水产养殖是农业的重要组成部分，是全球农业发展的主要力量。每年该行业都会有许多最新的技术与理论应用到实践生产中。养殖业的重要性不言而喻，该产业对环境的影响也引起了的广泛关注，目前有一些新颖的环境友好的科学养殖理论与体系较为流行，如鱼菜共生体系，虾瓜轮种体系，生态水文学理论，多营养级综合养殖系统等，这些养殖理论来自于实践，围绕着“资源利用最佳化、环境影响最小化、经济效益最大化”开展与完善，是针对产业可持续与环境友好的技术体系。该文主要围绕海水养殖体系中的多营养级综合养殖系统（IMTA）和淡水养殖体系的生态水文学理论（Ecohydrology），结合实际工作作一介绍。
1多营养级综合养殖系统
1.1定义
世界粮食农业组织（FAO）撰文《2020年全球渔业展望》指出：在未来20年，养殖业在发展中国家将全面增长，这些国家对鱼类和海产品的消费量将占世界消费总量的77%，其产量将占世界总产量的79%[1]。然而，养殖业在满足消费的同时，也给周边环境带来了不可忽视的污染。大规模的海水养殖，已引起了近岸海水水质的恶性变化[1]。目前公认的一个最好的解决方法就是开展多营养级综合养殖（IMTA），这一理论已在一些海水养殖实例中应用来减缓由于单一品种养殖引起的环境污染问题，并且增加了养殖产量和效益[1]。IMTA是基于多个物种形成的多营养级综合养殖系统。该系统将鱼类、浮游和底栖动物、海藻等物种适当混养，以利于把高营养级养殖物种排放的废弃物质转化成具有经济价值的低营养级养殖物种产品。这将会显著提高水产养殖的可持续性，具有潜在的生态、社会和环境效益[2]，其优点来自于各个营养级的不同养殖品种组成了一个基础食物链，通过水环境将营养和能量相互转化并充分利用。在该养殖系统中，主要养殖品种将伴随与它相邻营养级的品种的生长而生长，于是某一养殖品种的副产品（传统意义上为废弃物）被重新利用而成为另一品种的营养物（肥料、食物）。IMTA是实现了对养殖资源（饲料、空间、劳动量）的合理利用，达到了降低养殖对环境影响的一种可持续方法[1，3]。该理论的优势具体体现在以下几个方面。
1.2与混养的区别
IMTA系统是一种新兴的水产养殖模式，它和混养有一定的共同点，但并不相同：IMTA中包含的多个养殖品种是在一个系统中处于不同的营养级，而混养则不一定，它以经济效益来选择品种，有可能是相同营养级上的多个品种的混养，在这种情况下，系统内的养殖品种利用相同的资源，不会有互相促进的效果。
1.3IMTA
系统架构图1简单说明了IMTA系统中三大要素间如何互相促进，互相受益。当前，越来越多的研究，根据水体悬浮颗粒的大小和吸收能力来选择适合的养殖品种组建成复杂的综合养殖系统，达到上述系统的功能。
1.4IMTA的工作原理
传统的单养系统，养殖生物仅摄食部分人工投喂的饲料，相当部分都进入水体形成残饵。而被摄食的饲料也要有相当大部分用来维持新陈代谢，转化为废弃物通过鳃和肾等排泄到水中，固体有机废物则以粪便形式排放。大规模海水养殖，水体超负荷运载，使得残饵、粪便及排泄物等代谢废物在养殖区大量积累，导致水体中无机N、P等营养盐及耗氧有机物含量增加，加速了养殖水域的有机污染和富营养化[4]。因此，传统单养模式经营中产生了很多环境问题：水质变坏，水体富营养化，氧含量降低，病害肆虐等。在该养殖系统中，可以加入某些具有经济价值的海藻。海藻可以吸收转化动物养殖产生的“营养废水”，促进自身生长的同时可解决污染问题。在该系统中，还可加入更多的经济养殖品种，如软体动物、环节动物或棘皮动物等，来吸收消化系统中未被食用的饲料和鱼类固体排泄物。而养殖系统的经济效益也会进一步提升，环境污染则会进一步降低。
1.5构建理想的IMTA步骤
1.5.1了解养殖场所必须要先了解养殖地的特性，包括环境参数，如温度、盐度、pH值、含氧量和地表径流率等因素。除此之外，养殖品种对于当地环境的适应程度，环境变化导致养殖方法的微观调整等都是需要了解的。掌握这些才可以在下一步养殖品种选择上做出更好的决定，养殖才能成功。1.5.2选择合适的养殖品种构建一个IMTA系统，合适的养殖品种的选择至关重要。首先要考虑能够适合当地地理环境和当下技术的养殖品种。其次，应选择能补充营养级的物种，如选择可以利用别的营养级的养殖品种产生的废弃物作为资源的物种，以降低养殖过程的水质恶化风险，且可使养殖品种能更好地生长。最后，选择具有较好经济价值的品种，以增加养殖的综合经济效益。
2生态水文学理论
养殖活动导致许多水环境（尤其是淡水环境）生态系统退化，系统养殖容量在不断缩减。探索一种可持续的养殖与水环境综合治理办法势在必行。联合国教科文组织（UNESCO）提出了生态水文学理论是一种可解决这种矛盾的可行方法。
2.1定义
生态水文学是一个用于解决环境问题的科学概念，着重于协调水文、养殖生态环境和其中的生物群落间的相互作用关系。通过：①逐渐恢复并维持水循环和营养循环系统；②建立阻止人类活动影响的机制，加强生态系统的自我调控能力；③通过生态系统本身管理水环境。实现水资源可持续条件下，维持生态系统健康。
2.2工作原理
