(山东省科学技术情报研究院，山东 济南 250101)

2017-06-22

史筱飞(1982-)，女，助理研究员，硕士，研究方向：情报学.E-mail：yanjiu_sd@163.com

史筱飞.山东省海水工厂化循环水养殖发展态势与对策研究[J].渔业研究，2017，39(5)：403-410.

山东省海水工厂化循环水养殖发展态势与对策研究

史筱飞

(山东省科学技术情报研究院，山东 济南 250101)

本文采用现代情报分析和比较研究方法，以宏观的综合分析为指导，概述了海水工厂化循环水养殖在世界、中国及山东省的发展现状和态势。同时，通过应用专利检索和专利分析方法分析得到了国内外及山东省海水工厂化循环水养殖的研究热点，找出了山东省与国际研究热点的差距，包括养殖水体净化工艺、养殖水体温度调控和养殖池结构设计等单元。最后，基于文献搜集加工与实地调研，结合专利分析结果，指出了山东省海水工厂化循环水养殖业存在的主要问题，并提出了针对发展山东省海水工厂化循环水养殖的对策与建议，为山东省蓝色海洋经济发展提供参考资料。

山东；海水工厂化循环水养殖；发展态势；研究热点；对策

山东省海岸线长3 345 km[1]，海岛456个，沿海滩涂面积3 223.57 km2[2]，具有良好的发展海水养殖的资源条件。2015年，山东省海水养殖产量约为499.6×104t，约占全国海水养殖总产量的26.63%；海水养殖面积约为56.32×104hm2，约占全国海水养殖总面积的24.30%，山东省海水养殖产值占全国海水养殖总产值的近1/3[3]，是全国的海洋大省、渔业大省。

近些年来，山东近海渔业资源持续减少，近海捕捞产量已连续四年呈现负增长趋势，远洋渔业发展空间有限，入渔成本和难度持续增加。随着人们环境意识的增强，山东省对海洋生态文明建设日益重视，同时提出规划期大陆自然岸线保有率不低于43.6%[4]，可用的优质岸线已经十分有限。此外，网箱养殖排放的未经处理的剩余饵料和粪便，对养殖水域的整体环境和局部海洋生态环境造成了许多恶劣影响，包括病害、水产品品质下降等一系列问题。需要指出的是，部分海域由于污染严重，导致生物多样性遭到破坏、优势种群栖息环境被改变、海洋生态环境承载力下降，对海洋生态和社会效益均产生了较大的负面影响。

作为海水养殖业可持续发展的有效途径，循环水养殖具有节省空间、不受地域限制和养殖设备先进等多个优点，它是通过综合集成现代生物学、建筑学、化学、电子学和工程学等领域的技术，利用机械过滤、生物过滤去除养殖水体中的残饵、粪便以及NH3-N、NO2-N等有害物质，再经消毒、增氧、去除CO2和调温等环节后输回养殖池，实现养殖水体循环利用[5]。这种新型养殖模式可以大大节约水资源，同时使养殖水体保持高溶氧状态和稳定的水质环境，显著提高了单位水体生产力[6]。笔者基于山东省实际情况，根据多年从事科学技术情报的理论和走访调查，通过总结分析世界、中国和山东省海水工厂化循环水养殖业发展现状、态势和研究热点，探讨了山东省工厂化海水循环水养殖业存在的问题，提出了快速发展山东省循环水养殖的对策和建议，以便进一步推动山东省循环水养殖业持续、健康发展。

1 国内外及山东省工厂化循环水养殖业概况

1.1国内外工厂化循环水养殖业发展概况

目前国外工厂化循环水养殖技术发展较成熟的国家主要有美国、法国、德国、日本等。20世纪60、70年代，美国的工业化循环水养殖迅速发展，主要以大规模养殖条纹鲈、黑斑石首鱼为主。近年来，循环水养殖已被美国政府列为“十大最佳投资项目之一”。日本自20世纪60年代发展工厂化循环水养殖以来，研发了更为经济、集成化程度更高的养殖系统。目前日本循环水养殖鱼、虾、贝等水产品年产量达20×104t以上。在欧洲，工厂化循环水养殖的应用更加普遍。据不完全统计，目前欧洲的循环水养殖面积约30×104m2，每立方米产量最高可达120 kg。

