摘要：网箱养殖生态学是水产养殖生态学的重要分支，是研究网箱养殖生物及养殖活动与养殖水体环境相护作用关系、依据当地环境状况为养殖设施建设及养殖活动管理提供理论指导的科学。本文简述了网箱养殖活动的历史沿革，重点介绍了网箱养殖生态学在养殖水环境管理、养殖容量评估和深远海养殖领域的研究进展。在此基础上，对网箱养殖生态学的未来研究方向进行了展望，以期为水产养殖活动的相关研究提供参考。
关键词：网箱养殖,生态学,水环境管理,养殖容量,深远海养殖
中国是水产养殖大国，2016年水产养殖产量已达5142万t，较2015年增长约4.14%[1]，占世界水产养殖产量的46.62%。中国人均水产品占有量为37.19kg，超过世界人均占有量的一倍，为我国人民提供了约1/3的动物蛋白。以水产养殖为主体的我国水产业在确保中国食物安全、丰富居民菜篮子、改善居民的食品质量等方面都做出了重要贡献[2]。网箱养殖是进行水产养殖活动的重要形式之一。
我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界人均水平的1/4。据专家预测，至2030年我国人口接近峰值时，水产品的年产量还需增加约1000万t以满足增加的1.6亿人口的需求[3]，但从国家水安全战略考虑，未来30年我国农业用水只能维持零增长或负增长。由于淡水资源短缺的限制，我国的淡水网箱养殖呈逐渐萎缩的趋势，2016年我国淡水网箱养殖产量约136万t，较2015年缩减了1.5%。
因此，不占用耕地、不依赖淡水资源消耗的网箱养殖将在水产养殖活动中发挥越来越重要的作用。近年来我国的网箱养殖业的发展也面临严峻的挑战。布局不合理、养殖密度过大、大量使用鲜杂鱼投喂等不合理的养殖管理措施导致的一系列诸如水体富营养化、底质退化、病害频发等现象层出不穷，严重制约了我国水产养殖业的可持续发展[4];我国的网箱养殖活动亟待科学理论体系的指导。网箱养殖生态学应运而生，对该学科的研究旨在为网箱养殖活动的健康可持续发展奠定生态学基础，助力我国由水产养殖大国向水产养殖强国的转变。
1网箱养殖活动与网箱养殖生态学
1.1网箱养殖的发展历史
有关古代网箱养殖的记录最早见于我国宋代，周密的《癸辛杂识》中记载“至家，用大布兜于广水中，以竹挂其四角布之，四边出水面尺余，尽宗鱼苗于布兜中。其鱼苗时见，风波激动则为阵，顺水旋转游戏焉。养一日、半月，不觉渐大而货之。”文中的“大布兜”即为密眼网衣，“广水”就是大水面，将鱼苗置于布兜内培养待其长大后出售，实际上就是我国古代网箱培育鱼苗的最早记录。1876年Kopsck在《江西的养鱼业》一文中，也记录了我国九江地区使用密眼网箱养殖鱼苗的场景[5]。
然而，我国古代的网箱养殖模式多为季节性暂养，养殖对象也以鱼苗为主，未培育至食用规格，与现代网箱养殖模式相比，虽形式相近，但作用不同，其技术传播范围亦相当有限，对世界水产业的影响也不尽相同;因此，出现于我国古代长江流域的“网箱养鱼苗”活动不能作为现代网箱养殖模式的真正起源。国外学者普遍认为，现代网箱养鱼起源于19世纪末的柬埔寨等东南亚国家，后传往世界各地[6]。
我国于1973年引入现代网箱养殖技术，利用水库等淡水水体进行鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aris-tichthysnobilis)等鱼类网箱养殖试验，成功利用开阔水域的天然浮游生物饵料将鱼体培育至商品规格[7];1970年代中期，我国开始进行海水网箱养鱼的尝试，经多年试点与推广，至1980年代末，我国东海沿岸地区的开阔水域网箱养殖已具备较大规模[8]。
虽然网箱养殖具备机动性强、见效快的特点，但其容量有限，抗风浪能力弱，仅适用于在水流平缓的水库、湖泊和近岸地区开展养殖活动。1960年代，日本即开始了科技含量更高的抗风浪深水网箱养殖模式的探索[9]。目前，已有二十余个国家和地区已经开展了深远海养殖，衍生出全浮式重力网箱、蝶形网箱、全潜式网箱等多种形式，创造了良好的经济效益[10]。我国自1998年从挪威引进全浮式重力网箱，成为我国深水网箱养殖的开端，并在极短的时间内实现国产化，如今经过30年发展，取得了巨大的成效[11]。
2016年，我国海水网箱养殖产量已达62万t，较2015年增加4.67%;其中普通网箱养殖产量约50万t，深水网箱产量约12万t，分别较2015年增加8.14%与12.83%，显示出海水网箱养殖尤其是深水网箱养殖的巨大潜力。2017年5月，由挪威设计研发、中船重工武船集团承制世界上首座深海半潜式智能网箱“海洋渔场”竣工，7月交付使用，开启了深远海海区进行大规模网箱养殖活动的先河。
