桑溝灣海帶標準化養殖模式的優勢探析*

房景輝 蔣增杰 藺 凡 高亞平 方建光 張 鵬 郭智俐 杜美榮 孟 珊,3

桑溝灣海帶標準化養殖模式的優勢探析*

房景輝1①蔣增杰1藺 凡1高亞平1方建光1張 鵬2郭智俐2杜美榮1孟 珊1,3

(1. 中國水產科學研究院黃海水產研究所 農業農村部海洋漁業可持續發展重點實驗室 青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室 青島 266071；2. 山東大學(威海)海洋學院 威海 264209；3. 上海海洋大學水產與生命學院 上海 201306)

針對桑溝灣養殖海區海帶()的超容量養殖現象，研究了該海區中標準化養殖模式和傳統養殖模式的海帶生長差異。結果顯示，在標準化養殖模式下，海帶長、寬、平均厚度、濕重、投影面積和特定生長率均高于傳統養殖模式，單棵海帶重量顯著提高，且海帶的碳、氮和蛋白質含量明顯高于傳統養殖模式，海帶品質大大提升。養殖后期，標準化養殖海區養殖海帶垂直投影面積之和與對應養殖海區面積之比為6.33，而傳統養殖模式的比值為9.15；標準化養殖海區海帶所處水層下方的光照強度顯著高于傳統養殖區，海帶所處水層的海流流速也高于傳統養殖區。研究表明，桑溝灣海帶標準化養殖模式使海帶養殖密度降低，海帶生長速度和品質均得以提高；在標準化養殖模式下，海帶重疊較小，接受的光照比傳統養殖模式充足；較快的海流使標準化養殖海區營養鹽更新速度更快，這兩方面可能是導致2種養殖模式下海帶生長和品質產生差異的原因。

海帶；標準化養殖；養殖容量；生長；桑溝灣

桑溝灣位于山東半島東部，平均水深約8 m，總面積約為13333 hm2，是我國著名的水產養殖海灣，也是我國重要的海帶()養殖海域。自20世紀60年代末開始，桑溝灣便開始進行海帶養殖，隨后貽貝、扇貝和牡蠣養殖業發展起來，與海帶養殖業一同成為桑溝灣水產養殖的主要養殖產業，但海帶養殖仍處于主體地位(方建光等, 1996)。多年來，為滿足國內外的市場需求，該海灣筏式養殖面積不斷擴大，養殖范圍已擴展到灣外20 m水深處，同時，養殖密度居高不下。由于海灣半封閉的特點，大面積筏式養殖限制了水流交換，水交換速率下降(何宇晴等, 2016)，灣內營養鹽結構已經發生改變，磷成為海帶生長的限制性營養鹽(劉慧, 2002; 李瑞環, 2014; 徐東會等, 2017)。

海洋科學中應用容納量的概念始于20世紀30年代，養殖容量是容納量概念應用于水產養殖業的一個生態學特例(唐啟升, 1996)，為單位水體內在保護環境、節約資源和保證應有效益各方面都符合可持續發展基本要求的最大養殖量(方建光等, 1996; 董雙林等, 1998)。20世紀90年代中期，方建光等(1996)評估了桑溝灣海帶養殖容量，顯示灣內海帶單位養殖量已經超過理論養殖量。而當前該灣海帶的養殖規模已遠遠超過當時，超容量養殖現象加劇(史潔, 2009)，導致海帶養殖問題頻發、勞動力成本高、綜合經濟效益低、產品質量差，不利于該灣海帶養殖業的可持續發展。

