摘 要：根据济宁市水产养殖发展现状，采用耕水机械和传统的增氧机械配合使用的模式，在具有代表性的任城区进行了对比试验示范。结果表明：该模式可以实现清洁水质和增氧的双重功效，从而达到优化水质、健康养殖、低碳节能的技术要求和构建适宜水体的技术效果，为济宁市水产养殖业快速向资源节约、环境友好、质量安全、效益良好的现代渔业发展奠定了坚实基础。
关键词：耕水机械；增氧机械；健康养殖；优化水质；节能；效益
中图分类号：S969.38 文献标志码：A 论文编号：2013-0579
The Experiment， Demonstration and Promotion of Hydroponic Cultivation
Mechanization Skill in Ji’ning City
Shao Changmin1， Qi Zicheng2， Li Guoqiang1， Chen Kun1
（1Agricultural Machinery Bureau of Rencheng District in Ji’ning City， Ji’ning 272000， Shandong， China；
2Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences， Ji’nan 250100， Shandong， China）
Abstract： According to the development status of Jining’s aquaculture， the author made a contrast experiment and demonstration by making use of the mode of hydroponic machinery and the traditional ventilated machinery used in conjunction in representative Rencheng. The results showed that： the mode could achieve the double effect of clean water and aeration， so as to optimize water quality， healthy farming， low-carbon energy technologies and the technical effect of building the appropriate water， it had laid a solid foundation for Jining’s aquaculture rapidly moving toward a resource-saving environment friendly， quality and safety， good benefits of modern fisheries development.
Key words： Hydroponic Machinery； Ventilated Machinery； Healthy Farming； Optimizing Water Quality； Energy Saving； Effectiveness
0 引言
随着中国对高密度集约化水产养殖及相应的机械增氧技术的引进，中国水产养殖产量已占世界水产养殖总量的70%，水产品出口已居中国农产品出口的首位[1-3]。水产养殖在山东省既是特色产业，又是发展现代农业的重要内容。近年来，随着农业产业结构的不断优化和调整，水产养殖业在山东整个农业生产中的地位在逐渐增强，淡水养殖主要集中在内地湖泊和塘坝，特别是在微山湖一带，一直是水产养殖的主要产业，仅济宁市任城区水产养殖面积就达到2.7×103 hm2，年产值达到3亿元以上。但是，驱动水产养殖产量增长的高密度养殖技术所产生的高浓度有机污染，使水质不断恶化，底泥坏死，生态链断裂，形成恶性循环，水体的生产能力下降甚至消失，大大阻碍了水产养殖业的进一步发展，已经成为制约山东省各地淡水养殖的关键因素，因此，在该地区开展耕水养殖机械化技术试验与推广，对促进本地区水产养殖业的持续健康发展具有非常重要的意义。
