费林德斯大学终身教授秦建光：RAS将朝人工智能方向发展！

   费林德斯(Flinders)大学终身教授和水产养殖学科主任秦建光教授在中国水产科学研究院南海水产研究所以Recirculating Aquaculture System Technology and Biofloc Technology in Aquaculture做主题讲座。

随着环保理念植根人心，养殖尾水如何处理？随着土地使用面积逐渐缩减，水产养殖该去向何处？工厂化循环水养殖或可成为破局的关键。

2023年8月22日，费林德斯(Flinders)大学终身教授和水产养殖学科主任秦建光教授在中国水产科学研究院南海水产研究所以Recirculating Aquaculture System Technology and Biofloc Technology in Aquaculture(工厂化循环水与生物絮团养殖技术的前沿进展)做主题讲座。

此次讲座内容围绕循环水养殖系统及生物絮团养殖技术的发展过程、现状、优势、不足及未来展开，精彩纷呈。为和业内人士分享，笔者整理了此次讲座内容：

秦建光教授（右4）

循环水养殖系统

（Recirculating aquaculture system，RAS）

在养殖尾水污染，苗种质量、疾病、营养等生物因素，工业设备与技术的进步及市场需求等因素的影响下，室内循环水养殖系统（以下简称‘RAS’）应运而生。

这得益于RAS自身突出优势，养殖尾水需要经过生物和机械过滤系统处理后在泵入养殖池，实现养殖用水循环使用，根据放养密度和投饲量，RAS养殖每日换水率不超过5%-10%，与其他养殖模式相比，养殖用水量更少。

此外，RAS还具备其他优势：1、养殖环境可控，提高养殖动物安全性；2、便于预测产量与增长率；3、养殖用水循环使用节能、节水；4、提高环境可持续性，节约养殖用地；5、减少养殖尾水带来的环境污染，实现废物回收，环保绿色；6、允许在有限的水和空间中高密度养殖，高产带来效益。

RAS并非最新出现的养殖模式，1950年，日本作为全球第一个使用RAS的国家；80年代时引入欧洲，据记载柏林墙未倒时欧洲便已引入RAS用于罗非鱼的养殖；90年代至今，RAS引来快速发展期。从目前现有文献来看，目前与RAS相关论文发表量排名第一的是美国，其次是中国。

RAS主要由哪些部分组成？

RAS结构中，最基本的上、下端需包含两个链接外界出口，分别用作承接水入池、池水外排。养殖尾水处理，需要使用机械装置过滤大的残渣，如泡沫分离器、过滤筛（滚筒式过滤器、固定式筛网过滤器）。

砂滤式生物滤池是工厂化车间比较常见的一种，砂子装在类似椭圆型的密封容器中，当循环到一定程度时，由于悬浮物被拦截于砂表面，容易造成堵塞，降低水的流速。所以砂滤式生物滤器都配有反冲洗和排污装置，洗除污物，恢复滤水速度。此外，在生物过滤器中，过滤球的表面会形成菌膜，来降解水体中NH+、NO2-含量，使得水质更好。养殖尾水杂质中，蛋白质含量也不容忽视，RAS一般用于高品质鱼，这类鱼饲料投中蛋白质含量约在40%以上。泡沫分离器从底部注入气体，形成大量的气泡，可以去除养殖水中蛋白质类粘性物质，及粘连在一起的微小悬浮颗粒物。养殖尾水中残渣从水中分离，收集后可用于工业、填充废湖、肥料等。

此外，需要配置去除二氧化碳和充氧装置，高浓度的二氧化碳对鱼类有麻痹和毒害作用，如降低鱼体血液中的pH值，减弱了对氧的亲和力。缺氧则会导致鱼出现浮头、死亡等，充足的氧气，可以保证养殖动物具有一个好的活力。

但是，RAS也存在不足之处：一方面是成本，与池塘相比，RAS设施搭建成本，养殖过程耗电、耗氧及系统维护等运营成本均较高；另一方面，需要具有高技术的工作人员，能够熟练操作和监控RAS。