生态水文学通过水文过程和生态过程的时空耦合来管理水资源和维持生态系统健康运行[5-6]。可以用下述三要素解释，见图2。基于上述三要素，生态水文学理论内含三个原理，见图3。生态水文学理论在上述三大原理下，通过生态管理改变传统的养殖方法，放大有利条件，减少污染，降低自然灾害（干旱、洪灾等）的发生概率，达到：①降低水体富营养化，促进水生生物健康生长；②改善水环境生物多样性问题，实现养殖产物多样化；③水循环、物质循环正常化；④提升养殖生物产量。
2.3生态水文学应用举例———孟加拉国对虾养殖业
孟加拉国的潜在水域面积为158万hm2，内陆水域面积283万hm2，海岸线480km。内陆和近海水域的鱼、虾养殖业具有良好的发展潜力。但过去20年该国沿海岸生态系统却因为养虾业在快速退化，对环境和社会经济造成的毁灭性打击，该国养殖业饱受批评的同时，被要求转变产业发展模式。图4展示了养殖产业造成的生态影响。2012年，IslamSohe和HedayetUllah提出了基于养虾业的生态水文管理方法，用以保持孟国沿海岸的生态环境。针对进水、养殖、废水处理、处理后用水等不同环节进行不同程度的规划。根据生态水文学理论三原则，进水前在池塘里引入滤食性贝类、大型藻类等，去除悬浮颗粒有机物和营养盐；合理化养殖对虾，增加对虾营养吸收，提高水体自净能力；养殖产生的废水排入湿地，反硝化作用降解有机质，消除病原体，分解有毒有机物；建立喜盐植物缓冲带，吸收处理后废水中的盐分，消除废水对淡水水源和土壤盐渍化的影响。在生态水文学理论的指导下，整合集约化和半集约化对虾养殖产业，合理安排养殖区、净水区和缓冲区地带，引入生物治理方法调整养殖水域生态系统结构以达到调控与改良水质的目的。
3以低咸水养殖南美白对虾为例国内可持续养殖体系的探索
3.1低盐度南美白对虾养殖面临的问题
在我国，南美白对虾养殖产业不断发展，沿海省市开展了低盐度南美白对虾养殖的试验，并获得成功[7]。但以当前的养殖技术和方式，低盐度南美白对虾养殖技术不可避免地对沿海环境造成了一定程度的影响。3.1.1养殖废水氮磷超标造成水体富营养化，水体过剩营养物流失随着对虾生物量增加，有机碎屑、残饵剧增，水体中氨氮含量也急剧增加，后期水体营养盐含量最高可达1.021mg/L。养殖水体的肆意排放导致养殖海域水体富营养化加重。一些海湾的水质监测也发现，对虾养殖区海域无机氮无机磷超标，甚至劣于四类海水水质标准，有机体污染严重，部分严重的有富营养化趋势[8]。3.1.2集约化对虾养殖导致病害加剧近年来养殖户不断增大南美白对虾养殖密度，随着饵料投喂量逐渐加大，因饵料不充分利用形成残余，并且带来其他沉淀积累，如残存饵料、虾排泄物、有机碎屑等。这为某些细菌和寄生虫提供了极好的生存繁殖环境，致使水质调控的难度逐渐加大，造成病害发生[7]。3.1.3废水不合理排放导致内河淡水污染采取低盐度对虾养殖，在一定程度上扩大了对虾养殖的地域性，但是养殖废水的不合理排放也影响了淡水河道的生态环境。因缺乏合理的废水排放管理条例而导致淡水污染问题，直接改变淡水水体的环境成分。由上述养殖问题的衍生，导致养殖经济低下，生态群落改变，环境失调，土壤侵蚀，陆地作物产量降低等问题，最终将影响社会经济发展。我们可以应用生态水文学和IMTA原理来指导该养殖产业。在大的规划方面，采用生态水文学原理开展综合规划与设计，使得水文、养殖生态环境和其中的生物群落间和谐相处；在局部的养殖池塘区域内采用IMTA方法，减少污染排放与对环境影响。
3.2生态养殖方法的尝试
根据生态水文学理论，优先合理地安排养殖水体的处理排放，同时通过IMTA理论设计养殖模式，达到减少污染排放，增产增收的目的。下述为目前较为普遍的低盐度对虾生态养殖方法。对虾养殖用水经过物化沉淀、过滤处理，养殖后废水排入废水渠在生物处理情况下，废水悬浮颗粒和富营养物质含量下降，再用于虾与软体动物（如珍珠贝）混养，混养后废水进行二次生物过滤，排入环境（图5）。在IMTA占主导作用下的对虾养殖，主要以图6为例的阶梯型白对虾养殖模型。在该模式下，白对虾以高密度集约化的养殖为主要特点，从外部取水进行一系列净水处理后，进入养殖塘用于白对虾低盐养殖，养殖后废水排入生物净化池，根据实际养殖废水量，通过IMTA指导选择养殖其他合适经济品种进行搭配。从上述两种养殖模式都可以发现，在综合管理中，生态水文学理论合理安排养殖区域；在细化养殖中，用多营养级综合养殖系统（IMTA）进行指导，探索该产业的可持续发展。
4小结
中国的水产养殖业正在不断发展，水环境问题，生态系统问题乃至产品质量问题都是养殖需要考虑的方面，运用可持续发展的水产养殖管理办法，可以较好地缓和养殖引发的环境污染问题，是水产养殖发展的必经之路。可持续发展水产养殖，要因时、因地开展，其中养殖品种的选择搭配要基于其在养殖系统中的功能和经济价值。此外，还要知道在何处、何时和如何开展养殖，使得养殖系统内各品种互补生长，更关键是，要懂得当系统中单一品种变成混合养殖时所产生的影响。
作者：徐永健 瞿方 单位：宁波大学海洋学院应用海洋生物技术教育部重点实验室
