中国水产科学研究院十大重点学科领域介绍之九：渔业装备与工程领域

一、学科领域的发展 渔业装备与工程是指在现代渔业生产发展中起重要作用的渔业机械、仪器、渔船、渔业设施，以及以这些装备为主要内容的渔业工程。目前本学科的主要研究领域包括：水产养殖工程、捕捞装备工程、加工机械工程、渔业资源修复与渔港工程等。我国渔业装备与工程学科发展始于20世纪60年代，从单一的设备研制到与设施工程相结合的系统集成研究，逐步形成了渔业装备与工程的科研体系，也促进了我国渔业生产中捕捞作业和主要水产品养殖模式的转变，极大地提高了我国渔业生产力的发展。

中国渔业装备科技研究进展

现代渔业装备是实现渔业现代化的重要保障,新中国成立70年来,中国渔业装备从无到有,得到了长足的发展。文章概述了中国渔业装备的发展沿革及主要贡献,介绍了“十三五”以来的主要创新性成果,并重点指出中国渔业发展趋势与装备科技需求。具体包括:养殖生产力水平亟待提高,需要发展更为高效的设施渔业,以稳定保障供给的基本盘;养殖新空间亟待拓展,需要创新全产业链一体化新型养殖方式,逐步成为保障供给的新补充;绿色发展的要求会更高,需要构建生态循环型生产方式,使渔业全面走上可持续发展的正轨;装备现代化成为重要需求,需要发展机械化、智能化生产技术,成为渔业“由大到强”的重要标志;社会现代要素加速融入,现代渔业正在进入“工业化渔业”和“特色渔业”同步发展的新时期。

蒸煮过程中南极磷虾虾青素降解动力学研究

南极磷虾受热易使营养物质降解,为探索蒸煮对南极磷虾中虾青素稳定性的作用规律,将流水解冻的南极磷虾沥水后置于恒温环境进行隔水蒸煮,蒸煮温度为60、70、80、90、100℃,蒸煮时间为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0 min,基于不同蒸煮条件下南极磷虾含水率、蒸煮损失率和虾青素保留率变化情况,分析虾青素降解过程,并建立降解动力学模型。结果显示:在低温或短时条件下,含水率和蒸煮损失率无显著变化;温度上升或时间延长,虾青素保留率呈下降趋势;试验条件下,虾青素降解符合一级反应动力学模型,温度上升,虾青素降解速率增大,半衰期和降解90%所需时间减小,降解数学模型为k=0.002 8 T-0.088 8,R^(2)=0.966 4。研究结果对于了解南极磷虾在蒸煮过程中虾青素的稳定性具有参考意义,可为南极磷虾加工和利用提供理论参考。

淡水池塘养殖尾水处理技术研究综述

为实现水产养殖业节能减排、低碳高效和可持续发展,必须解决传统池塘养殖尾水处理问题。根据典型池塘养殖尾水污染物特性,全面总结国内外淡水池塘养殖尾水的处理方法和技术特点;对比了“三池两坝”“集装箱+生态塘”“生态湿地”等典型池塘养殖尾水处理模式;分析了竖流沉淀、旋流分离、滤筛、气浮等物理净化技术以及臭氧-微纳米浮选、絮凝、微生物制剂、活性污泥、新型生物膜反应器过滤、水生植物等化学及生物净化技术;指出了该领域的热点研究方向和关键技术问题,包括发展“节能、减排、生态、高效”集约化池塘养殖模式、研发养殖尾水专用处理装备、提高净化效率和减少占地面积等,可为池塘养殖尾水处理技术及相关装备研发提供一定的理论参考。