我国紧随其后，2018年5月4日，由我国自主研发的世界最大、我国首座全潜式大型网箱“深蓝1号”建成下水，7月2日正式放鱼投入使用，标志着我国深远海养殖产业的发展已达到世界先进水平。
1.2网箱养殖生态学的定义与研究范畴
网箱养殖生态学属应用生态学范畴，是水产养殖生态学的重要分支，是生态学原理在网箱养殖中的应用，是研究网箱养殖生物及养殖活动与养殖水体环境相护作用关系、依据当地环境状况为养殖设施建设及养殖活动管理提供理论指导的科学;其研究内容包括网箱养殖水体环境管理、养殖容量评估、深远海养殖等多个方面。其目标是为网箱养殖活动的健康、可持续发展，即保护养殖区生态环境、合理利用资源和提高经济效益，奠定生态学基础。
2网箱养殖生态学在养殖水环境管理中的研究进展
2.1网箱养殖活动对非生物环境的影响
2.1.1水文状况
网箱养殖多集中于海流流速慢、风浪较小的海湾、近岸等海域，大量的养殖设施对海水的流动形成了显著的阻碍作用，从而降低了海流的流速，甚至可能对局部区域的海流流向产生影响;水交换速率的降低会导致网箱养殖产生的废物长期在养殖区及周边海区滞留，同时养殖活动消耗的溶解氧得不到及时补充，阻碍了养殖活动的可持续发展[12]。
Grant等研究了我国桑沟湾海区养殖活动对当地水文条件的影响，发现由于养殖设施的减流作用，养殖区的流速较非养殖区低54%，养殖活动显著降低了当地的水交换速率，在进行养殖容量评估时，需充分考虑到流速减缓带来的影响[13]。网衣的减流也存在有利的一面。在流速较大的海区使用深水网箱养殖的过程中，适当降低流速有利于鱼体适应环境，能够保证养殖对象健康、快速生长[14]。
2.1.2水质状况
网箱养殖过程中将大量溶解态的氮、磷、碳等生源要素输入水体，同时养殖生物还将消耗大量氧气，对养殖区的水质产生影响。
2.1.2.1网箱养殖活动产生的氮元素排放
氮是生物体必须的元素，也是海洋生态系统的限制性元素之一。依据氮元素在水体中的存在形态，可将其分为溶解氮和颗粒氮;依据溶解氮的化学性质，又可分为以氨氮、亚硝氮和硝氮为代表的溶解无机氮和以尿素、游离氨基酸为代表的溶解有机氮;各个形态氮之间可相互转化。水体中适量的氮输入有助于提高养殖区的初级生产力和生物多样性，起到“施肥”的作用;但是水体中过量的溶解无机氮将增加水体富营养化和藻华发生的风险，过量的非离子氨也会对生物产生毒害作用。海水网箱养殖活动被认为是导致近岸水体氮含量上升的重要原因之一。
生物体代谢产生的氨氮和尿素等溶解态废物以及残饵和粪便等颗粒态废物沉降后的再悬浮过程都将大量氮元素输入水体。网箱养殖的氮排放量和排放形态与养殖种类、饵料的形态、饵料系数等因素密切相关。Pearson等统计分析了欧洲地区大西洋鲑养殖基地的氮排放情况，发现所投饵料中的氮有52%～95%最终进入水体，且这一数值随饵料系数的降低而降低[15]。
Husa等分析了挪威峡湾地区大西洋鲑养殖活动的氮排放情况后发现，在该地区，每生产1t大西洋鲑，就要向水体中排放11kg溶解无机氮[16]。网箱养殖排出的溶解氮对当地水质造成的影响与网箱养殖的规模、当地海区水文水质状况等因素息息相关。以大西洋鲑(Salmosalar)网箱养殖区为例，Tlusty等对取自加拿大纽芬兰省沿岸养殖区与非养殖区的水质进行了监测，发现二者氮营养盐含量不存在显著差异[17]。
Sowles等对美国缅因州蓝山湾的水质进行了调查，发现由于养殖活动的存在，湾内水体的氮营养盐含量较湾外有所高，但并未发现湾内水体初级生产力升高的迹象[18];Strain等研究了养殖活动对加拿大芬迪湾水质的影响，发现养殖活动显著增加了湾内水体的氮营养盐含量，存在极大的富营养化风险[19]。将网箱养殖活动选址于水交换效率高的海区，养殖过程中产生的废物将在短时间内被海流冲散、稀释，对当地水质产生的影响也较小;相反，位于海流速度缓慢的海湾地区的网箱产生的含氮废物将长时间滞留在湾内，增加水体富营养化和赤潮爆发的风险。
2.1.2.2网箱养殖活动产生的磷元素排放
尽管氮元素是大多数海洋生态系统最重要的限制性元素，在某些热带海域，初级生产力存在磷限制和氮磷双限制的现象;适量磷元素的输入有助于初级生产力提升，但随着磷元素的过量输入，富营养化风险也随之增加。水域生态系统中，磷以颗粒态及溶解态两种形式存在，生物体一般只利用溶解态的磷酸盐。与传统网箱养殖相比，深远海网箱养殖在增加鱼产量、减轻近海环境压力和提高深远海生物多样性等方面具有无与伦比的优越性：
