Study on the culture capacity of shellfish in Zhaoan Bay
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摘要:
通过现场对诏安湾叶绿素a含量、初级生产力、生态效率、浮游植物有机碳含量、养殖贝类有机碳含量及其含壳重与鲜组织重比值、养殖贝类和野生滤食性动物滤水率、潮间带和潮下带及吊养区附着滤食性动物现存量等的调查获得模型参数，应用营养动态模型、沿岸能流模型估算贝类生态容量，进而扣除野生滤食性动物现存量形成贝类的养殖容量，同时采用贝类能量收支模型估算贝类养殖容量。3种模式估算的贝类养殖容量分别为58 469 t，288 260×104 ind; 60 275 t，297 167×104 ind; 61 532 t, 30 336×104 ind; 平均60 092 t，296 263×104 ind。并且采用统计分析法估算贝类及其各品种的适养面积。贝类适养总面积为2 755 hm2，其中缢蛏25 hm2，牡蛎1 560 hm2，翡翠贻贝215 hm2，菲律宾蛤仔120 hm2，泥蚶30 hm2，凸壳肌蛤95 hm2，波纹巴非蛤710 hm2。
Abstract:Investigation and determination was carried out on chlorophyll a, primary productivity, ecologic efficiency, organic carbon content in plankton and cultured shellfish, and the weight ratio of whole shellfish and fresh tissue, filtering ratio of cultured shellfish and wild filtering animal, existence of filtering animal in tidal area, under tidal area and hanging culture area. Nutrition dynamic model and coastal energy transfer model were used to estimate the shellfish ecological capacity. The shellfish culture capacity was estimated by excluding the biomass of wild filtering animal. Fang Jian-guang′s model was also used to estimate shellfish culture capacity. Statistic analysis was made to estimate optimal culture area for each shellfish species. The shellfish culture capacity of Zhaoan Bay estimated through the three models were 58 469 t, 288 260×104 ind, 60275 t, 297 167×104 ind and 61 532 t, 30 336×104 ind, respectively, averaged 60 092 t, 296 263×104 ind. The shellfish optimal culture area in total was 2 755 hm2, among which Sinonovacula constricta 25 hm2, oyster 1 560 hm2, Perna viridis 215 hm2, Ruditapes philipinarum 120 hm2, Tegillarca granosa 30 hm2, Musculista senhausia 95 hm2, Paratapes undulata 710 hm2.
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Keywords:
- Zhaoan Bay /
- shellfish /
- culture capacity /
- production /
- optimal culture area
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我国海湾有传统网箱(鱼排)约70万只。以每只网箱框架尺寸3 m×3 m计，需耗锯材[3.6 m×(0.25~0.30) m×(0.10~0.15) m；4块]材积[1]约0.360~0.648 m3。以目前70万只网箱计，仅网箱框架则需优质木材约35.28万m3，制作网箱框架所需木料相当于干径为30 cm，干长度为4.17 m的原木材料[2]35万株；相当于青海省1979~1988年林木年均总生长量的70%，相当于该省同期年均木材消耗量22.94万m3的1.5倍。尚未包括网箱维修或更新所需用的木料计算在内。理论上一棵干径为30 cm的乔木类树，至少需要30年以上的生长时间。