关于高密度集约化养殖对水质的影响，国内外已有很多学者和机构给予大量研究。丁翔文等[4-13]研究发现，大量未食饲料、粪便及所含的营养物对水质产生富营养化影响；吴庆龙等[14]研究了大面积网箱养殖对水体的影响，发现养鱼区的TN、NH4+-N、TP、PO43--P、CODcr、BOD5等含量比区外高很多。因此，通过试验示范与推广，改善养殖水体水质，走一条健康、绿色、低碳、可持续发展的生态养殖道路，解决济宁市养殖水质差，阻碍水产养殖快速发展的关键难题，为山东省目前淡水产养殖业可持续发展提供借签和参考依据。
本试验示范是在山东省和济宁市政府财政资金的支持和省市区各级农机推广部门的技术引导下，结合山东淡水养殖的区域特点，自2011年起在济宁市任城区的石桥镇罗厂村、辛店村、仙庄等地进行了采用耕水机械和传统的增氧机械配合使用模式的试验示范，以期可以有效提高鱼虾幼苗成活率，使其生长速度快，品质好，而且省电、省药、省饵料，实现清洁水质和增氧的双重功效，安全绿色环保低碳，节本增效显著，体现现代农业的发展理念。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
2011年2月—2012年2月，山东省济宁市任城区农机局与任城区水产局联合进行了采用耕水机和传统增氧机配合使用模式的试验，试验池和对比池选在辖区内石桥镇微山湖畔的水产养殖场内，水深2～2.5 m，面积10～15 hm2，水质符合《无公害食品养殖淡水养殖标准》。
1.2 研究区概况
济宁，位于山东省的西南部，洼地面积1780 km2，占总面积的16.7%；湖泊面积1568.2 km2，占总面积的14.7%；中部有南四湖（微山湖、南阳湖、昭阳湖、独山湖的总称）贯穿南北。济宁市天然水资源和鱼类资源丰富，天然水资源总量水平年为55亿m3，每平方公里为4.45×105 m3；共有淡水鱼类8目15科55属82种。其中，鲤鱼、鲫鱼、中南鱼、罗非鱼为济宁市的四大经济鱼类，另外还有虾蟹类和贝类等。这些鱼虾蟹贝类最主要的分布区是微山湖。任城区位于南四湖北端，环围济宁市中区，区内地势平坦，土质肥沃，河流纵横，湖泊遍布，闻名遐迩的京杭大运河穿境而过。任城是北方淡水资源富集区，北湖、京杭大运河、古运河、光府河、洙赵新河为天然水源，水面9133.33 hm2，占总面积的10%。农、林、牧、渔四业增加值比例为61：3：28：8，林牧渔业增加值占农业增加值的比重达到38.3%[5]。
随着济宁市农业产业结构的不断优化和调整，水产养殖业在整个农业生产中的地位在逐渐增强，近年来任城区以发展特色农业、市场农业为方向，以增加农民收入为核心，围绕培植优质粮、蔬菜、甜叶菊、花卉苗木、畜牧、水产等主导产业，大力调整种养结构。水产养殖面积和水产品产量增长迅速，集养殖、垂钓、餐饮、旅游为一体的休闲渔业长足发展。渔业生产大幅增长，全区水产养殖面积6.3×103 km2，比上年增长15%；水产品总量3.4×104 t，增长47.8%。据统计，2011年全区水产养殖面积达到2.7×103 km2，年产值达到3亿元以上。但是一直以来，忽略了对养殖水体的清洁养护，底层水不能与表层水进行置换和循环，水底缺氧，污染物沉积，水质不断恶化，底泥坏死，生态链断裂，形成恶性循环，水体的生产能力下降甚至消失，大大阻碍了该地区水产养殖业的进一步发展。因此，在该地区进行耕水机械和传统的增氧机械配合使用模式的试验示范，辐射周边地区并进行逐步推广，像农具耕作呵护土壤一样，对养殖水体进行“耕作养护”，把“死水”变成“活水”，清洁优化水质，从根本上提高水产品的品质，保障城乡居民饮食安全，具有十分重要的意义。
