段云嶺和他養(yǎng)殖的南美白對蝦。受訪者供圖
不久前，清華大學(xué)校園內(nèi)的一件“趣事”引發(fā)了不少師生的關(guān)注：該校水利水電工程系教授段云嶺在即將退休前，一頭扎進(jìn)寧夏的一個小村莊“跨界”養(yǎng)蝦。
“我是一不小心搞上水產(chǎn)養(yǎng)殖的。”段云嶺告訴《中國科學(xué)報》，這個決定與其說是一種沖動，不如說是一種責(zé)任。
“低估了這事的難度”
在寧夏的廣袤土地上，黃河水滋養(yǎng)著這片塞上江南。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，銀川市賀蘭縣常信鄉(xiāng)四十里店村的養(yǎng)殖戶引進(jìn)了鮮嫩可口的南美白對蝦，但養(yǎng)殖該蝦帶來的廢水排放問題卻日益凸顯。
為此，當(dāng)?shù)卣ぷ魅藛T聯(lián)系到研究分布式滲流監(jiān)測系統(tǒng)的段云嶺，希望他能幫忙改善養(yǎng)殖水環(huán)境，提高養(yǎng)殖效益。
“其實，我對水產(chǎn)養(yǎng)殖的了解很少。我們不會養(yǎng)蝦，也不會養(yǎng)魚，只會研究水，你要愿意讓我們做，我們就試試?！倍卧茙X心想，如果能做成，不僅能節(jié)約黃河水資源、改善水環(huán)境，還能增加農(nóng)民收入。
只是段云嶺自己也沒想到，當(dāng)初說的這一試就是6年多時間。
此前，段云嶺曾參與國家原油戰(zhàn)略存儲、三峽工程等多個國家重點項目，也曾參與水環(huán)境治理項目，但這次的任務(wù)還是讓他有點發(fā)怵：“我可以采用很多方式改善水環(huán)境，但要用食品安全的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)蝦，難度很大?！?span style="display:none">FLO即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com
2019年，段云嶺帶著團(tuán)隊來到四十里店村，深入養(yǎng)殖戶家中，了解當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)殖現(xiàn)狀。
“養(yǎng)殖水竟然都是黑棕色的?！钡谝淮我姷轿r塘?xí)r，段云嶺被眼前的一幕嚇了一跳。當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖戶大多采用大塘養(yǎng)殖技術(shù)，依賴頻繁換水維持水質(zhì)。這種方式在南方水系豐富的地區(qū)較為常見，但在寧夏這樣一個水資源匱乏的地區(qū)，通常無水可換，偶爾換水還對環(huán)境造成了巨大壓力。
此外，段云嶺還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)匾恍B(yǎng)殖戶嘗試了小塘室內(nèi)養(yǎng)殖模式，雖然不依賴頻繁換水，但蝦的死亡率異常高。通過測量水質(zhì)，段云嶺發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水中的污染物，如氨氮、有機物等，嚴(yán)重影響了水體環(huán)境，尤其是在養(yǎng)殖密度較高時，水體的自凈能力不足，水質(zhì)惡化明顯。
“起初我們以為只要處理好養(yǎng)殖尾水，讓各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)就行?！倍卧茙X回憶道。然而，經(jīng)過一系列水處理程序后，他發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖蝦的收益甚至還不夠支付水處理的電費，“雖然有準(zhǔn)備，但還是低估了這事的難度”。
段云嶺決定從頭學(xué)習(xí)水產(chǎn)養(yǎng)殖知識。他帶領(lǐng)團(tuán)隊查閱了大量文獻(xiàn)，走訪了多個養(yǎng)殖基地，向當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)殖戶請教蝦的養(yǎng)殖經(jīng)驗。
第一次嘗試調(diào)整水質(zhì)時，段云嶺信心滿滿。然而，3個月后，本該撈出五六十公斤南美白對蝦的室內(nèi)養(yǎng)殖池，只撈出了兩三公斤。“在沉悶的氛圍中，我們喝著悶酒，把蝦煮著吃了?！倍卧茙X苦笑著說。
實現(xiàn)“質(zhì)量翻番”
“既然單純依靠生物絮團(tuán)不能保證水質(zhì)，那就引入硝化菌幫忙，同時探討放棄微生物的電化學(xué)除氮方法?！倍卧茙X團(tuán)隊通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，魚蝦等生物的排泄物和未被消耗的飼料會生成大量氨氮等有害物質(zhì)。生物絮團(tuán)技術(shù)可以利用特定的微生物降解這些廢物，并將其轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)豐富的微生物絮團(tuán)，供生物食用，形成一個低排放、可循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)。
