多营养层次综合养殖理论与实践

毛玉泽方建光张继红蒋增杰,生态系统水平的海水养殖多营养层次综合养殖理论与实践,中国水产科学研究院黄海水产研究所,2014-3-13,江苏省农技推广骨干人才培训班,1,报告内容,世界水产养殖的现状和特点我国海水养殖现状与特点多营养层次综合养殖（IMTA）研究进展桑沟湾IMTA综合养殖理论与实践,2,世界水产养殖现状,3,1950、1980、2010年世界捕捞与养殖比例（包括水生植物20%产量）,1950-2010年世界渔业产量（包括水生植物产量，水生植物产量按照湿重的20%计算）,世界海水养殖格局,亚洲海水养殖产量占全世界的90%,世界其它主要海水养殖国家,中国海水养殖产量世界第一，世界海水养殖大国前五名均在亚洲,欧洲以鱼类养殖为主，约占总产量的60%,欧洲的海水养殖,大洋洲的海水养殖,大洋洲以贝类养殖为主，特别是新西兰的翡翠贻贝,亚洲的海水养殖（不包括中国）,藻类和贝类是亚洲的主要养殖种类,美洲的海水养殖,与欧洲相似，以鱼类、贝类为主,非洲的海水养殖,非洲的海水养殖规模很小，但环境很好，潜力很大,11,藻类主要养殖种类,12,贝类主要养殖种类,13,鱼类主要养殖种类,14,甲壳类主要养殖种类,15,其他主要经济动物,世界贝类养殖格局,16,世界藻类养殖格局,17,世界海水养殖特点,数据来源：FAO；年份：2010；单位：吨,我国海水养殖的特点,18,报告内容,世界水产养殖的现状和特点我国海水养殖现状与特点多营养层次综合养殖（IMTA）研究进展桑沟湾IMTA综合养殖理论与实践,19,我国水产养殖现状的现状与特点,20,1950-2010年我国水产养殖与捕捞产量变化趋势图,1950、1980、2010年我国捕捞与养殖比例（包括水生植物20%产量）,水产养殖结构的变化,21,海水养殖产量,22,FAO2008;藻类产量湿重.,中国海水养殖的特点,23,贝藻产量超过90%.,中国海水养殖在世界中的地位,数据来源：FAO；年份：2010；单位：吨,我国海水养殖的特点,24,水产养殖的需求,25,海水养殖将担当重任，并提出更高的要求！,问题与挑战,挑战：如何生产更多的产品？即食物供给问题；如何确保水产品的高效持续的清洁生产？即食物安全问题；如何实现养殖与环境的和谐发展？即生态安全问题。目标：产业发展与环境保护并重，实现养殖面积、产量不断扩大与水产品质量提高的高度统一。解决途径：开展健康生态养殖是促进海水养殖可持续发展的主要途径之一。,26,何为生态养殖？,大型藻类、浮游植物吸收氮磷等营养盐贝类滤食浮游植物鱼虾类人工投喂后，排泄氮磷等营养盐,生态养殖根据养殖海区的养殖容量，将以上任何2种或3种养殖种类组合养殖，以便达到最大养殖效益，但不能对养殖海区的生态环境造成破坏的养殖技术。并不是简单的粗放型养殖。,27,海水健康养殖,生态不能明显改变养殖水域的生态系统结构环境不能产生明显污染产品安全无害模式可持续发展效益经济、社会、生态效益协调健康养殖模式是一种以人为本、以产业的可持续发展为目标，实现养殖和环境协调发展的生产模式，其核心是种质种苗的健康、养殖环境的健康和消费者的健康。,多营养层次综合养殖是一种高效的健康生态养殖模式,28,报告内容,世界水产养殖的现状和特点我国海水养殖现状与特点多营养层次综合养殖（IMTA）研究进展桑沟湾IMTA综合养殖理论与实践,29,多营养层次综合养殖,多营养层次的综合养殖模式（IMTA，IntegratedMulti-trophicAquaculture)是近年提出的一种健康的可持续发展的海水养殖理念，由不同营养级生物（例如，投饵类动物，滤食性贝类，大型藻类和沉积性食物动物等）组成的综合养殖系统中，系统中一些生物排泄到水体中的废物成为另一些生物的营养物质来源，因此，这种方式能充分利用输入到养殖系统中的营养物质和能量，可以把营养损耗及潜在的经济损耗降低到最低，从而使系统具有较高的容纳量和可持续食物产出。