埋栖贝类采捕机研究进展

母刚1,段富海2,杨津宇1,张寒冰1,李秀辰1,潘澜澜1,高敬宇1,刘杰1,张国琛1*

(1.大连海洋大学 辽宁省渔业装备工程技术研究中心,辽宁 大连 116023; 2.大连理工大学 机械工程学院,辽宁 大连 116024)

摘要:中国是蛤、蛏等埋栖贝类养殖大国,采捕作为埋栖贝类养殖的关键环节,采捕技术及装备的先进性和生态性直接影响贝类养殖健康和可持续发展。近年来随着养殖技术的不断进步,埋栖贝类养殖规模不断扩大,但落后的采捕装备已成为制约中国贝类养殖进一步发展的主要因素。本文依据工作原理对国内外埋栖贝类采捕机进行了分类,系统介绍了各类采捕机的结构和性能特点,梳理分析了采捕机的研究进展和应用现状,总结了中国埋栖贝类采捕机在理论研究、结构设计、智能控制和生态影响方面存在的问题并提出了相应发展对策,以期为中国埋栖贝类采捕技术及装备研发提供参考。

关键词: 埋栖贝类;采捕机;研究进展;发展对策

埋栖贝类是指栖息于砂、泥沙或泥等软相底质生境的双壳贝类[1],一般具有水管和发达的斧足,利用水管进行呼吸、摄食和排泄,依靠斧足挖掘底质营埋栖生活。常见的埋栖贝类有菲律宾蛤仔、文蛤、青蛤、鸟蛤、缢蛏、泥蚶、毛蚶、魁蚶等。埋栖深度因品种、年龄和水温各异,如缢蛏埋栖深度可达1 m,菲律宾蛤仔埋栖深度为3~15 cm。中国是埋栖贝类主要生产国,2018年中国蛤、蛏、蚶的养殖面积达到4.72×105 hm2,养殖产量共计5.31×106 t[2]。采捕是埋栖贝类生产的重要环节,采捕机作为埋栖贝类生产的主要工具,其主要任务是将养殖或野生的埋栖贝类选择性地从海底底质中采集,并输送到渔船或采捕平台上,在此过程中应尽量减少贝类死亡及副产物捕捞数量,降低对海底生态的扰动和破坏。高效环保的采捕装备是实现贝类生产规模化、专业化和商业化的重要保证,对提高埋栖贝类养殖生产效益,发展区域经济具有十分重要的现实意义。目前,国外有关埋栖贝类采捕机的研究较多,应用较广泛,而国内研究和应用相对较落后,埋栖贝类采捕技术与装备已成为制约中国贝类养殖进一步发展的主要因素。为此,本研究中对国内外埋栖贝类采捕机的研究进行了系统综述,旨在为贝类采捕技术及装备的研发提供参考。

1 国外埋栖贝类采捕机的种类及特点

国外埋栖贝类采捕机研发最早开始于20世纪40年代,在北美地区使用较为广泛,机型众多,主要有7种类型。

1.1 拖耙采捕机

拖耙贝类采捕机(图1)是一类由渔船拖曳前进并由耙齿采集器在海底采捕埋栖贝类的机具,采集器通常由固定耙齿、框架和网具组成。作业时倾斜的耙齿贯入海底并在牵引力作用下不断前移,埋栖贝类沿耙齿被收集到网具中,待网具填满后采集器被提升至渔船上并取出采捕的贝类[3]。其特点是生产效率高,拖曳阻力大,对海底生态扰动较强,其作业参数如拖速、齿倾角、齿间距、网目等及底质状况对采捕性能有较大影响。依据其结构形式分为摇椅拖耙采捕机、拖拉机卷贝采捕机、商用链网采捕机和硬网采捕机等。

美国在纳拉干海湾最早开始使用摇椅拖耙采捕机(图1-B)进行硬蛤采捕,随后在康涅狄格和新泽西广泛使用,单机日产量为1.0~1.4 m3[4]。日本水产厅设计的拖耙采捕机(图1-C),在滩涂完全干露前由拖拉机牵引,将卷贝连同沙砾一起捞起送入采捕机尾端的网袋中,从采捕机底部的网孔将沙砾排出[5]。加拿大使用商用链网拖耙采捕机(图1-D)采捕砂底中的北极蛤,但其效率较低且破碎率较高[6]。法国格朗维尔地区使用一种可开启顶部的硬网采捕机(图1-E)采捕文蛤,作业时不需要反复提升采集器,借助水力提升设备可传输文蛤至甲板,这种采捕机通常与大马力渔船配套使用,具有较快的采捕速度[7]