一个12孔的木质框架传统网箱，制作成本约为5~7万元人民币。一个全新设计制作同等尺寸的聚乙烯塑料管(以下简写为PE管)方形网箱，约需4~6万元。网箱木质制作的框架是不可再生使用的资源，而PE材料可重复回收再生使用，成本降低的同时，对保护森林资源和生态环境，起到积极的作用。配备轻型环保节能供的电系统和生活污物处理设施，使养殖环境达到无公害化，有利于养殖环境的保护和改善，是我国养殖可持续发展的重要方向。因此，改造传统网箱(鱼排)，推广环保PE材料方形网箱，意义重大。
1. PE管方形网箱框架的制作[3]
以PE160管制作一个12孔的方形网箱，外型最大尺寸为14.5 m×11.0 m，内孔尺度为3 m×3 m，以养殖水体3 m×3 m×3 m×12=324 m3为例，其所需材料及方法如下。
1.1 主要部件及材料
如图 1所示，PE管方形网箱框架主要由5部分组成，PE管、PE管绞接器、浮桶、踏板、囊网。
1.1.1 PE管
受PE管挤压生产线设备所限，为了提高PE管平台的抗屈服能力，平台采用套管制作方法。PE管分外管和内管。外管外径160 mm，内径136 mm。内管外径130 mm，内径106 mm。PE管是网箱框架的骨干部分，其应用长度可据计划裁制及热熔焊接。如图 1(P)。
1.1.2 PE管绞接器
PE管绞接器分“K”型绞接器、“J”型绞接器和“F”型绞接器。如图 1所示。PE管绞接器将PE管固定，绞接成网箱所需的尺寸和形状，组成网箱框架主体。
绞接器外型尺寸见图 2。
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图 2 PE管方形网箱绞接器a.K型绞接器；b.J型绞接器；c.F型绞接器Figure 2. Sketch map of articulagte organ for PE annular tube quadrate net cagea.K-form articulate organ; b.J-form articulate organ; c.F-form ariculate organ1.1.3 浮桶
PE材料。外型尺寸为Ø600 mm×800 mm。可填充泡沫塑料或内空密封处理。大部分采购现成的废旧化工原料桶，经无害处理后使用。
1.1.4 踏板
木制或塑料板制。单块踏板尺寸为500 mm×1 500 mm，由多块木板拼合或单一塑料板制成。
1.1.5 囊网
PE材料制作的网衣，无结；网目大小视养殖对象而定。箱体为正方体，缩结后养殖水体为3 m×3 m×3 m=27 m3。或将2个网箱组合成1个长方体，扩大养殖水体为6 m×3 m×3 m=54 m3。
1.2 框架材料用量
1.2.1 PE管
一般PE管生产定制长度为6 m，用户根据实际需要进行现场焊接或裁制。依上所述，本例需PE160管长度单位14.5 m的共8根，同等长度的PE130管共8根(记为A1-160~A8-160和A1-130~A8-130)，长度单位为11.0 m的PE160和PE130的管各4根(记为P1-160~P4-160和P1-130~P4-130)，长度单位为3 m的PE160和PE130和管各18根(记为PE1-160~PE18-160和PE1-130~PE18-130)。
1.2.2 绞接器
如图 1所示，F型绞接器4个；K型绞接器10个；J型绞接器6个。
1.2.3 浮桶及踏板、塑料钉、绳索
约需63个；踏板木料约52 m2，截面4 cm×4 cm木条约210 m；塑料钉Ø25 mm×70 mm，480枚；Ø5~6 mm PE材料绳若干米。
1.3 框架的制作
将PE管按本例所需数量及尺寸进行预先焊接或裁制，制作方法及顺序如图 3所示。
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图 3 PE管框架制作方法及顺序a.完成横向绞接；b.完成纵向绞接；c.框架绞接完成；d.锁定示意图Figure 3. Facture method and fixing order of the frome for PE annular tube quadrate net cagea.articulate in landscape orientation; b.articulate in lengthways; c.articulate the frame; d.sketch map of lock the frame(1) 将P1、P2-130分别穿入P1、P2-160管内，再将P1、P2-160分别穿过J1、J2绞接器，P1、P2-160的两端分别穿入F1、F2绞接器，将绞接器F1、F2、J1、J2的方向及设计尺寸调整到位，用塑料钉沿绞接器每90°1枚锁定。P3、P4的制作方法相同。
