有机物。为保障冬季适宜水温，养殖池与水处理设备均建在温室中。温室采用双层透光塑料薄膜覆盖，并将雾化喷头均匀布设在两层塑料薄膜中间，最大限度地利用太阳能温室维持养殖系统适宜水温。

图1 循环水养殖系统工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of the recirculating aquaculture system

试验为期2个月(2014年12月至次年1月，江苏海洋水产研究所试验基地)，前一个月仅采用水处理设备对水质进行维护，后一个月在此基础上接种小球藻(Chlorellasp.)至养殖水体，并辅助人工光照，用于比较微藻接种前后的水质变化。实验期间使用2个养殖池分别养殖1龄和2龄黑鲷，平均体质量分别为172 g和450 g，养殖密度40 kg/m3；另外2个养殖池用于储存海水，未参与水体循环。

1.2样品采集与分析

1.3数据处理

采用SPSS软件开展单因素方差分析，判别温室内、外温度，以及微藻接种前后养殖系统水体水质是否存在显著性差异。

2 结果与分析

2.1养殖系统水温

从2014年12月至次年1月对太阳能温室内外气温与水温进行了连续监测。由图2可知，试验期间，温室内平均气温(13.4±1.9)℃，最低和最高日均气温为8.7℃和19.5℃，而温室外平均气温(5.3±3.5)℃，最低和最高日均气温为-1.5℃和14.1℃，温室内外日均气温存在显著性差异(P< 0.05)；温室外水温在两个月的监测期内出现了较大波动，平均水温(6.7±2.1)℃，而温室内养殖系统水温较为稳定，平均水温(13.5±1.3)℃，温室内外水温存在显著性差异(P< 0.05)。此外，在试验期间，选取温室外日均气温最低的

图2 温室内外气温与水温变化情况Fig.2 The variation of temperature inside and outside the greenhouse

1月13日(-1.5℃)对温室内外气温与水温的变化情况进行比较(图3)。室内气温一直高于5℃，变化范围为5.3℃～29.0℃，而室外气温仅在9:00—16:00高于0℃，变化范围为-5.6℃～4.8℃；室内养殖系统水温变化范围为10.9℃～12.1℃，最高水温出现在15:00—16:00，而室外水温变化范围为3.6℃～6.1℃，仅在11:00—15:00高于5℃。

图3 冬季低温环境下温室内外气温与水温日变化情况Fig.3 The daily variation of temperature inside and outside the greenhouse

数据表明，采用双层透光塑料薄膜覆盖的温室系统能够维持海水循环养殖系统冬季运行所需水温。由图4可知，试验期间养殖系统补水4次，其中12月7日、21日和1月18日各补充盐度为15的新鲜海水，1月4日补水同时加入藻液。除由渗漏、蒸发、泡沫分离器排水和三级过滤器反冲洗排水造成的水量损失外，养殖系统水体全部循环利用。根据水位变化情况计算得出平均日补水率0.9%，较低的系统补水率使得仅依靠太阳能温室来维持养殖系统适宜水温成为可能。

图4 养殖系统净化槽水位变化情况Fig.4 The variation of the water lever in the biological purification tank

2.2养殖系统水质

试验期间水温较稳定，一直高于10℃(表1)。在微藻接种前后，pH与盐度变化不大，且pH较低。由于增氧机24 h连续开启，溶氧始终维持在适宜水平。接种微藻后，由于藻类光合作用释放氧气，溶氧比接种前(4.20 mg/L)显著升高，达到5.14 mg/L。微藻接种前后养殖水体总悬浮物浓度存在显著性差异，1月4日接种微藻后，藻细胞密度逐步提升，导致水体总悬浮物浓度明显升高。

表1微藻接种前后养殖系统水体常规理化指标均值

微藻接种温度/℃pH盐度溶氧/(mg/L)总悬浮物/(mg/L)接种前13．7±1．6a6．14±0．04a11．3±0．19a4．20±0．93a7．4±3．4a接种后12．9±0．6a6．08±0．03a11．5±0．27a5．14±1．30b27．0±18．3b

