專利名稱：基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法
技術領域：
本發明涉及海水養殖方法，具體來說該養殖方法是以生態位互補為基礎，在陸地上進行的不同營養層次的功能區耦合的海水循環養殖方法。
背景技術：
近年來我國海水養殖業發展迅速，養殖產量已連續多年居世界首位，但是制約海水養殖的因素和傳統養殖模式問題也日趨凸顯
(1)海洋環境污染嚴重制約了海水養殖用水，增加了養殖風險，降低了水產品質量國家海洋局發布的《2009年東海區海洋環境公報》數據顯示，東海區海洋環境污染形勢依然嚴峻，其中23%海域達嚴重污染程度，尤其是與水產養殖密切相關的近岸海域水質。2009年浙江省海洋與漁業局發布的《2008浙江省海洋環境公報》數據顯示，33%浙江海域嚴重污染， 抽樣檢測的貝類重金屬及石油污染均超標，同時因海洋有機污染誘發的赤潮也日趨嚴重， 2000 2009年期間，浙江海域赤潮共爆發395次，居全國之首；
(2)養殖環境惡化，加上養殖對象種質退化等原因，每年因病害問題導致的海水養殖損失超過100億元以對蝦為例，僅病毒性病源目前發現的就有11種，包括白斑病病毒(Whits pot disease virus, WSDV)、白斑桿狀病毒(White spot Baculovirals, WSBV)、系統性外胚層禾口中胚層桿狀病毒(Systemic ectodermal and mesodermal baculovirus, SEMBV)、 對蝦白斑綜合癥病毒(whit spot syndrome virus, WSSV)、對蝦桿狀DNA病毒(Penaeid rod-shaped DNA virus, PRDV) > H^XWTtIMff(Rod-shaped nuclear virus of penaeus japonicus, RV-PJ) ^ff (Baculoviral hypodermal & hematopoietic necrosis, HHNBV)禾口桃拉病毒(Taura syndrome virus, TSV)等，其中對蝦白斑綜合癥病毒(WSSV)和桃拉病毒(TSV)發病死亡率高達80-100%，且多種海洋浮游動物證實均為WSSV的攜帶者和傳播者，傳統的高通量換水養殖引入病源的風險較大；
(3)水產品安全問題備受關注，水產品安全控制體系實施困難環境污染和病害頻發引發的藥物濫用，使水產品安全問題備受關注，水產品藥殘檢測超標的報道屢屢發生，從多寶魚(大菱鲆)藥殘超標嚴重到出口香港的鱖魚檢出孔雀石綠殘留，從出口日本的鰻魚殺蟲劑超標到出口歐盟的對蝦氯霉素超標都體現了這一問題，使民眾對國內養殖水產品品質信心降低，水產養殖業損失慘重。危害分析和關鍵控制點(Hazard Analysis And Critical Control Point, HACCP)體系是國際公認的食品安全和風味品質控制方面的最優管理體系，能夠對食品生產過程的危害和關鍵點予以控制(Wang D, 2010)，但是當前傳統的養殖模式不利于HACCP體系的實施；
(4)傳統養殖模式自身的污染和浪費嚴重研究表明，網箱養殖投喂配合飼料中的氮、 磷僅有9. 1%和17. 4%被同化，對蝦養殖的餌料利用率一般也不超過30%。養殖動物的排泄物和殘餌沉積水底，并在適宜條件下被微生物迅速分解，使養殖池水質和生態環境惡化，養殖生物的攝食、生長都受到嚴重影響，甚至導致中毒、疾病和死亡發生(寧修仁，2005)。同時，工廠化水產養殖要排放大量的養殖廢水，這些廢水氮、磷含量高，直接排放易引起周圍水體的富營養化，破壞養殖用水水源，污染近海環境，嚴重時導致養殖生態系統失衡、紊亂。當今封閉式海水池塘養殖、工廠化育苗及工廠化養殖等廢水經處理后方能排放入海已經被業內認可，Carlos在2009年《Nature》發表的《Future Fish))的文章指出，循環養殖和綜合利用無論是成本上還是技術上都應成為當今和未來漁業的必然發展趨勢。目前，國內外關于養殖海水循環利用研究的設計基本上延續養殖廢水的水處理的理念，主要沿用水處理領域常規生物技術處理海水養殖水體，目的在于降低養殖水體中的化學耗氧量、懸浮物、氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽等，海水綜合利用的效率不高。近年來，國內外多種養殖海水生物處理設備和工藝研發成功也是如此。