循环水养殖池塘中浮游动植物功能群特征及水质评价

为研究循环水养殖模式对水生态环境的中长期影响和浮游动、植物群落的演替规律及相互作用,2018和2019年3月下旬,在湖南长沙新建的12.7 hm^(2)池塘中修建24条长22 m、宽5 m、深2.7 m的两端有推水、底部有集污设施的养殖水槽中,放养2、3龄的鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)、草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲤(Cyprinus carpio),密度分别为1 200 kg·hm^(-2)、600 kg·hm^(-2)、120 kg·hm^(-2)和480 kg·hm^(-2)。在水槽中设9个采样点:推水设施区、养殖水槽中和水槽下游区各3个,调查分析循环水养殖模式刚投入使用和养殖一年后水质理化因子变动规律及浮游动植物群落结构变化。结果显示:浮游动植物种类与功能群数量变化较小,各功能群的相对重要性指数(IRI)变化剧烈;浮游植物优势功能群由功能群E(锥囊藻)、D(针杆藻)变化为功能群TD(丝状绿藻)、J(盘星藻、栅藻),演替原因为水流频繁紊动引起水层混合的空间差异;浮游动物优势功能群由功能群PSF(浮游小型滤食者)、PMF(浮游微型滤食者)变化为功能群PMF、PLF(浮游大型滤食者)及PSP(浮游小型捕食者),表现出更具生态稳定性的浮游动物大型化趋势,滤食性鱼类放养密度低是其重要原因;小体型滤食类浮游动物主要受耐富营养、带鞭毛、较小体型浮游植物的促进作用,在此基础上,大体型滤食类浮游动物还受到附着绿藻及适应中营养生境的硅藻等促进作用;浮游植物功能群G(空球藻)、W_(1)(尖尾、梭形裸藻)和X(球粒藻、衣藻、小球藻)对捕食类浮游动物的促进作用既包括上行效应直接传导,也包括以小型滤食类浮游动物为食物链环节的间接传导;循环水养殖一年后,各点位水质的空间差异进一步加大,但该池塘仍处于轻-中污染状态,符合养殖水质标准且整体较稳定。

斑鳜智能化陆基循环水养殖试验

斑鳜俗称黑鳜、岩鳜、圆筒鳜、褐鳜等,为东亚特有名贵经济鱼类,广泛分布于我国内陆水域,也是我国3大养殖鳜类之一。目前尚未见智能化陆基循环水养殖斑鳜的相关报道。2023年项目组开展了斑鳜智能化陆基循环水养殖模式试验示范,并取得了显著成效,现将其技术总结如下。

陆基圆池-池塘耦联式循环水养殖技术

随着我国水产养殖业的迅速扩张,传统池塘养殖方式面临多项挑战,包括人工成本高、饲料利用率低、养殖水体过度富营养化以及养殖过程中产生的尾水对环境造成污染等问题。针对我国当前的经济发展阶段,低成本、高效率的新型低碳陆地循环水养殖技术日益受到关注。其中,陆基圆池-池塘耦联式循环水养殖系统代表了一种集约化、生态友好的养殖新趋势(图1)。

基于文献计量分析循环水养殖发展

为了更清晰了解循环水养殖领域研究的演化、现状、趋势和热点,基于Web of Science、中国维普、中国知网等数据库进行检索,利用文献计量法对1992—2023年循环水养殖相关文献进行数据分析与挖掘,并结合CiteSpace软件对结果进行可视化分析。结果表明:(1)循环水养殖研究逐渐被各国、各机构、各高校重视,研究成果较多;(2)欧美发达国家在1998—2001年已开始研究循环水养殖,起步较早、发文量最高;(3)中国知网收录作者发文量最高,作者及机构合作密切,研究热点集中在渔业器械、装备自动化等方面。本研究成果可为构建高质量、低能耗、智能化的工业化循环水养殖系统提供数据支撑。