我国水产业高质量发展战略研究

我国是世界第一大水产养殖国,水产业在提供优质和健康食物来源方面发挥了重要作用;在保障国家食物安全的新形势下,践行大食物观、建立食物多元化供给体系对水产业高质量发展提出了重大需求。本文以渔业资源与捕捞、水产养殖与海洋牧场、水产品加工与流通等水产业三大方向为研究划分,通过深入的行业调研、广泛的交流研讨,把握了水产业的发展现状及趋势、存在的主要问题,进而提出了行业发展目标与重点举措。调研发现,近海渔业捕捞压力过大,对远洋与极地资源认知不强、技术与装备能力薄弱,养殖机械化、自动化、智能化水平低,优质饲料原料依赖进口,智慧渔业的基础软硬件能力存在短板,水产品加工能力滞后;建议实施近海渔业资源养护和修复、远洋渔业资源开发与科学利用、水产健康养殖新技术体系构建与应用、深远海养殖平台技术研发与应用、水产养殖新模式构建与推广、水产品绿色加工与高值利用等重点举措。通过水产业高质量发展,力争2035年迈入水产科技强国行列并生产水产品8.1×107 t,2050年全面实现智慧渔业并生产水产品1×108 t。

罗非鱼养殖尾水絮凝去除效果研究

罗非鱼养殖尾水中含有大量的残饲和粪便等颗粒悬浮物,这些物质是氮、磷营养元素的主要载体。将养殖尾水外排会导致周边水体富营养化。当前常见的尾水处理方式具有占地面积大、投资高、效率低等缺点,影响其推广使用。为解决这一问题,探索采用絮凝工艺对罗非鱼养殖尾水进行处理,选取聚合硫酸铁、三氯化铁、壳聚糖和碳酸镁等4种絮凝剂,通过比较浊度、总悬浮物和化学需氧量的去除效果,筛选出适合用于养殖尾水处理的絮凝剂。结果显示:聚合硫酸铁的效果优于其他3种絮凝剂。在投加量0.4 g/L、pH=8、絮凝时间15 min时,聚合硫酸铁对养殖尾水的浊度、总悬浮固体颗粒物(TSS)和化学需氧量(COD)的去除率分别达到了96.7%、92.6%和95.1%。对絮凝后絮体评价发现,絮体的沉降高度与浊度去除率具有一定相关性,絮体的成长受成核作用的影响。尾水处理前后的zeta电位说明聚合硫酸铁通过破坏尾水中的悬浮物的稳定结构而净化尾水。研究表明,在罗非鱼养殖尾水处理时,可选择聚合硫酸铁作为絮凝剂。

罗非鱼养殖尾水污染物沉降特征研究

罗非鱼(Oreochromis mossambicus)养殖排放尾水特征及沉降特点是影响尾水处理沉淀池设计的关键因素,也是实现尾水高效处理的前提和基础。本研究以海南罗非鱼养殖尾水为研究对象,通过对养殖排放尾水和周边环境进行污染监测及静沉降试验,测定水体总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(CODMn)、悬浮颗粒物(TSS)浓度,分析总结罗非鱼养殖尾水中污染情况及尾水处理合理沉降时间。结果显示:罗非鱼养殖尾水中TN、TP、CODMn和TSS的质量浓度范围分别为2.00~15.60、0.59~2.74、17.20~20.40和2.50~144.00 mg/L;养殖池周边水体TN、TP、CODMn和TSS的质量浓度范围分别为2.20~5.80、0.44~3.21、4.05~18.95和55.00~152.00 mg/L;养殖尾水中颗粒态氮(TPN)、磷(TPP)平均占比分别为20.80%~62.80%、50.80%~74.90%。尾水经静沉降处理24 h后,上层水体中TSS的下降率达到83.08%,静沉降处理48 h后TSS质量浓度下降84.62%,沉降效果趋于稳定。综合考虑,尾水静沉降时间建议选24 h可有效去除水体中悬浮污染物。