健康的可持续的海水养殖模式，国际研究热点充分利用系统内的物质和能量基于生态系统的养殖模式，具有较高的容纳量和食物产出,30,我国多营养层次综合养殖的发展历史,淡水多营养层次综合养殖系统公元前5世纪，范蠡养鱼经唐代池塘养鱼，家鱼混养15、16世纪明代中期，珠江三角洲桑基养鱼浙江青田，稻田养鱼江苏、辽宁稻田养蟹,31,我国多营养层次综合养殖的发展历史,海水多营养层次综合养殖系统50年代大型藻类养殖贝类养殖投饵类生物-对虾和鱼类养殖,32,促进IMTA发展的条件及优势,减轻环境压力提高经济产出减排、固碳符合生态理念营养和能量的高效利用,33,我国海水IMTA的主要模式,对虾、贝类、鱼和（或者）海藻(池塘养殖)(Tianetal.2001)虾、蟹、贝类（池塘综合养殖）缢蛏、梭子蟹综合养殖（池塘）对虾贝类和（或）海藻或海参（池塘养殖）鱼贝类或（和）海带的浅海综合养殖(Nunesetal.2003)贝类（鲍）海藻（浅海养殖）(Maoetal.2009;Qietal.2010)贝类海参综合养殖(Zhouetal.2006;Yuanetal.2006)鱼、海藻综合养殖(Zhouetal.2006;Yangetal.2006),34,多营养层次综合养殖的结构和关键过程,双壳贝类,悬浮颗粒物,沉积性生物,物理过程,收获,鱼类网箱,营养要素,生物扰动,生物矿化营养盐再生,外海交换,竞争,沉降,代谢,呼吸,营养盐吸收,光合作用,残饵，代谢,摄食,呼吸代谢,单细胞藻类,代谢,营养物质O2，CO2,营养输入,滤水摄食,生物沉积,35,1.贝类滤水摄食；2.贝类生物沉积；3.贝类/鱼类/沉积生物呼吸排泄；4.营养盐吸收；5.光合作用；6.营养盐竞争；7.再悬浮；8.微生物分解；9.矿化作用；10.生物扰动；11.死亡脱落；12.残饵粪便沉降作用；13.植物呼吸；14.交换输出,贝类的生态功能,双壳贝类,生物沉积,悬浮颗粒物,营养物质,代谢,呼吸,1.滤水摄食；2.呼吸排泄；3.生物沉积；4.生长；5.固碳。,排泄（N、P)O2，CO2,生长,收获,滤水摄食,固碳,36,?,滤水摄食,扇贝，牡蛎，贻贝，蛤蜊等建立了现场测定滤水摄食方法滤水率范围1.27-3.99L/(indh),，摄食率范围1.22-6.99mg/(indh).,37,排氨率的季节变化,耗氧率的季节变化,P代谢率的季节变化,氧氮比的季节变化,氮磷比的季节变化,呼吸排泄,现场试验,38,生物沉积,贝类的生物沉积速率,39,gind-1d-1,生长特性,40,WW=0.1326L2.908，r2=0.988WW=-23.317+8.645L，r2=0.887,Chlamysfarreri,n1170,WW=0.2379L2.748,r2=0.944WW=-17.113+7.410L，r2=0.891,Argopectenirradians,n693,WW=0.886L2.652，r2=0.909WW=-60.647+15.969L，r2=0.846,n527,Crassostreagigas,Pectenyessoensis,n625,WW=0.104L2.997，r2=0.980WW=-21.148+7.638L，r2=0.888,栉孔扇贝全年碳收支,摄食浮游植物,生物沉积,排泄,收获,栉孔扇贝,911.2mg,429.9mg,288.6mg，31.7%,203.1mg，22.3%,如果没有双壳贝类的摄食，海水中的浮游植物将会自然死亡，分解后的N,P又回到海水中，会加重海水富营养化,41,栉孔扇贝全年氮收支,摄食浮游植物,生物沉积,呼吸,收获,6036.7mg,1020.7mg,2929.2mg，48.5%,2086.8mg,栉孔扇贝,42,大型藻类的生态功能,大型藻类,碎屑脱落,生物沉积,营养盐(N,P）,沉积物中营养盐,光合作用,1.生长特性2.光合作用3.营养盐吸收4.收获5.固碳,O2，CO2,生长,收获,N、P吸收,固碳,43,大型藻类的生长特性,龙须菜的生长特性,龙须菜,44,海带,光合作用速率,Macroalgaephotosynthesisrateseasonalchanges(left,Gracilarialemaneiformis;right,Laminariajaponica),Macroalgaephotosynthesislaboratorystudy,45,营养盐的吸收,不同部位营养盐的去除效率（%）,不同部位氮吸收效率(左，营养盐浓度，右，吸收速率）,46,大型藻类固碳潜力评估,经济大型藻类组织碳氮含量,47,不同海域大型藻类组织碳氮含量,桑沟湾海带组织碳氮含量的季节变化,象山港海带组织碳氮含量的季节变化,48,大型藻类固碳储量和碳密度计算,49,大型经济海藻碳储量估算,2010年全国养殖经济大型藻类碳储量,50,网箱养殖对环境的影响,51,山东桑沟湾,1.