投喂频率对工厂化循环水养殖星康吉鳗生长、生理指标及其水质的影响

本研究采用生理学和实验生态学方法探究了工厂化循环水养殖模式下,不同投喂频率对星康吉鳗(Conger myriaster)生长、生理指标以及水质因子的影响。选用初始体重为(150.64±5.43)g的星康吉鳗为研究对象,实验共设2组,分别为1次/天(T1组)、2次/天(T2组),每组3个重复,实验周期为70d。实验每14d检测各养殖池实验鱼平均体重和循环水系统水质指标;实验结束时,采集星康吉鳗血液、组织相关样品,用于生长、生理指标的测定与分析。结果显示,T2组终末体重(FBW)、终末体长(FBL)、增重率(WGR)、特定生长率(SGR)显著高于T1组(P<0.05),T1组饲料系数(FCR)显著高于T2组(P<0.05)。T1组血清丙二醛(MDA)显著高于T2组(P<0.05),T2组肝脏谷草转氨酶(AST)、肝脏谷丙转氨酶(ALT)、肠道胰蛋白酶(TPS)显著高于T1组(P<0.05)。T1组、T2组出口水NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N 24 h变化中分别有1处(24:00)和2处峰值(20:00、次日8:00);2个实验组出口水24 h内NH_(4)^(+)-N与生物滤池出口水差异显著(P<0.05);生物滤池出口水NO_(2)^(-)-N在04:00、08:00显著低于其他2个实验组出口水(P<0.05);T2组2种指标的24 h变化幅度均小于T1组。整个实验周期内各水质指标均维持在安全养殖范围内,其中,在第70天时,T2组总氮(TN)、总磷(TP)显著高于T1组(P<0.05);生物滤池对各项水质指标处理效果各不相同,其中,对NH_(4)^(+)-N的处理效果最佳,最高可达54.23%。基于上述结果,星康吉鳗幼鱼工厂化循环水养殖模式中,2次/天的投喂效果优于1次/天。相关结果为星康吉鳗工厂化循环水养殖模式中适宜的投喂策略提供了理论参考。

基于机器视觉的工厂化循环水养殖智能投喂策略

智能投喂策略是实现工厂化循环水养殖过程中饲料高效利用、降低养殖成本的关键。提出一种结合水面图像纹理判别和YOLOv5-BCH残饲检测的智能投喂策略。首先,以平静水面为基线,通过摄食过程水面图像纹理特征获得残饲识别帧;其次,通过采用BottleNet-CSP模块与CBAM模块分别对YOLOv5的Backbone和Neck端进行改进,增强了深度神经网络在空间和通道维度上的特征表示能力,且有效融合了多尺度特征。同时在Head部分设置3个微尺度检测头增强对水面小目标特征的捕捉能力,使mAP0.5、mAP0.5:0.95和精确率分别提升40.26%、15.59%和37.85%;最后,设计智能投喂系统并采用“试投+单轮多次”自适应投喂策略,有效降低了劳动力投入及饲料浪费。研究表明,该系统可代替人工实现全流程智能化投喂,为工厂养殖饲喂环节实现无人化提供参考。

工厂化循环水养殖系统建设及运维

工厂化循环水养殖模式,是一种集环境保护、水资源节约和高密度集约化为一体的水产前沿养殖模式,也是渔业绿色健康养殖技术未来的发展方向[1],同时还是唯一能够实现水产品安全、无化学及重金属残留的一种绿色健康养殖模式[2-3]。据《2023年中国渔业统计年鉴》[4]显示,我国2022年工厂化淡水养殖总产量为40.35万t,同比增长24.48%。现介绍工厂化循环水养殖系统建设与运维技术。

