从水产养殖工程技术发展谈《水产养殖工程学》教学
随着全球范围内水资源的紧缺和环境保护意识的增强,水产养殖的发展将受到越来越多的刚性约束,水产养殖活动也将逐步地从开放水域向离岸陆地发展,以便于实现养殖污染的末端治理(FAO,2010)。世界对水产品消费需求的增长和水产养殖可利用资源的萎缩,促使水产养殖向高密度生产方式转变,鱼类的生长将更多地被放在工业化的环境中,逐步地实现生产过程的精准化和信息化。此外,越来越恶化的水环境污染使水wWw.LWlm.com产养殖活动尽可能地摆脱生产过程中对水资源的绝对依赖而实现封闭式养殖的迫切性增强。可以预见,未来对水产养殖业发展的挑战是:通过技术的进步能够在有限的空间内获取更多、更安全的渔获物,同时对环境的损害最小。
工程技术是连接科学发现、技术发明和产业发展之间的桥梁,是实现经济发展和社会文明进步的强大杠杆(刘鹰,2010)。水产养殖工程学是把工程技术和水生生物学原理、方法相结合并应用于水产动植物养殖的交叉学科。主要研究水产养殖设施、设备的建造、研制、开发及其有关生产工艺、营运模式和管理方法的实施和应用。现代科学技术已进人“多学科、多专业、多领域”的相互交叉、汇聚、融合的新阶段,形成了“跨部门、跨地区、跨行业”的强强联合和优势互补。因此,坚持科学目标下的水产养殖工程技术创新,对促进水产养殖业的健康可持续发展具有重要的战略意义。 中国是世界水产养殖第一大国,水产养殖年产量占世界水产养殖总产量的2/3,从业人员总数占世界从业人数的1/3。一直以来我国水产养殖产业准入门坎较低,从业者文化水平普遍不高。随着水产养殖的集约化、工程化、精准化和信息化的发展,迫切需要高端的技术人才以提升整个产业的技术水平。因此,水产养殖本科教学对水产养殖专业人才培养具有重要的意义。《水产养殖工程》是水产养殖本科教学学科体系中重要的专业课程。本文从培养满足未来水产养殖产业发展需求的人才的角度, 对水产养殖本科专业教学体系中《水产养殖工程》课程的建设相关内容进行了探讨,希望能够为我国水产养殖学科体系的完善和专业人才的培养提供思路和措施。 1 水产养殖工程学研究最新进展 水产养殖工程学的主要研究内容包括:重点研究养殖经济水生生物的适宜生态环境,量化和评价水生生物生长的适宜的环境参数,为工程设计提供依据;着重研究健康养殖和增养殖的工程技术方法与措施,为安全高效的生产提供保障(黄朝禧)。随着水产养殖产业集约化和工程化发展,水产养殖工程学的内涵逐渐丰富,研究重点也从传统的池塘养殖等模式转移到封闭式循环水养殖模式。与传统研究内容相比,在下述内容方面有了新的进展。 1.1 养殖用水处理技术得到快速的发展 水环境的恶化和水资源的紧缺,迫使水产养殖活动必须逐渐实现养殖过程的清洁生产,养殖用水重复利用是关键技术环节。养殖用水水质要求、水质变化特征和水体利用方式和城市生产生活污水有着本质的区别。在城市污水和饮用水处理中广泛应用的生物、化学和物理方法,在应用于养殖用水处理时必须进行较大调整。针对水产养殖产业特点,研究、设计和开发满足养殖对象生长、生理需求以及有明显经济效益的水环境控制技术是水产养殖工程的一项重要研究内容。 自“九五”期间,中国水产科学研究院黄海水产研究所承担并完成“工厂化养殖海水净化和高效循环利用关键技术”以来,在中等生产规模以上,初步实现了海水循环养殖,减少了传统养殖污染大量排放的问题,为改变我国海水养殖方式提供了技术支撑。“十五”期间,上海海洋大学在“淡水鱼类循环水工厂化养殖关键技术研究与示范”方面取得突破,每立方水体养殖产量达到58kg以上,养殖水体重复利用率达到97%,已在全国10余个水产龙头企业推广应用5万平方米;“十一五”期间,中国科学院海洋研究所承担了“工厂化海水养殖成套设备与无公害养殖技术”研究及示范,该课题重点突破工厂化养殖的核心技术,创制具有自主知识产权的海水工厂化设施与装备,建立技术含量高、生产效益好的研究开发和生产示范基地,为我国水产养殖业的健康可持续发展提供关键技术保障。中国水产科学研究院渔业机械研究所承担的“工厂化养殖优化设计及关键水 但是,我国水产养殖水循环利用的总体技术水平仍然有待提高,主要表现在:我国80%以上的设施化海水养殖还在采用“大进大出”的用水方式,既不利于水环境保护,也造成水资源浪费严重,使养殖环节的不可控因素和养殖风险增加;固体颗粒物、硝酸盐等处理环节的缺失影响了整个水处理系统效率等。今后必须解决的问题包括:(1)进一步水产养殖水处理技术水平,显著提高养殖系统的水体循环利用率,降低水处理成本和能耗。(2)实现养殖过程中主要污染物的资源化处理,提高经济效益和环境效益;(3)完善配套性技术环节,实现稳定、高效的设备运行。 越来越多的水产养殖活动从露天转移到室内,必须构建节能、保温、坚固的水产养殖车间厂房以满足水产养殖生产的需要。车间的温控系统、光照设计、物流系统等环节与水产养殖生产过程的安全、高效进行密切相关。关于这一方面的研究是水产养殖工程学的重要内容。 1.3 养殖生产过程的监控程度加强 随着养殖密度的增加,养殖风险也相应增加,对生产过程的监控也变得尤为重要。水质在线监测、养殖对象活动的在线监测等技术正逐渐发展并推广,水产养殖活动向精细化和精准化发展,为水产养殖工程学的发展补充了新的研究内容,也提出了新的挑战。 