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农民专家鱼菜高：一文弄懂我国工厂循环水养殖的发展

花匠小妙招
2025-05-23 09:16

工厂化循环水养殖系统(RAS)是在工厂化养殖基础上发展起来的新型养殖模式，以养殖水体的循环再利用为主要特征，除了具有工厂化养殖的优点外，还在养殖废水处理、减少养殖用水量和尾水排放量等方面具有显著优势。循环水养殖通过供水系统的优化设计和多种设施设备的协调运行，从而实现全部养殖水体的反复循环利用，在节约控温能耗、降低环境污染和防病抗病等方面比工厂化养殖更胜一筹。

01国内循环水养殖工艺技术研发

我国工厂化循环水养殖起步于20世纪80年代中期。1986年前后，以中原油田、江苏中洋为代表的几家企业，先后花巨资从德国、丹麦等国家引进一批循环水养殖系统，主要从事淡水罗非鱼、鳗鱼的工厂化养殖。但由于管理理念与现实的差距，设备运行并不顺利。1990年初，国内开始进行工厂化循环水养殖相关的科学与技术研究，从早期的摸索，到工艺、技术、装备的逐步研发与配套集成，最终实现产业化运行，至今已近30年时间。

我国成规模的海水工厂化养殖出现于20世纪90年代。初期以“温室大棚+深井海水”的工厂化流水养殖模式为雏形的中国工业化养鱼逐步创立，克服了养殖季节的限制以及突发恶劣天气的干扰，并以此为基础实现了单位水体养殖产量的大幅度提高，掀起了以大菱鲆、牙鲆等鲆鲽鱼类为代表的我国第四次海水养殖浪潮。

90年代中后期，中国水产科学研究院黄海水产研究所(以下简称“黄海所”)开始进行工厂化循环水养殖工艺技术研究。在“九五”期间，黄海所承担了国家高技术研究发展计划(“863计划”)“工厂化养殖海水净化和高效循环利用关键技术的研究”“工厂化鱼类高密度养殖设施的工程优化技术”等项目，开展了海水工厂化养殖关键技术研究，研发了微滤机、快速过滤、高效增氧等技术，在山东省荣成市寻山水产集团公司养鱼场建成了“863”课题工厂化循环水养鱼实验基地，进行海水循环水养鱼技术实验研究，养鱼密度达到30kg/m2;“十五”期间，黄海所主持了国家“863计划”和科技攻关计划课题，解决了工厂化养殖的工程技术优化，养殖装备技术水平得以提升，并带动了工厂化养殖的工程优化技术在我国北方沿海地区的推广应用;“十一五”期间，黄海所研发了工厂化养殖成套设备，构建了高效养殖生产体系，使工厂化循环水养殖在我国长足发展，取得了显著经济效益和社会效益。通过承担“十二五”国家科技支撑计划“节能环保型循环水养殖工程装备与关键技术研究”和“黄渤海区鱼类工厂化健康养殖技术集成与示范”，以及“十三五”国家“蓝色粮仓”科技创新重大专项“虾参循环水养殖工艺研究与清洁生产系统构建”等一系列重大项目，我国循环水养殖工艺、技术和系统化程度得到快速提升，并且在运行规模和养殖品种方面也得到不断发展。通过我国科研人员二十多年的持续努力，陆续突破了固体颗粒物快速分离、生物净化、高效溶氧、养殖尾水处理等关键技术，取得了一批拥有自主知识产权的创新成果;初步构建起具有中国特色的节能环保型循环水养殖工艺，工艺水平接近世界先进水平。

近十年来，循环水养殖技术在国内外得到进一步发展，工艺设备不断优化，逐步采用了纳米材料技术、生物膜快速培养技术、厌氧反硝化技术、自动投饵和自动化控制技术等现代化科学技术成果。在中国目前的主流循环水养殖系统工艺设计当中，水处理装备由微滤机(固体颗粒分离器)、气浮(蛋白分离器)、生物滤池、增氧装置、控温装置以及紫外线消毒设备等几个主要部分构成。通过不断对工艺设备更新换代和配套集成，进一步提高了自动化程度和集约化程度，强化了生物安保和动物福利，养殖水循环利用率达到95%以上，循环水养殖配合生态综合尾水净化技术，实现了无废物生产和“零排放”。

