活魚陸運的水體環境調控技術發展研究

曾志雄1,2，呂恩利1,2，陸華忠1,2，郭嘉明1,2，趙俊宏2

（1.華南農業大學南方農業機械與裝備關鍵技術教育部重點實驗室，廣州510642；2.華南農業大學工程學院，廣州 510642）

水產品具有低脂肪、高蛋白等特點，其肉質鮮美，營養豐富，深受消費者的青睞[1]。水產品一般分為“活、鮮、凍、老（老指腌制品）”四類，各類口味不同，市場價格差別較大[2-4]。其中，活水產品口味最好，價格亦比凍品高，且市場需求量大于一般凍品[3-5]。據報道，日本市場的活魚價格比一般凍品高出8～10倍[3]；香港人均年消費水產品 40kg，其中 90%是活海鮮[3,6]；每年進入上海市場的活水產品達到3萬噸[3-5]。

水產品在流通過程中，活體流通率較低，內陸地區水產品主要以冰鮮和冷凍方式銷售。在水產行業中，活體流通率是指鮮活水產品在單位時間、單位體積內的轉移量。活魚運輸技術水平低的問題，成為影響水產行業高效發展的一個重要因素。面臨日益繁榮和龐大的活水產消費市場，活魚陸運技術的研究尤為迫切。本文在文獻檢索的基礎上，歸納了活魚運輸的現狀，指出了影響活魚陸運水體環境的相關因素，分析了主要的水體環境調控技術，并提出了活魚陸運水體環境調控技術的發展趨勢。

1 活魚運輸的現狀

我國幅員遼闊，水產品的消費地與產地之間往往距離較長，在運輸過程中，部分魚因為缺氧或不能適應環境變化而死亡，造成經濟損失[2,6-8]。

目前，活魚運輸主要有密閉運輸、開放式運輸和麻醉輔助運輸等方法[6-10]。密閉運輸無法監控水體環境，運輸時間短，不適合大規模長途運輸；麻醉輔助運輸易導致藥物殘留，對健康產生危害；開放式運輸適合批量運輸，對水體環境調控技術要求較高，還存在著水體環境控制粗放，缺少生命體征監測，氧氣利用效率低等問題，成為制約活魚長途陸上運輸的主要因素。

2 影響水體環境的因素

魚類的生命活動隨水體環境條件的相對穩定及變化而維持動態平衡。魚類適宜的生態條件與魚的種類及原生活環境有關，如水溫、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、鹽度等因素[3-7]。

2.1 水溫

魚類是變溫動物，體溫隨所處水溫的變化而變化[4]。每種水產動物均有其生存的溫度可適范圍[4,6]。水溫高，生物體的代謝率與耗氧量增高，產生的二氧化碳與氨含量增高，會造成魚體內血液和氧的親和力減弱[3-6,10-12]；水溫太低，魚體容易凍傷。若水溫突變，魚體內部機能不能自我調節、適應水溫突變，魚易患病 。因此，在水體環境調控時，應將水溫逐步調節到該品種魚類的生存水溫下限附近，不可快速降溫，并防止溫差過大影響魚存活率。

2.2 溶解氧含量

活魚的新陳代謝消耗氧氣，產生二氧化碳[3]，其呼吸又分為鰓呼吸和氣呼吸。腮呼吸在水中進行，而氣呼吸主要通過口腔及咽喉黏膜、皮膚等輔助呼吸器官從空氣中吸取氧氣[3]。魚主要通過腮呼吸攝取氧氣。

研究指出，由于海水魚對氧氣的攝取能力較淡水魚弱，溶解氧含量降低時更易死亡。當水體中溶解氧下降、魚體缺氧時，魚體會提高呼吸運動的頻率，以維持一定的呼吸強度[1-4,12-14]。當溶解氧低于一定水平時，提高呼吸頻率也不能滿足氧供應，魚體窒息死亡時對應的溶解氧含量為窒息點。一般來說，魚蝦蟹的溶解氧窒息點在0.5～2.5mg/L，而且其排泄物與分泌物也需溶解氧來氧化，因此，水體環境的溶解氧必須保持在 4mg/L以上[4,11-16]。