注：上标a、b表示具有显著性差异 (P< 0.05)，n=30

表2微藻接种前后养殖系统水体氮、磷浓度

微藻接种NO-2-N/(mg/L)NH+4-N/(mg/L)NO-3-N/(mg/L)PO3-4-P/(mg/L)接种前0．04±0．06a16．31±1．90a166．50±9．59a35．48±0．85a接种后0．05±0．04a9．76±3．35b154．45±12．66a31．07±1．51b

注：上标a，b表示具有显著性差异 (P< 0.05)，n=7

图5 养殖水体氮磷浓度与藻细胞浓度Fig.5 The variation of the nitrogen and phosphate concentrations and algal density in the recirculating aquaculture system

3 讨论

3.1温室对黑鲷越冬养殖的影响

越冬试验期间，室外平均水温(6.7±2.1)℃，虽然稍高于黑鲷致死水温(3.4℃)[12]，但在1月13日晚上11时系统外水温(3.6℃)已逼近黑鲷致死水温。此外，参考当地气象水文资料可发现，如有寒潮过境，可引发黑鲷死亡的水温低值时有出现。在江苏沿海，黑鲷1龄鱼种从当年11月开始转运到室内越冬暂养，至次年4月再转运到室外池塘放养，黑鲷达到上市规格往往需要两年[12]。其间，两次转运过程不仅需要投入大量人工成本，而且拖网起捕会导致黑鲷背鳍棘互相刺伤，产生较大损耗。在成功解决黑鲷人工育苗技术之后[13]，越冬问题一直制约着江苏黑鲷养殖产业的发展。本研究中，通过设在双层框架上的卡槽分别覆盖两层透光塑料薄膜，并在薄膜中间均匀布设雾化喷头，最大限度地利用太阳能提升养殖系统温度。由于采用双层框架式设计，便于冬季安装与夏季拆卸，使黑鲷连续养殖成为可能。相比于传统黑鲷养殖模式，由于越冬期无需室内外转运，不仅节约大量人工成本，而且能有效避免转运过程可能带来的损耗，试验结束时黑鲷存活率为96%。越冬试验期间，养殖系统内平均水温(13.5±1.3)℃，高于黑鲷最低摄食水温(8℃)[14]，黑鲷在越冬期间可以继续进食生长。

3.2接种微藻对养殖系统水质的影响

4 结论

□

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Watertemperatureandwaterqualitycontrolinarecirculatingaquaculturesystemduringwinter

ZHONGFei2,ZHAOYongchao1,SUNYu1,CHENYusheng1,XUChenglin1,JIHongjiu1

(1MarineFisheriesResearchInstituteofJiangsuProvince,Nantong226007,China; 2SchoolofLifeSciences,NantongUniversity,Nantong226019,China)

In order to solve the overwintering problems in the process of marine fish farming in Jiangsu coastal areas, a recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was constructed for the overwintering experiment ofSparusmacrocephlus. The heat preservation property of solar greenhouse was studied through the temperature inside and outside the system during the winter recorded by a real-time monitoring system; the purification of wastewater by intensive algal cultures was studied by comparison of the different water qualities before and after the intensive cultures of algal. The results showed that the water temperature in greenhouse during winter was significantly higher than that outside the greenhouse, which will be beneficial for the survival ofSparusmacrocephlusduring winter. The ammonium concentration decreased and the nitrite concentration maintained at a low level in the recirculating aquaculture system by intensive algal cultures, which would be helpful for the stability of aquaculture water quality. The study proved that recirculating aquaculture system based on heat preservation effect of solar greenhouse and purification of wastewater by intensive algal cultures was beneficial for the overwintering growth of black seabream. This study can provide some suggestions for the development of marine fish farming in areas where are faced with overwintering problems.

Sparusmacrocephlus; overwintering problems; heat preservation effect of solar greenhouse; purification of wastewater by intensive algal cultures

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.05.005

2017-07-09

江苏省重点研发计划现代农业研究开发示范类项目(BE2015323)；江苏省水产三新工程项目(Y2015-20)；江苏省自然科学基金项目(BK20130398)

钟非 (1981—)，男，副研究员，研究方向：环境生物学，E-mail: fzhong@ntu.edu.cn

吉红九 (1968— )，男，研究员，研究方向：海洋生物学，E-mail: jijiu99@163.comn

S967.9

A

1007-9580(2017)05-025-06