(2) 将PE1~PE6-130分别穿入PE1~PE6-160管内，PE1~PE6-160的两端分别穿入K1和K2，穿入深度为300 mm，完成J3-PE1-K1-PE2-K2-PE3-J4和J3-PE4-K1-PE5-K2-PE6-J4的整体连接，每一连接部位用塑料钉沿绞接器每90°1枚锁定。其余的PE7~PE18制作方法相同。即J5-PE7-K3-PE8-K4-PE9-J6和J5-PE10-K3-PE11-K4-PE12-J6；J7-PE13-K5-PE14-K6-PE15-J8和J7-PE16-K5-PE17-K6-PE18-J8。
(3) 同理将A1、A8-130与A1、A8-160进行组合。上述工作完成后，将A1、A2-160分别穿越J3、J5、J7；A3、A4-160穿越K1、K3、K5；A5、A6-160穿越K2、K4、K6；A7、A8-160穿越J4、J6、J8；A1~A8-160两端分别与F1、J1、J2、F2和F3、J9、J10、F4连接并各穿入300 mm，与上述锁定方法相同。
(4) 框架连接制作好后，将浮桶垫在框架管的下方。F1~F3；J1~J9；J2~J10；F2~F4各均匀排列10~12个，F2~F2；J3~J4；J5~J6；J7~J8；F3~F4各均匀排列3~6个。浮桶与框架用PE绳索紧固。此工序完成后，铺上事先制作好的踏板，踏板与框架同样以绳索系固。
2. 网箱囊网的制作
方形网箱的囊网制作比较简单。一般选择PE材料制作的网衣，无结。按照设计尺寸剪裁合适的网片，缝合而成。囊网边角加装力纲，即可使用。
关于网衣用量，以本文1.1.5所述规格为例，网衣水平缩结和垂直缩结系数u1/u2=0.707时，网衣用量可用下式求出：
$$ \begin{gathered} W_{u_1}=\frac{L \times 2+W \times 2}{2 a \cdot u_1} \\ T_{u_2}=\frac{H}{2 a \cdot u_2} \end{gathered} $$ 式中：Wu1为网衣水平宽度总目数；
Tu2为网衣垂直高度总目数；
L为框架内边长度(m)；
W为框架内边宽度(m)；
H为网箱框架踏板至网底的高度(m)；
2a为网目大小(m)；
u1/u2为网衣装配的水平与垂直缩结系数。
3. 配套设施
网箱的配套设施较多，包括管理房屋、网衣清洗设备、饲料处理设备、交通工具、监测设备、锚、能源设备和厕所等等。以下仅介绍配套设施中的能源设备的配置、安装方法和微型三级粪便处理系统。
3.1 300 W太阳能发电系统
300 W太阳能发电系统由非晶硅太阳能板、硅能电池、800 W(12 V/220 V)逆变器等主要部件组成。日照10 h发电量不低于3.6 kW·h，可提供300 W(220 V)负荷连续供电12 h，能满足自动监测系统及生活照明的能源需求。
3.1.1 基本配置
(1) 300 W太阳能板组合。太阳能板分非晶硅、单晶硅和多晶硅3种。本配置采用非晶硅。虽然非晶硅在3种材料中等面积的能量比最低，但由于故障率低、价格便宜、机械包装整体好而被广泛使用。
300 W太阳能板组合由30片每片10 W，分6组，每组50 W组合而成。
(2) 太阳能板控制电路。太阳能板控制电路主要是对太阳能板的电压进行检测，用串并联的方法，使输出电压平均在13~15 V，从而提高充电效率。
(3) 超级电容控制电路。电容容量为5~2 400 F的电容组，主要针对阴雨天和早晚的电压电流变化，利用超级电容的充放电特性，把10 mA~10 A的电流吸收后，以20 A的电流对电池组充电。
(4) 12V 300Ah电池组。由18个2V 100Ah的硅能电池分3组组成。电池充满电时可提供300 W·h-1连续12 h的电能。
(5) 800 W(12V转220V)逆变器。逆变器符合海洋性气候使用。由直流12 V变压交流220 V，装置带有低压、漏电保护。
3.1.2 基本工作原理如图 4。
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图 4 太阳能发电组工作基本原理S.太阳能板；R.太阳能控制电路；E.超级电容控制电路；D.电池组；T.逆变器；C.用户电器Figure 4. Basic principle of the solar dynamoelectric groupS.solar plank; R.solar control circuit; E.super capacitance control circuit; D.pile; T.converter; C.custom electric appliance(1) 太阳能板组管理系统。单片10 W的非晶硅太阳能板接受到阳光1 kW·m-2时，空载电压13~21 V，负载12 V电池系统时电13~15 V，电流850 mA。由于S-太阳能板(单片)工作电压为直流12、24 V，工作电压在一定辐射的日照下才能达到，在阴雨天或夜间由于达不到电压的要求，而无法充电。但在R-太阳能板控制电路，通过微电脑芯片控制太阳能的发电，实施智能化检测电路的电压，电路自动完成多组串并联，达到稳压恒流的充电模式。