如Blancheton等設計的一套海水閉合循環養魚系統，由養殖單元、懸浮物濾除單元、UV消毒單元和生物過濾器單元組成，國內也有學者提出采用過濾一泡沫分離一微生物固定化技術一臭氧氧化一活性炭吸附工藝路線處理海水養殖廢水并且回用的思路。這些研究的相似特點就是忽視養殖海水的綜合利用，且增加耗能。最近幾年，新興的生態處理技術也被引入到海水養殖系統之中，相關研究大多基于藻類或大型植物的凈化作用，如在大型海藻和養殖對象共養的水體中，通過控制海藻的生物量降低營養物的濃度，維持水體中溶解氧，降低養殖對象發生窒息和水質惡化的危險性。Amir Neori等針對由魚塘和海藻塘構成的集約化養殖系統的研究表明，經過兩年的連續運行，溶解氧、氨氮、氧化態氮、PH和磷等均未出現大的波動，始終保持在對魚類安全范圍內，Troell等證實，江蘺與大馬哈魚共養可去除養殖環境中50% 95%的可溶性銨。采用海洋微藻對海水養殖廢水進行處理的工藝研究近年也有報道，Chuntapa的基礎研究表明， 藍藻和黑虎蝦共培養可以顯著降低養殖系統中氨氮和硝氮含量。但是相對而言大型藻類在養殖廢水處理過程中受到光照、水流、季節性等諸多因素的影響，而單胞藻類處理能力有限，且容易造成水體溶解氧波動。一些耐鹽植物和水生蕨類植物也可用于養殖廢水處理。將植物作為集約化或封閉式養殖系統中的一環，對營養鹽進行吸收過濾，達到凈化水質的目的，而且一些植物本身具有經濟價值，可以提高養殖經濟效益。Brown等建立了一個植被_ 土壤_水處理體系，采用幾種耐鹽植物作為生物過濾器去除海水養殖廢水中的營養鹽，系統對總氮和無機氮的去除率為98%和94%，對總磷和正磷的去除率為99%和97%，而且還可以避免采用藻類對養殖廢水生態處理的弊端，但人工濕地中的植物仍受到季節性限制，且經濟價值有限。

發明內容
針對上述現有的各種海水循環養殖模式的不足和缺陷，本發明提供高效、節能、減排的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法。本發明所提供的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，于陸地上建立與海洋隔離的整體海水循環系統，該整體海水循環系統被區分為高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區，向該整體海水循環系統中注入海水，海水依次流過高位養殖區、 濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區后回到高位養殖區，高位養殖區進行能量輸入型的海洋經濟生物的養殖生產作業，濾食養殖區進行微藻培養作業以及濾食微藻的海洋經濟生物的養殖生產作業，耐鹽植物濕地開展可吸收營養鹽的耐鹽植物種植作業，生態凈化區開展水質生態凈化作業。
本發明以生態位互補為理論基礎，在陸地上建立的整體海水循環系統，是在與海區水域隔離的前提下進行水循環。高位養殖區開展能量輸入型即需要投餌喂養的海洋經濟生物的養殖生產，高位養殖區中含養殖排泄物及殘餌的養殖廢水進入濾食養殖區后，排泄物及殘餌等顆粒有機物在濾食養殖區中經過自然降解，分解為氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽等營養鹽，作為微藻培養的基質在濾食養殖區中被微藻吸收利用，微藻再被作為濾食養殖區中的海洋經濟生物的食物被其濾食，然后被初步利用的養殖廢水進入耐鹽植物濕地，耐鹽植物進一步吸收凈化養殖廢水中的的氨氮、亞硝酸鹽、磷酸鹽等營養鹽后，養殖廢水進入生態凈化區，海水在生態凈化區中通過水質生態凈化作業回復到與海洋壞境中的海水相似的清潔狀態，而后重新回流到高位養殖區進行養殖生產。該養殖體系針對不同營養層次的功能區進行逐級耦合，只對高位養殖區投喂餌料，而分別能從高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地乃至生態凈化區中獲得不同的海洋經濟產出物，使餌料的利用率大幅提高，大幅提高了水產養殖經濟效益，養殖水近于零排放，不對周邊農地和海區產生污染，只需定時補充海水以彌補系統海水的蒸發及滲漏，同時耐鹽植物濕地具有很強的碳匯能力，生態效益顯著，實現漁業生產用水的循環利用，避免環境污染對養殖對象的危害和外源性病源傳入對漁業生產的影響，避免大規模用藥，能夠實施國際通用水產品HACCP質量控制標準，達到高效健康的目標，由于循環系統相對封閉，海區水質的波動及突發性赤潮、污染等危害對系統的影響甚微，養殖全程不施漁藥，水產品品質有保證。