1.3 技术原理
耕水，顾名思义，就是对养殖水体进行“耕耘”搅拌，耕水机的犁片在电机的带动下，驱动水塘的底层水向上提升，由表面中心向四周缓慢推开，然后下降回流到水塘底部，再上升到水塘表面，由此上、下层水形成一个大范围的环流回路，整个水塘变过去的“死水”为活水。在循环过程中，上升到表面的底层水通过与阳光曝晒和空气接触，利用大自然的光能风能，加速分解提升到表面的水底亚硝酸盐和有机沉淀物，从而达到净化水质的目的；同时，经过净化和“吸入”大量氧气的表层富氧水，从外围回流到水塘底部，实现了池塘溶氧和气温均匀分布，抑制厌氧菌而促进异养菌生长发育。水塘上、下水层通过长时间的循环对流，最终形成了一个水质清洁、溶氧水温和酸碱度上下均匀的、适宜鱼虾等水产物生长的水体环境，是传统“流水不腐”这一净水理念的现代体现[6-9，11-12，15-16]。
1.4 试验方法
1.4.1 试验设计 为探索总结适宜的水质优化技术模式和技术规程，在项目进行中，课题组对实用耕水机的试点水塘和单纯使用增氧机的传统养殖水塘开展了试验对比研究，对比试验水塘选在任城区石桥镇辛店村渔业养殖专业户赵传华养殖场内[10]。
试验分3组：第1组增氧效果试验，试点水塘仅使用耕水机，测定耕水机增氧效果；第2组垂直分布试验，测定溶氧、水温上下分布均匀效果；第3组水质优化试验，试点水塘使用耕水机和增氧机，与单纯使用增氧机的传统水塘，对比验证水质清洁优化效果。
1.4.2 试验条件 耕水机采用珠海耕水环保清洁有限公司生产的风光牌耕水机，增氧机采用750 W叶轮式增氧机。
2 结果与分析
2.1 耕水机增氧能力试验
试验按照《增氧机增氧能力的试验方法》进行。主要测量仪器为溶氧仪，试验样机为60 W和90 W的耕水机。数据记录见表1。
由表1可知，耕水机在不同的配套功率、不同的耕板尺寸和不同的转速下，它的增氧能力几乎没有变化，测试结果都为0.11 kgO2/h，仅为叶轮式增氧机的2%，增氧效果较弱。测试现场观察，耕水机工作时，产生显著的水体环流和上下水层交换现象，功率大小不同的耕水机增氧效果是一样的，数据结果都为0.11 kgO2/h，增氧效果弱。但是，耕水机工作时，产生显著水体环流和上下水层交换现象。
2.2 溶氧水温上下分布试验
该试验通过测试耕水机运转时上下水层的溶解氧和水温变化，以检验耕水机的水体搅拌能力。测试水塘为长方形，面积5 hm2，深度2 m，将1台功率60 W的耕水机置于水塘中央，在塘中上下水层各设5个观测点，其中4组在水塘对角线上距岸8 m处，中间1组距耕水机5 m处，上层测试点在水下10 cm，下层测试点在水下180 m，取10个测试点的溶氧和温度，计算均匀度。数据见表2。
由表2可知，在16：10对应时间段内，开机前上下水层温差平均值为2.3℃，开机第2天为0.4℃，第3天为0.2℃，开机24 h后，水温均匀度达到97.8%；同样，在16：10对应时段内，开机前，上下层溶氧差平均值为6.74 mg/L，第2天为0.26 mg/L，第3天为0.78 mg/L，开机24 h后，水塘溶氧均匀度已达到97.5%。水温和溶氧均匀度测试结果表明，耕水机具有良好活水搅拌能力，水质均匀稳定。
2.3 水质优化试验
该实验采用2台750 W叶轮增氧机和1台60 W耕水机，分别运转进行水质基本参数测试和分析比较。数据见表3。
由表3可知，耕水机运行时，养殖水体的BOD和COD分别降低了26.7%和27.3%，浮游物质、氮、磷、铁、锰分别降低了85%、38%、58%、67%，pH值提升了0.5，透视度增加了1倍，浊度和色度降低了近50%，电耗仅为1/60。表明，耕水机与传统增氧机相比，具有水质改善功效，节能效果显著。
上述对比试验和材料分析表明：耕水机使用得当，运行一定时间后，具有均匀分布溶氧水温和酸碱度、清洁水质的效果，并有一定增氧效果，为水产养殖物构建了优良的水质环境，为提高水产品品质和产量提供了可靠基础。