池塘陆基循环水养殖系统构建及其运行效果

为探讨陆基循环水养殖系统与现有淡水池塘如何有机结合,本研究将养殖池塘改造为“菌-藻-鱼-水生植物”联合的水处理区,并与陆基养殖单元结合,构建成一套陆基循环水养殖系统,并开展瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)养殖试验。试验过程中监测了各水处理单元水质理化指标及陆基养殖单元鱼类生长情况,评估了养殖系统氮磷收支情况及养殖单元与水处理单元面积配比关系。结果表明:经8周运行,水处理单元对氨氮(NH_(4)^(+)-N)、亚硝酸盐(NO_(2)^(−)-N)、总氮和总磷的总去除率分别为75.69%、64.99%、29.1%和43.29%,养殖尾水经水处理单元净化后能够满足《淡水池塘养殖水排放要求(SC/T 9101-2007)》。陆基养殖单元瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)的成活率为97.5%,单位产量为6.38 kg/m^(3),增重率平均为71.57%,特定生长率(R_(SGR,m))平均为0.96%/d,饵料系数平均为1.48。氮磷收支结果表明,饲料是系统氮、磷的主要来源,分别占氮、磷总输入的61.71%、61.85%。瓦氏黄颡鱼和综合积累(包含底泥沉积、水体渗漏、吸附等)分别是氮、磷输出的主要项目,分别占氮、磷总输出的50.26%、38.53%。瓦氏黄颡鱼对氮、磷的利用率分别为29.12%、10.65%,鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)对氮、磷的利用率分别为0.06%、1.14%和0.02%、0.33%,瓦氏黄颡鱼对氮、磷的利用率均显著高于鲢、鳙(P<0.05)。养殖桶与水处理单元实际面积配比关系为0.043:1,尚有进一步优化空间。因此,本研究表明基于养殖池塘改造的陆基循环水养殖系统在养殖尾水净化、氮磷利用等方面具有良好效果,值得进一步优化和推广。

拟穴青蟹循环水养殖系统生物滤池细菌群落变化

【目的】探究拟穴青蟹(Scylla paramamosain)循环水养殖系统(Recirculating aquaculture systems,RAS)生物滤池启动过程中细菌群落的演替过程,为设计适合拟穴青蟹RAS养殖的生物过滤器提供指导。【方法】在2、5、10、20、30、40、50 d检测RAS养殖池的水质,采集填料生物膜和养殖池水体微生物样品,采用多种生物信息学分析方法研究生物膜微生物群落演替过程,并运用实时荧光定量PCR技术检测生物膜碳循环和氮循环功能基因拷贝数。【结果与结论】氨氮(NH4+-N)、分子氨(NH3)和亚硝态氮(NO2--N)的质量浓度总体呈先上升后下降趋势,硝态氮(NO3--N)和总氮(TN)在实验结束时(50 d)积累,总有机碳(TOC)质量浓度在前10 d保持稳定,从10 d至50 d呈先升高后下降趋势,差异显著(P<0.05),且总氮和硝态氮质量浓度对生物膜细菌群落变化的影响最大。生物膜细菌群落的多样性、均匀性和丰富度在10 d达到峰值,然后达到平稳状态。基于FAPROTAX的功能预测发现生物膜大多数功能主要富集在氮循环和有机物降解这两方面,生物膜碳循环和氮循环绝对基因拷贝数随时间增加总体呈升高趋势。根据FEAST分析结果,除10 d以外,前20 d同一时期的水体细菌对生物膜的贡献较高,后30 d主要来源于生物膜本身前期细菌贡献,且贡献率随时间增加呈增长趋势,到后期趋于稳定。结果表明,拟穴青蟹RAS生物滤池启动过程中,生物膜的细菌群落结构随时间增加变化显著,功能主要富集在氮循环和有机物降解这两方面,生物膜细菌来自本身细菌的贡献率也逐渐升高,到后期趋于稳定。

工程化循环水养殖池塘的氮磷收支研究

为了探寻更清洁高效的养殖模式,研究将淡水池塘循环水养殖系统进行了改良,对5个月试验周期内池塘水体理化指标和氮磷收支情况进行了分析。结果显示,池塘水体的理化指标呈波动性变化,试验结束时总氮、总磷浓度分别为4.85和1.04 mg/L,总氮浓度符合淡水养殖尾水排放二级标准。饲料和底泥是池塘氮磷输入的主要来源,分别占池塘氮元素输入量的50.6%和43.7%,磷元素输入量的49.4%和46.9%;底泥积累是池塘氮磷输出的主要途径,分别占池塘氮磷元素输出量的53.3%和78.7%。试验池塘对氮磷的利用率分别为65.2%和16.6%,其中鲤对氮磷的利用率显著高于其他鱼类(P<0.05),鲢、鳙对磷的利用率无显著差异(P>0.05)。研究表明,改良后的池塘循环水养殖系统有效降低了营养负荷,提高了养殖生物的氮磷利用率,减轻了养殖尾水对周边环境的影响,兼顾生态与经济效益,是一种成本较低且可持续发展的池塘养殖模式。

