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中国科学院水生生物研究所陈宇顺

2020-05-03 20:03

作者:

中国科学院水生生物研究所淡水水产健康养殖湖北省协同创新中心韩东

中国水产科学院黄海水产研究所单秀娟

中国海洋大学张文兵

中国科学院水生生物研究所陈宇顺

中国水产科学院黄海水产研究所王清印

中国科学院水生生物研究所李忠杰

中国科学院海洋研究所张国范

中国水产科学院淡水渔业研究中心徐跑

上海海洋大学李家乐

中国科学院水生生物研究所解绶启

中国海洋大学麦康森

中国水产科学院黄海水产研究所唐启升

迪肯大学席尔瓦

原文出处:《ReviewsinAquaculture》

翻译;华中农业大学水产学院陈光辉罗智

由来自国内外八家单位的13位专家,在两位院士的领衔下,再次为我国水产养殖正名,发出了中国水产养殖在世界上的最强音。目前,该文已经于2016年10月22日在线发表在《ReviewsinAquaculture》上。

中国领跑世界水产养殖产量已经超过20年,其水产养殖产量由2000年的2460万吨增长到2014年的4750万吨,增幅达到93.1%;与快速增长的水产养殖业相对应,中国水产饲料的产量则由2000年的510万吨增长为2014年的1900万吨,增幅达到了272.5%——然而,与饲料产量增幅相比,中国对鱼粉的消耗却一直维持在相对平稳的状态:中国进口鱼粉的总量在同期保持相对稳定。一个长期被忽略的事实是:中国仅消耗全球25–30%的鱼粉,贡献了世界60%以上的水产养殖产量。

该文从以下几个角度阐释了中国鱼粉消耗与饲料产量并非成比例增长的原因。中国水产养殖的鱼粉消耗情况;鱼粉添加量的减少与饲料技术改进,尤其是鱼粉替代技术之间的关系;中国在低营养级种类如水生植物、滤食类、植食性和杂食性水生动物等养殖方面的传统优势及其对鱼粉的低需求;鱼粉价格的攀升及主要鱼粉出口国对自然渔业资源开发的管理。另外,该文还综述了未来中国对鱼粉消费的趋势、前景和结果。与世界其他国家一样,中国致力于发展资源节约型的渔业捕捞和环境友好型的水产养殖;未来,水产品的主要来源必将以水产养殖为主,这也将间接地促进对野生渔业资源的保护——而中国,则是行使和达到这一目标的主角。

水产养殖作为世界上增长最快的食品生产行业,贡献了将近一半的全球鱼类消费量(Subasingheetal.,2009)。在过去的三十年里,水产养殖的平均年增长率约为6%(FAO2012)。在用于人类食物的动物生产系统中,养殖鱼类比陆生动物的饲料转化率更高。据预测,在未来几十年里,来自捕捞和水产养殖的鱼类总产量将超过牛肉、猪肉和家禽的总和(FAO2012)。

在过去的几十年里,中国的水产养殖业发展迅猛。自20世纪90年代,中国已经成为世界上主要的水产养殖国家。2014年,中国的水产养殖总产量为4750万吨,占全球总产量的60%以上。中国的淡水养殖被认为是当今中国对世界做出的两个重要贡献之一。在过去几十年里,中国已经从消费其他动物蛋白质转向鱼肉的消费。相比2010年全球人均18.9kg的供应量,中国人均对鱼的年消费量已经达到35.1kg。从1990年到2010年,每年以6.0%的速度在增长(FAO2014)。在中国,鱼肉提供了约三分之一的动物蛋白。事实上,在1961年至2011年期间,中国GDP翻了一番,而日常鱼消费量翻了两番,中国已成为世界上最大的鱼肉消费国(Villasanteetal.,2013)。

在水产养殖快速增长的的情况下,在中国乃至全球,水产饲料在其中发挥着关键作用。对于营养平衡的水产饲料,蛋白质是配合饲料中最昂贵的成分,经常占饲料成本的60%。在过去的几十年里,水产饲料的蛋白源来源广泛,如来自动物、植物、加工副产物以及单细胞蛋白(Gatlinetal.,2007;Hasanetal.,2007;TaconMetian,2008;Taconetal.,2011)。在所有蛋白源中,鱼粉由于具有平衡的氨基酸模式,含有磷脂和一些必需脂肪酸、适口性好,容易被消化和吸收等优点,因而被认为是水生和陆生动物饲料首选的蛋白源。从2000年到2014年,尽管水产饲料产量急剧增加,中国进口鱼粉的量却一直保持相对稳定。此文阐述了导致中国水产养殖业和水产饲料行业鱼粉消耗维持相对稳定的一些因素,因此不会像一些批评言论所提到的那样,中国的水产养殖会直接或间接地对世界野生鱼类资源带来额外的压力(Nayloretal.,2000,2009;Caoetal.,2015)。