当前国外在工厂化循环水养殖方面的进展主要包括：1)循环水养殖系统的工艺技术发展更加完善，尤其是水处理技术日趋成熟，其中包括脱硝反应技术、淤泥浓缩技术和臭氧杀菌技术等多个方面，如Pimental等[7]研究了一体式膜生物反应器的稳定性，并开发了控制系统；Ramli等[8]通过海藻酸钠固定化的矮毛枝藻去除循环水系统中的氨与硝酸盐。2)深入地进行了基础理论研究，包括生物净化过程和特定养殖品种的物质与能量收支等，如Lee等[9]通过16S rRNA扩增测序，研究了海水循环水养殖系统的细菌多样性；Carter等[10]研究了水温对大西洋鲑养殖效果的影响，使养殖设备更稳定、可靠。3)实施更为完善、严格的管理准则和操作规范，对生产计划、系统运转等进行跟踪与运作评估，并对操作方法进行了研究，如Ben-Asher等[11]研究了能同时除氨并对水体消毒的适用于海水循环水系统的电氧化方法。

我国通过“九五”至“十一五”的国家“863计划”以及科技支撑计划的连续支持，在海水工厂化循环水养殖的研究与应用方面取得了较大进步：初步建立起符合我国国情的海水循环水养殖模式，其中包括实现了大规模工厂化循环水养殖石斑鱼、半滑舌鳎等；通过技术创新，研发了一批循环水养殖设备，包括微滤机、蛋白分离器等，如张成林等[12]研发了多向流重力沉淀装置，用于去除循环水系统中的固体悬浮颗粒物；进行了基础理论研究，如张永刚等[13]研究了三种微生态制剂对养殖水质中氨氮和亚硝态氮的降解效果；优化了水处理工艺流程，如研究了微电解与紫外协同去除余氯工艺[14]，设计了叶轮气浮装置去除有机物[15]等；研究了沉淀池、气浮池和生物滤池3种水质净化设施的设计及建造关键技术[16]；研究了水循环系统对化学物质的承载力，如程波等[17]研究了Cu2+对循环水养殖系统水质和凡纳滨对虾生长的影响；研究了水循环率对养殖生物生长、生理和生态的影响等，如宋协法等[18]设计了生物承载量45 t、养殖密度45 kg/m3的半滑舌鳎封闭式循环水养殖系统，并评价了养殖水质；研发了循环水养殖智能控制、水质调控系统[19]；设计了基于鱼群摄食规律的饵料投喂系统[20]，为进一步建立运营管理标准和操作规范打下了基础。

1.2山东工厂化循环水养殖业发展态势

山东省作为渔业大省，近年来海水养殖业总体发展势头良好。自半岛蓝色经济区发展规划提出以来，山东省海水养殖的养殖产量和养殖面积不断增加，养殖品种和养殖方式也越来越丰富多样，海水养殖业发展水平居全国前列。2015年，全省渔业经济总产值为3 783.2亿元，同比增长5.4%，其中渔业产值为1 593.4亿，同比增长2.7%；全年渔民人均纯收入17 491元，同比增长9.3%[21]。

山东省海水循环水养殖规模在全国也居于领先地位，其基本集中在青岛、烟台、威海、日照、东营、潍坊和滨州(图1)7个沿海城市。上述沿海城市的循环水养殖大致情况如下：

青岛：近年来大力发展陆基工厂化养殖。2015年，青岛新增工厂化车间3.3×104m2，其中黄岛区瑞滋、宇洲、卓越及蓝色粮仓等公司新建养殖车间2.3×104m2，新发展工厂化循环水系统6套，主要进行南美白对虾、鲆鲽鱼育苗养殖；胶州市新建工厂化大棚养虾车间1×104m2[22]。此外，青岛西海岸新区的青岛蓝色粮仓科技发展中心内建设了国内首套鲆鲽鱼类多层立体循环水养殖系统。