桑溝灣海帶的傳統養殖模式主要根據養殖從業者的經驗確定，已沿用多年。該模式筏架間距較小，海帶養殖密度較大，參數設置不能根據桑溝灣環境條件的變化做出改變。針對桑溝灣海帶養殖存在的問題，本課題組構建了海帶筏式養殖標準化模式與技術方案。經過2015~2016、2016~2017年的養殖示范，養殖效果突出，大大降低了海帶養殖的勞動力、物資成本，產品品質顯著提高，經濟效益顯著。在桑溝灣超容量養殖海區進行海帶養殖，標準化與傳統養殖方式相比效果迥異，針對這一現象，課題組在2017~2018年再次實施標準化養殖示范，建立標準化養殖示范區，以毗鄰的傳統養殖區為對照，比較養殖周期內2種養殖方式海帶的生長情況；通過測定海帶的投影面積、海帶所處深度的光照強度、養殖區海流流速等指標，分析2種不同養殖模式條件下海帶生長差異的原因，初步探究超容量養殖條件下的海帶生長差異機制，為海帶筏式養殖提供技術支撐和參考資料。

1 材料與方法

1.1 實驗海域與筏架布局

實驗海域選擇在桑溝灣南側的東楮島養殖海域，標準化養殖區40 hm2，對照養殖海區40 hm2，2個養殖區相距約50 m。

將筏架間距由傳統養殖方式的4.7 m增大到5.3 m；改變了浮漂顏色并增大了浮漂規格，將原來的黑色28 cm直徑的浮漂改為橘紅色直徑為30 cm的浮漂，減少了每條筏架放置的浮漂數量；使用“八字扣”固定海帶苗繩，方便海帶苗投放和收獲；標準化養殖模式海帶繩間距約1.15 m，傳統養殖模式海帶繩間距約為0.85 m；每條長度約100 m的筏架，標準化養殖模式海帶繩約87繩，傳統養殖模式海帶繩數量約115繩；標準化養殖模式海帶每繩32棵，傳統養殖模式每繩海帶35棵。通過計算，標準化養殖模式海帶的密度降低為傳統養殖方式的62.9%。

1.2 實驗設計

傳統養殖區與標準化養殖區的海帶樣品，從掛苗到收獲共采集5次，分別為2017年12月20日、 2018年1月19日、2018年3月2日、2018年4月12日和2018年4月26日，分別在傳統和標準化海帶養殖區內隨機選取采樣點，從海帶苗繩靠綆繩一端向內連續采集8~10棵?，F場測量并記錄長、寬、濕重、垂直投影面積等。第1、2次取樣由于海帶較小，整棵帶回實驗室冷凍保存、分析；實驗后期，因為海帶較大，每棵海帶從假根部往上分下、中、上3段等重取樣合計300~500 g，帶回實驗室冷凍保存、分析。

海帶養殖后期，于2018年2月10日~4月12日，在傳統養殖區與標準化養殖區中心位置各懸掛自容式溫度照度計(HOBO, UA-002-64, 美國)3臺，懸掛于海帶苗繩靠綆繩一端下方70 cm深處，設置每15 min記錄1次光照強度，用于測定透過海帶養殖水層的光照強度。海帶養殖后期(2018年4月12日~5月9日)，在2個養殖海區各投放1臺ADCP(Nortek, Aquadopp Profiler 1 MHz, 挪威)測定養殖區剖面海流，測定1個潮周期。

1.3 樣品分析與測定

1.3.1 海帶垂直投影面積測定 本研究建立了海帶垂直投影面積計算方法，將每棵海帶樣品平鋪于1.5 m×1.5 m的白板上，用相機在白板中心上方約2.5 m處垂直向下拍照，使用Adobe Photoshop CS6軟件進行圖片分析，計算海帶的垂直投影面積。

1.3.2 海帶含水率與碳、氮含量測定 在70℃條件下，使用電熱鼓風干燥箱將海帶樣品烘干至恒重，使用電子天平稱量干重。使用研磨機將海帶研磨成粉末，密封保存，并使用元素分析儀(Elementer Vario EL Ⅲ)分析其碳、氮含量。

