近年来，我国池塘养殖发展迅速，新技术、新模式不断出现，为丰富城乡居民菜篮子、稳定市场水产品供应发挥了重要作用。同时，池塘养殖的绿色发展水平也在不断提升，这些进步的取得，得益于“十一五”以来大力开展的池塘生态工程技术研究，科技进步推动了我国池塘养殖的绿色高效发展。
我国是世界上最大的池塘养殖国家，其中淡水池塘养殖占水产养殖总量的43.26%，池塘象基本农田一样在保障国家粮食安全等方面发挥着越来越重要的作用。但由于我国的多数养殖池塘建设于20世纪七、八十年代，目前普遍存在着养殖设施简陋、机械化程度低、管理粗放等问题，随着对高产量的过度追求，养殖水资源消耗大、养殖污染加重、产品质量不高和生产效率低等生态环境问题日益显现，成为社会各界和“环保风暴”关注的热点。针对以上制约产业发展的瓶颈问题和技术需求，2000年以来，中国水产科学研究院联合相关高校、企业在国家和地方的大力支持下，以“产出高效、产品安全、资源节约、环境友好”为方向，围绕池塘养殖的生态环境问题，开展了池塘绿色养殖生态工程技术和模式研究，历经近20年的连续攻关与实践，取得了成套技术的创新和突破，达到了国际领先水平，解决了池塘养殖绿色发展的一系列关键技术和难题，引领了我国池塘养殖绿色发展的方向。
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创建池塘生态工程奠定绿色发展基础
虽然我国的池塘养殖规模很大，但在理论技术创新方面一直滞后于产业发展需求，目前我国池塘养殖的科技贡献率尚不足60%。20世纪90年代以来，随着水产养殖病害的不断爆发，人们开始关注养殖生态环境问题，并将生态工程技术应用于水产养殖。生态工程是20世纪60年代以来，随着全球生态环境危机爆发，在一些发达国家催生出的生态与工程交叉技术。1962年美国学者How？ardT.Odum提出了生态工程的概念，并定义为“为了控制生态系统，人类应用来自自然能源作为辅助能对环境的控制”。20世纪80年代以后，在欧美等国迅速发展，并用于生态环境治理等。
我国的生态工程发展起步较晚，但发展较快，具有显著地独立性和更广阔的应用范围，在农业、林业、环保、工业等领域已广泛应用。为了尽快建立针对池塘养殖的生态工程理论技术体系，2005年以来，在“十一五”、“十二五”国家科技支撑计划等课题的支持下，研究团队对华南、华中、华东、西北四大淡水池塘主产区大宗鱼、特色鱼、虾蟹等典型池塘养殖的生态环境进行了全面系统的调查研究，摸清了典型池塘养殖的生态环境特征和污染排放状况，发现了高密度池塘养殖结构失衡、能量流动和物质转化不畅是造成养殖环境恶化的主要原因，并受环境理化、生物和气象因子影响，提出实施生态环境调控是解决池塘养殖生态环境问题的唯一途径。为了阐明池塘养殖生态环境的主要影响因子及其作用机理，他们对全国主产区典型池塘养殖的理化、生物和气象因子进行了研究。掌握了典型池塘养殖水体中DO、pH、ORP、氮、磷、碳等主要理化因子变化规律，营养物在沉积物-水界面间迁移特征，及其对养殖生态系统作用机制，摸清了典型池塘水体浮游生物、底栖生物、微生物特征，及其对氮磷循环、能量流动的作用，掌握了池塘主要水质因子与气象因素的关系，首创了基于气象因素的水质神经网络分析方法，准确率达80%以上，为人工干预池塘养殖生态环境奠定了理论基础。此外，他们还揭示了养殖动物品质与环境的关系，发现了影响养殖水产品质的主要因素是水质及养殖环境中微生物结构，氮磷等营养素失衡是诱发土腥味和土霉味菌群的主要原因，分泌水体中异味物质的微生物来源为颤藻、鱼腥藻等蓝藻和部分放线菌，通过调控营养盐培养“生物絮团”，可有效改善微生物群落结构，补偿碎屑链效率低等问题，为建立绿色养殖环境指标提供了科学依据。
池塘养殖种类多，地域差异大，一直缺综合评价方法。为了填补空白，他们创造了多种评价方法，如创立了池塘绿色养殖的环境指标和控制点，制定了草鱼等主要品种“良好水产养殖管理规范”，获农业农村部立项《水产养殖清洁生产技术规范》等，形成了池塘绿色养殖环境指标体系。创建了包含DO、水温、pH、ORP、氮、磷、碳的池塘多因子综合评价方法；创建了池塘养殖LCA评价方法、基于ECO？PATH的池塘养殖生态效率评价方法；创建了基于气象因素的神经网络水质综合评价法等，实现了“肥、活、嫩、爽”经验描述的指标量化，为建立池塘绿色养殖生态工程提供了理论基础。