输入电压为3~4 V时，a、b、c、d、e、f太阳能板组串联，此时输出空载电压为18~24 V。输入电压为5~6 V时，a、b、c组和d、e、f组串联后2组并联，此时输出空载电压为15~18 V。输入电压为7~12 V时，a、b组和c、d组以及e、f组串联后3组并联，此时输出空载电压为14~24 V。输入电压大于13 V时，a、b、c、d、e、f组并联，此时输出空载电压为13~21 V。可见系统的输出电压大于12 V，对电池组实施有效充电。
(2) 超级电容管理系统。因为电压稳定后，出现阴雨天或早晚时段的电流较小，长期使用会对电池的电解质还原造成影响。超级电容控制电路，采用2个20 F的电容，通过电路检测其电压，使电容对电池交替充电。因为电压大于12 V，当输入电流200 mA~8 A时，A、B电容吸收电流后，超级电容电压达到15 V时交替对电池组充电，激活电解质。当电流大于9 A时电流继电器作用，断开超级电容直接对电池充电。
(3) 电池组与逆变器。单个电池容量为2V 100A，6个1组并联为12V 100A，3组串联后达到12V 300A。电池充满电后可提供3 600 W·h-1的电能储备。通过功率为100~1 500 W的逆变器，将DC 12V电源转换为AC 220V电源，供给相关电器设备使用。最大负载为800 W时，可连接供电4.5 h，300 W负载时可连续供电12 h。
3.2 微型三级粪便处理系统
一个0.5 m3微型三级粪便处理系统，可以对网箱2~4名管理人员的生活污物进行降解处理，48 h处理5 kg粪便，基本上可达到生活污水排放标准。
污物处理流程基本设计如图 5所示。三级处理分为A、B、C三级。A为前置处理，粪便直接从上部便器流入，经微生物降解后，流入B处理仓。在B仓经第二次微生物降解后，降解率可达70%以上。经B仓降解后的污物，流入C仓作最后降解，成为合符排放标准的生活污水从T1处流出，再经外悬过滤器过滤排放。T2和T3为A仓的清洁设置口。
4. 小结与讨论
4.1 小结
综上所述，实用新型的聚乙烯塑料网箱养鱼平台总成后如图 6所示。在没有改变海湾网箱的基本养殖功能和成本造价的前提下，PE管平台具有如下优点：
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图 6 PE管方形网箱总成图a.PE管框架；b.PE浮桶；c.PE囊网；e.护栏；f.太阳能板；g.管理房；h.厕所；i.锚泊Figure 6. Assembly sketch map of PE annular tube quadrate net cagea.PE annular tube frame; b.PE buoy; c.PE cod-end; e.handrail; f.splar plank; g.administration room; h.washroom; i.anchor(1) 节约木材。按全国70万个海湾网箱每10~15年更换1次木质平台计，需要消耗大量木材，如采用PE管为平台材料，可起到节约木材保护森林资源的作用。PE材料一般可多次使用，而木质平台基本是一次性的。
(2) PE管平台制作容易，主要部件可实现工厂化标准制作，不同的组合可供用户选择，可塑性较强，更具个性化。
(3) PE管平台材料刚柔性能好，抗风浪能力较强。一般PE材料使用期标称值可达50年，扣除老化等因素，平台正常使用期最少可达20年以上。PE管平台抗腐蚀更强，清洁较易。
(4) 外形较美观。有利于港湾养殖的综合治理，改善旅游渔业的景观。
PE管平台比较木质平台具有如下缺点：
(1) 所需的PE管长度，由于运输受限，通常定制长度为6~8 m。对超出此尺寸范围的框架，需专业人员和专用焊接设备，相对增加了制作费用。
(2) 由于PE材料的属性比木质柔软，重力相对集中在某一部位时，其受力面的整体平面支持度较木质框架差。
4.2 讨论
(1) 比较了传统木质网箱(木质鱼排)与PE管方形网箱(塑料鱼排)，PE管方形网箱在生态资源保护和网箱制作及维护方面，有传统木质网箱无法比拟的优势。
(2) 海水网箱养殖是一种高投入、高产出、高风险的养殖方式。而传统网箱养殖作为一种普遍的养殖方式，由于其造价低廉、实用，迄今为止仍为我国应用最广泛的海水养殖设施。而传统网箱养殖是自身污染和受陆源污染最严重的养殖，本文所述的养殖配套设施是解决自身污染的重要方法之一。
(3) 传统网箱均以木板框架结构为主，抗风浪流性能差、养殖容量小、使用寿命短、养殖海区局限性大、容易发生大规模鱼病泛滥及鱼品质下降等问题。严重制约了海水养殖业的发展。虽然近年我国深水抗风浪网箱的研制已取得成功，并在政府指导下得到迅速推广使用，但是由于成套设施造价偏高，一次性投资大，渔民对深水网箱有认识过程和接受过程。所以，在若干年内传统网箱仍然占大多数。即使将来深水网箱成为海水养殖的主导养殖设施，一定比例的经过改造的传统网箱仍然有必要作为深水网箱的配套设施拟以保留。
(4) 实用新型的PE方形网箱及配套设施，有利于生态环境保护，减少海水养殖自身所造成的污染。养殖水域可由近海港湾扩展到-20 m的深水海域，减轻浅海、港湾、滩涂养殖压力，有利于国有资源的充分利用的同时，实现优化内湾海岸线旅游景区环境。