具體來說，該整體海水循環系統還包括育苗區，育苗區進行海洋經濟貝類的苗種繁育作業，育苗區與高位養殖區并列設置，生態凈化區流出的海水分流流經育苗區與高位養殖區后匯合于濾食養殖區。因為海洋經濟貝類的苗種繁育作業對水質及其營養鹽含量的要求較高，經過生態凈化區處理后的海水方可滿足這一要求，所以將育苗區與高位養殖區并列設置，帶來增加該海水循環系統繁育貝類苗種的功能，以及進一步提高其經濟效益和利用率的效果。具體來說，上述高位養殖區中進行能量輸入型的海洋經濟生物的養殖生產作業是指養殖海洋經濟魚類或對蝦，海洋經濟魚類可包括如條石鯛、中華烏塘鱧、褐鯧鈾等品種， 對蝦品種可包括南美白對蝦、日本對蝦、中國對蝦等，并定時往高位養殖區中投餌喂養，選擇適宜的海洋經濟品種(或者混養)養殖能有利于該整體海水循環體系的順利運轉?？蛇M一步將上述高位養殖區劃分為多個相隔離的多個高位池，各高位池通過不同時間實行“錯位”放養，可達到投餌量及養殖廢水排放量的相對穩定。具體來說，上述濾食養殖區中進行濾食微藻的海洋經濟生物的養殖生產作業，是指在濾食養殖區中養殖濾食性的海洋經濟貝類，海洋經濟貝類可包括泥蚶、毛蚶、海瓜子、 青蛤、文蛤、貽蟶等，海洋經濟貝類的養殖又可包括成貝(達到商品規格的貝類)養殖和貝類中苗(大規格苗種)繁育。由高位養殖區中產生的養殖排泄物及殘餌隨養殖廢水進入濾食養殖區中，經過自然降解后分解為營養鹽，作為微藻培養的基質，產生的微藻被貝類濾食利用，僅是針對高位養殖區單區投餌，便可以收獲魚蝦等海洋經濟動物以及經濟貝類兩類產品，從而大幅提高水產養殖的經濟效益。另外，還在濾食養殖區中養殖大型經濟藻類，如進行壇紫菜浮筏養殖等作業，以及在濾食養殖區中養殖刺參，將刺參圍網養殖(或吊籠養殖)，作為濾食養殖區利用養殖廢水的補充，起協同吸收殘餌以及養殖排泄物產生的營養鹽的作用，并能增加濾食養殖區的海洋經濟產物，提高經濟效益。具體來說，上述耐鹽植物濕地為生長紅樹林的灘涂，紅樹植物可選擇秋茄、桐花等栽種，以紅樹植物作為耐鹽植物濕地的主要功能品種，對流經耐鹽植物濕地的海水中的營養鹽進行吸收過濾以及沉降，凈化水質，紅樹林植物本身具有經濟價值，可以提高經濟效益，并且紅樹林于南中國地區較為常見，較適合針對南中國地區推廣。另外，還在灘涂的高程區，即灘涂的較高的區域種植海水蔬菜，如海蓬子、堿蓬等， 作為紅樹林的吸收營養鹽功能的補充作用，把季節性植物的海水蔬菜和非季節性植物的紅樹植物混合利用，提高對營養鹽的吸收效率并且使投放輸入的能量利用達到最佳效果。濕地中還可以放養以底棲硅藻等為食的大彈涂魚，因為大彈涂魚具有打孔鉆洞的穴居習性， 養殖大彈涂魚除了能提高耐鹽植物濕地的經濟效益產出，還能提高濕地水域對富營養鹽的凈化效率。具體來說，上述生態凈化區中所開展的水質生態凈化作業，是通過依次進行生態凈化塘自凈處理、暗沉淀沉降處理以及砂濾處理實現的，生態凈化塘是指包含較大面積水域的水塘，該水塘中的水體靜置，使水體被曝曬從而沉降水體中的有機質，同時底泥中的微生物對有機質進行自然降解，暗沉淀沉降處理能沉降去除掉殘留的有機顆粒以及浮游生物，而砂濾處理則能過濾殘留的微小顆粒，確保得到與海洋壞境中的海水相似的水質。另外在上述生態凈化區中的生態凈化塘中還可適量養殖濾食性魚類、刮食性魚類以及經濟貝類，如鯔魚、毛蚶等，通過濾食生態凈化區中的微藻，在清潔水質的同時也增加了產出效益。下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
具體實施例方式實施例一 2008年，在溫州永興建立循環養殖生產基地，運行持續1年。先于陸地上建立了與海區水域隔離的整體海水循環系統，該整體海水循環系統被區分為高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區，而且還設置了與高位養殖區并列的育苗區，系統從附近的海區中引入海水，海水同時流過高位養殖區和育苗區，匯合于濾食養殖區，然后從濾食養殖區流入耐鹽植物濕地，然后從耐鹽植物濕地流入生態凈化區，生態凈化區再次分流后回到高位養殖區和育苗區，從而形成周而復始的海水循環系統。其中高位養殖區養殖面積10畝，其中10畝用于日本對蝦養殖，對蝦飼料耗費 20000kg，成本投入共40萬元，產出對蝦12000kg，產值120萬元，與高溫養殖區并列地設置了 3畝育苗區，用于泥蚶、文蛤等苗種繁育，成本投入共20萬元，產出規格400萬顆/kg的貝苗40億顆，約1000kg，產值120萬元。濾食養殖區養殖100畝泥蚶及硬殼蛤，成本投入共 20萬元，產出成貝55000kg，產值100萬元。耐鹽植物濕地種植10畝1齡秋茄紅樹林。