池塘养殖绿色发展的基本要求和实现途径

提要：水产养殖业绿色发展的主体在池塘。本文针对我国内陆池塘养殖存在的关键制约问题，阐释了池塘绿色养殖的概念，明确池塘绿色养殖的基本要求是生态化、清洁化和精准化，其实现途径和手段是生态工程和数字化技术。在此基础上，提出实现池塘绿色养殖的主要措施是构建理论支撑体系、开发绿色养殖设施、研发精准养殖装备，以及集成生产技术配套、升级工业化管理技术、发展绿色养殖小区。我国渔业发展有效改善了居民膳食结构，为国民健康贡献了25%的优质动物蛋白。其中，养殖水产品已占国民食谱动物蛋白的20%以上，并呈不断上升趋势。池塘养殖是我国最主要的水产养殖方式，也是未来水产品供给保障的主要方式。我国多数养殖池塘建于20世纪70-80年代，普遍存在设施系统落后、生产方式粗放、水质环境恶化等突出问题。随着养殖规模的不断扩大，池塘养殖的经济效益越来越低，生态环境压力越来越大，严重制约了池塘养殖业的可持续发展，急需全面转型升级。

一、传统池塘养殖面临生态环境压力

(一)传统池塘养殖不适应现代产业发展趋势

20世纪50年代以来，中国水产养殖迅速发展，产量从1956年的40.3万吨上升到2016年的5142.39万吨，养殖产量占水产品总量的比重也从1956年的15.2%增长到2016年的74.51%。我国的水产养殖分为海水和淡水养殖两大类，其中淡水养殖分布较广，在全国各个省区均有养殖。淡水养殖的形式主要有池塘、湖泊、水库、稻田、河沟以及网箱、网围、工厂化等。其中，池塘养殖规模最大，2016年内陆池塘产量达2286.3万吨，占淡水养殖总量的71.91%。

我国池塘养殖的快速发展主要得益于鱼类人工繁殖、水体增氧机械和全价配合饲料等领域的关键技术突破，以及在此基础上形成的现代池塘养殖理论和技术。受社会经济条件所限，当时主要采取“因地制宜，因陋就简、因水而建”的方式进行建设，“池塘+进排水沟渠+增氧设备”是基本配置，养殖生产主要采取经验管理，平均单产水平为250公斤/亩左右。20世纪80年代以后，池塘养殖产量迅速提高，平均单产水平达550公斤/亩以上，在一些地区池塘养殖草鱼、鲤鱼产量甚至达4000-5000公斤/亩。依赖环境水质、缺少科学管理以及盲目追求产量，造成了养殖病害频发、污染排放加重以及产品质量隐患等问题，严重制约了产业的可持续发展。“十一五”以来，原农业部在全国开展了池塘标准化改造建设，至2016年底累计改造池塘1200万亩以上(约占全国池塘面积的1/3)，有效扭转了池塘养殖基础设施落后等问题。但总体而言，当前我国池塘养殖生产方式粗放的突出问题还没有得到根本改变。

(二)传统池塘养殖不符合可持续发展要求

据调查，传统池塘养殖每生产1kg鱼需耗水3.0-13.4m3，其中每生产1kg大宗淡水鱼占用土地1m2,平均用水量约为3m3。按照2016年全国池塘养殖2286.3万吨水产品计算，全国池塘养殖的每年需水量约为6.86×1010m3，占地表水源供水量(49.124×1010m3)的13.96%，是全国农业用水量(37.68×1010m3)的18.2%。虽然养殖用水最终回到自然水体，但由于传统养殖易导致富营养化，对外界水环境的影响大。据调查，在大宗淡水鱼池塘养殖过程中，投入的饲料约有10%-20%未被摄食，被摄入饲料也仅有20%-25%的氮和25%-40%的磷用于生长，其余75%-80%的氮和60%-75%的磷则以粪便等形式排入水体。研究表明，江浙地区淡水池塘养殖的年总悬浮物(TSS)、高锰酸钾指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)直接排放量分别约为2280 kg/hm2、200kg/hm2、100kg/hm2和5.0kg/hm2，养殖排放已成为一些地区重要的面源污染。

