凡纳滨对虾地膜光伏集约工程化养殖试验

陈燮燕，赵吉臣，唐圣利，陈金荣，何子豪，孙成波,3

(1 广东海洋大学水产学院，广东 湛江 524088；2防城港市鑫润养殖有限公司， 广西 防城港 538000；3南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江)，广东 湛江 524025)

中国水产养殖总面积和养殖总产量均居世界领先地位，然而水产养殖业大量占用土地资源，严重制约水产养殖业的健康可持续发展[1]。科学利用国土水域资源，对大力发展水产养殖生产具有积极作用[2]。

凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)原产中南美洲，1988年引入中国[3]，是目前最主要的对虾海水养殖种类之一，在中国养殖对虾业中占主导地位[4]。孙成波等[5]建立的地膜养虾模式较传统的普通土池和水泥边坡沙底池可以减少病害的发生，能有效控制对虾主要病害白斑综合征(WSD)的爆发流行[6-7]。传统对虾养殖最大的难题是病害，难以形成规模经济和标准化生产，现代对虾工厂化养殖投资成本高，风险较大[8]。

中国渔光产业在2013年开始兴起，在水产养殖水域上方搭建光伏发电站，同时开展水产养殖[9]。日本是目前世界上水上光伏发电实际应用最多的国家[10]。光伏发电是新兴产业，中国的光伏发电刚刚起步，水上发电，水下养殖，“渔光一体”已成为科学利用土地，开发清洁新能源的典型案例[11]。“渔光一体”模式完全超出了传统养殖技术“渔光互补”的产出，不仅能实现中国清洁能源与水产养殖转型升级的跨界融合，还将大幅提升单位面积国土的价值输出，实现土地复合利用，真正实现了“渔、电”双丰收，不但直接推动中国水产养殖业的转型升级，还加快中国能源结构调整步伐，推进中国能源革命进程。为探究地膜光伏工程化养殖模式的实用性，开展了地膜光伏工程化养殖系统养殖凡纳滨对虾试验。

1 材料与方法

1.1 养殖系统的组成

对虾光伏地膜工程化养殖系统由地膜池养殖系统和光伏发电系统两大系统组成，实线框线为光伏发电系统，虚线框线为地膜养殖系统(图1)。地膜池养殖系统由地膜池塘、增氧系统、进排水系统和尾水处理系统组成。地膜池塘大小为300～600 m2，池边深度为1.5 m，边坡坡度1∶1，池塘堤坝高出地面50 cm；池底呈锅底形，坡度为45°，池中心排污口深度为25 cm，排污口直径大小为16 cm，排污池深度1.8 m，池底和边坡均铺设厚度为0.1 cm的地膜。池与池的隔堤为50 cm，主路宽度7.5 m。增氧系统由增氧盘(1 kW)、水车式增氧机(2.2 kW)和罗茨鼓风机(200 kW)组成，每个池配备2台水车式增氧机，呈对角线固定在池塘两边；增氧盘密度1个/ 10 m2，增氧管为直径0.06 mm微孔爆气管，每10个池配备1台罗茨鼓风机。进排水系统由水泵、供水管和排水管组成。尾水处理主要采用三级养殖尾水处理系统，主要包括废水和养殖固体废弃物的处理，废水主要采用三级养殖废水处理系统：一级混养植物食性和杂食性鱼类，如蓝子鱼、金钱鱼、鲻鱼等摄食大型颗粒、残饲、粪便；二级处理池采用贝类处理，滤食悬浮物质；三级为藻类净水系统，主要采用微藻和大型海藻处理，养殖固体废弃物联合堆肥发酵，构建鱼菜共生系统，生物降解养殖废水中有害物质。降低氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和磷酸盐等，通过上述三级处理后达标排放。光伏发电系统由光伏板和立柱两部分组成。光伏板立柱间距为7.5 m，立柱半径为16 cm，光伏板大小为1.6 m×1 m，板与板的间隙为2.5 cm，光伏板最低高度为2.2 m，最高高度为2.5 m，透光率为30%。选取3口面积为300 m2/池的池塘作为试验池。