(5) 根据我国海水养殖及设施开发的总体目标，实施传统网箱的改造，是对传统网箱在有限的环境、经济条件内养殖设施实现更新换代，使网箱更具抗灾减灾能力，更具养殖成本效益，有利于渔民增收、渔村增效、渔区稳定。因此，实用新型PE管方形网箱的研制与开发，对调整近海设施养殖产业结构具有积极作用，是我国渔业可持续发展的重要措施之一，意义重大，应进一步完善推广使用。
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图 1 诏安湾养殖容量调查站位图
Figure 1. Location of stations for studies of carrying capacity in Zhaoan bay
表 1 诏安湾叶绿素a含量和初级生产力
Table 1 Chlorophyll a and primary productivity of the sea area of Zhaoan Bay
季节
season叶绿素a/mg·dm-3
chlorophyll a初级生产力/mg·m-2·d-1
primary productivity表层surface layer 底层bottom 范围range 平均average 范围range 平均average 范围range 平均average 春季spring 2.65~7.45 5.23 2.80~7.30 5.16 115~329 240.64 夏季summer 1.90~3.80 2.96 2.80~5.80 3.03 57~143 97.11 秋季autumn 1.75~8.50 3.45 1.00~8.50 2.10 62.64~304.27 137.65 平均average 1.75~8.50 3.88 1.00~8.50 4.10 57~329 158.47 
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表 2 诏安湾养殖贝类含壳重与鲜组织重比值
Table 2 The ratio of whole body weight to fresh tissue weight of 7 kinds of shellfish of Zhaoan Bay
项目
item牡蛎
oyster缢蛏
Sinoncvacula constricta菲律宾蛤仔
R. philippinarum翡翠贻贝
P.viridis泥蚶
T.granosa波纹巴菲蛤
Paphia undulata凸壳肌蛤
Musculista senhousei加权平均
average比值范围
ratio range5.23~7.41 2.77~5.18 3.66~5.71 3.99~5.61 4.33~5.61 3.89~5.86 3.43~4.76 平均比值
average ratio6.54 4.21 4.75 4.48 5.03 4.77 3.94 5.9200 1998总产量/t
total catch in 199866 998 560 6 430 12 370 195 10 603 1 700 占总产量比例
percentage71.49 0.39 5.32 9.89 0.20 10.95 1.76
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表 3 诏安湾浮游植物有机碳含量
Table 3 Organic carbon content of phytoplankton of Zhaoan Bay
% 站号station 干重含碳率carbon content in dry weight 鲜重含碳率carbon content in wet weight 范围range 平均average 范围range 平均average Z3, Z5, Z11 27.618~35.472 32.406 6.8326~8.7758 8.0170
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表 4 诏安湾养殖贝类有机碳含量
Table 4 Carbon content of several kinds of cultured shellfish in the sea area of Zhaoan Bay
% 项目
item牡蛎
oyster缢蛏
Sinoncvacula constricta菲律宾蛤仔
R. philippinarum翡翠贻贝
Perna viridis泥蚶
T.granosa波纹巴菲蛤
Paphia undulata凸壳肌蛤
Musculista senhousei加权平均
everage含量范围
carbon content in wet weight5.03~6.77 4.57~5.83 3.04~5.33 4.11~5.41 4.46~6.34 3.87~6.08 3.03~4.56 平均含量
average5.75 5.25 3.76 4.37 4.86 5.07 3.55 5.3283 1998年总产量/t
total catch in 199869208 380 5150 9575 195 10603 占总产量比例
percentage71.49 0.39 5.32 9.89 0.20 10.95 1.76