在以上研究的基础上，他们将生态工程学、池塘养殖学等理论技术相结合，提出了池塘养殖生态工程，明确了概念、原理和方法，明晰了池塘绿色养殖与生态工程的关系，确定了以“结构优化、功能提升、能量驱动物质定向循环”为核心的池塘养殖生态工程技术。还制订了首部《水产养殖设施名词术语》国家行业标准，出版了56万字的《池塘养殖生态工程》和《池塘养鱼》教科书等多部著作，为我国池塘生态工程学发展奠定了基础。
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解决转型难题攻克关键技术
我国的养殖池塘多数建设于20世纪七、八十年代，在当时社会经济发展水平不高的情况下，主要采取“因水、因地、因势”建设，缺少规范化技术，随着社会经济发展，现有的养殖设施已不符合现代养殖要求，亟需升级改造。为了解决这个难题，研究团队全面梳理了我国池塘设施状况，吸纳国内外优秀成果，在国内首创了包含“环境要求、结构布局、功能区划、水系布置、池塘结构、土方平衡、生产和辅助设施等”的池塘养殖设施规范化技术，制定了《淡水池塘养殖设施构建要求》行业标准，出版了《水产养殖池塘工程化改造设计案例图集》等多部著作，彻底解决了制约我国池塘发展问题。目前，该技术规范已在全国23个省区直接应用250万亩，改造后达到绿色养殖设施要求，由于该技术的良好效果，池塘改造被列入“十二五”以来我国渔业的工作重点。
“养鱼先养水”，水质调控一直是水产养殖的核心技术。为了解决池塘养殖环境调控手段少、调控工效率低、技术落后、成本高等制约问题，他们创建了养殖池塘水环境原位调控技术，实现了水质有效调控。其中，重点研究了池塘养殖草鱼等养殖生长模型，查明了氮磷排放规律，建立了基于精准投喂的减排管理模型，发明了“淡水生物絮团调控水质技术”，实现了水体有机物的高效转化利用。发明了池塘水层交换技术，解决了水体分层阻隔溶氧、物质传递等问题。研发了移动增氧技术，解决了固定增氧范围有限问题，增氧效率提高25%以上。发明了溶氧趋势预判与智能增氧控制技术，实现了智能高效增氧，节能30%以上。发明了底泥环境因子监控、底质机械扰动等技术，解决了池塘底质调控难题。发明了复合生物浮床等低成本、高效率原位水质调控设施，节水50%，增效15%以上。发明底排污、分隔集污等技术和设施，解决了池塘集排污难题，使池塘水质调控技术达国际领先水平。
为了解决池塘养殖尾水污染难题，项目组投入了大量的精力，开展了池塘养殖尾水生态治理技术研究。先后发明了“自控取水设备+布水管路+立体植被网+水生植物”池塘生态坡净水系统，使对水体中总氮、总磷、COD和叶绿素的去除率分别达45%、65%、35%和10%以上。发明了陶粒、立体填料等高效生化滤床净化技术，对氨氮、亚硝酸盐、总氮、总磷、COD的去除率分别达20%、45%、55%、5%和21%以上。发明了利用闲置塘、排水沟渠构建生态塘、生态沟渠技术，提出了与池塘适宜比例为1:(3~7)，对总氮、总磷、COD去除率分别达15%、30%和40%以上。创新了“潜流+表流+复氧”池塘复合人工湿地构建技术，对总氮、总磷和COD去除率超过50%、40%和15%。查新表明，这些技术均高于国内外水平。
针对池塘养殖生态环境调控设备空白，项目团队发明了涌浪机、太阳能移动底质改良机等高效调控设备。其中，涌浪机采用中叶轮、中转速、低能耗设计工艺，比同功率叶轮增氧机增氧半径提高30m以上，节能70%以上。发明的太阳能移动增氧机，移动范围覆盖池塘水面80%以上，增氧效率达2.59kg/（kWh），比传统增氧机节能50%、增效20%以上。发明的太阳能移动底质改良机，具有“三维运行”、“自伸缩”和“光控+遥控”等功能，可在0.5~3.5m不同水深池塘作业，突破了深度局限，综合增效25%以上，以上设备均为具自主知识产权的国内外首创产品。
针对池塘养殖管理粗放的历史难题，项目组于2008年开始了池塘养殖数字化技术研究，先后攻克了基于模糊判别的综合水质指数模型与预警方法，发明了水质在线监测系统及无线传输网络，使相对误差下降15%，开发了水体溶氧管理，智能投喂、综合管理等软件，研发了移动检测车+自动多池固定取样装置，无线控制柜、中心管理平台等设备系统。通过以上研究，实现了节饲21%、节省劳动力50%、节能30%以上，整体评价达国际先进水平。
集成以上技术，形成了池塘养殖生态工程技术体系，实现了工艺化应用，养1公斤鱼平均用水量从4.5m3降低到2 3.25m，COD、TN、TP、TSS排放降低50%以上，综合增效20%以上，为池塘绿色养殖提供了全方位技术支持，达国际领先水平。