烟台：截至2015年底，烟台市海水工厂化养殖面积已达到350×104m2，占全省循环水养殖面积的35%，占全国的17%；产量2.8×104t，占全省总产量的1/4，占全国的1/6；东方海洋、莱州明波、海阳黄海三家企业被农业部确定为全国现代渔业种业示范基地[23]。

威海：截至2015年底，威海市循环水养殖产量达到1.014 6×104t，工厂化养殖面积达到102.75×104m3[24]。目前，威海市共有部、省级水产健康养殖示范场62个，其中部级示范场48个、省级示范场14个。健康养殖示范面积超过4.67×104hm2，占全市养殖面积的近70%。文登市骏马水产引进的海水封闭循环水养殖系统，提高了河豚鱼的养殖产量。

日照：截至2016年初，日照市已有部级水产健康养殖示范场10家，省级水产健康养殖示范场16家[25]。其南美白对虾循环水养殖面积截至2015年已发展到59×104m3左右，每立方米水体养殖密度可达到400～500尾左右。

东营：2015年，东营市渔业生产稳定增长：水产品总产量57.0×104t，增长3.3%，其中，海水产品产量46.6×104t，增长3.4%；水产养殖面积13.07×104hm2，增长0.1%[26]。东营农业高新技术产业示范区(以下简称农高区)睿洋工厂化循环水养殖项目，自主研发循环水工艺和设备，实行全封闭管理，实现污染物零排放。2015年至2016年，东营全市南美白对虾工厂化养殖预计新增面积17×104m2，总面积达24×104m2[27]。

潍坊：2016年前三季度，潍坊海水养殖产量达14.7×104t，其在莱州湾南海岸大力建设海水工厂化全封闭循环水养殖场，优化了红星水产南美白对虾工厂化养殖模式和海水鱼、虾循环水工厂化养殖模式[28]。

滨州：2015年，滨州市渔业养殖发展平稳，海水养殖产量达到23.09×104t[29]。滨州市博兴县建成了清河现代渔业园区，是目前全省建设标准最高的工厂化循环水养殖车间。

除了具备较强的工厂化循环水养殖实力，山东省在循环水养殖方面还具备较为全面的科技支撑和技术推广体系。首先，政府大力支持科技兴海战略，出台了多种扶持政策和措施，努力提高海洋科技创新能力，推动循环水养殖方式稳步发展。其次，山东省高校、科研院所力量雄厚，渔业专业人才资源储备充足。他们充分发挥自身优势，从各个方面为海水养殖业提供技术支撑。目前，山东省拥有省级以上海洋与渔业科研教学机构60多个，渔业科技人才占我国相关专业人才总量的40%以上。最后，山东省渔业推广机构发展较为完善，基本形成了省-市-县-乡四级技术推广体系。截至2015年底，全省共有渔业推广机构1 079家，其中省级站1个，市级站16个，县级站144个，乡(镇)级站918个。目前全省各级渔技推广人员2 198人，认定了中国海洋大学等13家省级现代渔业培训基地，累计培训技术指导员6 500余人次[30]。“十二五”期间，渔技推广体系改革与建设项目在全省16个市的82个县实施，项目年资金2 000×104元，推广面积21.65×104hm2，培育渔业科技示范户1.35万余户，示范面积7.35×104hm2，为养殖技术向现实生产力的转化奠定了基础。

2 海水工厂化循环水养殖业研究热点分析

专利是科技创新和技术进步的重要表现形式。对专利技术的分析能够在一定程度上反映某个领域技术的研发重点和发展方向。因此，本文以专利数据作为突破口，对循环水养殖技术研究热点进行简要分析。本文国际和国内部分的数据源为Thomson Innovation(TI)专利数据库，山东省内的专利数据源为CNIPR专利信息服务平台，涉及的统计结果截至2015年12月8日公开的专利。为更准确地分析近年来的研究热点，国际和国内专利部分选取2011—2015年的专利数据。山东省的循环水养殖专利数据较少，未进行起始时间限制。

通过申请日、国际专利分类号(IPC分类号)和摘要关键词相结合的方式，经过数据清洗、专利去重等方法，共得到国际专利1 864条，国内专利6 678条，山东省内专利122条。通过使用Thomson Innovation(TI)软件自带的分析功能，得到近5年国际循环水养殖系统研究热点主要为养殖水体净化工艺、养殖水体温度调控、养殖池结构设计、生物滤器及过滤设备等(图2)，研发的新技术如脱硝反应、淤泥浓缩技术和臭氧处理等均有效降低了循环水养殖系统的用水量、废物排放量和能耗等[31]。

注：1.养殖水体净化工艺；2.养殖池结构设计；3.养殖水体温度调控；4.生物滤器；5.过滤设备。

Notes：1.Aquaculture water purification process；2.Structure design of aquaculture pond；3.Aquaculture water temperature control；4.Biological filter；5.Filtration equipment.