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表 5 诏安湾几种养殖贝类和野生滤食性动物滤水量
Table 5 Filtration rates of several kinds of cultured shellfish and wild filter feeders in the sea area of Zhaoan Bay
种类
species成体规格/g·ind-1
adult weight密度/ind·m-2
density滤水率/m3·(ind·d)-1
filteration rate养殖cultured 牡蛎oyster 30.0 0.06615 缢蛏Sinoncvacula constricta 12.0 0.04462 泥蚶T.granosa 10.0 0.02215 凸壳肌蛤Musculista senhousei 2.5 0.01070 菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum 8.0 0.02215 翡翠贻贝Perna viridis 25.0 0.05615 波纹巴非蛤Paphia undulata 15.0 0.04463 野生wild 角偏顶蛤Modiolus metcalfei 0.2 1.7293 0.03352 白脊藤壶Balanus albicostatus pilsbry 2.6 1.1824 0.00968 皱瘤海蛸Styela plicata 2.5 0.9083 0.00648
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表 6 诏安湾贝类养殖容量及其种类配置
Table 6 The carrying capacities of shellfish and its main species cultured in the sea area of Zhaoan Bay
模型
model贝类养殖容量
carrying capacity of shellfish其中thereinto 牡蛎
oyster缢蛏
Sinoncvacula constricta翡翠贻贝
Perna viridis菲律宾蛤仔
R. philippinarum泥蚶
T. granosa凸壳肌蛤
Musculista senhousei波纹巴菲蛤
Paphia undulata营养动态
nutrition dynamic model重量/t
weight58 469 41 799 228 5 783 3 111 117 1 029 6 402 数量/104 ind
amount288 260 139 330 1 900 23 132 38 888 1 170 41 160 42 680 沿岸能流
coastwise energy flow model重量/t
weight60 275 43 091 235 5 961 3 207 120 1 061 6 600 数量/104 ind
amount297 167 143 637 1 958 23 844 40 088 1 200 42 440 44 000 能量收支
Fang jian guang model重量/t
weight61 532 43 989 239 6 086 3 274 123 1 083 44 920 数量/104 ind
amount303 361 146 630 1 992 24 344 40 925 1 230 43 320 44 920 平均
average重量/t
weight60 092 42 953 234 5 943 3 197 120 1 058 6 580 数量/104
ind amount296 263 143 199 1 950 23 773 39 967 1 200 42 307 43 867
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表 7 诏安湾贝类适养面积
Table 7 The optimal farming area for shellfish of the sea area of Zhaoan Bay
hm2 项目
item贝类
shellfish其中thereinto 缢蛏
Sinoncvacula constricta牡蛎
oyster菲律宾蛤仔
R. philippinarum翡翠贻贝
Perna viridis泥蚶
T. granosa波纹巴菲蛤
Paphia undulata凸壳肌蛤
Musculista senhousei适养面积
optimal farming area2 755 25 1 560 120 215 30 710 95 1999年实际养殖面积
actual culture area in 19994 317 47 2 337 390 277 128 1 015 123
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