(三)传统池塘养殖难保障水产品质量安全

传统池塘养殖是开放系统，养殖用水不仅受氮磷等富营养化物质影响，还受到外部水体环境中难降解化合物、重金属、抗生素等污染物质影响，存在潜在的产品质量安全风险。据报道，在我国主要河流中，劣Ⅴ类水质河段的长度约占河流长度的9.8%，富营养湖泊占全部湖泊的78.6%，富营养水库占全部监测水库的28.8%，省界断面中劣Ⅴ类水质占17.1%。在中国七大流域水体中，均可检出多种持久性有机污染物(persistent organic pollutants，POPs)，其中松花江、淮河、海河和珠江流域较为严重，其多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons PAHs)、多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls PCBs)、有机氯农药(Organochloride Pesticides OCPs)以及多溴联苯醚(Poly Brominated Dipheny Ethers PBDEs)无论是在水生植物还是在水生动物中均有检出。在一些地区的池塘养殖水体中POPs呈不断增加趋势，由于POPs具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，其对人类健康和生态环境的潜在污染风险越来越大。另外，重金属富集、环境激素和抗生素残留、藻毒素污染等问题容易影响传统池塘养殖的水产品，进而威胁消费者身体健康。

二、池塘绿色养殖的内涵和要求

绿色生产(green production)是“以节能、降耗、减污为目标，以管理和技术为手段，实施生产全过程污染控制，使污染物产生量最少化的一种综合措施”。 按照绿色生产原理，绿色水产养殖(green aquaculture)是将水产养殖与生态环境保护相结合，应用养殖结构优化、废弃物循环利用等技术手段，提高养殖系统物质转化效率，减少污染排放的一种水产养殖发展形态。绿色水产养殖涉及养殖环境、养殖生物、饲料营养管理、病害防控等多个方面，具有“生态、清洁、精准”的特点。

(一) 生态化

根据不同养殖生物间的共生互补原理，利用自然界物质循环系统，在一定的养殖空间和区域内，通过相应的技术和管理措施，使不同生物在同一环境中共同生长，实现保持生态平衡、提高养殖效益的一种养殖方式。我国有悠久的生态养殖历史，早在3100多年前的殷代就有“贞其雨、在圃渔”的纪录，到了清代，江浙、湖广一代兴起了“桑基渔业”“蔗基渔业”“畜基渔业”“果基渔业”，使我国的池塘生态养殖达到了很高的水平。

(二)清洁化

清洁化生产起源于1975年美国3M公司发起的污染预防计划(pollution prevention pays)。按照联合国环境署1998年修订的定义，清洁生产是指“为增加生态效率并降低对人类和环境风险，而对生产过程、产品和服务持续实施的一种综合、预防性的战略对策”。清洁化应用于水产养殖是对水产养殖生产过程采取整体预防的环境策略，减少或消除养殖投入品对人类及环境可能的危害，并使社会经济效益最大化的一种生产方式。

(三)精准化

精准农业是美国等经济发达国家在20世纪80年代末期继LISA(低投入可持续农业)后，为适应信息化社会发展要求对农业发展提出的一个新课题，一般采用3S(GPS、GIS和RS)等高新技术与现代农业技术相结合，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制的现代化农业生产技术，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。精准化技术在水产养殖中的应用是指以水产养殖学和信息学为基础，通过跟踪监测环境变化对养殖动物生态、生理的影响，而采取的精细养殖生产操作与管理过程，是信息技术与水产养殖全面结合的一种生产方式。

三、实现池塘绿色养殖的有效途径

(一)生态工程

生态工程(ecological engineering)是20世纪60年代以来，随着全球生态环境危机爆发，在一些发达国家催生出的生态与工程交叉技术。1962年美国学者Howard T.Odum提出了生态工程的概念，并定义为“为了控制生态系统，人类应用来自自然的能源作为辅助能对环境的控制”。20世纪80年代以后，在欧美等国迅速发展，并用于生态环境治理等。中国的生态工程最早由马世骏于1979年提出，并定义为“应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”。虽然我国的生态工程发展起步较晚，但发展较快，具有显著的独立性和更广阔的应用范围，在农业、林业、环保、工业等领域已广泛应用。

