費林德斯大學終身教授秦建光：RAS將朝人工智能方向發展！

   費林德斯(Flinders)大學終身教授和水產養殖學科主任秦建光教授在中國水產科學研究院南海水產研究所以Recirculating Aquaculture System Technology and Biofloc Technology in Aquaculture做主題講座。

隨著環保理念植根人心，養殖尾水如何處理？隨著土地使用面積逐漸縮減，水產養殖該去向何處？工廠化循環水養殖或可成為破局的關鍵。

2023年8月22日，費林德斯(Flinders)大學終身教授和水產養殖學科主任秦建光教授在中國水產科學研究院南海水產研究所以Recirculating Aquaculture System Technology and Biofloc Technology in Aquaculture(工廠化循環水與生物絮團養殖技術的前沿進展)做主題講座。

此次講座內容圍繞循環水養殖系統及生物絮團養殖技術的發展過程、現狀、優勢、不足及未來展開，精彩紛呈。為和業內人士分享，筆者整理了此次講座內容：

秦建光教授（右4）

循環水養殖系統

（Recirculating aquaculture system，RAS）

在養殖尾水污染，苗種質量、疾病、營養等生物因素，工業設備與技術的進步及市場需求等因素的影響下，室內循環水養殖系統（以下簡稱‘RAS’）應運而生。

這得益于RAS自身突出優勢，養殖尾水需要經過生物和機械過濾系統處理后在泵入養殖池，實現養殖用水循環使用，根據放養密度和投飼量，RAS養殖每日換水率不超過5%-10%，與其他養殖模式相比，養殖用水量更少。

此外，RAS還具備其他優勢：1、養殖環境可控，提高養殖動物安全性；2、便于預測產量與增長率；3、養殖用水循環使用節能、節水；4、提高環境可持續性，節約養殖用地；5、減少養殖尾水帶來的環境污染，實現廢物回收，環保綠色；6、允許在有限的水和空間中高密度養殖，高產帶來效益。

RAS并非最新出現的養殖模式，1950年，日本作為全球第一個使用RAS的國家；80年代時引入歐洲，據記載柏林墻未倒時歐洲便已引入RAS用于羅非魚的養殖；90年代至今，RAS引來快速發展期。從目前現有文獻來看，目前與RAS相關論文發表量排名第一的是美國，其次是中國。

RAS主要由哪些部分組成？

RAS結構中，最基本的上、下端需包含兩個鏈接外界出口，分別用作承接水入池、池水外排。養殖尾水處理，需要使用機械裝置過濾大的殘渣，如泡沫分離器、過濾篩（滾筒式過濾器、固定式篩網過濾器）。

砂濾式生物濾池是工廠化車間比較常見的一種，砂子裝在類似橢圓型的密封容器中，當循環到一定程度時，由于懸浮物被攔截于砂表面，容易造成堵塞，降低水的流速。所以砂濾式生物濾器都配有反沖洗和排污裝置，洗除污物，恢復濾水速度。此外，在生物過濾器中，過濾球的表面會形成菌膜，來降解水體中NH+、NO2-含量，使得水質更好。養殖尾水雜質中，蛋白質含量也不容忽視，RAS一般用于高品質魚，這類魚飼料投中蛋白質含量約在40%以上。泡沫分離器從底部注入氣體，形成大量的氣泡，可以去除養殖水中蛋白質類粘性物質，及粘連在一起的微小懸浮顆粒物。養殖尾水中殘渣從水中分離，收集后可用于工業、填充廢湖、肥料等。

此外，需要配置去除二氧化碳和充氧裝置，高濃度的二氧化碳對魚類有麻痹和毒害作用，如降低魚體血液中的pH值，減弱了對氧的親和力。缺氧則會導致魚出現浮頭、死亡等，充足的氧氣，可以保證養殖動物具有一個好的活力。

但是，RAS也存在不足之處：一方面是成本，與池塘相比，RAS設施搭建成本，養殖過程耗電、耗氧及系統維護等運營成本均較高；另一方面，需要具有高技術的工作人員，能夠熟練操作和監控RAS。