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创建典型模式引领转型升级
我国地域辽阔，不同地区的池塘养殖差异很大，为了引导全国池塘绿色发展，更好地应用生态工程技术，项目组针对全国主产区典型池塘养殖特点，创建了6种池塘绿色养殖生态工程模式，实现了大面积应用，引领了全国池塘养殖绿色发展方向。
他们在华东、华中、西北等水质性缺水地区，构建了“池塘+复合人工湿地+生态沟渠”池塘循环水绿色养殖模式，氮、磷、COD和浮游生物、菌群结构等得到有效控制，水循环利用，节水60%，减排80%以上，增效25%以上。在华东水网地区，构建了“成蟹+蟹种+草食性鱼类+尾水处理”的池塘多级复合绿色养殖模式，氮、磷利用率提高50%以上，养殖尾水达标排放，经济效益提高15%以上。在华南水网区，构建了“生物膜+池塘底部改良+轮捕轮放”多级复合养殖模式，实现三年养殖池塘“零排放”。在华东、华北等沿海滩涂区域，构建了“池塘绿色养殖+水资源利用+土壤修复”滩涂池塘绿色综合养殖模式，池塘养殖产量超过1000kg/亩，经济效益提高60%以上，节水、减排50%以上，有效解决了滩涂生态环境不断恶化的问题，为滩涂可持续开发和生态修复提供了新模式。在西北干旱缺水地区，构建了“地表水生态净化+种养结合+废弃物资源化利用”的池塘节水减排养殖模式，与传统池塘相比，节水60%、节能80%、增效25%以上。在沿黄滩区，构建了“生物浮床+水质调控+生态沟渠+生态塘（藕或有机稻）”滩区池塘湿地渔业模式，减少养殖换水60%以上，培育了“黄河谷大鲤鱼”等国家农产品地理标志产品，整体效益提高30%以上。在西北盐碱地区，构建了“水系分隔+渗水排碱+养殖降碱”池塘“以渔治碱”绿色养殖模式，降低盐碱80%，综合效益提高60%，成为盐碱和次生盐碱治理的新途径。
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推进“三产融合”社会经济效益显著
为了更好地发挥池塘生态工程的技术优势，项目组将池塘绿色养殖与当地的社会、经济、文化等进行“三产融合”，用于行业和区域发展规划、休闲及渔文化产业、区域综合治理、水域生态修复和“一带一路”技术输出等领域，实现了产业绿色发展和社会文化发展的和谐统一。
目前，他们研发的池塘生态工程技术已为农业农村部制定《全国渔业发展第十三个五年规划（2016-2020年）》、《“十三五”渔业科技发展规划》、《农业部关于开展农业部渔业健康养殖示范县创建活动的通知》、“农业部渔业渔政工作重点”等政策提供了重要科学依据。还广泛用于《北京现代渔业发展规划》、《江苏省百亩以上连片养殖池塘标准化改造专项规划（2015-2020年）》、《山西汾河流域现代渔业规划》、《南通市“十三五”现代渔业规划》、《河南荥阳现代渔业区》、《江苏沿海现代渔业产业园》、《甘肃景泰盐碱地现代渔业区》等渔业规划和设计。以该技术团队为依托，先后成立了“农业部长江水域生态修复工程技术中心”、“中国水产科学研究院池塘生态工程中心”等多个科技创新平台，进一步推动了池塘绿色养殖生态工程技术的优化与应用。
据项目负责人刘兴国研究员介绍，截止到2018年底，他们研发的池塘生态工程技术已在全国23省区直接规划改造池塘超过250万亩，通过编制规划方案、技术培训等技术应用超过1200万亩（占全国池塘1/3），改造后综合效益提高15%以上。近3年直接经济效益超过79.2亿元，间接经济效益超过286亿元。发明的涌浪机已成为国内外著名养殖设备，远销东南亚和“一带一路”国家，累计销售3.5万余台套，年销售额超过0.2亿元，创汇923.6万美元。发明的太阳能移动式增氧机被评为2018上海市高新技术转化项目，太阳能底质改良机被科学美国人评价为”一台小设备解决池塘养殖大问题”已在全国十多个省区及印尼、马来西亚应用，节能80%以上，减排50%以上，增效15%以上，市场潜力巨大。创制的“池塘养殖精准化管理系统”已应用2万亩以上，综合节能20%以上，降低饲料系数15%以上，节省劳动力50%以上，成为近年来的全国渔业信息化技术的示范模式，支持了2018年全国6大渔业示范点中3个示范的建设。
该研究还获国家发明专利75项，国际专利1项，软件著作权9项，制定标准9项，出版专著19部，发表学术论文250多篇，获省部级奖励11项，近3年新增产值超过286.8亿元。取得了巨大的社会、经济、生态效益，在全国受到普遍欢迎，成为池塘转型升级的主体技术模式，为我国池塘养殖绿色发展做出了重大贡献。