2.3 氨氮含量

在運輸過程中，魚的排泄物及粘液等逐漸積累，造成水體懸濁物不斷增多。若不及時處理，將使黏液、剝離組織碎片、有機物等懸濁物附著于魚體鰓孔，影響魚有效的氣體交換面積，造成攝氧困難，且易造成微生物大量生長，進而使水中溶解氧進一步降低[1-3,6,15-16]。因此，在運輸過程中保持水中的高溶解氧可以降低氨氮含量，避免氨中毒。

2.4 溶解二氧化碳含量

魚類在水中呼吸會排出二氧化碳，使水中的溶解二氧化碳濃度升高[4,16]。運輸過程中由于魚的運輸密度較高，水體中的CO2濃度也容易升高。運輸期間，水槽中所含的二氧化碳濃度為20～30 mg／L[4]。如果二氧化碳的濃度超過此范圍，應往水中充氣，排出二氧化碳，并增加水中的溶解氧，保障魚體正常的生活環境[1-4]。溶解二氧化碳對魚產生危害的濃度范圍為 60～100mg／L，此時即使水中溶解氧處于飽和狀態，魚類不能正常呼吸，會造成窒息死亡[1-4,16-17]。需要注意的是，高濃度的溶解二氧化碳含量對某些魚類還具有一定的麻醉作用[1,19]。

2.5 pH

不同魚類對水體酸堿度的耐受力不同。水體中的pH能夠直接影響魚體的生理狀況，且氨和溶解二氧化碳含量隨pH變化，從而進一步影響保活運輸的存活率[1,18]。魚類正常生長的最適pH值為7.0～8.0，當pH值下降或升高時，魚類的耗氧量下降，而當pH值>10.0或<2.8時，可損壞鰓的表面而導致魚類呼吸中止[3,17,20]。

2.6 鹽度

淡水魚和海水魚的耗氧量均隨水中鹽含量的升高而減少[16]。水中的鹽類有氯化物、磷酸鹽、碳酸鹽、氮化合物和硫酸鹽等各種鹽類，其主要通過改變水的滲透壓進而影響魚類正常生理活動。魚類的滲透壓調節作用只能局限于一定鹽度范圍，如果鹽度過大或變化過于劇烈則導致應激反應的出現，甚至使魚體生理失調或危及生命[12,21,35]。活魚在運輸過程中容易發生撞擊使表皮受損、體表粘液增多，造成滲透壓不平衡，從而引起活魚患病[4]。在運輸過程中可在水體中加入氯化鈉或氯化鈣，使水產品“變硬”，減少體表粘液的形成[12,16]。

2.7 噪聲與震動

安靜的水體環境可增加水產生物的安全感，體能消耗亦少。盡管輕微的震動可增加水中溶氧，但噪聲與震動會刺激魚蝦蟹的運動，并增加其代謝強度，體力損耗增大，嚴重的會引起其代謝紊亂，影響成活率[21-22]。

3 水體環境調節技術

魚類在長距離運輸過程中，正常存活的必要水體環境條件是：適宜的水溫、良好的水質和足夠的溶解氧[2,5,9-10]。水體環境的調控技術主要有：水溫調節技術，溶解氧控制技術，水質調節技術和水體環境監控技術。

3.1 水溫調節技術

為避免夏季高溫引起魚死亡，減弱運輸過程中水產動物的新陳代謝，需在魚箱上采用制冷裝置降溫。水體環境的降溫是靠制冷壓縮機和熱交換器來完成的。文獻[5,7,36]指出，對于多數魚類而言，當降溫速度為 1.5～2.0℃/h時效果較好。而在冬季進行活魚運輸時，若外界溫度較低，此時需避免水溫低于魚類生存適溫下限，則運輸裝備應具有升溫裝置。魚艙水體的升溫靠熱油載體燃油鍋爐和熱交換器來完成[2,5,23]。一般來說，水體升溫速度以0.5℃/h較佳[5]。

