刘文礼，阎希柱

(集美大学水产学院，福建 厦门 361021)



基于生态足迹评估的凡纳滨对虾可持续发展养殖模式

刘文礼，阎希柱*

(集美大学水产学院，福建 厦门 361021)

在中国对虾养殖产业格局中，传统半精养模式仍占着很大的比重，新型精养模式普及程度不高，两种模式各有优劣。为了比较两种养殖模式的可持续性，本研究采用生态足迹和生态足迹指数对两种不同养殖模式进行比较分析。结果表明： 1)对虾半精养模式的生态足迹为28.278 ghm2，精养模式的生态足迹为44.596 ghm2，其中饲料项目对生态足迹的贡献最大，比重达到60%～80%。2)半精养模式的人均水产品消费生态足迹为0.040 10 ghm2，生态足迹指数为-0.24%，为不可持续发展模式；精养模式的人均水产品消费生态足迹为0.033 23 ghm2，生态足迹指数为16.93%，为可持续发展模式，精养模式比半精养模式具有更大的可持续发展潜力。本研究针对水产养殖的特性对渔业生态足迹的定义和模型进行优化，解决了小尺度研究领域中人均渔业生态足迹难以明确和核算的问题，并结合生态足迹指数模型对对虾养殖可持续发展进行量化评估，从因素分析和生产模式优化等方面为小尺度水产养殖业的可持续发展策略提供权衡和比较。[中国渔业质量与标准, 2017,7(4):29-36]

凡纳滨对虾；生态足迹；生态足迹指数；可持续发展；水产养殖

凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)是中国主要的对虾养殖品种，养殖范围遍及全国，对不同环境的适应能力强，特别是对盐度适应范围广，既可以在海水中养殖，又可以在近淡水的环境中养殖。对虾的养殖模式主要是以工厂化养殖和水泥高位池养殖为主的集约化养殖模式(即“精养模式”)和以传统池塘养殖为主的半集约化养殖模式(即“半精养模式”)。目前，对虾养殖存在资源消耗过多、生态环境恶化、水质污染、种质退化和对虾疾病等问题，制约着对虾养殖的可持续发展。

生态足迹(ecological footprint，EF)是1996年由Wackernagel和Rees提出[1]，是一种基于生物物理量的度量方法，其定义是指在特定地区和消费水平下，特定人口消费的所有资源和消纳所产生的废物所需要的生物生产性土地面积[2]。基于全球渔业的快速发展，如何评估渔业可持续发展成为了重要的科学问题，如Larsson等[3]、Berg 等[4]、Kautsky等[5]、Folke等[6]众多学者从理论、管理、评估指标和计算模型等方面对渔业可持续发展进行研究，并开始尝试使用生态足迹评估方法对渔业可持续发展进行量化研究。关于渔业的生态足迹研究前期主要集中在大尺度领域(如国家、海域、地区等)的研究，并倾向于将渔业生态足迹定义为占用的水域面积，主要适用于天然水域养殖和捕捞渔业领域。如Folke等[6]在对波罗的海沿岸的水产养殖、海产品捕捞和水产消费生态足迹研究中就把海洋生态足迹定义为满足人类海产品和其他服务需求所占用的海洋生态系统面积。但随着新型现代渔业的发展，人类对渔业水域系统的干预性加大，需要依靠大量资源(如饲料、能源、水等)投入来满足生产，单以水域面积来衡量有失偏颇。Roth等[7]也指出在水产养殖生态足迹核算中，单纯使用水域面积来核算可能造成重复计算，尤其是水域在提供天然饵料的同时也可提供一定的废物降解。随着生态足迹成分法、能值法、投入产出法等方法的提出，生态足迹研究向更小尺度发展，逐渐弥补了生态足迹综合法的局限性[8]。Zhao等[9]就运用能值生态足迹对一个海上网箱养殖的案例进行小尺度研究；陶玲等[10]运用生态足迹成分法，对复合池塘和传统池塘单位经济效益生态足迹进行核算。这些进展为渔业领域提供更适用和精确的生态足迹核算方法，但仍有很大的完善空间，比如在计算模型、项目设置等方面。