葡萄牙对拖耙采捕机的研究表明,配有金属框网的采捕机效率更高,未捕获滞留海底的白蛤死亡率低,且对海底生态的破坏较小,40、66 mm网孔对白蛤和大竹蛏选择性最佳[8-9]。韩国研究发现,13 mm以上的网孔对等边浅蛤的选择性更好[10]。日本对斧文蛤采捕机研究表明,拖耙采捕机的牵引速度<100 m/h时,贝类破碎率较小[11]。此外,葡萄牙[12]、西班牙[13]和泰国[14]等学者研究了拖耙采捕机对海底生态的影响,指出在深水区拖耙采捕机的影响力类似于台风等自然现象,但对其他生物破坏性较大,采捕后海水的浊度、溶氧、氨氮和磷酸盐浓度都明显增大,水体富营养化引发赤潮的可能性增大。

图1 埋栖贝类拖耙采捕机
Fig.1 Drag rake harvesters for burying shellfishes

1.2 旋齿采捕机

旋齿采捕机是拖耙采捕机的一种改进形式,由机械或液压驱动耙齿旋转运动,利用旋齿挖掘埋栖在底质中的贝类并传送至网具中。其优点是拖曳阻力小、生产效率高、选择性好,但结构较为复杂且能耗较大,对海底生态有一定扰动。根据耙齿的分布形式可将其分为滚筒旋齿采捕机、链齿采捕机和转鼓旋齿采捕机等。

(1) 滚筒旋齿采捕机。日本研制的一种滚筒旋齿采捕机,由滚筒、耙齿、传动链、传动筛、底座和尾网等组成,贝类由旋齿挖掘并经传动筛去除泥沙和幼贝后被送入尾网[15]。美国弗吉尼亚在70年代使用一种扶梯式旋齿采捕机(图2-A)采捕牡蛎和蛤类,由采捕船、输送扶梯和采集器组成,采集器由前后两级带有耙齿滚筒组成,作业时采捕船以0.25 kn速度前进,前级滚筒以60 r/min的转速逆时针旋转采集底质中的牡蛎或蛤类,后级滚筒负责清理泥沙并将贝类运送到输送扶梯上,最后传输至甲板,对蛤类和牡蛎的采捕效率分别为28、1 m3/h[16-17]。Godwin[18]多次改进了此种采捕机,在北卡罗来纳采收牡蛎苗,效率提升了61%。

(2) 链齿采捕机。美国设计的一种链齿贝类采捕机(图2-B),由平底驳船、输送扶梯、2组反向旋转的链条及装在链条上的耙齿组成,作业时利用旋齿挖掘,牡蛎经水力冲洗后由输送扶梯运送至甲板。当牵引速度为0.5 m/s时,采捕效率为15~20 m3/h,牡蛎完好率达90%[19-20]

(3) 转鼓旋齿采捕机。意大利在威尼斯潟湖使用一种由3排耙齿和空心网转鼓构成的采捕机采捕菲律宾蛤仔,利用耙齿挖掘蛤类经转鼓清洗后,由输送带传送至甲板,尽管该机的效率仅为机桨采捕机的1/3,但对海底的扰动和生态影响更小[21]

图2 埋栖贝类扶梯式旋齿采捕机
Fig.2 Rotated rake elevator harvesters for burying shellfishes

1.3 机桨采捕机

机桨贝类采捕机是依靠船体自身螺旋桨或外置螺旋桨搅动水体,利用反向旋流冲击海底,将泥沙及贝类混合后推送至网具中。其优点是结构简单,能有效利用海水进行采捕,但选择性较差,容易造成底质长期悬浮,使水体透明度下降,导致水中的溶氧等水质指标变化,影响海底生物的正常生活。机桨采捕机作业船长度为6~9 m,作业水深1~3 m[22]。其作业方式可分为锚泊式、绕锚式、拖框、拖网式(图3)等[23]。因受到螺旋桨位置和功率限制,这种采捕机不适合在较深的水域中作业。意大利威尼斯有一种被当地称之为“Rusca”的机桨采捕机,由安装在侧舷的螺旋桨、宽60 cm的框架和网具组成(图3-E),框架上设有防止沉陷的滑橇,采捕时由螺旋桨将蛤类“吹”入网具[24]。这种采捕机作业后水底会形成宽60 cm、深7 cm的V型沟壑,底质悬浮情况严重,水体中碳、氮、硫浓度明显增加,导致生物密度明显下降[24-25]。美国也曾评估过机桨采捕机对生态的影响,表明这种采捕方式会导致水体浑浊,对海底植被的破坏较为严重,影响了生态恢复速度[26]