饲料粘合剂对刺参循环水养殖水质、生长及肠道微生物的影响

为探究刺参(Apostichopus japonicus)循环水养殖系统中不同饲料粘合剂对系统水质及刺参生长和肠道微生物的影响,设置了无粘合剂添加的对照组(D1)和分别添加5%红薯淀粉(D2)、黄原胶(D3)、瓜尔胶(D4)、卡拉胶(D5)的4个处理组,每组设3个重复。采用(20.0±5.0)g规格的刺参,在循环水养殖系统中饲养42 d,测定养殖水质、刺参体质量和肠道微生物组成,并运用Kruskal-Wallis秩和检验对刺参肠道微生物进行组间差异显著性分析,采用冗余分析和典型关联分析对水质与肠道微生物进行相关性研究。结果显示:粘合剂的添加对水质有优化作用,其中瓜尔胶组水质最佳;红薯淀粉和瓜尔胶组的刺参特定生长率和饲料转化率显著高于其他组(P<0.05),且刺参出皮率较高。刺参肠道优势菌门为变形菌门、拟杆菌门等,优势菌科为弧菌科、红杆菌科等。红薯淀粉组的刺参肠道微生物丰富度和多样性最高,且肠道中黄杆菌科等有益菌丰度升高。水质与刺参肠道微生物存在显著相关性,在科水平上,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮与弧菌科、希瓦氏菌科呈正相关,与黄杆菌科、肠杆菌科呈负相关。研究表明:综合考虑水质、刺参生长及肠道微生物情况,在刺参饲料中选择红薯淀粉或瓜尔胶作为粘合剂,更有利于刺参的健康养殖及循环水养殖系统中良好水质的维持。

工厂化循环水养殖系统重金属积累的生物毒性及去除技术

养殖水产品需求日益增高,传统水体养殖技术无法满足市场需求,由此诞生了高产低碳的循环水养殖技术,但其作为一个高密度养殖的封闭/半封闭系统对水质要求很高。循环水经处理后残余并积累的重金属污染物会给养殖系统带来安全隐患,不仅会积累于水产品体内对其造成生物毒性或直接导致其中毒死亡,还会通过食物链传递对人类健康造成威胁。如何在保持水产品的高产率下去除循环水中积累的重金属污染物是未来技术发展需要重点解决的问题。对循环水养殖系统中循环积累产生的重金属污染物的持续性危害和处理技术进行了分析和总结,预测了未来研究的突破方向,以期为去除水体重金属技术的发展提供参考。

基于CFD的池塘循环水养殖集污装置排污性能研究

为了研究一种应用于海水池塘循环水养殖系统集污装置的排污性能,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对集污装置流场进行数值模拟,研究颗粒释放位置和粒径大小对集污装置颗粒去除效果的影响。结果表明:释放位置接近引水槽底面时,随颗粒释放位置深度的增加,集污装置底部出口的颗粒去除率增大;由于重力和流场等因素作用,底部出口颗粒平均停留时间随释放位置深度的增加而呈现先减小后增加的趋势;粒径较小的颗粒主要从集污装置上部出口流出,且平均停留时间较短;集污装置底部出口的颗粒随着颗粒粒径增大,去除率增大,颗粒平均停留时间逐渐减小;当粒径超过150μm时,颗粒在集污装置内平均停留时间有所增加。

鱼类趋流性在循环水养殖系统中的应用与展望

鱼类的游泳行为是一个复杂的过程,受到多种因素(包括生理因素和环境因素)的影响,其中水流是主要的环境影响因素之一。鱼类可以综合利用多种感觉器官感知水流的方向和速度,通过摆尾运动维持自身稳定,使其逆流而上或顺流而下或原地游动,以适应复杂的水流环境。人们将这种鱼类对水流的反应特性命名为“趋流性”。