中国渔业装备历史、分类和展望

近年来,我国渔业装备的现代化水平不断提升,大型深海养殖装备不断涌现,为推进渔业高质量发展注入了新的动能。本文系统介绍了中国渔业装备分类和历史,并结合产业发展现状对渔业装备的未来提出积极展望,以期为更多渔业从业者提供参考借鉴。1949年以来,中国渔业水平得到迅猛发展,尤其从“十三五”时期开始,中国渔业转型升级得了进一步优化,生态渔业的理念也得到进一步落实和发展,促进了中国从渔业大国向渔业强国迈进。而这背后,渔业装备水平显著提升给渔业高质量发展提供了有力支撑。

封闭式深远海养殖综合试验平台设计研究

目前我国海水养殖产业有了长足发展,但仍存在结构不尽合理、环境污染等问题,距离工业化、智能化仍存在很大差距(崔铭超等,2023)。养殖工船凭借其可游弋性能够寻找更适合鱼生长的水质环境,降低养殖病害风险,提高养殖产品的品质,成为深远海养殖产业的重要组成部分,越来越受到各方的关注。20世纪80年代,养殖工船的概念已被提出,并持续开展相关的理论及实践探索;2022年,第一艘养殖工船“国信1号”建成并成功运营,验证了其是一种安全可行的深远海养殖模式(徐皓等,2023)。

中国海洋捕捞装备科技发展研究

海洋捕捞是渔业生产的重要组成部分,是水产品供给的主要来源。中国作为世界第一海洋捕捞大国,捕捞装备发挥了极其重要的作用。近十年来,在国家各类科研项目的支持下,中国海洋捕捞装备的研制在各个方面都取得了不小的成绩。本研究介绍了中国海洋捕捞装备的科技发展现状,指出中国海洋捕捞装备存在的主要问题是:捕捞机械研究技术相对滞后,自动化、信息化水平低;捕捞渔船研发技术有待加强,自主设计能力有待提升;助渔仪器基础研究薄弱,关键核心技术有待突破;渔具设备性能有待提高,缺乏综合性设备。并对中国未来海洋捕捞装备的发展提出建议,旨在期望中国的海洋捕捞装备科技在未来海洋捕捞渔业建设中发挥着更大的支撑作用,为世界海洋渔业装备的发展贡献“中国力量”。

基于ESSA-LSTM的养殖工船水质溶解氧预测方法研究

为了准确预测水质参数中的溶氧量,采用长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,提出一种增强型麻雀搜索算法(Enhance Sparrow Search Algorithm,ESSA)以改进预测率的精确性。该算法引入了Circle混沌映射进行种群初始化,并结合正弦余弦算法和Levy飞行策略分别对侦察者、跟踪者的位置进行更新,以促使麻雀个体能够快速跳出局部最优解。首先将ESSA与多种其他算法进行多形态基准函数对比测试,结果表明该算法在多个基准函数上展现出出色的性能和鲁棒性;随后将其应用于LSTM模型参数寻优,并与其他优化算法进行比较,结果显示基于ESSALSTM模型的预测率达到99.071%,相较于基本麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)、灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)、海洋捕食算法(Marine Predators Algorithm,MPA)、鲸鱼算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)分别提升了2.142%、6.653%、6.682%、7.714%。研究表明,使用ESSA显著提高了溶解氧预测率,并有效减少了参数设置的盲目性和时间成本。

微纳米气泡技术在渔业水产行业的研究进展及应用综述

微纳米气泡技术是当前国内外的前沿科技,也是研究的热点。该文详细介绍了微纳米气泡在悬浮物的吸附去除、有机物的强化分解及促进生物活性等方面的最新研究进展与应用现状。综述了微纳米气泡发生装置的各种原理和结构,并对其应用进展进行了分析和探讨,特别介绍了在渔业水产相关领域的研究应用情况。指出了微纳米气泡技术目前面临的主要问题及对渔业研究领域的启示,以期为微纳米气泡在水产养殖、捕捞、加工等领域的理论研究和技术应用提供参考。