本文主要针对批评言论中提到的一些观点和疑惑进行评论,他们的结论是中国的水产养殖对全球野生渔业资源产生不利的影响。然而,已有详细的数据和资料,包括养殖种类的组成及其所处的营养级,足以说明中国的水产养殖不可能对野生的渔业资源产生不利的影响。另一方面,本文没有尝试详细探讨任何与养殖有关的环境恶化以及水产养殖所造成的生态系统不可持续性等问题。然而,重要的是需要采取措施来解决这些问题,从长远来看中国的水产养殖业将使对环境的不利影响最小化(Linetal.,2015;Wangetal.,2016)。

对中国鱼粉过度消耗的批判

不可否认,近年来,基于水产养殖对环境的不利影响(XieYu,2007;Herbecketal..,2013;Zengetal.,2013)和对生物资源的过度消耗(Caoetal.,2015),特别是鱼粉的可持续性,存在很多对中国水产养殖业不利的批评。其中最关键的一点是水产饲料中鱼粉和鱼油的使用。在全球水产养殖发展进程中,许多研究者都曾指出全球水产养殖中鱼粉和鱼油的使用问题(Nayloretal.,2000,2009;TaconMetian,2008;Taconetal.,2010)。同样,在全球水产养殖中,鱼粉和鱼油的过度消耗及对野生资源的负面影响也屡次被提及,最近,Chiuetal.(2013)和Caoetal.(2015)也对中国水产养殖提出了负面的批评。

在后两项研究中,调查数据仅仅来自山东、浙江和海南三省(Chiuetal.,2013)和来自广东、山东、浙江和海南等四个省(Caoetal.,2015)。在我们看来,这些省份并不能完全代表中国水产养殖的现状,特别是中国的水产养殖是以淡水养殖为主这一客观实际。中国的水产养殖和水产饲料配方各个省份差别很大。除了软体动物和藻类,淡水养殖产量占中国总产量的90.8%。淡水养殖产量最大的五个省份分别是湖北、广东、江苏、湖南和江西。这样,来自Chiu等和Cao等使用的数据并没有充分代表中国水产养殖的客观实际。分析结果如图1所示。该图显示了从2000年到2014年,中国鱼类和虾蟹类养殖产量最大的15个省份以及它们所占的份额。每一个省份水产养殖的年产量均超过了39万吨,其中8个省份的年产量超过了100万吨。

■图1

中国水产养殖中鱼粉的消耗

中国水产养殖的产量从2000年的2460万吨增长到2014的4750万吨,增长了93.1%。为方便起见,我们参考中国海关进出口统计年鉴和中国饲料行业年鉴中有关中国进口和当地生产的鱼粉产量数据。这两份出版物都是中国政府的官方出版物。在这期间,中国水产饲料产量从510万吨提高到1900万吨,增量为272.5%。然而,主要水产养殖品种饲料中鱼粉的添加量却显著降低,这是为什么在过去十年间中国每年鱼粉进口量一直稳定在100-150万吨的原因。据中国海关统计,2012年、2013年和2014年中国鱼粉进口量分别为125、98和104万吨。从图2可以看出,中国水产饲料产量的增长与鱼粉的进口量没有直接的相关性。中国鱼粉的产量大约在80万吨。因为水产饲料配方的优化,水产饲料中鱼粉的添加量含量可能会继续下降。例如,鱼粉主要用于一些特种饲料配方中,如仔稚鱼的开口料、亲鱼饲料和成鱼饲料,但很少用于养成饲料配方。在一些养成饲料中,进口鱼粉主要用于黄颡鱼、加州鲈和一些海水养殖品种的饲料配方中,这些养殖种类的市场价格每吨在1300美元以上。

■图2

淡水养殖中鱼粉的消耗

饲料中添加鱼粉的一些淡水养殖种类包括草鱼、鲤、鲫、罗非鱼、虾、乌鳢、加州鲈、黄颡鱼和鳗鲡等。根据Caoetal.(2015)报道,养殖的鲤和罗非鱼所消耗的鱼粉量为56万吨,占中国水产养殖总鱼粉消耗量的50.9%。另一方面,鲤和罗非鱼养殖过程中饲料鱼粉主要来自于国产鱼粉。我们自己的观察也证明了这一点。而且,国产鱼粉的原料主要来源于鱼肉加工过程中的下脚料以及一些低值鱼类,这些不适于人类食用。

