段云嶺和他養(yǎng)殖的南美白對蝦。受訪者供圖
不久前，清華大學校園內的一件“趣事”引發(fā)了不少師生的關注：該校水利水電工程系教授段云嶺在即將退休前，一頭扎進寧夏的一個小村莊“跨界”養(yǎng)蝦。
“我是一不小心搞上水產養(yǎng)殖的?！倍卧茙X告訴《中國科學報》，這個決定與其說是一種沖動，不如說是一種責任。
“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，當地政府工作人員聯(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，還能增加農民收入。
只是段云嶺自己也沒想到，當初說的這一試就是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準養(yǎng)蝦，難度很大?！?span style="display:none">2Rp即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com
2019年，段云嶺帶著團隊來到四十里店村，深入養(yǎng)殖戶家中，了解當地的養(yǎng)殖現狀。
“養(yǎng)殖水竟然都是黑棕色的。”第一次見到蝦塘時，段云嶺被眼前的一幕嚇了一跳。當地養(yǎng)殖戶大多采用大塘養(yǎng)殖技術，依賴頻繁換水維持水質。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，當地一些養(yǎng)殖戶嘗試了小塘室內養(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，段云嶺發(fā)現養(yǎng)殖廢水中的污染物，如氨氮、有機物等，嚴重影響了水體環(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，讓各項指標達標就行?！倍卧茙X回憶道。然而，經過一系列水處理程序后，他發(fā)現養(yǎng)殖蝦的收益甚至還不夠支付水處理的電費，“雖然有準備，但還是低估了這事的難度”。
段云嶺決定從頭學習水產養(yǎng)殖知識。他帶領團隊查閱了大量文獻，走訪了多個養(yǎng)殖基地，向當地的養(yǎng)殖戶請教蝦的養(yǎng)殖經驗。
第一次嘗試調整水質時，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養(yǎng)殖池，只撈出了兩三公斤?！霸诔翋灥姆諊?，我們喝著悶酒，把蝦煮著吃了?！倍卧茙X苦笑著說。
實現“質量翻番”
“既然單純依靠生物絮團不能保證水質，那就引入硝化菌幫忙，同時探討放棄微生物的電化學除氮方法。”段云嶺團隊通過調研發(fā)現，在水產養(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。生物絮團技術可以利用特定的微生物降解這些廢物，并將其轉化為蛋白質豐富的微生物絮團，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，段云嶺團隊發(fā)現，由于小塘養(yǎng)殖密度和飼料蛋白質含量過高，生物絮團瘋長，導致系統(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。
如何將生物絮團從水體中撈出來是第一道難關，段云嶺團隊為此開展了長達3年的實驗。他們嘗試過過濾網、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，經過無數次失敗，終于試制出不使用絮凝劑（具有食品安全風險）的微氣浮裝置，破解了生物絮團打撈難題。
控制住生物絮團總量后，水體內還有多余的氨氮，使用硝化菌可以將其轉化為硝酸鹽。但硝化菌只在合適的“家”中繁殖，這個“家”養(yǎng)殖池內沒有。如何保證水體內有足夠的硝化菌就成了第二道難關。
為此，研究團隊在養(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，實現了養(yǎng)殖池內生物絮團和硝化菌聯(lián)合凈化水體。
然而，新的問題又出現了：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味。經分析，可能是水體中硝酸鹽含量偏高造成的。團隊再次調整方案，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。
雖然技術取得了突破，但推廣過程并非一帆風順。
段云嶺回憶道：“剛開始，很多養(yǎng)殖戶對我們的技術持懷疑態(tài)度?！庇幸淮?，段云嶺邀請一位養(yǎng)殖戶試用他們的系統(tǒng)。結果，由于操作太復雜，養(yǎng)殖戶很不適應，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，段云嶺團隊開發(fā)了一套自動化水體管理設備，集成了生物絮團控制、硝化菌培養(yǎng)和水體微量元素調節(jié)等功能。這套設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，段云嶺團隊協(xié)助養(yǎng)殖戶將南美白對蝦養(yǎng)殖產量穩(wěn)定在畝產1500公斤左右，單只蝦的平均重量也從37克增加到64克，實現了“質量翻番”。
“還有很多事可以做”
長期的調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，他帶領課題組在當地建立了清華大學設施水產養(yǎng)殖綜合試驗平臺。段云嶺告訴記者，當地在農業(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養(yǎng)殖困境，引發(fā)了段云嶺的思考。他認為，黃河流域的高質量發(fā)展離不開產業(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難題，也想通過科技創(chuàng)新幫助當地增收致富，推動鄉(xiāng)村振興。
“農業(yè)項目一定要長期駐地實驗?！倍卧茙X分享了成功經驗，農業(yè)技術的研發(fā)要結合當地的氣候、土壤和水資源條件，只有通過實地研究和反復試驗，才能開發(fā)出真正適合當地的技術和產品。在他看來，農業(yè)科研不能停留在實驗室里，必須扎根田間地頭，與當地緊密交流。
“技術成果轉移轉化從來不是一蹴而就的，而是需要科研團隊的堅持、當地的支持、農戶的信任等各方面因素?！苯衲?，段云嶺計劃通過進一步降低設備成本，將技術推廣到規(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條生產線，預計產蝦量可達每周一噸以上，為黃河流域的高質量發(fā)展注入新活力。
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