其次，RAS具有高风险，整个养殖过程需要保证电力供应持续不间断，若中途断电则需启动备用电力。

未来，随着发展，这些问题将会被逐步解决，RAS也将朝向人工智能的方向发展，但此前还需解决：1、通过图像分析，估计鱼类饲料的精确投喂；2、用生物信号解释鱼的行为，如摄食、压力和疾病；3、监测水质参数；4、建立紧急措施(水、氧气和生物过滤)等问题。

生物絮团技术

（Biofloc Technology in Aquaculture，BTF）

1975年，法国太平洋中心海洋开发研究所最早提出了生物絮团技术（以下简称“BTF”）原型，主要用于抑制虾养殖过程中的某些疾病。1985年，法国、以色列等国家的研究者们提出“异养型食物网”。1994年，BTF是采用零水交换系统，最大限度减少环境污染的一种碳基质，如小麦粉作为碳源被用来有效地消除水中的氮。

随着发展，2000年BTF被广泛接受，用于多种罗非、对虾等水生动物的养殖。从文献发表来看，目前关于BTF文献发表量排名第一的是巴西、其次是中国。

在集约化水产养殖系统中，BTF主要用于改善水质、预防疾病及为养殖动物提供营养物质如蛋白质、微量元素等。BTF养殖模式的显著特征是几乎零水交换、适合高密度放养、强曝气及生物絮凝的生产。

这离不开BTF具备的诸多优势：BTF通过人为向养殖水体中添加有机碳物质，调节水体中的碳氮比，提高水体中异养细菌数量，利用微生物同化无机氮，将水体中氨氮等养殖代谢产物转化为菌体蛋白（可产生20%-30%的蛋白质）并且通过细菌絮凝成颗粒物质被养殖动物所摄食。能够改善水质、减少换水量、提高土地利用率、减少饲料、提高养殖动物存活率及产量、保护环境等。

如何建立BTF？

1、养殖池：传统池塘的土壤中存在微生物、矿物质和重金属等影响池塘水的参数，内衬池塘、混泥土池塘或室内水池可以避免土壤对生物絮团带来的影响。其中，室内水池，需要阳光为藻类生长供能。

2、曝气：生物絮团需要持续曝气来保持高氧气水平，防止固体沉降，若曝气不够，这些区域会迅速失去氧气转化为厌氧区，将释放出大量的氨和甲烷。

3、播种有益微生物：为加速生物絮团的形成、更快稳定池塘，培养有益微生物后在将其添加入池。

4、物种选择和投苗密度：滤食性物种适合在生物絮团养殖模式中培养，如虾和罗非鱼能以生物絮团为食，能够提升养殖效率及饲料转化系数。

5、平衡碳源输入：生物絮团的稳定需要足够碳水化合物持续供应，碳水化合物中的碳可以促进细菌繁殖并消除水中的氨，从而保证水质的稳定。碳氮比(C/N)大于10有利于着异养细菌的生长，当碳氮比低于10时，常额外添加蜜糖等调节。

6、生物絮团的生长和管理：定期使用锥形瓶收集水样进行检测，确定生物絮团的活性及密度，生物絮团前期因藻类繁殖速度快，呈现绿色，当生物絮团变为棕色时，表明细菌菌落占优势，必须增加池塘溶解氧浓度以维持池塘中的耗氧量。

但是BTF尚存在一些不足：混合和曝气所需的能量增加、需要启动期并需要补充碱度来维持酸碱平衡。硝酸盐积累会导致潜在污染积累增加、日照的不一致和季节性表现容易暴露系统。

为进一步推动BTF的发展，未来BTF的研究方向可以从以下几个方面着手：1、标准化，使用确定的细菌和藻类；2、开展BTF抗菌产品和益生菌微生物的研究；3、BTF中各微生物的分子和生化特征（群体感应）；4、絮团与其它饲料添加剂共同使用后对宿主肠道菌群、生长和健康的影响；5、开发既合适生物絮团养殖模式又能够产业化的饲料。