傳統的水產養殖直接傳熱降溫方法如冰塊降溫和自然對流降溫存在無法精確控制、溫度場分布不均勻等問題，不能滿足活魚運輸的特殊要求[27,36]。目前，能實現實時精確控制的機械式水溫調節裝置具有較佳的應用前景[5,36]。歐致奮[27]指出，當活魚運輸系統未配備溫控裝置，對魚艙水的溫度不可控時，魚類在運輸過程中容易死亡，滋生病菌。2005年，朱健康等[5]應用閉式循環系統，結合降溫技術，在淡水航區運載海水活魚，存活率大于90%。2010年，他們利用閉式循環可控溫水族箱，進行了不同水溫下真鯛存活率試驗，結果發現，水溫較低的試驗組（14～15℃）溶解氧含量下降較緩慢，真鯛存活率也較高[32]。張飲江等[17]實現了對水溫的自動調控，運輸模擬試驗中，金魚存活率達95%。

為減少水體與外界傳熱，魚艙應配備絕熱性能較好的保溫層。保溫層一般采用聚氨酯發泡技術，如果采用外表包覆玻璃鋼則可防止雨水或海水滲透及腐蝕。

3.2 溶解氧控制技術

用于活魚運輸的增氧技術主要有：鼓風增氧技術、機械增氧技術、噴淋增氧技術、射流增氧技術、增氧劑增氧技術等[24,25]。

鼓風增氧技術是將壓縮空氣（或純氧）通過擴散設備分散成氣泡形式，使氧迅速擴散進入水體。噴淋增氧主要利用循環水泵將水從容器中抽出，噴向空中，將水體分散成細小的噴淋水線，增加氣液接觸面積，空氣中的氧溶入水中后，水再回到運輸容器中。射流曝氣的工作原理則是將水加壓通過噴射嘴射出，利用高速射流形成的局部負壓把空氣吸入。增氧劑增氧是指向水體中投入一些能產生氧的化學物質，達到增加水體溶氧的目的。

在水體溶解氧調節機理方面，Winstone[14]分析了氧氣在活魚運輸中的應用，指出在長時間、高密度的保活運輸過程中要保持充足的氧供給，才能保證較高的存活率。朱雙喜[25]以氧氣瓶為淡水魚增氧運輸，氧氣利用率不足10%，增加了運輸成本。Lyngstad[32]結合增氧技術，設計了一種應用于活魚運輸的儲存容器，其適用范圍較廣。黃嘯[24]對比了水體不同供氧技術的充氧效率，并利用膜式無泡供氧技術，設計了一種禮品裝水產品活體運輸箱，模擬運輸試驗中水產品的存活率達到95%以上。

3.3 水質調節技術

在循環水路中增設過濾裝置，是去除水中懸濁物的有效方法[1-3,6]。目前常用的過濾裝置有2種，一種是以泡沫分離裝置為主，生物過濾為補充的過濾器；另一種是碳化棉過濾器[5,6,26-30]。在日本，丸山俊朗等[28]采用泡沫分離裝置產生的泡沫取出雜質。在我國，朱健康等[5]提出了在船舶甲板采用滲透過濾技術凈化水質，并給出過濾層厚度比例。亦有研究指出，沸石去除氨氮效果顯著[2,26]。