通过使用CNIPR平台的分析功能，山东省的循环水养殖系统技术发展重点，主要集中在养殖池设计、生物滤器、水循环装置、供氧、水处理方法等(图3)，与全国的研究热点(图4)相似。

注：1.鱼池设计；2.生物滤器；3.水循环装置；4.供氧；5.电机轴。

Notes：1.Fishpond design；2.Biological filter；3.Recycling equipment；4.Oxygen supply；5.Motor shaft.

通过与国际技术研发重点比较，可以看出山东省循环水养殖系统目前更加关注现代化养殖设施的研发及部分关键处理设备的可靠性及精确性的提升。目前山东省循环水养殖装备系统构建和技术水平已与国际接轨，但部分国际研究热点在山东省乃至全国仍处于起步阶段。这主要是由于我国的工厂化养殖仍旧以流水养殖为主，工厂化循环水养殖系统所占比例较低[32]，针对该领域的研发投入较少。因此，山东省应加紧推进工厂化循环水养殖系统的技术应用与成果转化，并结合实际需求进一步开展热点技术研发和工艺优化。

3 山东省工厂化海水循环水养殖业存在的主要问题

1)循环水养殖系统水处理环节运行稳定性较差。此类情况发生主要是由于养殖设备制造商多数是根据相关设备工作原理进行设计制造，只能保证设备运行，但其运行效率无法保证。

2)循环水养殖自动化设备技术水平较低。当前部分渔业设施、设备还停留在工厂化养殖的初级阶段，生物净化设备、水源净化装置等养殖系统尚未完善，无法满足循环水养殖的要求。此外，循环水养殖系统的智能化和信息化水平不高，操作难度较大，一定程度上影响了设施的正常运转。

3)技术领域基础研究有待加强。生物净化系统效率控制、饵料投喂策略、放养密度、生产管理准则、技术标准、日常生产工序等基础研究还比较薄弱，缺乏科学的参考依据，影响了循环水系统整体优化和效率提升。

4)企业专业技术人才不足。在我国，水产养殖企业主要是中小型企业，由于地理位置等原因，其员工多以周边村镇临时务工人员为主，缺乏专业知识和技术储备。循环水养殖业作为新型养殖模式，其技术含量和管理要求都较高。因此，加强人才培养，尤其是就业方向指导非常重要。

4 山东工厂化海水循环水养殖业发展对策

近年来在政策的引导和支持下，以循环水养殖为代表的工厂化养殖得到了快速发展。针对工厂化循环水养殖系统的特点，提出以下建议：

1)政府应加大扶持与引导力度。循环水养殖是成本和资金投入较大的行业，政府持续的资金扶持和政策鼓励，可以有效促进技术革新与推广，极大推进行业进步与发展。通过评估改进后的养殖设备和技术产生的环境影响与经济效益，制定更为具体的发展规划和扶持政策，并进行阶段性指导。

2)结合山东省实际情况和产业现状，加大科研投入力度，着力开展重点领域、热点技术和专业养殖装备研发。山东省循环水养殖系统目前更加关注现代化养殖设施的研发及部分关键处理设备的能效提升，在养殖水体净化工艺、鱼池结构、养殖温度传感器及水体过滤装备等方面还略显不足。因此，在企业层面，可以采用“联合试验”模式，发掘亟待解决的共性问题和关键技术，如开发基于生物膜硝化反应的循环水系统、养殖病害管控系统和专家管理系统等，集中力量推动技术革新；推进“产学研”相结合，通过政策激励，鼓励研究机构和高等院校参与解决研发过程中出现的问题。通过一线经验、实验积累与理论的结合、对比，形成有效的技术提升建议与科研成果。

