《一、前言》

一、前言

当今国际社会正面临着从经济危机到全球气候变化所带来的严重自然灾害和极端天气等多重挑 战。同时，国际社会还必须以有限的自然资源满足 日益增长的人口对粮食及营养的迫切需求 [1]。水产养殖业作为人类重要的蛋白质和必需营养素来源， 在解决全球粮食问题中发挥着越来越重要的作用， 为国家粮食安全和经济增长做出了巨大的贡献。在 过去的 50 多年间，以中国为代表的水产养殖业的 发展速度已超过全球人口增速 [2]。但与此同时，传 统水产养殖业所带来的诸如废水和废物排放问题、 病害问题和渔药滥用等问题也已引起国际社会的普 遍关注。为此，联合国粮食及农业组织提出了“蓝 色增长”的概念，推广高效集约式水产养殖模式， 而以此为代表的循环水养殖系统正是其核心和前沿 领域。目前，循环水养殖系统已成为国际水产养殖 研究的热点领域；围绕养殖动物福利和提高养殖系 统资源利用率的科学技术问题，我国水产养殖业正 朝着标准化、设施化、机械化、智能化和精细化的 生态高效的养殖方向发展。

本研究以专利数据库 Thomson Innovation（TI） 作为数据源，对循环水养殖专利信息进行检索和分 析，以研讨国内外循环水养殖技术的发展现状、发 展趋势及其在产业中的作用，并将国内外循环水养 殖现状进行对比分析，从而为我国水产养殖业发展 提供参考。

《二、国际循环水养殖概述》

二、国际循环水养殖概述

《（一）循环水养殖发展历史》

（一）循环水养殖发展历史

国际循环水养殖系统最早起步于 20 世纪 60 年 代末，具有代表性的是日本的生物包静水养殖系统 （采用碎石为载体）和欧洲组装式多级净水养殖系 统 [3]。到了 20 世纪 70 年代，生物转盘、生物转筒 得到研制开发，同时在生物净化之前增加了前处理 装置，滤除颗粒污物，以降低生物滤器的负荷 [4]。 20 世纪 80 年代，欧洲出现了“一元化”的工业化 养殖模式，其特点为投资少、易于管理、经济与环 境效益较好，形成了以德国为代表的发达国家工业 化养鱼的主要养殖模式。从 20 世纪 90 年代开始， 生物工程技术、微生物技术、膜技术和自动化控制 技术等被逐步应用在循环水系统的水体消毒、水质 净化、池底排污、增氧及控温等方面；现代循环水 养殖系统几乎采用了所有可以利用的水处理工艺和 技术 [4]。

《（二）循环水养殖发展现状》

（二）循环水养殖发展现状

循环水养殖系统作为现代集约化水产养殖模式，已经具备了养殖密度高、不受季节限制、节水 省地、环境可控等优势，得到诸如日本、美国、丹 麦、挪威、德国、英国等一些发达国家的重视。这 些发达国家还从政策、立法、财政等方面给予支持， 积极推进其发展。较为成功的有英国汉德斯顿电站 的温流水养鱼系统、德国的生物包过滤系统、挪威 的大西洋鲑工厂化育苗系统、美国蓝岭公司鱼虾循 环水养殖系统和美国亚利桑纳洲凡纳滨对虾良种场 等 [5]。在欧洲，高密度封闭式循环水养殖已成为一个 发展迅速的技术密集型产业。目前，世界各水产养殖 强国正围绕循环水养殖的生态工程化、水循环装备、 复合种养、分隔强化等高效养殖模式以及相应的设 施化、机械化、信息化等技术及装备开展重点研究。

《三、国际循环水养殖发展趋势》

三、国际循环水养殖发展趋势

《（一）研究方法及数据来源》

（一）研究方法及数据来源

Thomson Innovation 是由汤森路透集团提供的 数据库。Thomson Innovation 除了收录德温特世界 专利索引 (DWPI) 数据以外，还收录来自全球 90 多个国家和地区的 8 000 多万篇专利信息，包含题 录信息、PDF 全文、法律状态信息等专利信息深加 工的数据和原始数据 [6]，可以完整覆盖某一学术领 域的专利情况。本研究根据关键词和国际专利分类 号 (IPC) 方式构建以“循环水养殖”为主题的检索 策略，具体关键词：recirculating aquaculture*，IPC 号：A01K61/00 OR A01K61/02 OR A01K63/04 OR A01K63/00，时间范围：2011—2015 年；通过领域 筛选及人工判读后可确定有效数据，得到国际循环 水养殖专利申请数量为 1 864 件，并在此基础上绘 制专利分布图和数量趋势图。

《（二）国际循环水养殖发展趋势》

（二）国际循环水养殖发展趋势

2011—2015 年，国际循环水养殖领域专利年度 申请量和公开量如图 1 所示。从整体上看，国际循 环水养殖专利申请数量在 2012 年达到最大值为 474 件，比 2011 年增加了 11.7 %；2012 年之后，年专 利申请数量逐渐降低，2015 年申请专利数量仅为 164 件。由于专利公开的时滞性，申请量和公开量 有一定时差。2011—2015 年，国际循环水养殖专利 公开量呈快速增长，其中 2011 年公开量为 100 件； 2015 年公开量为 584 件，增长了约 4.8 倍。