生态足迹指数(ecological footprint index，EFI)是吴隆杰[11]2005年对生态足迹可持续发展评估指标优化后提出的，其是指一定区域的生态承载力与生态足迹的差额占生态承载力的百分比，可视为该区域为今后保留的可持续发展的能力的百分比。为了实现渔业生产模式可持续发展的可比性，吴隆杰[12]和赵玉涛等[13]对生态足迹指数分析方法进行改进和理论分析。目前，生态足迹指数如生态足迹一样只适用于可以同时计算人均生态足迹和人均生态承载力地区，这对小尺度的渔业案例来说仍然不适用。

为了探索适合水产养殖可持续发展量化评估的生态足迹，本研究以对虾精养和半精养两个模式为研究对象，针对水产养殖生态系统，对生态足迹核算模型、项目设置和概念等进行优化，并对两种养殖模式的可持续发展进行比较分析。

1 养殖状况

1.1 半精养模式

选取福建漳州的玉江对虾池塘养殖场为半精养模式代表，采集2015年凡纳滨对虾2个养殖周期的数据。该养殖场占地面积共7 000 m2，淡水养殖，池底铺有防渗地膜； 4口池塘，规格均为底面积1 500 m2，高2 m，有各自独立的进、排水两个闸门；通过水车式增氧机进行增氧，由水泵抽取供水，经蓄水池供应到每个养殖池，废水直接排出；一个周期约为5个月(包括养殖期和休整期)，一个养殖周期总收获量可达到6 000～7 000 kg。

1.2 精养模式

选取福建漳州的大北农对虾养殖场为精养模式代表，采集2015年凡纳滨对虾2个养殖周期的数据。该养殖场占地面积共3 300 m2，海水养殖，棚顶设有保温农塑料膜，采用水泥养殖池，属于半封闭式流水型工厂化养殖模式；68口池，每口规格均为底面积25 m2、高1 m的圆形养殖池；排污口设于池底中间，养殖废水经排水管统一流入排水渠；氧气由气泵经输气管到每个养殖池进行供氧，海水由海区抽取到蓄水池和砂滤池净化后供应到每个养殖池，无配套循环水系统，废水经简单处理后直接排出；一个周期约为5个月(包括养殖期和休整期)，一个养殖周期总收获量可达到12 000～14 000 kg。

2 评估方法

2.1 数据采集

本研究对两个养殖场的数据采集年限均为2015年，均为两个养殖周期。主要收集数据有投苗、收获、基础设施建设、能源、人工、饲料、用水、废弃物、场地面积、药物等。其他数据通过年鉴、统计和报告等资源[14-18]进行补充。

2.2 生态足迹核算

采用Simmons[19]提出的生态足迹成分法，首先根据对虾养殖特征设置各类资源消耗或废弃物产生的项目分类和消费量核算，然后计算各项目中资源消费或废物容纳所占用的各类生物生产性土地面积，并通过均衡因子(表1)统一量化为全球公顷。对虾养殖生态足迹核算项目分类为：基建、人工、用水、废水、占地、废弃物、饲料、能源消耗，各项目中的资源消费分析见表2。

表1 各类土地类型的均衡因子Tab.1 The equivalence factor for different land use types ghm2·hm-2

注：耕地、牧草地、水域、能源用地、建设用地和林地等6类土地类型的均衡因子来源于全球足迹网络[20]；水资源用地均衡因子来源于黄林楠等[21]的研究。

表2 对虾养殖生态足迹成分分析Tab.2 The EF component analysis of Litopenaeus vannamei culture

注：根据供货商提供，110 mm PVC管均重约为2.031 kg·m-1；75 mm PVC管均重约为1.972 kg·m-1；25 mm PVC管均重约为0.234 kg·m-1；保温农膜均重约为950 kg·m-3；电缆规格为BV-2.5 mm2铜芯，其主要材料铜芯重量大约为28.6 kg·km-1，聚乙烯(PE)重量大约为3 kg·km-1。