图1 对虾地膜光伏工程化养殖模式示意图Fig.1 Film photovoltaic engineering culture of shrimp

1.2 试验时间和地点

养殖时间为2018年4月21日—2018年7月29日，养殖周期100 d。试验地点在防城港市鑫润养殖有限公司光坡镇光伏地膜工程化对虾养殖基地。

1.3 水处理方法及放养密度

养殖用水先经沙滤井过滤，然后采用有效氯为15 g/m3的漂白粉进行消毒。凡纳滨对虾虾苗购自广东湛江，放苗密度为500尾/m2。放苗时水深1.0 m，30 d内逐渐加水到1.2 m。

1.4 生长指标的测定方法及计算方法

每10 d测定一次凡纳滨对虾的体长和体质量，体长用游标卡尺测量，体质量采用电子秤测量。相对增长率Y、特定生长率XSGR和存活率XSR按照以下公式计算。

Y=(X2-X1)/t

(1)

XSGR=100%× (lnW2-lnW1) /t

(2)

XSR=100% ×S1/S2

(3)

式中：X1—初始体长(cm)或体质量(g)；X2—终末体长(cm)或体质量(g)，t—养殖时间(d) ；W1—初始体质量(g)，W2—终末体质量(g)；S1—终末存活尾数(尾)；S2—初始存活尾数(尾)。

1.5 水质指标的测定方法

试验期间每天测定水质理化因子，包括水温、气温、亚硝酸盐氮(NO-2-N)、总氨氮(TAN)和pH。水温和气温采用温度计测定，NO-2-N采用重氮-偶氮光度法，TAN采用靛酚蓝法[12]， pH采用笔式pH计测定。数据采用Excel和SPSS进行分析。

1.6 养殖管理

凡纳滨对虾养殖过程中每天投喂4次人工配合饲料，日投饲量为体质量的10%。每天开增氧盘保持水质溶氧量，阴雨天及炎热的午后等特殊状况增开水车式增氧机，防止对虾缺氧。养殖对虾过程中投喂过后每天排污4次，投饲1.5 h后排污，排污时间1～2 min，以排出废水变清为止，排污时停开鼓风机，开动水车0.5 h集污。

2 结果

2.1 地膜光伏工程化养殖凡纳滨对虾的阶段生长情况

根据体质量特定生长率将凡纳滨对虾的阶段性生长可分为4个时期(表1)：0～20日龄为体质量快速生长期，特定生长率为20.25%～30.58%；30～70日龄为体质量缓慢生长期，其体质量的特定生长率明显降低，特定生长率为3.60%～8.92%；80～100日龄为体质量特慢生长期，体质量特定生长率为0.98%～2.78%；各个阶段的体长、体质量相对增长率以及体质量特定生长率差异显著(0.01

表1 凡纳滨对虾的阶段性生长Tab.1 Periodic growth of L.vannamei

2.2 对虾养殖收获成果

1号池塘存活率为78.71%，养殖单产为4.25 kg/m2，饲料系数为1.22；2号池塘养殖存活率为81.85%，单产为4.42 kg/m2，饲料系数为1.18；3号池塘存活率为75.37%，养殖单产为4.07 kg/m2，饲料系数为1.25。

2.3 养殖期间水质理化因子的变化

2.3.1 养殖期间水温的变化

养殖期间水温和气温的变化如图2和图3所示，养殖试验为期100 d，记录每天8：00和15：00的水温和气温，整个养殖过程最低水温为22.5 ℃，气温最高的7月份水温不超过32.0 ℃，8：00气温比水温最大相差5.0 ℃，15：00气温比水温最大相差9.0 ℃。日气温差最大为11.0 ℃，日水温差最大为2.5 ℃。