1.4 养殖生产工艺的调整 随着水产养殖集约化的发展,养殖密度明显增加。针对高密度养殖条件下主要经济鱼虾的生理生态的研究已经得到关注,已经取得的研究成果对确定养殖过程中养殖对象的适宜环境条件,比如不同种类、不同规格的适宜放养密度及相应的溶解氧浓度,能够忍受的氨氮、亚硝酸浓度等。在此基础上,根据养殖车间的设施状况,确定最佳养殖工艺,是水产养殖工程学的重要研究内容。 2 水产专业本科教学课程体系中《水产养殖工程》课程的设置现状 我国《水产养殖工程》课程的开设始于20世纪50年代,亦即从有淡水渔业专业开始,历来为水产养殖专业的重要专业基础课。在教学上,水产养殖工程学与其他课程交叉重叠内容少,独立性很强,为其他任何课程所不能替代(黄朝禧等,2005)。目前我国高校水产养殖本科专业开设《水产养殖工程》课程的学校有:广东海洋大学,上海海洋大学,中国海洋大学,西南大学,华南农业大学等。开设学期基本上是大三或是大四,教材多选用自编教材。除了广东海洋大学,其他高校的课时数基本上在30～40之间。课程内容包括理论和实践教学,实践学时占总学时数的30%作用;课程性质有必修和选修两种(表1)。 对收集的资料进行分析表明,《水产养殖工程》课程并没有得到普遍的重视。部分高校水产养殖专业未开设水产养殖工程学。在开设《水产养殖工程》课程的高校,大部分选用自编教材。黄朝禧教授主编的《水产养殖工程》是目前唯一的中文专著,内容侧重于土木工程。根据水产养殖产业和水产养殖工程技术体系的发展,进行《水产养殖wWw.LWlm.com工程》教材建设的必要性非常迫切。 3 《水产养殖工程》课程教学目的和定位 《水产养殖课程》是为应对我国水产养殖在21世纪所面临的机遇和挑战,配合我国渔业发展战略,提高水产养殖专业大学生专业技能和专业素质的一门重要课程。通过该课程的学习,要求学生能够全面了解水产养殖工程学的技术内容,认识水产养殖工程学在水产养殖学科体系中的重要地位,掌握水产养殖工程学的核心技术要点和主要养殖模式的工程学技术体系,具备基本的设计、规划、计算能力,培养学生的专业素质和专业思想,为水产养殖生产和研究做人才储备。理论上,《水产养殖课程》应作为水产养殖专业必修课程,在本科大三上学期或大二下学期开设。 4 《水产养殖工程》课程教学内容的选择与设计 水产养殖集约化程度的增加和养殖模式的多元化发展,为《水产养殖工程》教学内容的选择提出了挑战,授课的内容需要及时进行更新以便能够培养专业所需的人才。 综合考虑水产养殖的发展和水产养殖工程学的技术研究现状,主要授课内容应包括:养殖工程所需的信息采集和计算;养殖场的规划设计;适于鱼类生长和能够快速排除残饵和粪便的养殖水槽和鱼池设计;养殖水体的高效循环利用和供排水设计;无明显应激的鱼类分级技术以及活鱼运输技术;养殖过程的控制和监测;典型养殖模式(封闭式水循环养殖系统、人工繁育、网箱养殖等)的工程要点等。 5 《水产养殖工程》课程教学实践环节的构建和重要意义 实践教学是培养具有创新能力和综合素质的复合型工程人才的关键环节,是自然科学和工程技术科学的理论与现代生产实践相结合的教育(薄晓璐,2006)。高等教育培养的本科专业人才须具有工程意识和工程能力这两个最基本的素质。学生在校学习期间,这两个素质主要依赖实践教学来实现,而能力训练是实践教学的重点与难点。 《水产养殖工程》课程既是一门专业基础课,又是一门专业课,直接服务于水产养殖生产和研究。本课程主要特点是实践性很强,若单纯靠课堂教学,学生很难掌握。如何使它适应水产养殖本科专业人才培养的需要,实践性教学非常重要。通过实践教学,理论与实践结合,理解消化教学内容,提高学生学习积极性,增强学 习效果。 实践环节内容的选择应紧紧围绕教学目的,结合理论授课内容,即是对理论授课内容的巩固,更重要的是对理论授课内容的拓展。(水产养殖工wWw.LWlm.com程)课程实践教学部分按类别可分为操作型、验证型和验证型。操作型实践主要包括常规工具的使用,水处理系统的管理以及养殖车间的维护。验证型实践部分包括养殖槽的设计、养殖场给排水管路设计、水处理反应器设计等部分。综合性实践部分包括循环水养殖系统的规划和设计和生态网箱的设计等。 6 结语 水产养殖的集约化、设施化、精准化、信息化推动了水产养殖工程学快速、全面的发展。《水产养殖工程》课程对水产养殖本科专业人才的培养具有重要意义。应根据水产养殖工程学研究现状和进展选择和配置授课内容,重视实践教学。 参考文献 [1] FAO.The state of world fisheries and aquaculture.FAO Fisheries and Aquaculture Department Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. [3] 谷坚,徐皓,吴刚.水产养殖装备与工程研究进展[J].河北渔业,2009,1:40～44. [4] 黄朝禧,赵凤歧.水产养殖工程学研究进展[J].山西农业大学学报,2005,25(1):93～96. [5] 薄晓璐.近年来高等工程教育中的实践教育研究述评[J],2006,2:46～50.