然而，在實驗過程中，段云嶺團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，由于小塘養(yǎng)殖密度和飼料蛋白質(zhì)含量過高，生物絮團(tuán)瘋長，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。“池里面都是黏黏糊糊的東西，像‘爆缸’一樣?！倍卧茙X形容道。
如何將生物絮團(tuán)從水體中撈出來是第一道難關(guān)，段云嶺團(tuán)隊為此開展了長達(dá)3年的實驗。他們嘗試過過濾網(wǎng)、膜物理過濾方法，最多半小時就給糊住了。之后利用氣浮原理，經(jīng)過無數(shù)次失敗，終于試制出不使用絮凝劑（具有食品安全風(fēng)險）的微氣浮裝置，破解了生物絮團(tuán)打撈難題。
控制住生物絮團(tuán)總量后，水體內(nèi)還有多余的氨氮，使用硝化菌可以將其轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。但硝化菌只在合適的“家”中繁殖，這個“家”養(yǎng)殖池內(nèi)沒有。如何保證水體內(nèi)有足夠的硝化菌就成了第二道難關(guān)。
為此，研究團(tuán)隊在養(yǎng)殖池外搭建了一個硝化菌培養(yǎng)站，使用人工陶粒作為硝化菌的“家”，定期將培養(yǎng)出的菌液放入養(yǎng)殖池，實現(xiàn)了養(yǎng)殖池內(nèi)生物絮團(tuán)和硝化菌聯(lián)合凈化水體。
然而，新的問題又出現(xiàn)了：這樣養(yǎng)出來的蝦口感一般，吃起來有些生澀，失去了海蝦鮮嫩的風(fēng)味。經(jīng)分析，可能是水體中硝酸鹽含量偏高造成的。團(tuán)隊再次調(diào)整方案，通過使用天然巖石濾料作為硝化菌的“家”，成功降低了水體中的硝酸鹽含量，改善了蝦的口感。
雖然技術(shù)取得了突破，但推廣過程并非一帆風(fēng)順。
段云嶺回憶道：“剛開始，很多養(yǎng)殖戶對我們的技術(shù)持懷疑態(tài)度?！庇幸淮?，段云嶺邀請一位養(yǎng)殖戶試用他們的系統(tǒng)。結(jié)果，由于操作太復(fù)雜，養(yǎng)殖戶很不適應(yīng)，只用了一天，就把辛辛苦苦培育的水全部倒掉，重新采用換水的老辦法。
為了降低使用門檻，段云嶺團(tuán)隊開發(fā)了一套自動化水體管理設(shè)備，集成了生物絮團(tuán)控制、硝化菌培養(yǎng)和水體微量元素調(diào)節(jié)等功能。這套設(shè)備大大簡化了操作流程，讓養(yǎng)殖戶更容易接受。
從2020年到2024年，段云嶺團(tuán)隊協(xié)助養(yǎng)殖戶將南美白對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量穩(wěn)定在畝產(chǎn)1500公斤左右，單只蝦的平均重量也從37克增加到64克，實現(xiàn)了“質(zhì)量翻番”。
“還有很多事可以做”
長期的調(diào)研和考察讓段云嶺意識到，賀蘭縣的養(yǎng)殖問題在西北地區(qū)頗具有代表性。為此，他帶領(lǐng)課題組在當(dāng)?shù)亟⒘饲迦A大學(xué)設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖綜合試驗平臺。段云嶺告訴記者，當(dāng)?shù)卦谵r(nóng)業(yè)方面做了很多工作，如提供推廣示范田、提供專家公寓等，為科研人員提供了良好的支持。
作為一名河南人，同處黃河流域的寧夏所面臨的水產(chǎn)養(yǎng)殖困境，引發(fā)了段云嶺的思考。他認(rèn)為，黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展離不開產(chǎn)業(yè)突破。
“不光是養(yǎng)蝦，寧夏還有很多事可以做，比如利用光照時間長的優(yōu)勢發(fā)展貴重藥材種植等?！倍卧茙X想破解的不僅是技術(shù)難題，也想通過科技創(chuàng)新幫助當(dāng)?shù)卦鍪罩赂?，推動鄉(xiāng)村振興。
“農(nóng)業(yè)項目一定要長期駐地實驗?！倍卧茙X分享了成功經(jīng)驗，農(nóng)業(yè)技術(shù)的研發(fā)要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤和水資源條件，只有通過實地研究和反復(fù)試驗，才能開發(fā)出真正適合當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)和產(chǎn)品。在他看來，農(nóng)業(yè)科研不能停留在實驗室里，必須扎根田間地頭，與當(dāng)?shù)鼐o密交流。
“技術(shù)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化從來不是一蹴而就的，而是需要科研團(tuán)隊的堅持、當(dāng)?shù)氐闹С帧⑥r(nóng)戶的信任等各方面因素?！苯衲?，段云嶺計劃通過進(jìn)一步降低設(shè)備成本，將技術(shù)推廣到規(guī)?；B(yǎng)殖工廠。他希望未來的養(yǎng)殖工廠具備4~6層立體養(yǎng)殖池，配備5條生產(chǎn)線，預(yù)計產(chǎn)蝦量可達(dá)每周一噸以上，為黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展注入新活力。
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