图2 养殖期间(8：00)水温、气温的变化Fig.2 Changes in water temperature and air temperature (at 8:00) during the culture

图3 养殖期间15：00水温、气温的变化Fig.3 Changes in water temperature and air temperature at 15:00 during the culture

2.3.2 养殖期间pH的变化

1号池塘pH范围为7.20～8.21，2号池塘的pH范围为7.54～8.34，3号池塘pH范围为7.00～8.20。3口池塘的水质呈弱碱性，整个养殖过程pH都相对稳定。养殖期间pH变化如图4所示。

图4 养殖期间pH的变化Fig.4 Changes in pH during the culture

2.3.3 养殖期间NO-2-N质量浓度的变化

如图5所示，NO-2-N质量浓度在养殖前期较低，前40 d都不超过1.00 mg/L。1号池塘NO-2-N质量浓度范围为0.01～7.91 mg/L；2号池塘NO-2-N质量浓度范围为0.01～7.31 mg/L；3号池塘NO-2-N质量浓度范围为0～8.47 mg/L。养殖前期NO-2-N质量浓度总体保持在5.00 mg/L以下，养殖后期NO-2-N质量浓度逐渐升高。养殖前期与养殖后期NO-2-N质量浓度存在极显著差异(P<0.01)。

图5 养殖期间NO-2-N质量浓度的变化Fig.5 Changes in concentration of NO-2-N during the culture

2.3.4 养殖期间TAN的变化

养殖期间TAN变化如图6所示。

图6 养殖期间TAN的变化Fig.6 Changes in concentration of TAN during the culture

TAN变化分为4个时期，养殖前30 d 1号池塘TAN平均质量浓度为1.08 mg/L，2号池塘TAN平均质量浓度为0.89 mg/L，3号池塘TAN平均质量浓度为0.70 mg/L；31～65 d TAN有升高的趋势，但不明显；66～85 d TAN上升比较明显，其中1号池塘达到2.72 mg/L，这个时期1号池塘TAN最高质量浓度达到7.83 mg/L，2号池塘TAN最高质量浓度达到7.20 mg/L，3号池塘TAN最高质量浓度达到6.23 mg/L；86～100 d TAN降到1.00 mg/L以下。

3 讨论

3.1 模式的可行性与创新性

传统水产养殖模式呈现多元化，但水产养殖业的发展环境不容乐观[13]，构建安全有效节约的养殖模式对水产养殖业至关重要。现有的新型水产养殖绿色发展模式主要有：稻渔综合种养技术模式、池塘工程化循环水养殖模式、鱼菜共生生态立体养殖模式、集装箱养殖模式、工厂化水产养殖系统、海洋牧场等[14]。地膜光伏工程化养殖模式与光伏发电完美结合，形成“渔光一体”的模式，实现“渔、电”的双丰收。该模式与光伏发电结合，既有效地提高土地的利用率，又有利于新能源的开发和利用，实现农业与工业的共赢。有效地提高了土地的利用率，增加农民的收入；上层的光伏板能够抵抗台风，使养殖生物有一个安静的生长环境，减少了因台风灾害引起的损失[15]；符合国家“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念。