(1)增加鱼产量，保障我国食物安全。依据国家海洋局2002年《中国海洋环境质量公报》：近岸海域外部界限平行向外20海里的海域为近海海域，近海海域外部界限向外一侧的全部我国管辖海域为远海海域。开展深远海养殖，打破了在近岸、海湾地区开展养殖活动的的空间限制，充分开发了原本难以用于养殖的广阔的深远海海区，实现了空间资源的充分利用;在利用深远海清洁海水产出高品质鱼类的同时，也带动了养殖装备研发与制造、冷链运输、饲料工业等多个相关产业发展，带来极佳的经济效益。
(2)减轻近海的环境压力。养殖活动的重心由近海向深远海倾斜，将有效缓解近岸尤其是水交换不畅的海湾地区水体的富营养化现状;同时缓和了近岸海区养殖活动和航运、观光旅游等其他用途的矛盾。
(3)向深远海施肥，有助于深远海生物多样性和鱼产力的提高。深远海海域营养要素贫乏，初级生产力低下，多为氮限制或氮磷双限制。养殖活动产生的残饵、粪便以及养殖生物的排泄物将大量生源要素输入水体;在当地海区生态系统的同化能力承受范围之内的生源要素输入将起到提高初级生产力的作用，有助于提高海区的生物多样性和野生鱼群数量，增加渔获产量。
3我国深远海养殖的研究方向
长期以来，我国的网箱养殖活动多局限于内陆湖泊、河流和近岸水域，多为劳动力密集型生产方式，人员成本高，自动化和智能化程度较低，面对台风、鱼病等突发事件反应被动，生产效率低下。借助包括自动投喂系统、鱼群实时监控系统、水文监测系统在内的智能养殖系统实现高度自动化和智能化的管理是规避风险、大幅提高产量的必由之路。深入养殖鱼种的生理生态学特征研究，为养殖活动提供理论依据，形成完整的养殖技术规范，实现科学管理，对于深远海养殖的健康、可持续发展同样具有现实意义。
4展望
我国是渔业大国，渔业为我国人民提供了1/3的优质蛋白质。以水产养殖为主体的我国水产业在确保我国食物安全、丰富居民菜篮子以及出口创汇等方面具有重要的经济和社会意义。与此同时，我国也是一个水资源极其短缺的国家。尽管我国农业需要在连续多年丰收的基础上继续增产，以满足2020年对6亿t粮食的需求，但从国家水安全战略考虑，未来30年我国农业用水只能维持零增长或负增长;加之国家坚守18亿亩耕地红线的决心，使我国内陆水域养殖业的发展受到越来越大的资源性制约。
因此，不占用耕地、不依赖大量淡水资源消耗的开阔水域网箱养殖尤其是深远海养殖是我国未来水产养殖业的大势所趋。网箱养殖生态学是为网箱养殖活动的健康、可持续发展提供理论基础和技术支持的一门学科，已在网箱养殖水环境管理、养殖容量评估和深远海养殖中扮演了重要的角色。我国目前的网箱养殖活动依旧存在集约化程度低、管理规范欠缺、亟待自动化和智能化等问题。深入进行网箱养殖生态学研究，践行生态文明理念，在保证可持续发展的前提下进一步提高产量和经济效益，对于助力我国由渔业大国向渔业强国的转变具有重大推动作用。
参考文献：
[1]《中国渔业统计年鉴》编辑委员会.中国渔业统计年鉴2017[M].北京：中国农业出版社，2017.ChinaFisheryStatisticalYearbookEditorialBoard.ChinaFisheryStatisticalYearbook2017[M].Beijing：ChinaAgriculturePress，2017.
[2]董双林.论我国水产养殖业生态集约化发展[J].中国渔业经济，2015，33(5)：4-9.DongSL.OnecologicalintensificationofaquaculturesystemsinChina[J].ChineseFisheriesEconomics，2015，33(5)：4-9.
[3]唐启升，丁晓明，刘世禄，等.我国水产养殖业绿色、可持续发展战略与任务[J].中国渔业经济，2014，32(1)：6-14.TangQS，DingXM，LiuSL，etal.StrategyandtaskforgreenandsustainabledevelopmentofChineseaquaculture[J].ChineseFisheriesEconomics，2014，32(1)：6-14.
[4]刘佳英，黄硕琳.我国网箱养殖存在的问题与对策[J].中国渔业经济，2006(5)：28-32;36.LiuGY，HuangSL.IncentiveandmanagementofChinesefishery[J].ChineseFisheriesEconomics，2006(5)：28-32;36.
相关期刊推荐：《中国渔业经济》杂志是在其理事会领导下的、由中国水产科学研究院、中国水产集团总公司等单位主办的、国内外公开发行的渔业经济类学术刊物，北大核心期刊(1996)、北大核心期刊(2008)收录期刊。