生态足迹基本核算模型见式(1)。

EF=Σ(rj×Ai)=∑(rj×Ci/Yi)

式(1)

式(1)中，EF为水产养殖过程中占用的生态足迹；j为生物生产性土地类型(分别为耕地、牧草地、水域、能源用地、建设用地、林地、水资源用地)；i为消费项目类型；rj为均衡因子；Ai为第i项消费占用的生物生产性土地面积；Ci为第i项的消费资源量；Yi为第i项的资源平均产量。

其中：1)基建项目中，水泥和钢材核算参考徐勇戈等[22]的研究成果：每生产1 t钢材需占用0.101 7 hm2的林地和0.102 1 hm2的牧草地；每生产1 t水泥需占用0.102 7 hm2的林地和0.108 2 hm2的牧草地。PVE管、保温农膜、地膜等塑料制品按照其他石油制品核算，并参考谢鸿宇[2]的研究成果：1 t其他石油制品的生态足迹为0.174 53 hm2的林地和0.146 49 hm2的牧草地。2)人工项目核算参考陈冬冬等[23]的研究成果：中国农村居民每年食物消费需要占用0.090 00 hm2的耕地、0.000 67 hm2的牧草地、0.008 46 hm2的水域和0.019 45 hm2的能源用地。3)用水项目核算采用水资源生态足迹核算方法[21, 24]，按照福建省产水模数(1.071×106m3/km2)[15]将用水量转化为水资源土地占用面积，加入一个水资源土地类型。4)能源项目核算参考谢鸿宇等[25]基于碳循环对能源和电力生态足迹的研究方法，运用碳循环分析将能源的消耗转化为CO2的排放量，计算吸收对应量CO2的草地、林地面积。5)废水项目核算，通过污水处理厂能耗成本(二级污水处理厂能耗为0.338 kW·h/m3)[26]将水污染生态足迹转化为能源生态足迹。6)废弃物项目核算参考白钰等[27]的研究成果，中国单位土地面积固废可堆积量约为1.09×105t/hm2。另外，由于缺乏对农机行业的生态足迹研究，渔业机械的生态足迹核算只考虑最主要的钢铁的消耗量。

2.3 人均生态足迹

两个对虾养殖场的尺度较小，如果用传统的生态足迹定义[1]来分析，以养殖场作为区域，以养殖场的人数作为消费人口数，那得出的人均生态足迹结果显然是不合理的。水产品主要是输送到市场，供应给人们消费的，所以，本研究从人均水产品消费的角度，对渔业生态足迹模型进行了调整。

国务院办公厅发布的《中国食物与营养发展纲要(2014—2020年)》中列出中国人均水产品健康消费量的目标为18 kg[28]。本研究以中国人均水产品消费量计算相应水产品产量可供消费的人口数，并将渔业生态足迹定义为：在特定消费水平下，生产供应一定数量的人口需求的水产品所占用的生态生产性土地面积，计算见公式(2)和公式(3)。

式(2)

EFp=EF/N

式(3)

式(2)和式(3)中，EFp为人均水产品消费生态足迹(人均渔业生态足迹)；EF为水产养殖过程中占用的生态足迹；N：水产品消费人口数；S为水产品产量；Cp为中国人均水产品健康消费量(18 kg)。

2.4 可持续发展评估

从计算方法上来看，生态足迹指数是基于生态承载力和生态足迹差值(盈余或赤字)的基础上进行优化，对可持续发展进行定量研究，具体计算方法见式(4)。

=(NBCP/BCP)×100%

式(4)

式(4)中，EFI为渔业生态足迹指数；BCp为人均渔业生态承载力0.04 ha[29]；EFp为人均渔业生态足迹；NBCp为人均渔业净生态承载力(当其>0时为生态盈余，当其<0时为生态赤字)；EFI的值可以为0≤EFI≤100%或<0。