1.4 數據處理與分析

1.4.1 特定生長率 本實驗分5個階段計算海帶特定生長率(Specific growth rate, SGR, %/d)，2017年12月20日~2018年1月19日、2018年1月19日~ 3月2日、2018年3月2日~4月12日、2018年4月12日~26日和2017年12月20日~2018年4月26日的SGR分別記為SGR、SGR、SGR、SGR、SGR。特定生長率計算如下：

式中，W為階段海帶末重(g)，W為階段海帶初重(g)，為階段養殖天數。

1.4.2 單位面積內海帶垂直投影面積與養殖海區面積比()

1.4.3 海帶平均厚度 定義海帶體積與海帶垂直投影面積的比為海帶平均厚度：

式中，為海帶厚度(cm)，為海帶濕重(g)，以排水法測定的為海帶密度(g/cm3)，為海帶垂直投影面積(cm2)。標準化養殖海帶厚度與傳統養殖海帶厚度差異百分比()為：

式中，為海帶厚度差異百分比(%)，標準化為標準化養殖模式下的海帶厚度(cm)，傳統為傳統養殖模式下的海帶厚度(cm)。

1.4.4 數據統計與分析 使用Excel 2010軟件對海帶垂直投影面積與濕重關系進行曲線擬合，將2018年2月8日~4月11日標準化養殖區與傳統養殖區每天的光照強度進行累計，分別對3個測量點的日累計光照強度取均數做折線圖進行比較。使用SPSS進行統計分析，其中，標準化養殖模式與傳統養殖模式海帶長、寬、濕重、投影面積、含水率、碳含量、氮含量、光照強度差異使用獨立樣本檢驗進行差異顯著性分析；海帶垂直投影面積與濕重關系使用回歸分析進行曲線估計。

2 結果

2.1 特定生長率

從整個過程來看，與傳統養殖模式的海帶相比，標準化養殖模式海帶的生長指標多數較高(表1)。至2018年4月12日，標準化與傳統養殖模式下海帶的長、寬和濕重均差異顯著(<0.05)，至2018年4月26日，雖然2種養殖模式海帶生長差異減小，但標準化養殖海帶的各項生長指標仍大于傳統養殖模式。

標準化養殖模式下的SGR和SGR高于傳統養殖模式，傳統養殖模式下的SGR和SGR高于標準化養殖模式。從整個養殖周期來看，標準化養殖模式的SGR略高于傳統養殖模式(表2)。

2.2 垂直投影面積

2種養殖模式的海帶垂直投影面積變化趨勢與生長指標相似，到2018年4月12日，標準化與傳統養殖模式下的垂直投影面積差異顯著(<0.05)，實驗結束時，標準化養殖模式的海帶垂直投影面積仍然較大(表1)。

表1 標準化與傳統養殖模式下海帶長、寬、濕重和垂直投影面積(平均值±標準差)

Tab.1 Length, width, wet weight, vertical projection area of kelp under standard and traditional long line culture (Mean±SD)

注：不同字母表示相同時間標準化養殖模式與傳統養殖模式的相應指標存在顯著性差異(<0.05)。下同

Note: Data with different letters were significantly different between standard and traditional modes at the same time (<0.05). The same as below

在標準化和傳統養殖模式下，海帶垂直投影面積與濕重均呈現顯著的線性關系(標準化：2=0.95,<0.01; 傳統：2=0.95，<0.01; 圖1)。由公式(2)可得，至2018年4月26日，傳統養殖模式下單位養殖面積內海帶垂直投影總面積是養殖海區面積的9.15倍，標準化養殖模式下的海帶投影總面積是養殖海區面積的6.33倍，傳統養殖模式下的海帶垂直投影總面積顯著高于標準化養殖模式(<0.05)。

表2 標準化和傳統養殖模式不同生長階段海帶的特定生長率(%/d)

Tab.2 Comparison of specific growth rate (SGR, %/d) of kelp at different stages between standard and traditional long line culture