生態凈化區依次設置對養殖水自凈處理的生態凈化塘50畝，對養殖水暗沉淀沉降處理的暗沉淀室10畝以及對養殖水砂濾處理的砂濾塔。該整體海水循環系統有效面積共183畝。系統運行1年投入對蝦飼料、對蝦苗種、苗繁親貝、貝類苗種、水電費、人工費及器械損耗等共80萬元，全年產出對蝦，泥蚶等經濟價值共340萬元，畝均產值1. 86萬元，畝均利潤1. 42萬元。通過在線監測系統循環水的硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮和活性磷酸鹽等四個指標(1)海區進水指標分別為0.06士0. 03 mg/L、0. 08士0. 02 mg/L、0. 05士0. 02 mg/L、 0. 05士0. 01 mg/L，并以此作為養殖用水指標上限；
(2)高位養殖區排放的廢水指標分別為4.83士1.67 mg/L、5.59士2. 14 mg/L、 3. 09 士 1.27 mg/L、1.47 士0.63 mg/L，廢水排放量約 1000 噸 / 天;
(3)濾食養殖區濾食利用后排出的水指標分別為2. 士0.87mg/L、1.59士0.41 mg/ L、l. 07士0. 39 mg/L、0. 34士0. 15 mg/L ；
(4)耐鹽植物濕地吸收后排出的水指標分別為0.44士0. 20 mg/L、0. 25士0. 14 mg/L、 0. 16 + 0. 06 mg/L、0. 09 + 0. 03 mg/L ；
(5)經過生態凈化后的海水指標分別為0.05 士 0.02 mg/L、0.06 士 0.02 mg/L、 0. 03 + 0. 01 mg/L、0. 02士0. 01 mg/L。
由上述監測結果可知，整體海水循環系統中循環利用后的水質檢測指標遠低于海區海水水質，完全可以滿足海水水產養殖循環利用的需求。實施例二 2010年，在實施例一的基礎上，循環養殖生產基地改造后再次進行循環海水養殖，運行持續1年。其中高位養殖區養殖面積30畝，其中25畝用于養殖凡納濱對蝦(即南美白對蝦)， 對蝦飼料耗費130000kg，成本投入共90萬元，產出對蝦120000kg，產值350萬元。5畝育苗溫室約5000m3水體用于泥蚶、青蛤、文蛤、貽蟶、海瓜子等苗種繁育，成本投入共35萬元， 產出規格400萬顆/kg的貝苗80億顆，約2000kg，產值320萬元。濾食養殖區養殖面積60 畝，其中30畝用做泥蚶、青蛤、貽蟶中苗繁育，成本投入35萬元，產出中苗30000kg，產值 120萬元。30畝用做泥蚶、貽蟶、青蛤的成貝養殖，成本投入12萬元，產出成貝25000kg，產值45萬元，同時進行壇紫菜浮筏養殖和刺參圍網養殖生產，成本投入4萬元，共產出壇紫菜 10000kg，產值5萬元，刺參500kg，產值8萬元。耐鹽植物濕地為紅樹林灘涂17畝，其中1 齡秋茄12畝，2齡桐花3畝，濕地內圍網放養大彈涂魚，苗種投入1萬元，共產出大彈涂魚 1000kg，產值5萬元，灘涂高處種植2畝海水蔬菜(海蓬子、堿蓬)，成本投入1萬元，產出海水蔬菜5000kg，產值7萬元。生態凈化區包含生態凈化塘面積50畝，其中放養鯔魚和毛蚶， 成本投入2萬元，產出鯔魚500kg，產值1萬元，毛蚶5000kg，產值5萬元，暗沉淀室10畝， 以及砂濾塔。該整體海水循環系統有效面積共167畝。系統運行1年投入對蝦飼料、對蝦苗種、苗繁親貝、貝類苗種、刺參苗種、鯔魚苗種、壇紫菜苗種、大灘涂魚苗種、水電費、人工費及器械損耗等共180萬元，全年系統共產出 866萬元，畝均產值5. 19萬元，畝均利潤4. 11萬元。通過在線監測整體海水循環系統循環水的硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮和活性磷酸鹽四個指標
(1)海區進水指標分別為0.07士0. 02 mg/L、0. 09士0. 04 mg/L、0. 03士0. 01 mg/L、 0. 05士0. 02 mg/L，并以此作為養殖用水指標上限；
(2)高位養殖區排放的廢水指標分別為4.76士1.83 mg/L、4.65士 1.07 mg/L、 2. 78 士 0. 94 mg/L、0. 77 士 0. 29 mg/L，廢水排放量約 2500 噸 / 天；
(3)濾食養殖區濾食利用后排出的水指標分別為2.35士0.71 mg/L、1.91 士0.65 mg/ L、l. 28士0. 46 mg/L、0. 29士0. 10 mg/L ；