3)加强集成示范，努力建立全生产周期的标准化管理体系。目前，由于设施装备更新和生产成本较高，造成山东省循环水养殖系统产业化应用较少。因此，应通过遴选和扶持一批技术规范、规模较大的养殖企业，努力打造循环水养殖示范基地，加快科研成果转化，确定养殖密度、饵料投喂、病害管控、运营管理等多方面的技术规范标准，通过立法或行政规定将其转化为行业标准，促进整个产业有序发展。

4)鼓励企业引进人才，构建实用型循环水养殖人才队伍。加强循环水养殖专业就业指导，出台鼓励措施，让更多的专业技术人才投入到生产管理一线，提升企业生产与管理水平。同时，定期对一线技术、生产和管理人员进行培训，对生产计划、日常工作和设备维护保养等提供指导，提升整体的专业知识水平和设备操作能力。此外，加强科研队伍建设，改进科研团队结构和人才引进机制，形成覆盖基础研究和应用研究领域，兼具科技研发和成果推广能力的结构稳定的实用型人才队伍。

[1]山东省统计局.山东统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2016.

[2]雷仲敏，左言庆.山东半岛蓝色经济区海洋资源可持续利用探索[J].青岛行政学院学报，2011，(3)：10-15.

[3]农业部渔业渔政管理局.中国渔业统计年鉴[M].北京：中国农业出版社，2016：3-28.

[4]吴晓青，王国钢，都晓岩，等.大陆海岸自然岸线保护与管理对策探析——以山东省为例[J].海洋开发与管理，2017，34(3)：29-32.

[5]刘鹰.海水工业化循环水养殖技术研究进展[J].中国农业科技导报，2011，13(5)：50-53.

[6]李纯厚，魏小岚，王学锋，等.池塘循环水对虾养殖模式的技术特点及发展趋势[J].广东农业科学，2011，38(24)：105-108.

[7]Pimentel G A，Almeida P，Hantson A L，et al.Experimental validation of a simple dynamic model of a laboratory scale recirculating aquaculture system fitted with a submerged membrane bioreactor[J].Biochemical Engineering Journal，2017，122：1-12..

[8]Ramli N M，Verdegem M，Yusoff F M，et al.Removal of ammonia and nitrate in recirculating aquaculture systems by the epiphyteStigeocloniumnanumimmobilized in alginate beads[J].Aquaculture Environment Interactions，2017，9：213-222.

[9]Lee D E，Lee J，Kim Y M，et al.Uncultured bacterial diversity in a seawater recirculating aquaculture system revealed by 16S rRNA gene amplicon sequencing[J].Journal of Microbiology，2016，54(4)：296-304.

[10]Carter C G，Nuez-Ortin W G，Codabaccus B M，et al.Temperature effects on performance of large Atlantic salmon (Salmosalar) held in seawater recirculation aquaculture systems[EB/OL].[2017-08-02].http：//ecite.utas.edu.au/119422.

[11]Ben-Asher R，Lahav O.Electrooxidation for simultaneous ammonia control and disinfection in seawater recirculating aquaculture systems[J].Aquacultural Engineering，2016，(72-73)：77-87.

[12]张成林，杨菁，张宇雷，等.去除养殖水体悬浮颗粒的多向流重力沉淀装置设计及性能[J].农业工程学报，2015，31(S1)：53-60.

[13]张永刚，王佳佳，户高铭.三种微生态制剂对养殖水质中氨氮和亚硝态氮的降解试验[J].环球市场，2017，(6)：359-359.

[14]裴洛伟.基于微电解和紫外协同的海水循环水养殖系统水处理效果研究[D].杭州：浙江大学，2016.

[15]单建军，宋奔奔，张成林，等.叶轮气浮装置设计及其在海水循环水养殖系统中的净化效果[J].渔业现代化，2015，42(6)：1-5.

[16]赵景丽，王际英，张利民，等.循环水养殖系统水质净化设施设计与建造技术[J].渔业现代化，2013，40(3)：10-13.