注：表中SGR為2017年12月20日~2018年4月26日期間(整個實驗期)的特定生長率。SGR為2017年12月20日~2018年1月19日期間的特定生長率，SGR為2018年1月19日~3月2日期間的特定生長率，SGR為2018年3月2日~4月12日期間的特定生長率，SGR為2018年4月12日~26日期間的特定生長率

Note: SGRstands for the specific growth rate (SGR) of 2017.12.20~2018.4.26. SGRstands for the SGR of 2017.12.20~2018.1.19. SGRstands for the SGR of 2018.1.19~3.2. SGRstands for the SGR of 2018.3.2~4.12. SGRstands for the SGR of 2018.4.12~26

圖1 標準化養殖模式下的海帶濕重與垂直投影面積的線性回歸關系

圖2 傳統養殖模式下的海帶濕重與垂直投影面積的線性回歸關系

2.3 藻體成分組成

2.3.1 水分 2018年1月19日和3月2日，標準化養殖模式下的海帶含水率分別為91.9%和89.1%，傳統養殖模式下分別為93.3%和90.4%；2018年4月12日和4月26日，標準化養殖模式下的海帶含水率分別為89.6%和89.6%，傳統養殖模式下分別為89.3%和88.5%。養殖前期，傳統養殖模式的海帶含水率略高，而養殖后期，標準化養殖模式的海帶含水率略高，但不同時期2種模式養殖海帶的含水率差異均不顯著(>0.05)。

2.3.2 碳、氮和蛋白質含量 從表3可以看出，2018年3月2日標準化養殖模式海帶氮和蛋白質含量略低于傳統養殖模式，其他采樣時間，標準化養殖模式海帶的氮和蛋白質含量均略高于傳統養殖模式，至4月26日，標準化養殖模式海帶的氮和蛋白質含量比傳統養殖模式高16.1% (<0.05)。

2.4 光照強度

在2個養殖海區的3個照度計監測的約12000個光照強度數據中，標準化養殖海區有354個數據超過8000 lx，211個數據超過10000 lx，105個數據超過12000 lx，55個數據超過14000 lx，只有1個數據超過22000 lx；而在傳統養殖海區僅有5個數據超過8000 lx，1個數據超過14000 lx。從圖3可以看出，標準化養殖海區日累計光照強度明顯大于傳統養殖模式。在整個監測時段內，標準化養殖海區3個照度計平均日累計光照強度總和為4422370 lx，傳統養殖海區3個照度計平均日累計光照強度總和僅為2146402 lx，相差1倍以上。

表3 標準化和傳統養殖模式不同生長階段海帶的碳、氮和蛋白質含量(%)(平均值±標準差)

Tab.3 Carbon, nitrogen and protein contents in kelp at different stages under standard and traditional long line culture (%) (Mean±SD)

圖3 標準化與傳統養殖模式日累計光照強度

2.5 海流流速

原計劃測定2個養殖海區同一潮周期的海流流速，由于儀器故障所獲數據僅能比較大潮期4 d (4月26~29日)的海流流速。結果顯示，標準化養殖海區海帶所處水層海流平均流速為13.8 cm/s，而傳統養殖海區為11.5 cm/s，標準化養殖海區比傳統養殖海區快20.0% (圖4)。從圖5可以看出，傳統養殖海區海流流速多處于0.4 m/s以內，而標準化養殖海區海流流速在0.2~0.6 m/s范圍內，出現頻率明顯高于傳統養殖海區。