■图3

海水养殖中鱼粉的消耗

中国的海水养殖,如鲈、鲆鲽类、大黄鱼、石斑鱼和其他养殖种类,配合饲料的使用量分别占90%、60%、20%、10%和50%。配方中依靠鱼粉的一些海水养殖种类,如虾蟹类、鲈、鲆鲽类、大黄鱼、石斑鱼和其他海水鱼类,它们的产量只占水产养殖总量的5.5%。这些鱼类养殖过程中经常投喂一些低值鱼类。

■图4

中国鱼粉消耗量和水产饲料、水产养殖产量的比较

从图2可以看出,在2000年至2014年期间,中国进口鱼粉总量保持在100万吨至150万吨。然而,在这个时期,水产饲料产量却快速增长。这其中可能有很多因素。有以下几种比较合理的解释:通过添加替代蛋白源和改进饲料加工工艺降低饲料中鱼粉添加量;考虑养殖种类市场价格因素的鱼粉添加策略。

■图5

重要的是要考虑上述趋势是否仅限于中国的水产养殖,还是其他以水产养殖作为主要的食品生产行业的国家所采用的一个普遍模式。我们很难获得每一个国家类似的数据。但是,通过分析全球水产养殖总量和鱼粉产量的趋势能够说明一些问题。自20世纪90年代初以来,世界鱼粉产量显着减少,但全球和中国鱼类和虾蟹类养殖产量仍在继续增加。此外,全球水产养殖总产量、总饲料产量、鱼粉使用量如图6所示。这些数据基于Olsen和Hassan的研究结果得出的,而他们的研究结果是基于Taconetal.得到的。这些图也得到了类似的趋势,说明中国水产养殖产量的增长可以通过减少鱼粉的添加来实现。

■图6

改善饲料加工技术和减少饲料中鱼粉含量

在过去的几十年里,随着人们对养殖种类的消化生理、营养需求、原料加工以及蛋白源替代认知的不断增加,中国养殖种类饲料中鱼粉的添加量以及饲料系数都显著减少。中国水产养殖产量持续增长,而鱼粉的消耗却保持相对稳定,这是一个主要的原因。

建立养殖种类对饲料原料消化率的数据库

饲料原料的消化率决定了动物实际吸收营养物质的量,以及可用于生长、繁殖等的可利用营养物质的量。因此,饲料成分消化率数据对饲料工业非常重要,这也是寻求鱼粉替代蛋白源的基础。在过去十年里,在中国,许多学者对主要养殖种类原料的消化率和利用率进行了研究,包括草鱼、鲫、鲤、罗非鱼、加州鲈、虾、鲈和大黄鱼。目前,已建立和完善了水产饲料中常见原料的干物质、粗蛋白、脂肪、总能量、氨基酸和磷的消化率。从表1可以看出,消化率的数据主要是针对养殖种类的幼年阶段。现在,越来越多的研究关注养殖种类不同阶段对饲料原料的消化率,尤其是在养成阶段和亚成年阶段。

■表1

对氨基酸需求的认知

随着人们对养殖种类蛋白质和氨基酸需求认知的不断增加,通过使用替代蛋白源和氨基酸平衡技术使水产饲料中鱼粉添加量大幅度减少。许多研究探讨了一些主要养殖鱼类,如草鱼、鲤、鲫、罗非鱼和武昌鱼等对饲料蛋白质和氨基酸的需求量。近年来,一些研究也报道了黄颡鱼、大黄鱼、加州鲈、鲆鲽类和乌鳢对饲料中蛋白质和氨基酸的需要量。

养殖种类对蛋白质和氨基酸的需要量与其发育阶段及其环境因子有关。近些年来,一些研究也探讨了养殖种类不同发育阶段的蛋白质和氨基酸的需要量。基于折线模型分析,3.2g鲫对饲料蛋白质的需求为402g/kg,而87g的鲫对蛋白质需求降至337g/kg。180g的亲鱼对饲料蛋白质的最佳需求为369g/kg,高于生长阶段的鲫。运用折线模型分析,初始体重为52g的鲫对饲料中精氨酸的需求量为16.4g/kg,而初始体重为148g的鲫对饲料中精氨酸的需求量低至12.9g/kg,换算成占饲料蛋白含量的比例分别为52和42g/kg。这些基于养殖种类不同生长阶段的营养需求配制的饲料,使鱼粉的使用更加科学合理。