当0

加强中小学思想政治课教师的政治素质教育和养成，使中小学思想政治课教师的政治素质教育常态化。牢固地用中国特色社会主义理论体系武装头脑。一是针对中小学思想政治课教师政治素质的不同情况，分类教育，对症下药。二是要求思想政治课教师学习马克思主义经典原著，三是学习党的理论、路线、方针政策。四是要求思想政治课教师积极组织、参与各种形式的有意义的社会政治活动和社会实践活动。五是组织中小学思想政治课教师参加各级部门举办的政治培训学习。让他们在不断的深入学习思考中、在鲜活的社会实践体验中提高政治素质。

3 结果与分析

3.1 对虾养殖生态足迹核算分析

对虾精养和半精养生态足迹详细数据见表3。经计算，2015年两个对虾养殖场生态足迹分别为28.278 ghm2(半精养)和44.596 ghm2(精养)。从各项目所占比例来分析，两个养殖场生态足迹贡献最大的均为饲料项目，分别占77.43%(半精养)和62.30%(精养)。陶玲等[10]的研究中，与池塘面积、水、电力、水污染排放项目相比，饲料对传统池塘(土池)和复合池塘(循环水养殖池)生态足迹的贡献比例也是最高，分别为59.93%和65.88%；Zhao等[9]的研究中，与鱼种、钢铁、塑料、燃料、电力、水泥项目相比，饲料对海水网箱养殖能值生态足迹的贡献的比例也是最高，为60.60%。由此可见，渔业集约化养殖模式下，大量投入饲料虽满足了高密度养殖的需求但也对环境造成了巨大的自然资源消耗。对虾半精养和精养的饵料系数分别为1.2和1.1，显然，精养模式的饲料利用率比半精养模式高,与精养模式下饲养管理、水质控制和生物饵料等环节上皆优于半精养模式有关，从而能够更有效地降低饵料系数。由此，可以看出降低饵料系数的重要性，既能有效降低高密度对虾养殖的经济成本，又能降低生态足迹，也就是减少对资源和环境消耗，提高效益。

用水和废水生态足迹在精养模式中的贡献比例分别为4.26%、6.87%，均高于半精养模式下的贡献比例1.94%、6.14%。在精养条件下，每天都要产生大量的排泄物和饲料残料，严重地影响养殖水质，甚至爆发疾病，所以需要保持良好的养殖水质环境。养殖中的废水集中后，经简单地物理净化后就直接排出，无法实现水资源的循环使用。半精养的废水直接排出，也未循环使用水资源。精养的养殖密度约为853尾/m2，远高于半精养的150尾/m2，所以其用水量和耗水量也就高于半精养。在无良好配套循环水净化系统的情况下，精养模式只能通过周期性地换水和排水来保证养殖水质，所以就造成了大量的水资源消耗。据杨菁等[30]的研究，水产养殖场配备了循环水净化系统后，耗水量为流水型的0.25倍；耗电量为流水型的1.33倍。以此推算，若本实验中的精养模式(流水型工厂化养殖)配备了循环水净化系统，生态足迹将由原来的44.596 ghm2降低至44.154 ghm2，但改善情况并不明显。配备了循环水系统的工厂化养殖虽然可以实现水资源的循环利用，降低水资源消耗和废水排放，但同时加大了养殖过程中能源(主要是电能)的大量消耗，且资金投入和日常管理成本也较高，这些都是制约循环水工厂化养殖模式普及的重要因素，未来需要加强对节能型循环水系统设备、养殖技术和管理水平的研发，才能进一步推动循环水工厂化养殖发展。

新型渔业养殖模式强调要由单纯的数量型和产量性向环境友好的质量型和技术性新观念转变。通过先进的养殖技术、管理模式和资源整合等方式，达到高养殖密度和高经济收益。与半精养相比，精养模式并不需要占用大量的土地面积，而是通过先进的基础设施建设和投入达到更高密度的集约化养殖需求。所以在占地方面，其对生态足迹的贡献比例(2.25%)小于半精养(6.24%)，而在基建方面其比例(10.75%)要比半精养(0.57%)大得多。另外，由于大量室内生产设备的消耗，精养能源消耗对生态足迹的贡献比例达到11.70%，比半精养的5.87%大。