圖4 不同養殖模式海帶所處水層的海流流速

圖5 不同養殖模式海帶所處水層的海流流速分布

3 討論

3.1 不同養殖模式海帶生長差異原因分析

研究表明，影響海帶生長的因素較多，諸多因素中溫度、光照、營養鹽、海流流速等與海帶的生長關系尤為密切(吳榮軍等, 2009)。海帶生長最適溫度為10℃~20℃，溫度低于10℃或高于20℃時，海帶生長滯緩(張起信, 1994)。桑溝灣灣口溫度低于灣內溫度，春季表層平均水溫為14.76℃，夏季為24.02℃，秋季為17.90℃，冬季為5.61℃(劉慧, 2002)，秋、冬和春季是海帶生長的主要時期，除冬季水溫偏低外，其余時段均處于海帶的生長期，且溫度的差異不是影響海帶產量的決定性因素(李愛杰等, 1986)。為減少溫度差異對研究結果的影響，本研究標準化養殖海區與傳統養殖海區相鄰約50 m，2個區域海帶所處水層的溫度無顯著差異。因此，溫度不是導致本研究2種養殖模式海帶產生生長差異的原因。

光照強度可影響海帶的生長，處于厚成期、成熟期、衰老期的海帶光照強度控制在14000~22000 lx之間最為適宜(張起信, 1994)，特別是在厚成期，海帶對光照的需求較大。但是，過高的光照強度也會對大型藻類生長產生脅迫作用，造成生長減緩(張清芳等, 2017; 梁洲瑞等, 2011)。本研究中，在養殖中后期，經2個多月光照強度監測發現，海帶養殖水層光照強度極少超過22000 lx，不存在強光脅迫的問題。而光照強度不足卻是傳統養殖模式存在的明顯問題，該模式中海帶所處水層的光照強度很少超過8000 lx。經過對海帶垂直投影面積測算，海帶垂直投影總面積與筏架面積的比例越大，說明海帶重疊面積越大，海帶相互遮擋陽光越嚴重。本研究光照強度測量數據顯示，標準化養殖模式下的海帶所處水層的光照強度遠遠高于傳統養殖模式，且從2種養殖模式下總投影面積與筏架總面積的比例關系對比中可知，傳統養殖與標準化養殖中海帶接受光照強度的差異是導致其生長出現顯著差異的重要因素。

以N、P、Si、Fe、Mn為重要限制元素的營養鹽是限制海帶生長的重要因素(劉慧, 2002)，充足的營養鹽等生源要素是保障大型藻類生長的必要條件，在營養鹽限制的條件下，其更新速度或者說海流流速可能會對海帶生長產生重要影響(張定民等, 1986)。從海流數據可以看出，2種養殖模式的養殖海帶所處水層海流流速存在明顯差異，傳統養殖區營養鹽更新要比標準化養殖區慢。另外，海流流速決定了海帶在水層中所處的位置及方向，較快的流速可以使海帶處于較淺水層，并處于平鋪狀態，能夠較好地接受光照。本研究結果與張定民等(1986)的研究結果相似，該研究發現，海流流速53 cm/s(監測點的最大流速)是海帶生長的最佳流速，當流速小于53 cm/s時，海帶生長速度隨著流速減小而降低。本研究中，標準化養殖海區海帶所處水層最大海流流速均在65 cm/s以內，而傳統養殖模式海區海帶所處水層最大海流流速均在45 cm/s以內。因此，不同養殖模式海帶所處水層的海流流速差異也是造成海帶生長差別的重要因素。

3.2 標準化海帶養殖模式優勢分析

本研究通過測量對比筏式養殖海帶標準化養殖模式與傳統養殖模式生長參數(長、寬、平均厚度、濕重等)發現，標準化養殖模式的海帶特定生長率略高于傳統養殖模式，實驗結束時，標準化養殖海區海帶規格顯著高于傳統養殖模式海區，且從含水率可以看出，實驗結束時，標準化養殖模式海帶成熟度不如傳統養殖模式，前者具有更長的生長期，收獲時的規格更大。從碳、氮組成來看，標準化養殖模式下的海帶碳、氮元素的含量均高于傳統養殖模式，說明標準化養殖模式下的海帶蛋白質含量顯著提高，海帶品質提高。因此，與常規養殖方式相比，標準化養殖區海帶的養殖密度降低了30%以上，單位養殖海區耗費的養殖物資顯著降低，同時，降低了勞動力投入和成本；養殖的海帶產品品質顯著提高，干海帶產品價格要比傳統養殖模式下的干海帶平均價格高，綜合以上因素，標準化養殖模式所帶來的綜合經濟效益顯著提高。

