循环水养殖系统：环境解决方法和适应气候变化，怎么解决？

杂志：清洁生产杂志

IF：7.246

作者：Nesar Ahmed,Giovanni M.Turchini

单位：迪肯大学生命与环境科学学院

摘要

　　“循环水养殖系统(RAS)”是一种潜在的适应策略，是一种生态友好、水资源高效及高产的集约化养殖系统。考虑到环境的可持续性和气候变化对鱼类生产的脆弱性影响，而RAS在室内受控环境中工作，受降雨变化、洪水、干旱、全球变暖、气旋、盐度波动、海洋酸化和海平面上升等气候因素的影响较小。RAS最严格的两个限制因素是能源消耗和温室气体(GHG)排放。由于复杂和昂贵的系统设计，RAS还没有被广泛应用，特别是在发展中国家。需要对技术创新进一步研究，以建立低成本、节能的RAS，以加强水产品生产、减少温室气体排放和适应气候变化。

1介绍

　　为了实现全球生产所需的水产品进一步增加，水产养殖被认为是唯一可用的解决办法。但如果其扩张不是基于可持续的农业系统，它可能会带来其他的不利环境影响。因此，水产养殖的快速增长与其环境可持续性有关。总的来说，水产养殖已经越来越多地与各种负面环境影响联系在一起，包括栖息地破坏(如红树林、稻田、湿地)、水污染和富营养化、生物耗竭、疾病和寄生虫传播以及温室气体(GHG)排放。


　　本文旨在强调RAS的环境可持续性和气候变化适应性，探讨了广泛采用RAS的机会和挑战，最后提出了通过RAS实现可持续水产养殖生产和适应气候变化的一些建议。


2循环水养殖系统（RAS）

　　RAS最早的开创性研究活动是20世纪50年代在日本进行，RAS鱼菜共生的技术已经发展了40年。20世纪70年代，德国的一个项目证明了在RAS中集约型生产鲤鱼的可行性。随后，丹麦水产养殖研究所进行了一项创新努力，对RAS技术方面进一步开发；事实上，用RAS进行商业鱼类生产的想法最早是于20世纪70年代中期在丹麦提出来的，然后在1980年建造了第一个商业RAS；自2000年代以来，RAS在欧洲、北美、澳大利亚和其他水产养殖生产国得到了进一步发展。表1总结了RAS开发的关键里程碑和步骤。

RAS操作和生产的基本原理

　　RAS是一种陆基的室内养鱼设施，鱼类被储存在一个受控环境的水箱中，通过去除鱼类代谢废物，过滤净化水再循环到系统中。水的净化是通过机械过滤、生物过滤、灭菌和氧化来实现的(图1)。实现不同的复杂程度和效率的提高，RAS的水利用程度达到90%以上；事实上，RAS提供了加强废物管理、减少用水和营养回收的机会。

RAS的挑战

　　尽管通过RAS有机会提高鱼类产量，但目前RAS对全球水产养殖生产的贡献很小。由于一系列的社会、经济和技术挑战，RAS还没有得到广泛应用(图2)。RAS的主要挑战是不充分的系统设计和复杂的工程方法。因此，RAS通常在高度发达国家(澳大利亚、加拿大、欧洲和美国)进行，而不是在发展中国家。RAS中使用了精密设备(如水温调节器、过滤器和灭菌装置)、先进的监测、传感器和自动控制系统。RAS是一种初始投资很高、运营成本高昂的工程方法。

3环境可持续发展

　　淡水短缺是世界许多地区面临的一项挑战，水产养殖业和其他用户，如农业之间对淡水使用的竞争正在迅速增加。因此，粮食生产面临挑战，必须通过有效利用水资源来提高产量。因此，RAS通常被认为是节水农业，因为其耗水量低、循环水回用高、废物管理优化。


　　RAS废水以高浓度污泥的形式产生，这些污泥相对容易管理，可以用作蔬菜种植肥料，或者从农业废水中分离出来，以防止它们进入集水区生态系统。RAS可以为环境保护提供可持续的粮食生产，采用RAS可以带来广泛的环境效益(图3)。

4气候变化的影响和适应

　　二氧化碳(CO2)与其他温室气体(如CH4、N2O)的排放被认为是气候变化的主要原因。2014年，世界顶尖水产养殖大国共排放604万吨CH4，36700吨N2O。据估计，到2030年，全球水产养殖产生的N2O排放量可能增加到38.3万吨。总的来说，水产养殖的温室气体排放预计将从2010年的3.32亿吨增加到2050年的7.76亿吨CO2。RAS的温室气体排放量是网箱养殖鲑鱼的两倍，大大高于其他水产养殖系统。

　　实际上，由于各种挑战，RAS尚未在发展中国家的农村和沿海地区广泛实施(图4)。从全球来看，发达国家RAS的数量一直在稳步增长。然而，由于资金不足、生产绩效以及溢价价格的不确定性，发展中国家采用RAS技术的情况较低。

5结论

　　RAS是针对多种海鲜产品的高产集约化养殖，可全年在各个地点进行，包括靠近主要海鲜市场，且不受季节性和环境变量的影响。然而，RAS是昂贵的、复杂的、高度工程化的系统，需要大量的资本投资，因此，大多数RAS在高度发达的国家运行。

　　此外，RAS中的高能量消耗是此类操作的关键缺陷之一。因此，为了减少总投资需求和温室气体排放，有必要开发简单、更有弹性、更低成本和更节能的RAS系统。在RAS中使用可再生能源可以显著减少能源消耗和温室气体排放，但可能会影响总体的资本投资。水培法可能是减少能源消耗和温室气体排放的一种选择。建立低成本的节能RAS需要实证研究，而且必须解决社会经济方面的挑战，以便在发展中国家更广泛地采用RAS。

来源：水产设施养殖与装备工程研究中心

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