20世纪90年代以来，随着水产养殖病害的不断爆发，人们开始关注养殖生态环境问题，并将生态工程技术应用于水产养殖，出现了一些基于生态工程的池塘绿色养殖模式。如王大鹏(2006)构建了“对虾池封闭式综合养殖模式”，将虾、青蛤和江蓠三元混养，其综合产量(以等价的对虾计) 提高了25.7%，投入氮利用率提高了85.3%。黄国强等(2001)构建了 “多池循环水对虾养殖系统”，将每个池塘构建成具有水处理功能的综合养殖池，通过池塘间的调控维持了水环境的稳定。冯敏毅等(2006)研发了“多元健康养殖系统”，发现任何单独采用一种生物修复都不完善，只有综合调控才能实现池塘环境修复。此外，还有“渔-稻共作”系统，“零排放”循环水养殖的“水产养殖机械-细菌-草综合水处理系统。复合人工湿地-池塘养殖生态系统，池塘生态工程化循环水养殖系统等。这些研究为池塘绿色养殖奠定了基础，一些模式已在全国池塘养殖区推广应用。

发达国家虽然池塘养殖较少，但重视池塘养殖生态基础和模式系统研究。如早在1980年，美国俄勒冈州立大学就组织开展了池塘养殖动力学研究，建立了提高池塘生产效率的技术方案和经济性生产方式。Scott(2001)研究提出了水产养殖工程设计的原则。Barry(1998)将水产养殖与湿地系统相结合，建立了基于湿地净化养殖排放水的养殖系统。David(2002)将湿地作为生物滤器，用于高密度养虾，系统对鱼池中总悬浮颗粒、总氮、总磷的去除率分别达到了88%、72%和86%。Wang Jaw-kai(2003)研究建立了基于微藻(Chactocerosmuelleri)的南美白对虾(Penaeusvannamei)生态工程化循环水养殖系统，有效提高了饲料利用率，减少了养殖污染。以色列Sofia Morais(2006)研究构建了“虾(L.vannamei)-藻(Naviculalenzii)-轮虫(Rotifer)”复合养殖系统，大大提高了系统对营养物质的转化效率。此外，C E. Boyd (1990)，Jones et al.(2002)，Scheffer M.(2004) 等都对池塘养殖生态系统进行了研究，并提出了综合处理的方法。在池塘养殖模式方面，比较有代表性的如美国奥尔本大学提出的80:20池塘养殖模式。近年来，美国Clemson大学的D. E. Brune等(2004)开发了分隔式水产养殖系统，改变了传统池塘养殖方式，在中国发展较快。

(二)数字化

从严格意义上讲，精准化池塘养殖包括苗种培育、饲养分级、饲料配制、养殖管理等环节。在养殖过程中，精准养殖主要包括投饲、增氧、水质管理等方面。水产养殖精准化技术一般包括养殖信息获取、数据传输与处理、养殖机械设备控制、生产管理等。我国的水产养殖数字化虽然起步较晚，但发展很快，尤其在池塘养殖数字化方面，取得了较大的进展。如王瑞梅等(2011)、李彦等(2012)分别研究了池塘养殖的水质的数字化监测与判断技术。水科院渔机所刘兴国等(2009)在国内最早开发了池塘养殖数字化管理系统。李道亮等(2010)提出和建立了集约化水产养殖数字化集成系统，从智能感知、信息处理、系统开发、示范应用四方面对水产养殖进行了体系性的框架设计。刘新桥等(2014)研究开发了基于物联网Android平台的智能手机水产养殖远程监控系统。

目前，挪威、德国、美国、法国、丹麦等国已基本上实现了利用物理、化学和生物的手段对养殖水质进行自动调控。近年来，围绕智能化养殖，其技术又有了较大的发展，如我国台湾Wu Te Hui等(2015)开发了一种自适应神经网络模糊推理系统，用于银鲈的半集约化养殖模式，通过测量投饲时的水质指标变化情况，利用模糊逻辑方法生成投饲策略，实现自动精准投喂。澳大利亚Daniel V. Smith等(2013)通过测量养殖池内虾类摄食时的声音信号来估算饲料消耗量，为虾类养殖的自动精细投喂提供了新的途径。墨西哥Soto-Zarazúa等(2010)研发了一种带模糊逻辑控制算法的新型投饲器，将养殖者的经验知识以一系列条件—结果类规则的形式加以考虑和利用，节省了饲料用量。美国嘉吉公司新近也推出了iQuatic水产养殖数字化平台，可以与任何云连接的设备或传感器(如智能馈线或气象站)连接。随着智能技术的发展，集养殖信息采集、智能组网、智能处理、预警发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的水产养殖智能化系统逐步成为热点。

四、推进池塘绿色养殖的措施建议

进入21世纪以来，池塘养殖向着标准化、集约化、工业化方向发展，新技术、新模式不断出现，为池塘绿色养殖奠定了基础。在目前形势下，推进池塘绿色养殖有利于加快推进池塘养殖业转型升级。池塘绿色养殖要求养殖生产与环境相协调，突出污染预防和废弃物循环利用，强调养殖产品质量安全，需重点围绕以下几个方面开展工作。