基于被动声学的对虾摄食行为研究进展

被动声学监测(Passive acoustic monitoring, PAM)技术可在对水生生物不造成干扰或损害的情况下获取水生生物的声音信息,并利用这些信息进行各种生态研究和养殖活动管理。随着对虾养殖技术的不断提高和进步,对虾的养殖密度持续增加,但是饲料利用率低、水质恶化等问题严重制约对虾养殖的快速发展。利用被动声学监测技术可实现智能化的自动投饲,提高饲料利用率和缓解水质恶化。文章主要阐述了对虾的摄食过程及其影响因素,总结了近年来被动声学监测技术在对虾摄食声信号的研究进展和应用情况,分析了被动声学监测技术的优缺点,并针对存在的问题提出未来的发展趋势,以期为自动投饲系统走向智能化提供参考。

凡纳滨对虾循环水养殖系统生物膜反硝化菌研究

硝态氮去除对于养殖尾水再利用及达标排放具有重要意义。为探明凡纳滨对虾循环水养殖系统中移动床生物反应器的反硝化潜力和氮代谢通路特征,对其表面生物膜菌群结构和反硝化效率进行分析。Illumina测序结果显示:所有样本优势菌门均为变形菌门(20.31%~25.36%)和拟杆菌门(14.42%~24.28%);在属水平上,红球菌属(0.28%~0.97%)、副球菌属(0.50%~0.99%)和假单胞菌属(0.15%~0.30%)等好氧反硝化菌主要负责硝态氮还原。实时荧光定量PCR结果显示,生物膜中反硝化功能基因nirK基因丰度高于nirS基因和nosZ基因,nirK型反硝化微生物是主要的反硝化微生物类群。原核生物功能注释结果表明,生物膜中存在活跃的异养反硝化代谢途径,可能受制于有限碳源,反硝化菌之间,及其和生物膜优势菌属之间以竞争关系为主。厌氧脱氮模拟试验表明,在不添加碳源条件下,填料生物膜可将对虾养殖水体硝态氮去除98.07%。基于上述氮代谢通路特征,本试验进一步提出短程反硝化-厌氧氨氧化对虾养殖废水硝态氮去除优化策略。此结果为深入理解循环水养殖系统氮素代谢通路及未来管理、利用填料生物膜内源性碳源和潜在反硝化功能提供理论依据。

中国智能水产养殖发展现状与对策研究

中国已进入到由传统渔业向现代渔业转变的关键阶段,要突破资源、环境、食品安全等问题的制约,需要运用现代智能技术推动传统水产养殖方式升级改造。该文阐述了发展智能水产养殖的重要意义,从产业和科技两个方向介绍了中国智能水产养殖发展现状,以及未来智能水产养殖发展趋势,并提出中国智能水产养殖的发展建议,以期为中国智能水产装备研发提供参考。

中国近海捕捞渔业生产效率的实证研究——基于DEA-Malmquist指数方法

利用2008—2013年近海捕捞渔业生产投入产出的面板数据,采用DEA-Malmquist指数方法对中国近海捕捞渔业全要素生产率的变动及构成进行了分析。结果表明:近海捕捞渔业平均全要素生产率呈增长趋势,年均增长率为2.3%,主要依靠技术进步来推动;技术效率变化与全要素生产率之间的同步系数为0.6,纯技术效率、规模效率与技术效率之间的异向变化导致技术效率的下降;天津、浙江、辽宁、海南、福建、广西等6个省市的全要素生产率呈增长趋势;沿海各省市近海捕捞渔业技术效率下降是平均纯技术效率下降和平均规模效率下降共同作用的结果。

中国水产养殖二氧化碳排放量估算的初步研究

依据2008年对中国水产养殖能耗与节能技术调查数据和相关统计数据,利用Oak Ridge National Laboratory(ORNL)提出的二氧化碳(CO2)排放量的计算方法,对中国水产养殖的CO2排放量进行了估算和分析。中国水产养殖的CO2排放总量约为988.6×104t,占全国CO2排放总量的0.17%;水产养殖CO2排放强度为0.253kg.美元-1,是美国国内生产总值(GDP)CO2排放强度的0.4倍。