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Analysis on the Advantages of Standard Kelp Long Line Culture in Sanggou Bay

FANG Jinghui1①, JIANG Zengjie1, LIN Fan1, GAO Yaping1, FANG Jianguang1, ZHANG Peng2,GUO Zhili2, DU Meirong1, MENG Shan1,3

(1. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs; Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071;2. Marine College, Shandong University (Weihai), Weihai 264209; 3. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306)

In the 1990s, kelp () aquaculture was over capacity in Sanggou Bay; however, the area used for kelp aquaculture has almost doubled since then. Consequently, the levels and proportion of nutrients has changed since the end of last century. In order to address this problem, we previously established standard long line culture to reduce kelp density. After two years, profit had increased significantly; however, the reasons why kelp growth improved in the standard long line culture area compared to the traditional area remained unknown. This study was carried out to elucidate the advantages of standard kelp long line culture in Sanggou Bay. There were two 40 hm2experimental areas: a standard kelp long line culture area and a traditional long line culture area. The distance between the two areas was approximately 50 m. The growth and composition of kelp, light density, and current in both areas were measured throughout the experiment. The length, width, average thickness, wet weight, projected area, and specific growth rate of kelp were higher in the standard long line culture area than in the traditional long line culture area, with kelp weight significantly higher in the standard area. The carbon, nitrogen, and protein content of the kelp in the standard long line culture area was significantly higher than that in the traditional culture area, and the quality of the kelp product was greatly improved. During the later stages of cultivation, the ratio of the sum of the projection area of cultured kelp in the standard culture area to the corresponding cultured sea area was 6.33, while that of the traditional area was 9.15. The light density of the water layer beneath the kelp in the standard area was significantly higher than that in the traditional area, and the current speed was also higher in the standard area than in the traditional culture area. Our results showed that kelp overlap decreased in the standard area and that total light density was higher in the standard area than in the traditional area. Moreover, the increased current in the standard area carried more nutrients to the kelp. These may be the factors resulting in differences between the two methods of kelp culture.

; Standard aquaculture; Carrying capacity; Growth; Sanggou Bay

FANG Jinghui, E-mail: hui861@163.com

S917.3

A

2095-9869(2020)05-0016-07

10.19663/j.issn2095-9869.20190625001

http://www.yykxjz.cn/

房景輝, 蔣增杰, 藺凡, 高亞平, 方建光, 張鵬, 郭智俐, 杜美榮, 孟珊. 桑溝灣海帶標準化養殖模式的優勢探析. 漁業科學進展, 2020, 41(5): 134–140

Fang JH, Jiang ZJ, Lin F, Gao YP, Fang JG, Zhang P, Guo ZL, Du MR, Meng S. Analysis on the advantages of standard kelp long line culture in Sanggou Bay. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(5): 134–140

* 十三五“藍色糧倉科技創新”國家重點研發計劃項目(2019YFD0900803)、國家自然科學基金面上項目(41876185)、國家貝類產業技術體系養殖容量評估與管理崗位(CARS-49)和科技部政府間國際科技創新合作重點專項(2017YFE0118300)共同資助 [This work was supported by National Key R&D Program of China (2019YFD0900803), General Program of National Natural Science Foundation of China (41876185), Capacity Evaluation and Management Post of National Shellfish Industry Technology System (CARS-49), and Key Project of International Science and Technology Innovation Cooperation Among Governments of the Ministry of Science and Technology (2017YFE0118300)].

房景輝，副研究員，E-mail: hui861@163.com

2019-06-25,

2019-07-13

(編輯 馮小花)