2.4 应用效益
1年来，通过耕水机和传统增氧机的配合使用，效益数据分别为：应用耕水机水质优化技术节约电力30.5%，节约饵料13.2%，节约农药20.7%，每公顷每年分别节约电力1143元、节约饵料2772元，节约农药435元，合计每公顷每年节约养殖成本4450元；水产养殖产量提高15.6%，产值提高21.4%，每公顷每年平均争创效益3852元，每公顷每年增收节支效益合计达到8302元。
2.5 技术模式和技术规程
2.5.1 技术模式 通过在实践中的探索、试验、总结，课题组形成了科学有效的机械化水质优化模式：耕水机+增氧机配合使用，实现优化水质和增氧的双重效果。即：根据养殖物品种和天气变化引起的对溶氧需要的不同，耕水机械和传统的增氧机械配合使用，实现清洁水质和增氧的双重效果，从而达到优化水质、构建适宜水体的技术效果，为水产养殖业提升综合效益，奠定坚实基础。
2.5.2 技术规程 （1）水塘机械配置，1台耕水机适宜运行面积0.6 hm2、水深1.6 m左右。因功率很小，只相当于1个日光灯的耗电，可以长时间运行，一般运转10天以后，水质明显清亮透明；（2）选定适宜机械并正确安装，本项目采用风光牌耕水机，该机主要结构浮体、电动机、减速器、耕板组成。浮体整机漂浮支撑在水面。依动力分为25、40、60、90 W不等，通过减速器使电机转速降低，增大扭矩，带动耕板以4～6 r/min的转速旋转，安装要注意浮体绳索的可靠固定，和漏电保护器的有效性；（3）水产物生长初期，晴朗天气可单独使用耕水机；生长中期，白天晴朗天气情况下，耕水机可以替代增氧机械，午夜至凌晨，需开增氧机械；生长后期和阴雨天气，耕水机和增氧机械应并行运转；（4）因功率很小，只相当于1个日光灯的耗电，可以长时间运转运行，一般10天以后，水质明显清亮透明；（5）耕水机适宜水深在1～2 m的水塘使用，优化效果随水深的加大而变弱，对深度3 m左右的水体，尤其立体养殖的水体，效果较弱。
3 结论与讨论
3.1 耕水机增氧功能微弱
耕水机增氧能力测试结果表明，耕水机的增氧能力仅为增氧机的2%，增氧能力微弱。因此，耕水机不能作为单独的水产养殖增氧机具使用，尤其在水产养殖物生长旺盛的季节，及缺氧的阴雨天气。
3.2 耕水机具有优良的水体搅拌均匀能力
耕水机上下温度溶氧分布试验结果表明，耕水机的运行使整个水塘表层与底层的温度、溶氧基本趋于一致，消除了上下分布的不均匀性，直接改善养殖水塘的温度、溶氧和水质，打破了水体上下分层的现象，实现了表层水和底层水的充分交换。
3.3 耕水机具有一定的改善水质的效果
从耕水机水质改善实例分析，耕水机运行时推升底层水到表面，通过日光曝晒、接触空气，杀灭了有害微生物，分解释放了有害气体，提高了水温，增加了水的溶氧量，有利于提升和稳定水质，有利于构建水塘底部良好的微生物生长环境，促进异养菌繁殖，加快有害物质的氧化分解，修复水体正常机能，从而大大有利于水产养殖物的发育生长。
3.4 耕水机和增氧机配合使用，可以取得良好的经济效益和生态效益
通过1年的试验总结表明，耕水机和传统增氧机的配合使用，可以有效节约成本、提高养殖品的产量及改善品质，综合经济效益试验塘每公顷当年提高了8302元。
3.5 严格按照技术规程使用耕水机
耕水机是新型的水产养殖机械，在使用中要特别注意水产养殖物的生长季节、天气阴晴、养殖水情等情况，适时开闭机具，避免带来不必要的损失。
耕水机淡水养殖技术近年来，在济宁市任城区获得广泛应用，使用面积达到100 hm2，取得了良好的经济和生态效益，受到广大水产养殖专业户的欢迎。在今后的农机推广工作中，紧紧抓住耕水机、增氧机和吸泥船等水产清洁环保机械纳入国家农机购置补贴的有利形势，大力发展淡水优化技术，加快水产养殖业向低碳、安全、生态、循环的现代农业方向迈进。
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