(一)构建理论支撑体系

理想的池塘养殖系统应该是可控、高效的人工生产生态系统。应重点开展以下工作：根据我国生态功能区特征，划分池塘养殖功能区，为明确池塘养殖方式奠定基础;研究不同功能区池塘养殖生态特征，界定不同地区池塘养殖系统的结构与功能，为确定养殖结构、容量等提供依据;以水环境条件下叠加养殖活动为重点，解析养殖生产与水域生态环境的关系，为建立清洁化生产提供生态环境调控理论;研究提出基于池塘清洁养殖生产的精准化原理和目标，建立精细化养殖生产理论。通过以上研究，形成池塘绿色养殖的理论体系，用于指导池塘绿色养殖。

(二)开发绿色养殖设施

研究开发新型池塘设施系统，包括分级池塘、复合鱼池、异形组合池、多营养级结合等高能效池塘养殖设施，以及集污排污、自控进出水等设施，研发营养级分隔调控、分级序批、高效低碳等高能效池塘养殖系统;研究应用池塘养殖水系和水处理设施构建技术，如研发生态沟渠、综合生态塘、多级净化、高效生化池、复合人工湿地、复氧池、杀菌消毒调控池等适合池塘养殖需要的设施系统;研究推广“南北接力”、室内外结合养殖技术，研发苗种培育、转移运输、高效温棚、分级培育等设施系统，充分发挥南北方、室内外气候差异，改变传统养殖方式，提高养殖效益。

(三)研发精准养殖装备

研究投喂、捕捞、输送等机械化作业技术，根据养殖需要，研发仓储式、移动式、轻简化等投喂设备，研发电赶捕捞、组合网捕捞、机械捕捞、吸鱼分级等捕捞设备，以及生产作业车、活鱼运输设备、起吊设备、饲料配送设备等生产设备，并形成相应技术操作规程;研究高效增氧技术，开发负压、曝气、射流和搅动等形式的高效增氧设备;研究养殖环境调控改良技术，开发太阳能水层交换、移动水层交换等水层交换设备和底质改良调控、移动臭氧等底质调控设备，并建立相应操作技术规程;针对不同地区池塘养殖特点，研究养殖信息获取与处理技术，研发养殖信息采取、处理等系统;研究养殖精准化技术，研发决策智控、预测预警、水质调控、精准投喂、病害检测、精细化管理等智能系统;集成工业4.0设计制造和基于大数据和云计算的养殖专家系统等，研究建立智慧化养殖技术体系。

(四)集成生产技术配套

研究建立绿色养殖技术，重点开展养殖品种配置、养殖容量控制、饲料精准投喂、病害生态防控、分级培育、序批养殖等生产技术研究与优化，形成相应技术操作规程;研究建立养殖小区清洁生产技术，建立养殖水循环利用，养殖排放物资源化利用、多营养级复合、复合生物净化以及生物絮团、生物发酵等富营养物循环利用技术，制定相应技术操作规程;研究外源风险污染物防控技术，研发风险污染物源头控制、生态屏障以及生物吸附、物理置换、电化学处理、功能材料吸收等设施系统，形成养殖风险污染物防控技术规范;研究精准养殖技术，根据养殖过程要求，建立分级营养配置、智能饲料投喂、水质调控、溶氧管理等精细化操作技术模式，形成精准化生产规程;研究池塘养殖环境修复技术，建立养殖水体藻类、微生态、底质、水质等的调控技术，研发生物浮床、复合生化滤床、光催化装置等设施系统。

(五)升级工业化管理技术

工业化是池塘养殖产业化发展的目标，池塘绿色养殖需要工业化的管理技术体系。针对不同养殖品种特点，研究养殖水质调控、底质调控、饲养和病害防控等的管理技术，建立基于良好生态环境的养殖过程管理技术体系;研究关键养殖控制点、监控指标、养殖过程监控方案和产品质量检验等技术方法，建立养殖产品质量安全防控管理技术体系;研究养殖排放物生态化利用、发酵处理、微生物处理等的再利用管理技术，建立养殖排放物资源化利用技术管理体系;研究精准养殖管理技术，以及养殖生产轻简化、机械化等的管理技术，形成技术规范，建立池塘工业化养殖管理技术体系。