[17]程波，刘鹰，杨红生，等.Cu污染条件下封闭循环水养虾系统的效能[J].农业工程学报，2011，27(2)：248-254.

[18]宋协法，李强，彭磊，等.半滑舌鳎封闭式循环水养殖系统的设计与应用[J].中国海洋大学学报(自然科学版)，2012，42(10)：26-32.

[19]张业韡，吴凡，陈翔，等.基于易控的工业化循环水养殖系统[J].渔业现代化，2017，44(1)：21-25.

[20]贾成功，张学良，陈俊华，等.基于鱼群摄食规律的投饵系统研究[J].机械工程师，2017，(8)：22-25.

[21]山东省海洋与渔业厅.《山东省“海上粮仓”建设规划(2015—2020年)》解读发布会[EB/OL].[2016-08-26].http：//www.hssd.gov.cn/pub/sdhyyyt/hdjl/hygq/201608/t 20160826-843015.

[22]青岛政务网.青岛市渔业振兴规划2015年落实情况[EB/OL].[2015-12-07]http：//www.qingdao.gov.cn/n172/n24624151/n24627375/n24627389/ n24627431/151207093437467220.html.

[23]胶东在线.烟台海中造82万亩“房子”海上粮仓建设加速跑[EB/OL].[2016-05-24]http：//www.jiaodong.net/news/system/2016/05/23/013203615.shtml.

[24]威海市海洋与渔业局.2015年海水养殖产量和面积(按水域和养殖方式分类)[EB/OL].[2016-06-02].http：//www.hswh.gov.cn/art/2016/6/14/art_23136_657993.html

[25]齐鲁网.日照新增9家省级水产健康养殖示范场已达16家[EB/OL].[2016-01-06].http：//rizhao.iqilu.com/rzsh/tc/2016/0106/2655712.shtml.

[26]中国统计信息网.东营市2015年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].[2016-04-07].http：//www.tjcn.org/tjgb/201604/32703.html.

[27]琏宁.东营南美白对虾工厂化养殖迅速发展2016年总面积将达24万平方米[J].水产养殖，2016，(2)：54.

[28]李剑桥，苏彬.潍坊53亿元建31个“海上粮仓”[N].大众日报，2015-11-26(9).

[29]中国统计信息网.滨州市2015年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].[2016-04-08].http：//www.tjcn.org/tjgb/201604/32713.html.

[30]李凯，景福涛，尹相菡，等.新常态下山东省渔业技术推广现状及发展对策[J].基层农技推广，2016，(7)：1-2.

[31]孙龙启，刘慧.国内外循环水养殖专利分析及启示[J].中国工程科学，2016，18(3)：115-120.

[32]陈军，徐皓，倪琦，等.我国工厂化循环水养殖发展研究报告[J].渔业现代化，2009，36(4)：1-7.

AnalysisonthedevelopmentaltrendandcountermeasuresofseawaterrecirculatingaquaculturesystemsinShandongProvince

SHIXiaofei

(Institute for Scientific and Technical Information of Shandong Province，Jinan 250101，China)

This article would provide the reference for blue economic development of Shandong Province through the systematic analysis on the developmental trend and research focuses of seawater recirculating aquaculture systems，and would give some suggestions on promoting the healthy and sustainable development of seawater aquaculture in Shandong Province.Firstly，this article outlined the general status and development trend of seawater recirculating aquaculture systems in Shandong Province，China and the world respectively by employing modern information analysis and comparative research methods and guided by comprehensive analysis through macro view.Meanwhile，we also analyzed the research focuses of seawater recirculating aquaculture systems in Shandong Province，China and the world by using the patent retrieval and patent analysis method，and found the differences of research focus between Shandong Province and the world，which included such as farming water purifying process，water temperature regulation and structure design of fishpond and so on.In the ending，on the basis of literature search and field investigation，combined with patent analysis results at the same time，this article pointed out the existing questions of seawater recirculating aquaculture systems in Shandong Province，and provided some countermeasures for accelerating the development of seawater recirculating aquaculture systems in Shandong Province.

Shandong；seawater recirculating aquaculture systems；developmental trend；research focuses；countermeasures

F326.4

A

1006-5601(2017)05-0403-08