生长；2.摄食；3.呼吸；4.排泄；5.排粪；6.营养盐扩散.,浙江象山港南沙岛,网箱养殖鱼类的代谢特征,建立了花鲈Lateolabraxjaponicus的摄食方程（1），耗氧方程（2），排氨方程（3），排粪方程（4),(1),(2),(3),(4),52,网箱养殖鱼类的代谢特征,建立了许氏平鲉的日增长率方程，特定增长率方程，半现场条件下最大摄食率方程，半现场条件下许氏平鲉氨氮排泄率方程。,(1),(2),(3),(4),53,桑沟湾网箱养殖鱼类的代谢负荷,一个养殖周期（300天计算），每个大网箱（净面积约200m2，占地面积1600m2，养殖鲈鱼1000020000尾，产量约10000kg）排泄氮为114.5kg，饵料和粪便的氮含量为排泄的1.6倍，产生的总氮量为297.7kg；排粪而向水体输出12.0t颗粒物。一个养殖周期内，养殖鲈鱼耗氧38.6t，79月为耗氧高峰期；夏季鱼类的摄食最活跃，鲈鱼的摄食率为1.44.4%，8月最大。残饵率在11.028.0%之间，79月最高。,54,南沙岛网箱养殖鱼类的代谢负荷,在象山港南沙岛，南沙港共有网箱约4000个，每箱产量约250kg，年产量约1000t，鲈鱼约占养殖总量的75，大黄鱼约占25。春季、夏、秋和冬季养殖鱼类的氮排放量分别为4.62t、15.59t、8.96t和2.81t。冬、春季网箱养鱼的氮排放总量为19.32t，夏、秋季鲈鱼和大黄鱼的氮排放总量为24.6t。网箱养鱼的氮排放总量为63.8t。,55,养殖区有机物沉降通量（捕集器法）,56,悬浮颗粒物沉降通量,有机颗粒物沉降通量(g.m-2.h-1),颗粒悬浮物沉降通量(g.m-2.h-1),57,南沙港网箱养殖区沉积物-水界面氮磷营养盐的扩散通量/molm-2d-1,沉积物-水界面氮磷营养盐的扩散通量,沉积物是南沙港水体中N和P重要的输入源,58,典型网箱养殖区沉积物扩散通量,在爱莲湾，活性磷酸盐的扩散通量为-25.47128.31mol/m2h，氨氮的扩散通量为-22.5175.36mol/m2h。南沙港溶解无机氮和磷酸盐的年平均扩散通量范围分别为176.66347.1（平均2036.6）mol/m2d和34.857.7（平均41.7）mol/m2d，NH4-N、NO3-N和NO2-N在沉积物-水界面上的年平均扩散通量分别为617.13、1411.43、8.02mol/m2d，总体扩散方向均表现为从沉积物向上覆水扩散南沙港的沉积物是水体中氮磷营养盐重要的输入源。每年沉积物氮磷的释放量分别为29.27t和0.27t，所释放氮磷负荷的比值为108.2:1。,59,南沙岛TPM和营养盐扩散范围,室内模拟的得到混合饲料的沉降速度，依据F/C（F,C分别是TPM或POM沉降通量，TPM或POM浓度）得到网箱养殖区的SPM沉降速度，估算得到在象山港南沙岛网箱养殖海区，颗粒饲料的水平扩散距离可达32m，而水中的其他颗粒物（SPM）可达40Km。在室内模拟了氨氮化学降解过程。降解速度与时间并不全部相关。对于实际的化学降解过程，不宜用统一的方程描述。如果将营养盐视为不断衰减，输运速度不因本身质量改变而改变的质子微粒，仅考虑化学降解，而不考虑扩散，在南沙网箱养殖海区，氨氮的水平输送距离可达30km。,60,水动力输入6.89%,网箱养殖系统氮收支模型,饵料84.30%,幼鱼0.49%,成鱼15.96%,水动力输入11.60%,水动力输出19.75%,系统内环境负荷31.30%,底泥释放3.61%,底泥沉积32.98%,鱼类网箱养殖系统氮磷营养负荷,网箱养殖系统磷收支模型,饵料91.39%,幼鱼0.28%,成鱼11.36%,系统内环境负荷27.76%,水动力输出8.56%,底泥释放1.44%,底泥沉积52.32%,61,桑沟湾网箱养殖水域对大型藻类的贡献,桑沟湾海带产量84t/ha（鲜重）；龙须菜产量41t/ha（鲜重）,鱼类、贝类养殖,高温季节,低温季节,62,象山港南沙岛网箱养殖对大型藻类的贡献,象山港龙须菜的氮含量为3.42%，每年两茬，产量6kg/m2a；海带氮含量为2.79%，产量按照5.6kg/m2，含水率90%。