(六)发展绿色养殖小区

绿色养殖小区是结构合理，生态功能相对完整，且有一定边界的生产生态系统。池塘绿色养殖小区相对封闭，可使养殖产生的富营养物质在小区生态系统内转化利用，同时由于与外界环境交换很少，还可以有效防控风险污染物的进入，有力保障水产品质量安全。研究建立养殖的小区生态系统构建技术，确定生态小区的结构、功能，按照生物网结构，研究确定养殖品种、结构、容量、方式等，按整体性、系统性要求建立池塘绿色养殖小区管理技术;围绕最优经济性原则，研究确立池塘绿色养殖小区的布局结构、养殖系统配置、水系布置、设施结构等设施系统建设技术，形成相应技术规程;研究养殖小区辅助设施系统配套技术，如废弃物多级循环利用技术及设施、水循环利用技术及设施等，形成多要素组合、物质平衡、生产管理等的技术体系和标准规范。

五、展望

21世纪以来，全球水产养殖产量以年均6.1%的速度增长，成为最具发展潜力的产业。据联合国粮农组织研究报告，2018-2022年期间，全球水产养殖业的复合增长率将达4.46%，全球水产养殖市场由中国主导，无论规模还是价值，中国将占据3/4左右的市场份额，中国养殖业的复合增长率(CAGR)将达到3.99%。水产品富含优质蛋白、氨基酸、维生素和矿物质等，由于其结缔组织少，肌纤维短，蛋白组织松散，人类对鱼肉蛋白的吸收率高于猪、鸡、牛等养殖动物。水产养殖发展迅猛，2016年的水产养殖产量达到5142.39万吨，已接近猪肉产量(5299万吨，2016)，且分别是牛肉(717万吨，2016)、羊肉(459万吨，2016)、禽肉(1888万吨，2016)、禽蛋(3095万吨，2016)和牛奶(3602万吨，2016)的7.1、11.2、2.7、1.7、1.4倍以上。因此，大力发展以绿色为核心的池塘养殖有巨大的发展空间，不仅可以促进我国池塘养殖方式转变，解决传统池塘面临的生态环境问题，还可以扩大国际影响，造福“一带一路”国家，提升行业发展空间。展望未来，我国的池塘养殖在10年到20年的时间内将成为领先世界的现代化产业。

池塘绿色养殖生产方式覆盖全国，为社会提供20%以上的优质蛋白产品。通过实施池塘绿色养殖，使池塘养殖由粗放型向科学养殖转变，全面建成适合我国池塘养殖可持续发展的新方式，进一步巩固池塘养殖的核心地位，使养殖水产品成为国民菜篮子里面的主要产品。2017年我国人均水产品的占有量已达46.37kg，但随着人口增长和需求增加，预计到2030年我国年需水产品将达到7500万吨以上。由于近海渔业资源衰退及远洋渔业发展受限，渔业捕捞产量的提高幅度不会很大，未来水产品再增加的产量将主要通过水产养殖来实现，而目前的水产养殖状况显然不能满足国民对优质水产品的需求，必须通过转变发展方式，向高水平方向发展。

池塘养殖过程基本实现机械化数字化，劳动生产效率提高50%以上。目前，我国有近千万的水产养殖从业人员，多数为50岁以上人员，人员的素质和结构极不合理，人均水产养殖面积仅50亩左右，生产效率较低，收入不高。实施池塘绿色养殖，可大幅改善养殖生产条件，提高劳动效率，如在采用数字化管理的养殖场，人均管理面积可在100亩以上，生产效率明显提高。所以，大力研发推广池塘精准化、机械化技术，是提高养殖效率，增加渔民收入的主要措施。

科技创新能力世界领先，科技贡献率70%以上。我国的池塘养殖规模虽然很大，但支撑池塘养殖发展的创新能力一直滞后于产业发展需求。由于相应的科技投入不足，自20世纪80年代以来，鲜有突破性的池塘养殖新理论、新技术出现。由于缺少理论技术支撑，国内池塘养殖科技贡献率不足60%，多数新模式来自于国外，致使许多养殖模式不适合我国池塘养殖特点，加剧了池塘养殖的生态环境问题。在此背景下，开展池塘绿色养殖研究，不仅有利于产业转型升级，还有利于推动水产养殖学科发展，形成与我国池塘养殖地位相对应的科技新能力，创造新理论、新技术，提高科技贡献率，为池塘养殖健康可持续发展提供支撑。