3.2 对虾养殖可持续发展评估

基于人均水产品消费生态足迹(人均渔业生态足迹)的分析，在对虾精养模式下，每生产18 kg对虾(可供应一人一年的水产品消费)需要占用生态足迹0.033 23 ghm2，而半精养模式为0.040 10 ghm2(表3)。由此看来，在相同对虾产量下，精养模式的资源消耗要比半精养模式低，资源利用率高。在陶玲等[10]的研究结果中，传统池塘养殖(半精养)每产生1万元利润，需要占用生态足迹4.91 hm2，复合池塘养殖(循环水精养)则只占用2.92 hm2就可产生相同的单位利润，同样可以看出精养模式的资源利用情况要优于半精养模式。而在胡淼[31]的研究结果中，池塘养殖、池塘+湿地养殖、陆基养殖(精养)3种模式相比，陆基养殖的单位面积养殖产量远高于其他模式，而单位利润生态足迹量却最小，资源利用率最高。可见，相比于传统的渔业半精养模式，以现代生产技术为依托的精养模式可以在提高产量的同时降低对资源的消耗，更符合高产、低耗的环境友好产业需求。

表3 对虾养殖生态足迹核算结果Tab.3 The EF results of Litopenaeus vannamei culture

注：*对虾精养和半精养的废弃物项目生态足迹分别为2.752×10-5、1.376×10-5ghm2，近似值均取0.000 ghm2。

在全球足迹网络(global footprint network)的研究结果中，2012年中国人均渔业生态承载力为0.04 ghm2。相比之下，半精养模式中的人均渔业生态足迹略高于人均渔业生态承载力，出现生态赤字，生态足迹指数为-0.24%，要满足该生产模式需要消耗当地资源储备或依赖资源进口，处于不可持续利用状态；精养模式可以在不超过人均渔业生态承载力的情况下保持对虾养殖过程中的资源消耗和废物容纳，生态足迹指数为16.93%，处于可持续利用状态(表3)。在吴隆杰[12]研究结果中，2001年中国渔业生态足迹指数情况为海洋捕捞-91.31%、海水养殖74.48%、内陆捕捞-27.27%、内陆养殖20.97%，且皆有1%～4%的下降趋势，以此推断：中国渔业可持续发展的情况严峻，虽然水产养殖的情况处于良好状态但也不容乐观。另外，于谨凯等[32]也指出中国海洋渔业生态足迹呈赤字状态(-0.83 hm2)，渔业可持续发展面临着严峻的挑战，而渔业产业模式改革是摆脱困境的关键。本实验中的精养模式虽然为生态盈余状态，但生态足迹指数并未超过20%，仅为弱可持续发展状态，随着水域生态环境的受损，情况将不容乐观。基于对两种养殖模式的生态足迹核算分析，可以发现对虾精养模式可持续发展情况较优是由于其可以有效降低饲料投入，这主要得益于其合理的养殖密度、有效的水质调控、科学的养殖监控等优势，但在用水、废水和能源消耗等问题上也对环境产生了较大的压力，解决这些问题的关键是加大对节能型循环水养殖系统的研发和推广。制约对虾半精养模式可持续发展的主要原因是饲料的利用率低、消耗量大，需要从养殖模式上进行改善，例如向鱼虾混养、工厂化循环水精养等模式转型。

4 结论与展望

基于生态足迹指数的量化分析，发现对虾精养模式的可持续利用情况要优于半精养模式。相比于对虾半精养模式，精养模式可以在不超过人均渔业生态承载力的情况下保持对虾养殖过程中资源消耗和废物容纳，对环境产生的压力较小。基于生态足迹成分法的研究，发现在相同的对虾产量下，精养模式的生态足迹明显低于半精养模式，有效降低饲料投入是精养模式减少养殖过程中资源消耗的关键，但是其在用水、废水排放、能源消耗和基建投入等项目上也表现出较为突出的问题。整体来说，对虾精养模式比半精养模式更具有可持续发展潜力，值得推广，但仍需从节能、排污设备和技术和管理等方面进行改善。