应该注意的是,在中国,大多数营养需求的相关研究是在饲料厂开展的。所以,研究结果相对容易转化为实践,而且相当方便,并且在全国范围内可用。

替代蛋白源

在过去的30年里,鱼粉替代研究取得了巨大的进展。饲料成本占水产养殖成本的60%以上。饲料成本主要取决于饲料价格和饲料转化率。饲料价格主要取决于蛋白源的选择。在所有蛋白源中,鱼粉被认为是必需的。对于杂食性和草食性种类,鱼粉可以大部分或完全被其它蛋白源替代,特别是可以通过遗传改良以及通过适当的加工技术来提高替代蛋白源的质量。即使对于一些肉食性种类,虽然它们需要饲料中含有较高的蛋白质,并且对饲料的适口性较敏感,但是这些种类的饲料中高达75%的鱼粉可以被替代。然而,当肉食性种类饲喂以植物蛋白源为主的饲料时,存在一个伦理的问题,或者说影响了动物的福利。此外,有证据表明豆粕投喂导致鲤肠道的炎症反应和肠炎的发生(Uranetal.,2008),许多植物蛋白源中含有抗营养因子,可能影响鱼类的健康。通过热处理的方式剔除抗营养因子,会额外增加饲料成本。最近的研究表明,当豆粕与菌粉或微生物原料混合添加时可以减轻或避免这种负面影响(Romarheimetal.,2013)。

在中国,许多学者都开展鱼粉替代的研究。已广泛应用于水产饲料行业的替代蛋白源包括植物蛋白源和动物蛋白源以及有前景的单细胞蛋白。近年来,一些新型替代蛋白源,有蚕蛹、家蝇蛆和黄粉虫(Suetal.,2010;Caoetal.,2012;Jietal.,2012;Wenetal.,2013;Zhangetal.,2013),也运用于水产饲料配方中。

■表2

遗传改良和加工技术

对一些品种进行遗传改良以及与之相关的加工技术正越来越多地影响替代蛋白源的质量,这些蛋白源也已越来越适合替代水产饲料中的鱼粉。蛋白源能通过遗传改良的手段提高营养物质的含量,或减少抗营养因子的含量。对玉米的研究表明(RayanaAbbott,2015),遗传改良的玉米中粗蛋白、脂肪、粗纤维和脂肪酸含量显著增加,这种增加被认为是改良玉米品种新性状的协同效应所造成的(RayanaAbbott,2015)。通过遗传改良技术,已经研发出含有低芥酸芥子油的新型菜籽粕,显著降低了菜籽粕中抗营养因子的含量。使用酶制剂和发酵预处理技术也可以降低替代蛋白源中抗营养因子的含量,如在日本沼虾和鲤饲料中使用发酵豆粕。发酵的优点包括:改善原料的适口性;降低抗营养因子或有害物质的含量;增加原料的消化率;平衡养殖鱼类肠道的微生态系统;提高养殖鱼类的免疫应答。

中国水产养殖对鱼粉需求低的驱动因素分析

争论的关键点之一是水产养殖饲料中需要添加鱼粉,这样势必将消耗野生渔业资源。对于水产养殖来说,FIFO比率是指野生渔业需求和养殖产量的比值,是一个常用的评价参数。营养级分析也被用于评估水产养殖中的食物能源转化效率相比,这些种类的FIFO比率非常低。此外,中国的水产养殖主要以低营养级种类为主,这一点很少被承认,尤其是那些对中国水产养殖持批评态度的人。

中国水产养殖现状解析

2014年,中国水产养殖总产量为4750万吨,其中淡水养殖产量为2940万吨,占61.8%;海水养殖产量为1810万吨,占38.2%。养殖种类包括鱼类、软体动物、虾蟹类、藻类和其他。在淡水养殖中,鱼类、虾蟹类、软体动物、藻类和其他种类所占比例分别为88.7%、8.7%、0.9%、0.03%和1.7%。海水养殖中软体动物、藻类、虾蟹类、鱼类和其他种类所占比例分别为72.6%、11.1%、7.9%、6.6%和1.8%。从图7可以看出,中国水产养殖主要以软体动物、滤食性的鲤科鱼类、草食性和杂食性种类为主。大多数软体动物的养殖不需要投喂饲料,大多数鲤科鱼类和罗非鱼的养殖对饲料蛋白质的要求较低,常常以植物蛋白为主。