02国内循环水养殖产业

科技创新有力地支撑了产业发展。国内循环水养殖产业开始于2007年，2007年～2013年，在国内第四次渔业产业浪潮的推动下，以鲆鲽类工厂化循环水养殖为代表，产业规模迅速由2万m2上升至50万m2，增长了25倍。在黄海水产研究所、中国科学院海洋研究所、中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所等科研院所推动下，莱州明波水产有限公司、天津海发海珍品实业发展有限公司等企业的示范带动下，2013年前后，我国工厂化循环水养殖已初具规模，主要集中在北方沿海，其中，辽宁省、河北省、天津市和山东省的循环水养殖总面积约占其工厂化养殖总面积的67.2%。循环水养殖总产量中，半滑舌鳎约占43%，大菱鲆占24%，其他经济鱼类占33%，涉及虹鳟、老虎斑、鳗鲡等多种，养殖密度也逐步提高到30kg/m3～40kg/m3，个别品种(尼罗罗非鱼甚至高达104.2kg/m3。

21世纪的第二个十年，中国循环水养殖已经有了质的飞跃，载鱼量、养殖水质和养殖效果都有了明显的提高。鱼类之后，对虾、海参、鲍和贝类等品种的循环水养殖先后在我国获得成功。我国于1988年引进南美白对虾进行池塘养殖并获得成功，但由于病害频发，使产业不堪其忧、产量和产值难以保证;通过近年来对虾工厂化和循环水养殖的大量研究与实践，循环水养虾目前在我国已颇具产业化规模，实现了传统养虾方式更新换代和转型升级。目前，工厂化循环水养虾在我国北方沿海和甘肃省、内蒙古自治区等内陆省份发展很快;截至2022年初，运行中的系统总面积约30万m2，另有在建项目近200万m2。

多年来，中国渔业科技工作者坚持自主研发中国特色的工厂化循环水养殖工艺模式，养殖总规模已突破300万m3，与国外循环水养殖系统相比，我国循环水养殖系统建设成本是国外的五分之一，运行能耗是国外的三分之一，养殖品种更加丰富多样。

图1 循环水养殖系统工艺流程

03工厂化循环水养殖面临问题与发展趋势

多年来，渔业科技工作者研发了环流式固液分离装置、工厂化循环水养殖系统多功能回水装置、生物滤池多孔排污装置、生物膜负荷挂膜技术等实用性水处理装备和水处理技术;通过对循环水养殖工况下养殖鱼类生理、生态研究，揭示了工厂化循环水养殖促生长机理;通过生物滤器研发，阐明了生物膜培养方法、净化机理和影响要素，系统研究了主要营养素在循环水养殖系统内的迁移转化规律，为养殖微生态环境精准控制提供了理论依据;通过系统集成和优化，构建了节能环保型海水鱼类工厂化循环水养殖系统，自主设计的工厂化循环水养殖系统在工程造价、运行稳定性、运行能耗、养殖生物单位承载力等方面处于领先水平，目前已在全国建立示范企业63家，示范面积90多万m2，为促进我国渔业产业转型升级和工业化发展作出了突出贡献。不过，我国工厂化循环水养殖发展中也存在许多不足，需要不断优化与提升。

(一)设施与装备集成能力需要加强

国内目前已建成的生产性工厂化循环水养殖系统中，水处理设备、自动投饵设备、杀菌和增氧设备等单项设备的性能和工艺水平虽已逐渐步入世界先进行列，但这些装备在配套和应用方面仍然存在许多不完善和不匹配的问题。我国目前的水产养殖设备供应商总体呈现小而散的格局，真正能够生产循环水养殖成套设备的厂家如同凤毛麟角，更缺少能够与国际知名水产设备供应商抗衡的规模以上企业。从不同的设备厂家进行选型和配套，筛选成本提高，间接增加了系统设计和建设过程中的难度，另一方面也限制了国产系统及其装备的快速提升。今后，应进一步加大养殖装备研发和产业化投入，不断提升装备水平和系统建造的一体化程度，加速实现工厂化循环水养殖系统健康、高效、稳定地运行。

(二)配合饲料需要进一步优化

我国现阶段的水产饲料配方雷同度较高，缺乏针对循环水养殖、以及相应养殖品种的专用饲料，饲料营养、蛋白水平、溶失率、饲料系数等指标参差不齐，增加了水处理系统的运行负担，也影响了工厂化循环水养殖的效果。有必要开发针对不同品种的循环水养殖专用饲料，使饲料营养和性能都具备较高的水平，从而保证循环水系统的各种优势能够得到更好发挥。