3.2 养殖试验的水质指标和生长情况分析

影响水产养殖的因素中，水质占主导地位，水质影响水生生物的健康生长，是现代养殖业可持续发展的前提，良好的水质能够给水产养殖创造一个更加绿色生态的环境[16]。对虾地膜光伏工程化养殖模式下的水质较为稳定，凡纳滨对虾存活、摄食及生长的适宜温度为18～35 ℃[17]。生长的温度范围气温和水温都在凡纳滨对虾生长的最适范围之内[18]。冬季养殖凡纳滨对虾池塘温度应保持12 ℃以上[19]，光伏地膜冬季养殖凡纳滨对虾有待进一步研究。整个养殖期间水温在23～33 ℃之间，日水温差不超过6 ℃，适合凡纳滨对虾的生长。氨氮和亚硝酸盐氮是水产养殖系统的主要环境因子[20-25]，氨氮和亚硝酸盐氮对对虾的生存具有极大的威胁。索建杰等[26]研究了3种凡纳滨对虾养殖模式的水质特征，发现试验早期NO-2-N和TAN上升较快。崔阔鹏[27]发现凡纳滨对虾温棚养殖模式NO-2-N 14 d内就上升了10倍，后期维持较高质量浓度且不会下降。地膜工程化养殖模式下NO-2-N质量质量浓度前期较低，适合凡纳滨对虾的摄食和生长，养殖后期因投喂高蛋白的饲料和藻类大量死亡[28]，造成NO-2-N出现较高的质量浓度。水体中TAN的毒性比NO-2-N的毒性大，对虾地膜光伏工程化养殖模式TAN只在养殖后期出现了较大的质量浓度，对凡纳滨对虾的生长造成一定的影响。该养殖模式初步建立，换水量少，也是养殖后期NO-2-N和TAN高的原因。水产养殖水质pH最适宜的范围为7～8.5，pH高于10.5和低于4.8都会引起凡纳滨对虾的死亡，影响到水体的生物生产力[29-30]。本模式下的水质pH非常稳定，且在最适pH的范围内。

地膜工程化养殖模式养殖凡纳滨对虾存活率为75.37%～81.85%。较室内循环水养殖模式和室内工厂化流水养殖模式高[31]。土塘淡水养殖凡纳滨对虾养殖模式饲料系数达到2.0[32]，本试验的养殖模式饲料系数为1.18～1.25，明显低很多。普通工厂化养殖模式和温棚养殖模式产量达到7～9 kg/m2，高出本试验的产量，但这2种模式成本高，土地资源及资金浪费严重[33]。

3.3 模式的局限性

地膜光伏工程化养殖模式还处于探索阶段，用户接受度不高，初期投资高，技术要求高和设备维护比较复杂[34]。该模式在一定程度上实现夏可降温、冬可保暖的效果，但是夏季积温不足，冬季搭建冬棚的难度较大，造成冬季养殖受限。光伏发电系统的组件会对光照产生干扰[35]，后期可以继续试验养殖一些底层水产动物和耐低温的养殖品种。地膜光伏工程化养殖模式选址具有一定的局限性，应选择地形开阔及离变电站较近的地方。该模式换水量少，养殖后期水质中NO-2-N和TAN的质量浓度较高，对凡纳滨对虾的生长造成一定的影响，直接导致养殖产量的降低，影响养殖总体收益，需要进一步加强水质控制技术，采用絮团、半絮团养殖模式加强水质中NO-2-N和TAN的控制，进一步提高养殖成功率和经济效益。养殖收获时，光伏组件给捕捞造成一定的局限性。基于以上的不足，对虾地膜光伏工程化养殖模式有待进一步的优化。

4 结论

开展了凡纳滨对虾地膜光伏集约工程化养殖试验，地膜光伏集约工程化养殖模式是由地膜养殖系统和光伏发电系统组成的“渔光一体”养殖模式，使用面积为300 m2/池的池塘养殖凡纳滨对虾，放苗密度500尾/m2，养殖周期100 d，凡纳滨对虾平均体长达到(9.77±0.11) cm，平均体质量(10.80±0.82) g，养殖存活率达到75.37%～81.86%，饲料系数为1.18～1.25，单产达到4.07～4.42 kg/m2。结合科学养殖管理和水质调控，养殖尾水排放符合国家对环保的要求。试验结果显示，该养殖模式是一种创新型、实用型、经济型、节约型的水产养殖模式，为后期其他水产生物养殖试验提供参考，实现对虾清洁养殖和光伏发电的双重收益，具有较大的实用价值，是一种值得推广的养殖模式。