,63,不同养殖类型微生物群落结构的变化,ClusterAnalysisofMicrobialDiversityinDifferentAquacultureZone,64,阳光产业中国人非常有智慧，通过科学的构建鱼类-藻类-贝类-海参这一多营养层次综合养殖系统，将阳光变成了高档海产品，为人类提供了丰富的食物。该养殖模式不但没有对环境造成明显的压力，而且吸收移出了海水中大量的碳，氮、磷等，对控制近海富营养化，保护生态环境的贡献是巨大的Dr.K.Sherman,NOAA,“大海洋生态系之父”Dr.Kenny.Sherman,NOAA.,IMTA养殖模式获得国内外同行的高度评价,65,报告内容,世界水产养殖的现状和特点我国海水养殖现状与特点多营养层次综合养殖（IMTA）研究进展桑沟湾IMTA综合养殖理论与实践,66,桑沟湾简介,桑沟湾是中国最早开展海水养殖的海湾，140-km2半日潮、平均水深7.5m、温度-2-25C。其海带养殖一直获得较大的成功，从20世纪80年代，桑沟湾开展了多种模式的IMTA养殖试验，并且获得的巨大的成功，是中国典型的IMTA养殖区，引起了世界的关注。桑沟湾养殖水面140km2，平均水深7-8米。中国北方重要养殖基地。主要养殖牡蛎、扇贝和海带、龙须菜。,67,Sanggoubay,桑沟湾营养盐浓度的长期变化趋势,硅酸盐趋于稳定；溶解性无机氮略有增加，季节性波动较大；活性磷酸盐呈下降趋势,桑沟湾营养盐的长期变化规律,68,桑沟湾无机氮的消耗与补充,69,春、夏、秋、冬季桑沟湾的沉积物再悬浮通量分别为1.0110-5、1.2310-5、3.5910-6、6.8310-6kgm-2s-1;再悬浮过程中沉积物春季表现为氮磷源,夏、秋季表现为氮汇磷源，冬季表现为氮磷汇。,不同季节沉积物再悬浮对水体氮、磷营养盐的影响,沉积物再悬浮的生态效应,70,贝类养殖容量,贝类养殖容量,71,半封闭海区的养殖容量,or,72,构建了桑沟湾贝藻综合养殖数值模型,桑沟湾栉孔扇贝的生态容量在S4时的养殖生物量，以此推算，如果养殖密度保持不变（49ind./m2），栉孔扇贝的养殖面积可增加到4100ha。,桑沟湾叶绿素a浓度对贝类养殖面积的响应,73,桑沟湾底质环境质量状况评价,尽管桑沟湾开展了20多年的大规模贝藻养殖，但是底质状况良好，属于1或2级。说明基于容纳量基础上的贝藻综合养殖具有显著地正面生态效应。,挪威养殖环境MOM-B系统评价规程,74,多营养层次综合养殖模式的构建与示范,贝藻高效养殖示范区合作单位:寻山公司,海珍品底播增养殖示范区合作单位：楮岛公司,鲍参藻综合养殖示范区合作单位:俚岛公司,75,1983年，桑沟湾海岸带和海涂资源综合调查发现大叶藻分布面积约1500亩。2005年以前，楮岛海区的大叶藻面积基本保持不变。2007年开始，在生态容量研究评估的基础上，课题组进行了刺参、鲍、虾夷扇贝的底播放流。至2009年则达到了近5000亩的面积。2010年春该海区新萌发的小大叶藻密度达到了1000多株。叶藻平均枝条密度为120.2颗m-2，平均生物量为216.1gDWm-2。,大叶藻的自然增殖情况,楮岛海区,76,楮岛大叶藻海区底播增值效果,为大叶藻海草床海区的保护开发提供了重要的参考,77,近三年来，东楮岛的大叶藻海草床面积增加了3倍多,78,楮岛大叶藻海区海珍品底播增养殖,现场验收图片及部分专家组成员,79,大型藻类季节交替综合养殖贝藻综合养殖模式贻贝海带综合养殖贻贝-牡蛎综合养殖鲍-海带综合养殖桑沟湾牙鲆扇贝海带/龙须菜综合养殖模式,寻山海区,80,桑沟湾大型藻类的季节交替,Jun-Oct龙须菜养殖,Jun-Oct马尾藻,DectoNextJun海带养殖,81,贻贝和海带综合养殖,贻贝,kelp,海带,82,牡蛎和海带综合养殖,83,海带和鲍综合养殖,84,养殖2年，鲍的平均壳长达83.26mm，平均个体重量106g，成活率达90%以上。每个养殖单元鲍的产量达900kg，海带的产量达1.2吨。按照市场价格鲍200元/kg，海带4.0元/kg来计算，