(三)病害防控技术需要精准化

追求高密度、高效益是工厂化循环水养殖模式的首要目标。由于养殖密度高、系统负荷大、物质周转快，一旦哪个环节出现微小的问题，都有可能被迅速放大，并引发养殖生物病害。此外，由于系统本身的封闭性，病原体一旦进入就很难去除。为此，一方面需要递进式不断加强系统工艺的优化，增加系统本身的缓冲性能，使系统运行更加顺畅;另一方面则要加强循环水高密度养殖条件下生物的生理生态学研究，以及养殖生物的应激反应、疾患征兆、疫病防控技术研究，建立科学有效的病害预警机制。

(四)节能降耗需要进一步加强

前期建设投入大和能耗高，是工厂化循环水养殖不可回避的两个问题。应同时关注设备和系统两个层次的节能降耗，进一步研发节能型设施设备，优化与集成低碳高效的循环水处理技术;优化系统工艺和水处理单元之间的耦合，以实现节能减排;研发CO2去除装置，降低养殖水体中CO2含量;研制低能耗、高效率的多功能固体颗粒物滤除设备、消毒杀菌设备和生物滤器;研发高效、实用的养殖尾水处理技术，实现尾水资源化、无害化处理，构建工厂化养殖尾水污染物生态控制新模式;研发适合循环水养殖系统使用的可再生能源利用技术，提高太阳能、风能等新能源与循环水养殖装备的匹配度，同时推广使用水源热泵等高效热交换设备，降低系统运行的能源成本。

(五)运行工艺与养殖管理需要标准化

我国工厂化循环水养殖虽然经历近30年的发展，但目前仍缺乏相关技术标准与规范，未形成标准化体系。不同地区、不同企业的养殖技术水平参差不齐，养殖效果和生产性能差异较大;因系统设计不合理、管理失当、水循环与水质指标失控导致系统运行失败的例子比比皆是，一定程度上制约了循环水养殖模式的大规模推广应用。应加紧构建工厂化循环水健康养殖生产技术体系，建立健康养殖生产管理模式，构建节约型工厂化循环水安全高效的养殖工艺和技术标准，通过制定相关标准或规范来构建标准化体系，开展标准化生产示范。

(六)基础研究有待加强

工厂化循环水养殖目前仍然存在一些科学认知方面的挑战，包括养殖生物在高密度和特定水质条件下的健康状态、系统运行中生物膜结构的变化及其对水处理效果的影响、主要营养素在系统内的迁移转化规律、固体颗粒物去除的最佳途径及无害化处理等。对这些过程与机制的认识不足，也影响到相关技术和装备的发展。

迄今为止，中国渔业科技工作者已初步建立了适合我国国情的循环水养殖技术体系，产业发展初具规模，但在养殖微生态环境控制、养殖管理与投喂技术、水质自动检测与数字化管理、病害防控、节能降耗等方面还需要不断完善和加强。此外，企业管理者因传统养殖理念的束缚，使相当一部分循环水养殖系统集约节约、高效安全的技术优势尚未充分发挥。从设施装备上来看，我国工厂化循环水养殖在水处理精度、水处理效率、运转使用率及自动化、智能化管理水平方面与国外先进国家相比尚存在一定差距。

尽管存在上述种种问题和挑战，但对比现有的各类水产养殖生产模式，工厂化循环水养殖可以实现生产效率最高、生态环境保持最佳、动物福利得到加强的目标，绿色、生态、循环、高效，代表着未来水产养殖业发展方向。随着我国渔业现代化水平的不断提高，新技术新材料不断出现，将给循环水养殖模式带来新的发展机遇。同时，随着中国建设生态文明和实现碳中和的进程逐渐加速，发展节能减排和低碳经济已成为水产养殖业的必由之路，我国传统的养殖模式在科技水平、自动化程度、经营管理方式、资源消耗等方面已经表现出种种局限性，而工厂化循环水养殖的优势日益显现，必将迎来新一轮快速发展。

来源 | 本文节选自《工厂化循环水养殖技术研究与产业化发展》，原刊于《中国水产》2022年第10期；

作者 | 朱建新刘慧程海华张龙陈世波刘洋