采用紫外線或臭氧殺菌，也能有效抑制有害細菌和微生物的生長繁殖，減少水體中的有害細菌和微生物的數量，避免水質惡化[27]。

3.4 水體環境監控技術

目前，國內活魚運輸設備中大多數都缺少監控設施，往往只是憑經驗來判斷，而造成魚死亡的機理并沒有深入研究[1,6]。Farrell[34]發現，成年鮭魚在運輸過程中不同時間的攝氧量差異較大，需對水體環境中溶解氧含量、溶解二氧化碳等指標進行實時監控。運輸過程中，如果能及時監測水中的溶解氧含量、溶解二氧化碳含量、氨氮量、水溫和pH等指標，就能及時采取相應措施，優化水體環境，從而提高運輸效率[6,15]。近年，研究者開始注重活魚運輸的實時監控技術。朱雙喜[25]采用氧氣瓶為淡水魚運輸增氧，以換水調節水溫和水質，采取人工觀察魚的生命體征。朱健康等[5]實現對海魚運輸裝置水體環境溶解氧的監測，為溶氧控制提供參考。徐良杰[30]結合循環水系統研制了活魚運輸船，實現了對溶解氧的監測與調節。盧俊杰等[8]設計了帶自動監控系統的活魚運輸裝置，可根據溶解氧、溫度等實時數據進行自動控制。

4 活魚陸運水體環境調控技術的發展趨勢

活魚運輸是魚類生產中的重要環節，關鍵問題是提高成活率、延長保活運輸時間和降低運輸成本[2-4]。活魚運輸要結合其生理生態特性，解決好水溫、水質和溶解氧等影響活魚存活率的水體環境調控問題。

化學藥劑保活方法能提高成活率以及降低運輸成本，但藥物在魚體內的作用機理、代謝途徑研究尚不深入，對諸如誘導期、麻醉時間、藥物殘留量、對人體的危害等還沒有可信的評判依據，也沒有得到長時間的安全驗證[3-7,31]。

基于水體環境調控的活魚陸運方式，消除了藥物殘留，保證了活魚的品質，提高了水產品的競爭力，將成為活魚遠程保鮮運輸的主要方式之一。活魚陸運的水體環境調控技術與裝備向著節能、精控和智能的方向發展。

4. 1 在加強節能研究的同時，注重環保

活魚運輸集制冷、保溫、增氧和過濾凈化等系統于一體[2,5,26-30]，應加強各系統的集成與協調控制，并引入變頻等節能技術。在精確控溫的同時，節約能源，注重環保。此外，活魚陸運的節能應用，可以降低運輸成本，擴大利潤空間。

4. 2 水體環境流場分布規律研究

水體環境速度場、溫度場、溶解氧濃度場和溶解二氧化碳濃度場的均衡性是保證活魚運輸品質的重要因素之一。魚艙內溫差越大、氣體濃度差越大，對活魚運輸品質影響就越大。因此，應加強對水體環境流場分布規律的研究，可采用計算流體力學（CFD）軟件進行計算機模擬，以縮短研究周期，對魚箱內流場均勻性進行優化設計，選擇優化方案，并進行試驗研究。

4. 3 智能化監測與調控

為及時掌控活魚運輸的水體環境變化，應開展水體環境調控機制研究，實現對活魚長途運輸的智能化監控與管理，減少巡查勞動強度，避免因設備故障引起水產品質變化，使活魚保鮮運輸更加安全、便利和高效。

4. 4 水體增氧方式研究

鼓風增氧、機械增氧、增氧劑增氧等增氧速度較慢[27-30]，消耗了多余動力，應加強水體增氧方式研究，深入探索水體溶解氧調節機理，提高水體環境的增氧效率，實現快速供氧，延長運輸供氧時間和運輸距離。

5 結論與展望

1）通過查閱分析國內外相關文獻，總結了活魚運輸的發展動態，歸納了影響活魚陸運水體環境的因素（水溫、溶解氧含量、氨氮含量、溶解二氧化碳含量、pH、鹽度、噪聲與震動），并整理了水溫調節、溶解氧控制、水質調節、水體環境監控等水體環境調節技術。對于大部分的活魚陸地運輸，降溫與增氧是調節水體環境的重要手段。

2）我國幅員遼闊，水產品保活運輸的條件差異較大，在實際運輸中應因地制宜地采用不同檔次及規格的活魚運輸形式，并加強對活魚陸運中水體環境調控技術與裝備的改進，如，集成變頻等節能技術，加強各系統的協調控制，降低運輸成本；探索水體環境流場分布規律，優化魚艙結構設計；開展智能化監控與管理，提高水產品質；深入研究水體溶解氧調節機理，實現快速增氧。

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