《图 1》

图 1  2011—2015 年国际循环水养殖专利年际申请量及公开量

 

分析专利申请数据可以发现，目前国际循环水养殖专利申请的峰值期已过，专利的申请量和公开 量将逐渐趋于平缓。这一现象表明目前各国在循环 水养殖技术方面已趋于成熟，技术成果推广和应用 将是今后一段时期的工作重点。

国外循环水养殖专利申请数量的统计数据显 示：韩国、日本、美国分别是近 5 年在该领域专 利申请量最多的国家。近 5 年韩国循环水养殖专利 申请量达到 506 件，表明韩国近年来在该领域的技 术创新方面有一定优势；而作为传统循环水养殖 强国的日本和美国，其循环水养殖专利申请量分别 为 320 件和 243 件，仍位居世界前列。欧盟作为循 环水养殖开展较早的地区，近 5 年专利申请量仅为 73 件，与美国、日本等国家在专利申请数量上存在 显著的差距，这说明欧洲循环水养殖相关技术的研 发工作过了发展的高峰期，已经形成了较为成熟的循环水养殖配套工艺和技术（数据来源于 Thomson Innvation）。

《（三）国际循环水养殖热点分布》

（三）国际循环水养殖热点分布

本研究利用Thomson Innovation软件中的Theme Scape 功能，通过德温特标题和摘要，为国际循环 水养殖近 5 年来的专利数据构建了主题全景图（见 图 2）。主题全景图将包含通用概念词（主题）的记 录分到一个组，并显示不同记录之间的相对关系， 山峰的海拔高度代表特定主题文献的密度大小 [7]。 图 2 中的每一个黑点代表一件专利，等高线密集， 海拔较高的区域为拥有相似技术主题的专利集合 [8]。 从图 2 中可看出，近 5 年国际循环水养殖研究热点 主要为养殖水体净化工艺、养殖池结构设计、养殖 水体温度调控、生物滤器及过滤设备等，且前三者之间的关联和相互支撑较多。水过滤工艺虽然也是 研究热点， 但相对独立，与其他研究热点之间关联 性不强。

《图 2》

图 2  2011—2015 年国际循环水养殖热点分布图

 

注：1——养殖水体净化工艺；2——养殖池结构设计；3——养殖水体温度调控；4——生物滤器；5——过滤设备

《四、国内外循环水养殖发展状况比较》

四、国内外循环水养殖发展状况比较

《（一）我国循环水养殖发展现状》

（一）我国循环水养殖发展现状

我国循环水养殖研究起步较晚，于 20 世纪 80 年代引进了第一批循环水养殖设施进行鳗鱼养殖； 但由于高昂的投入和运行成本，上述设施很快便处 于荒废状态 [3]。之后国家相继启动了一系列“863” 和科技支撑计划项目，并积极借鉴国际先进技术， 自主研发了一批适合我国国情的海水循环水养殖设 施与装备，如微滤机、臭氧发生器、蛋白分离器等， 并逐步完善了养殖技术和工艺 [9~13]。目前，我国 工厂化循环水养殖规模约为 1×106 m2 ，养殖种类 包括海水鱼类、对虾等。近年来，我国自主研发 了多功能蛋白质分离器、多功能固液分离器装置、 模块式紫外线杀菌装置、高效溶氧器装置、弹性 刷状生物净化载体等设施装备，循环水养殖水质 净化处理工艺也得到进一步完善。

《（二）国内外循环水养殖技术发展趋势对比》

（二）国内外循环水养殖技术发展趋势对比

利用 Thomson Innovation 专利数据库对我国循 环水养殖专利数据进行搜索，时间范围为 2011— 2015 年，经领域筛选和人工判读后确定近 5 年我国 循环水养殖专利申请数量共 6 678 件（见图 3）。

《图 3》

图 3  2011—2015 年我国循环水养殖专利年际申请量及公开量

 

我国专利申请数量在 2011—2014 年逐年增长，2014 年达到最高值，为 1 647 件，2015 年有所降低。 与国际循环水养殖专利申请数量相比，我国的申请 高峰期推迟 2 年。这与我国循环水养殖起步较晚、 发展相对滞后有关。但是，从专利申请数量上来看， 我国远超国际同期水平；2011 年我国循环水养殖专 利申请数量占全球的 1/3，2014 年则占全球的 2/3。 这说明近年来我国循环水技术研发速度加快，为成 果产业化创造了良好的条件。

我国循环水养殖专利公开量在 2011—2015 年 总体呈快速增长，其中 2011 年和 2015 年公开量分 别为 836 件和 2 397 件，增长近 1.9 倍。与国际同 期水平相比，我国循环水养殖专利公开量远高于国 际同期水平：2011 年循环水养殖专利公开量为国际 同期水平的 8 倍；2015 年循环水养殖专利公开量为 国际同期水平的 4 倍左右。