进水结构对圆形循环水养殖池流场的影响

为精准设计工厂化圆形循环水养殖池的进水结构,基于计算流体动力学技术,采用Fluent软件建立数值模型模拟进水管在不同进水角度θ、进径比d/r、进水高度h工况下养殖池内的流场分布特性,并以平均速度v_(avg)和均匀系数U为评价指标,对进水结构进行优化分析,在物理试验证明该数值模型能较好地模拟养殖池内的流场特征的基础上,模拟了不同进水结构对流场分布的影响。结果显示:在相同条件下,进水角度θ在40°时v_(avg)取得最大值,水层之间的U差异较小;进径比d/r在0.1时v_(avg)和U取得较大值,水层之间的U差异较小;进水高度h在100~400 mm时v_(avg)取得较大值,且在h=100 mm时水层之间的U差异最小。研究表明,当进水角度θ=40°、进径比d/r=0.1、进水高度h=100 mm时,养殖池内流场特性处于较优状态。

循环水养殖系统中二氧化碳对鱼类的影响及去除方法

2020年农业农村部启动实施水产绿色健康养殖技术推广“五大行动”,旨在利用时下前沿技术指导养殖活动,在新式的循环水养殖系统中随着养殖产量的上升,二氧化碳对鱼类的影响被人们所关注。当前对于二氧化碳在循环水中的流转缺乏系统性整理,循环水系统有处理二氧化碳的必要且处理方法尚需改进。因此,本研究通过汇总整理国内外文献,概述了目前发展趋势与主要创新性成果。具体包括:探讨二氧化碳与碱度、pH、二氧化碳分压的关系,需要进一步探究多参数在昼夜中的协同作用;关注二氧化碳导致的高碳酸血症和肾钙化等问题,未来需要深入研究长期暴露对鱼体生长和健康状况的影响,通过添加化学试剂、改善曝气方式、筛选优质处理生物来降低二氧化碳在循环水养殖系统中的含量,需要设计新式反应器以提高固定效率。本研究为循环水养殖中的二氧化碳积累有效去除提供解决办法和理论依据。

陆基圆池循环水养殖尾水处理系统介绍

陆基圆池循环水养殖模式具有占地少、安装简易、效益高等特点,入选2021年农业农村部重大引领性技术并在全国推广应用,在推动内陆设施渔业、增加渔民收入、促进乡村振兴等方面发挥了积极作用。随着陆基圆池循环水养殖模式大规模应用,其尾水处理成为亟需解决的产业问题。笔者简要概述了广西陆基圆池循环水养殖尾水处理系统,可供养殖从业者参考借鉴。

人工湿地技术在循环水养殖废水中的应用进展

随着水产养殖模式的改进,循环水利用的生态处理技术得到了发展和应用,人工湿地在水产养殖废水循环利用方面具有独特的优势。通过对相关研究文献的综述和分析,总结了人工湿地处理水产养殖废水的现状和问题,并提出了人工湿地提质改造技术对策,解决了传统人工湿地处理水产养殖废水的局限性问题,为提高净水效率提供了科学指导。

基于循环水养殖系统的大口黑鲈仔稚鱼地下水养殖技术探讨

近年来我国大口黑鲈养殖业发展迅猛,这对苗种质量提出了更高的要求。水质、饵料及养殖管理等因素都是其苗种培育成功与否的关键要素。本文对基于循环水系统的大口黑鲈仔稚鱼地下水养殖技术进行探讨,并对相关技术进行总结,促进形成可复制、可推广的大口黑鲈仔稚鱼养殖模式。

工厂化循环水养殖消毒技术的研究进展

工厂化循环水养殖系统(RAS)是未来水产养殖的主要发展方向之一,系统环境菌群失衡、特定病原侵入等问题时有发生,因此病害防控已成为循环水养殖管理的重要技术环节之一。本文重点综述了国内外常用的RAS消毒方法和应用技术,从消毒方式、消毒效果等多个层面比较分析了各个消毒法的优缺点,以期为工厂化循环水养殖水处理工艺的优化和生物安保体系的构建提供参考。