基于生态足迹模型对水产养殖场进行可持续发展评估，主要存在区域边界、消费人口和生态承载力难于明确和核算的问题。为了解决此问题，本研究基于人均水产品消费的概念对渔业生态足迹的定义和评估模型进行优化，以此实现对人均渔业生态足迹的核算，为小尺度渔业可持续发展的定量研究提供解决方案。采用成分法对渔业生态足迹核算方法进行优化，既可以提高核算的精确度，又有利于各因素的对比分析，发现水产养殖过程中对环境产生压力的主要因素。采用生态足迹指数对渔业可持续发展进行量化研究，可以更为直观地对不同养殖模式进行比较，为小尺度水产养殖业的可持续发展策略提供权衡的科学依据和决策比较。

生态足迹成分法需要对养殖过程中消耗的各种材料产生的生态足迹进行计算，涉及领域较广，加上中国生态足迹在各领域的应用研究尚浅，所以本研究中缺乏对肥料、药物、种苗等项目的分析。另外，个别引用的参数，例如水资源用地均衡因子、水泥和钢材生态足迹等，存在年限陈旧等问题，可能会造成一定误差。

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《中国水产科学》征订启事

《中国水产科学》为中国水产科学研究院与中国水产学会、中国科技出版传媒股份有限公司(科学出版社)联合主办的学术性期刊, 由北京中科期刊出版有限公司出版发行, 是中国水产科学研究领域的重要学术期刊。本刊在促进中国的水产科学研究、加强国际间学术交流、展示中国水产科学研究领域最新科研成果与研究进展等方面发挥了重要作用。期刊多次获得 “中国百种杰出学术期刊”和“中国精品科技期刊”称号，并入选2013年“国家百强科技期刊”。

本刊主要报道水产生物学基础研究、水生生物病害及其防治、水产生物营养及饲料、渔业生态保护及渔业水域环境保护、水产品保鲜与加工综合利用、水产资源、海淡水捕捞、水产养殖与增殖以及设施渔业等方面的最新进展、最新成果、最新技术和方法。

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The sustainable development model ofLitopenaeusvannameiculturebased on the Ecological Footprint

LIU Wenli, YAN Xizhu*

(Fisheries College, Jimei University, Xiamen, Fujian 361021，China)

In China, a large proportion of shrimp culture industry is traditional semi-intensive culture model despite new intensive culture model emerges over few years. Both models have their respective advantages and disadvantages. To compare the sustainable development of semi-intensive culture model with that of intensive culture mode, we employed the method of Ecological Footprint (EF) and Ecological Footprint Index (EFI). We found that the EF of semi-intensive culture model and the intensive culture model mode were 28.278 ghm2and 44.596 ghm2respectively, feed consumption had the largest contribution (60%～80%) to the ecological footprint. In addition, per capita EF seafood consumption was 0.040 10 ghm2and the EFI was -0.24% for semi-intensive culture model, which suggests that it was under unsustainable development status; EF was 0.033 23 ghm2and the EFI was 16.93% for intensive culture model, which suggests that it was under weak sustainable development status. Taken together, the intensive culture model showed more sustainable development potential than the semi-intensive culture model due to low resource consumption. According to the characteristics of aquaculture, this paper optimized the definition and model of fishery ecological footprint, solved the problem that the per capita fishery ecological footprint in the small region is unable to define and calculate, quantified fishery sustainable development assessment by the ecological footprint index model, and provided the scientific basis for decision-making for small scale culture sustainable development in the terms of the aspects of the factor analysis and production model optimization. [Chinese Fishery Quality and Standards, 2017, 7(4):29-36]

Litopenaeusvannamei; ecological footprint; ecological footprint index; sustainable development;aquiculture

YAN Xizhu, xzyan@jmu.edu.cn

10.3969/j.issn.2095-1833.2017.04.005

2017-04-11；接收日期：2017-05-27

福建省自然科学基金项目(2012J01139)

刘文礼(1990-)，男，硕士研究生，研究方向为渔业水域生态学，232569757@qq.com

阎希柱，教授，研究方向为渔业水域生态学，xzyan@jmu.edu.cn

S931.3

A

2095-1833(2017)04-0029-008