(4)耐鹽植物濕地吸收后排出的水指標分別為0.31 士0. 15 mg/L、0. 28士0. 12 mg/L、0. 15 士 0. 07 mg/L、0. 08 士 0. 03 mg/L ；
(5)經過生態凈化后的海水指標分別為0. 04 士 0.01 mg/L、0.07 士 0.02 mg/L、 0. 02 + 0. 01 mg/L、0. 02士0. 00 mg/L。 由上述監測結果可知，整體海水循環系統中循環利用后的水質檢測指標遠低于海區海水水質，完全可以滿足海水水產養殖循環利用的需求。
權利要求
1.一種基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于于陸地上建立與海洋隔離的整體海水循環系統，該整體海水循環系統被區分為高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區，向該整體海水循環系統中注入海水，海水依次流過高位養殖區、 濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區后回到高位養殖區，高位養殖區進行能量輸入型的海洋經濟生物的養殖生產作業，濾食養殖區進行微藻培養作業以及濾食微藻的海洋經濟生物的養殖生產作業，耐鹽植物濕地開展可吸收營養鹽的耐鹽植物種植作業，生態凈化區開展水質生態凈化作業。
2.根據權利要求1所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于 所述整體海水循環系統還包括育苗區，所述育苗區進行海洋經濟貝類的苗種繁育作業，所述育苗區與高位養殖區并列設置，生態凈化區流出的海水分流流經育苗區與高位養殖區后匯合于濾食養殖區。
3.根據權利要求1或2所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于所述高位養殖區中養殖海洋經濟魚類或對蝦并定時投餌。
4.根據權利要求1或2所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于所述濾食養殖區中養殖海洋經濟貝類。
5.根據權利要求3所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于 所述濾食養殖區中養殖海洋經濟貝類。
6.根據權利要求1或2所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于所述濾食養殖區中養殖大型經濟藻類。
7.根據權利要求5所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于 所述濾食養殖區中養殖大型經濟藻類。
8.根據權利要求1或2所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于所述耐鹽植物濕地為生長紅樹林的灘涂。
9.根據權利要求8所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于 所述灘涂的高程區還種植海水蔬菜。
10.根據權利要求1或2所述的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，其特征在于所述生態凈化區中的水質生態凈化作業包括依次進行生態凈化塘自凈處理、暗沉淀沉降處理以及砂濾處理。
全文摘要
本發明提供高效、節能、減排的基于生態系統水平的陸基海水循環養殖方法，于陸地上建立與海洋隔離的整體海水循環系統，該整體海水循環系統被區分為高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區，向該整體海水循環系統中注入海水，海水依次流過高位養殖區、濾食養殖區、耐鹽植物濕地以及生態凈化區后回到高位養殖區，高位養殖區進行能量輸入型的海洋經濟生物的養殖生產作業，濾食養殖區進行微藻培養作業以及濾食微藻的海洋經濟生物的養殖生產作業，耐鹽植物濕地開展可吸收營養鹽的耐鹽植物種植作業，生態凈化區開展水質生態凈化作業。
文檔編號A01K61/00GK102405857SQ201110262859
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者冀德偉, 劉偉成, 吳洪喜, 周志明, 周朝生, 彭欣, 於俊琦, 曾國權, 李尚魯, 柴雪良, 王寧, 蔡景波, 薛峰, 謝起浪, 鄭春芳, 閆茂倉, 陳少波, 陳琛, 黃麗 申請人:浙江省海洋水產養殖研究所