《（三）国内外循环水养殖热点分布对比》

（三）国内外循环水养殖热点分布对比

通过构建我国循环水养殖热点分布图（见图 4） 得出我国近 5 年循环水养殖研究热点为鱼池设计、 生物滤器、水循环装置、供氧、电机轴等。生物滤 器同时为国内和国际研究热点。但是，我国循环水 养殖目前更加关注现代化养殖设施的研发及部分关 键处理设备的可靠性及精确性的提升。我国循环水 养殖装备系统构建和技术水平已与国际接近，但部 分国际研究热点在我国仍处于起步阶段。这主要是 由于我国工厂化养殖仍以流水养殖为主，循环水养 殖比例仍然较低。以海水工厂化循环水养殖为例， 目前我国海水工厂化循环水养殖面积接近8×106 m2 ， 而只有其中 3 % 的养殖水面实施了封闭式或半封闭式循环水养殖模式[14]。流水养殖不仅浪费水和能源， 而且废水未经处理直排入海，也会对沿岸水域造成 污染 [15]。因此，我国应加紧循环水养殖技术的系统 化应用与成果转化，并结合实际需求进一步开展热 点技术研发和工艺优化。

《图 4》

图 4  2011—2015 年我国循环水养殖热点分布图

 

注：1——鱼池设计；2——生物滤器；3——水循环装置；4——供氧；5——电机轴

《五、我国循环水养殖发展的对策建议》

五、我国循环水养殖发展的对策建议

通过对国内外循环水养殖专利技术信息的对比 分析，了解最新技术发展趋势，揭示国内外技术创 新的优势与劣势，可为我国循环水养殖的发展提供 启示与借鉴。本文从以下四个方面为我国循环水养 殖发展提出了对策建议。

《（一）改进工艺装备，推动循环水养殖产业化应用》

（一）改进工艺装备，推动循环水养殖产业化应用

由于受到现有设施水平和生产成本等方面的 制约，目前国内陆基工厂化养殖系统仍以流水养 殖为主，高效循环水养殖模式所占比例不高。与 此同时，节能减排技术在基于生物膜硝化反应的 循环水系统中的潜能尚未被充分发挥。因此，我 国有必要结合生物工程技术，针对经济价值相对 较高、节水节能需求迫切、规模较大的养殖品种 来构建节能低耗、病原易控、高效净化的循环水 养殖系统；结合数字化监控以及完善的养殖工艺 和专家管理系统使循环水养殖系统达到节能、节 水、经济运行的最佳状态 [16]。开展高效低耗、节 能减排、品质可控的循环水养殖对降低生产成本、推动产业健康发展具有重要的意义。为此，我国 应在国家层面上推动循环水养殖的工艺装备升级 和产业化应用。

《（二）加强科研投入，强化关键领域及热点技术 研发》

（二）加强科研投入，强化关键领域及热点技术 研发

由于我国循环水养殖发展时间短、科技研发基 础相对薄弱，且对国际热点领域的研发投入尚显不 足，因此在生物滤器结构与功能、养殖废水和废物 综合利用、水质指标控制和降低系统能耗等方面还 需要较大提升。目前，国际循环水养殖的主要研究 热点为养殖水体净化工艺、鱼池结构、养殖温度传 感器及水体过滤装备，这些工艺和装备的改进对未 来循环水养殖的精细化和信息化发展十分重要。为 此，我国应兼顾国内技术需求和国际研究热点，加 快循环水养殖关键领域和热点技术研发；加大对高 效养殖模式及其机械化、智能化的研发投入和政策 支持，缩小与发达国家的科技差距，整体提升我国 的循环水养殖科技水平。

《（三）加强集成示范，构建具有引领作用的循环水 系统》

（三）加强集成示范，构建具有引领作用的循环水 系统

目前我国循环水养殖研究成果较多，但科技成 果产业化应用较少。主要原因在于设施转型更新的 成本和生产成本较高，多数企业难以承受。通过打 造循环水养殖示范基地，可探清发展道路，确定技 术规范标准，进而实现提质增效和节本增收，从而起到辐射带动作用，促进整个产业的发展。为此， 国家和地方应遴选和扶持一批技术规范、规模较大 的养殖示范企业，通过高效配置资源，有效整合产 学研力量，加快科研成果转化。

《（四）优化人才机制，构建实用型循环水养殖工程 科技队伍》

（四）优化人才机制，构建实用型循环水养殖工程 科技队伍

鉴于国内循环水养殖技术发展和产业化应用 的现状，建议优化人才机制，加快科技成果转移 转化，打通科技与经济结合的通道。为此，我国 应加强循环水养殖科研队伍建设，改善科研团队 结构，形成覆盖基础研究和应用研究领域、兼具 科技研发和成果推广能力的结构稳定的实用型人 才队伍。