■图7

非投喂种类所占的比例高

在中国的淡水养殖中,超过82%的养殖鱼类是滤食性、草食性和杂食性的,这些种类在某种程度上是不依赖鱼粉的。鲤科鱼类是中国水产养殖的主要种类,约占鱼类养殖总产量的70.9%。花、白鲢是滤食性鱼类。2014年,中国淡水养殖产量的35.2%来自非投喂种类。花、白鲢是淡水养殖的主要非投喂鱼类,占所有非投喂种类产量的68.2%。在2014年,其他非投喂种类包括软体动物、藻类及其它,占中国海水养殖产量的85.5%。因此,实质上,中国的水产养殖是以藻类、滤食性、草食性和杂食性种类为特征(中国渔业统计年鉴;中华人民共和国农业部渔业局,2015)。非投喂鱼类、软体动物、虾蟹类和藻类占中国水产养殖总产量的54.4%,远高于世界平均水平的30%。

■图8

低FIFO比率

FIFO比率通常定义为生产1千克的鱼需要野杂鱼的量(IFFO2012)。因为中国水产养殖主要以软体动物、滤食性、草食性和杂食性种类为主,肉食性种类只占水产养殖总产量的8%,所以中国水产养殖的整体特点是FIFO比率比较低。从2010年到2014年,中国水产养殖种类FIFO比率的平均范围为0.36至0.30,相比其它学者报道的鲑鱼养殖的4.9、5.0和1.68-2.27,这个值是相当低的。

■表3

中国水产养殖中的低营养级种类

■图4

与其他国家相比,中国和其它发展中国家的水产养殖主要以低营养级和高产量的种类为主,这一点经常被一些批评者避而不谈或者很少承认。2014年,中国淡水养殖主要种类的营养级为2.35,而海水养殖的营养级为2.09,远低于鲑养殖3.0的营养级水平。生态学基本原理已经证明,低营养级比高营养级水平的种类具有更高的能量转化率,因为能量从一个营养级传递到下一个营养级,食物中只有10%的能量能够被捕获。低营养级种类的养殖可以减少对海洋渔业资源的需求。例如,每生产1千克处于第3营养级的海水肉食性鱼类需要100千克的海洋植物,然而生产1千克处于第2营养级的海水草食性鱼类只需要10千克的海洋植物。中国的水产养殖主要以低营养级的种类占优势,这些说明中国的水产养殖具有较高的生态转化效率和投入产出比,因而在人类食物供应中发挥突出作用。与水产养殖以高营养级种类为主相比,中国水产养殖低营养级种类的饲料中只需要添加较少的鱼粉或鱼油(Taconetal.,2010)。

结论

总之,为了子孙后代自然资源的可持续利用,我们赖以生存的地球也遇到了巨大的挑战。目前,水产养殖提供了所有消耗海产品近一半的总量,预计到2030年这一比例将上升至62%。中国对全球水产养殖产量的贡献率超过60%,预计到2030年将占全球人类对鱼类消费量的38%(FAO2014)。目前中国对全球食用鱼的贡献率为38%,然而鱼粉消费仅占全球鱼粉产量的25-30%。上述事实与中国水产养殖对世界野生鱼类资源构成威胁的观点是相矛盾的(Caoetal.,2015)。考虑到中国人口众多以及对水产品需求的日益增长,“顶级捕食者”策略对中国和其他地方并不适合(Wangetal.,2016)。湿地养殖、混养和生态养殖降低了饲料中鱼粉的使用量,这些为人类提供廉价的食用鱼提供了可选择的途径。与其他国家一样,中国正在积极发展以资源保护为基础的捕捞渔业和基于环境友好的淡水和海水养殖业。这将突出中国水产养殖业在世界食品供应和安全中的关键性作用。为了保护野生鱼类资源和减少疾病发生,中国一直认真考虑禁止在水产养殖中直接投喂低值鱼类,并在2006年颁布了“《中国水生生物资源保护行动纲要》”和2013年颁布了“《关于促进海洋渔业可持续和健康发展的若干意见》”。

今后,中国水产养殖中鱼粉使用的趋势和前景以及相关措施将主要集中在以下几个方面:通过遗传改良和改进加工工艺,提高替代蛋白源的质量;改进加工工艺,以便从渔业副产品中生产更多的鱼粉;改进加工技术,同时提高营养学知识,以便降低饲料中鱼粉的添加量;优化饲料配方,降低一些特种饲料中鱼粉的使用,如鱼苗和亲鱼饲料;鱼粉将不是中国水产养殖和水产饲料发展的限制因素;水产养殖过程中的管理也是很关键的,将有助于降低水产养殖对野生鱼类资源的影响。越要减少鱼粉消费,越要进行科学的管理。

未来世界水产品将主要来自水产养殖,水产养殖将注定减少对野生渔业资源的需求。

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