其次，RAS具有高風險，整個養殖過程需要保證電力供應持續不間斷，若中途斷電則需啟動備用電力。

未來，隨著發展，這些問題將會被逐步解決，RAS也將朝向人工智能的方向發展，但此前還需解決：1、通過圖像分析，估計魚類飼料的精確投喂；2、用生物信號解釋魚的行為，如攝食、壓力和疾��；3、監測水質參數；4、建立緊急措施(水、氧氣和生物過濾)等問題。

生物絮團技術

（Biofloc Technology in Aquaculture，BTF）

1975年，法國太平洋中心海洋開發研究所最早提出了生物絮團技術（以下簡稱“BTF”）原型，主要用于抑制蝦養殖過程中的某些疾病。1985年，法國、以色列等國家的研究者們提出“異養型食物網”。1994年，BTF是采用零水交換系統，最大限度減少環境污染的一種碳基質，如小麥粉作為碳源被用來有效地消除水中的氮。

隨著發展，2000年BTF被廣泛接受，用于多種羅非、對蝦等水生動物的養殖。從文獻發表來看，目前關于BTF文獻發表量排名第一的是巴西、其次是中國。

在集約化水產養殖系統中，BTF主要用于改善水質、預防疾病及為養殖動物提供營養物質如蛋白質、微量元素等。BTF養殖模式的顯著特征是幾乎零水交換、適合高密度放養、強曝氣及生物絮凝的生產。

這離不開BTF具備的諸多優勢：BTF通過人為向養殖水體中添加有機碳物質，調節水體中的碳氮比，提高水體中異養細菌數量，利用微生物同化無機氮，將水體中氨氮等養殖代謝產物轉化為菌體蛋白（可產生20%-30%的蛋白質）并且通過細菌絮凝成顆粒物質被養殖動物所攝食。能夠改善水質、減少換水量、提高土地利用率、減少飼料、提高養殖動物存活率及產量、保護環境等。

如何建立BTF？

1、養殖池：傳統池塘的土壤中存在微生物、礦物質和重金屬等影響池塘水的參數，內襯池塘、混泥土池塘或室內水池可以避免土壤對生物絮團帶來的影響。其中，室內水池，需要陽光為藻類生長供能。

2、曝氣：生物絮團需要持續曝氣來保持高氧氣水平，防止固體沉降，若曝氣不夠，這些區域會迅速失去氧氣轉化為厭氧區，將釋放出大量的氨和甲烷。

3、播種有益微生物：為加速生物絮團的形成、更快穩定池塘，培養有益微生物后在將其添加入池。

4、物種選擇和投苗密度：濾食性物種適合在生物絮團養殖模式中培養，如蝦和羅非魚能以生物絮團為食，能夠提升養殖效率及飼料轉化系數。

5、平衡碳源輸入：生物絮團的穩定需要足夠碳水化合物持續供應，碳水化合物中的碳可以促進細菌繁殖并消除水中的氨，從而保證水質的穩定。碳氮比(C/N)大于10有利于著異養細菌的生長，當碳氮比低于10時，常額外添加蜜糖等調節。

6、生物絮團的生長和管理：定期使用錐形瓶收集水樣進行檢測，確定生物絮團的活性及密度，生物絮團前期因藻類繁殖速度快，呈現綠色，當生物絮團變為棕色時，表明細菌菌落占優勢，必須增加池塘溶解氧濃度以維持池塘中的耗氧量。

但是BTF尚存在一些不足：混合和曝氣所需的能量增加、需要啟動期并需要補充堿度來維持酸堿平衡。硝酸鹽積累會導致潛在污染積累增加、日照的不一致和季節性表現容易暴露系統。

為進一步推動BTF的發展，未來BTF的研究方向可以從以下幾個方面著手：1、標準化，使用確定的細菌和藻類；2、開展BTF抗菌產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（群體感應）；4、絮團與其它飼料添加劑共同使用后對宿主腸道菌群、生長和健康的影響；5、開發既合適生物絮團養殖模式又能夠產業化的飼料。