图3 埋栖贝类机桨采捕机
Fig.3 Propeller harvesters for burying shellfishes

1.4 水力采捕机

水力采捕机是应用最广泛的一类采捕机械,利用高压水喷射海底,使底质疏松并流化后采用带有耙齿的硬质网具采集贝类。其优点是效率较高且捕获贝类的破碎率相对较小,但采捕时冲起的底质易进入贝肉致其含砂率过高,作业后易造成底质悬浮严重、海底留痕较深、水质及生态恶化等问题。根据其作业水深一般可分为扶梯式、水耙式、拖曳式和抽吸式水力采捕机等。

(1)扶梯式水力采捕机。最早由美国的Hanks设计用于采捕切萨皮克湾的软蛤,采捕机由采捕船、泵水系统、起吊系统、自动扶梯式输送链及方形采集器组成,采集器内设有T型管和多支直径为45 mm喷嘴,以及控制采捕深度的橇式或轮式行走机构。作业时高压水流将贝类连同泥沙一起冲入输送链网,符合规格的贝类被运送到船上收集(图4-A)[27]。经测试,扶梯式水力采捕机(图4-B)有效工作水深为1.8~3.6 m,采捕效率为110~120 m2/h,是人工采捕的10倍以上,破碎率不超过25%[28]。采捕形成的沟痕需数天或数周才能恢复,而悬浮物则需更长时间才能沉淀,大量牡蛎因沉淀物覆盖死亡,海底植被也受到不同程度的影响[29]。此后扶梯式水力采捕机经不断改进被推广到美国(佛罗里达、纽约、弗吉尼亚、卡罗莱纳、华盛顿州)和加拿大及欧洲等地,采捕北极蛤、大西洋蛤蜊、阿拉斯加巨石房蛤等,有时也用来清理海底贝壳,采集沙蚕和取样调查底栖生物等[23,30-32]

图4 埋栖贝类扶梯式水力采捕机
Fig.4 Hydraulic escalator harvesters for burying shellfishes

(2) 水耙式水力采捕机。适用于滩涂干露作业的水耙式水力采捕机(图5-A),由汽油发动机驱动水泵,水流通过消防水带经主管、T型管和喷嘴喷出,其工作原理与扶梯式水力采捕机类似[33]。经测试,水耙式采捕机(图5-B)对成年贝类采捕率约为60%,破碎率<5%,在砂底滩涂的采捕效率高于泥底[34-35]。Smith等[36]研制了自驱动水耙式采捕机(图5-C),这种采捕机由柴油机驱动水泵和轮式行走机构组成,借助水力喷射采捕贝类,采捕率高达95%,且破碎率低于3%。

图5 埋栖贝类水耙式采捕机
Fig.5 Hydraulic rake harvesters for burying shellfishes

(3) 拖曳式水力采捕机。适合深水作业的拖曳式水力采捕机,由渔船拖曳采集器在海底进行采捕,采集器由T型管、耙齿和采捕框组成。T型管安装在采集器前端,其底部设有7~10只呈45°角安装的喷嘴,喷嘴后设有收集耙齿。早期采集器的高压水流由船上的水泵产生,随着采捕深度的增加,水泵由采集器上的潜水泵替代,最先由美国开发并在纽约和新泽西等地用来采捕大西洋蛤蜊[37],其采捕效率是拖耙采捕机的2倍。拖曳式水力采捕机(图6-A)对文蛤采捕的最佳水压为200~350 kPa,在中等水深的砂底中采捕效果最好,在深水、泥底及石底中效果不佳,且对水草底质的破坏性极大[38]。Meyer等[39]调研了拖曳式水力采捕机(图6-B)的采捕率及其对生态影响,结果表明,采捕率高达91%,采捕后会形成浑水云团,并在海底留下需较长时间才能恢复的沟痕。为了采捕更深水域的贝类,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重新改进了这种采捕机(图6-C),将泵体设计在采集器上,与专用尾拖渔船(图6-D)配合使用,可采捕110 m深的北极蛤,采捕率接近100%,贝类破碎率低于3%[40]。此外,NOAA还在这种采捕机上安装了多种传感器,用于监控采捕机运行的水深、水压、电压、电流、采集器前后倾角等参数,并制定了相关标准[41]。拖曳式水力采捕机对斯廷普森蛤蜊采捕的结果表明,破碎率在21%~23%之间,采捕时引起泥沙悬浮现象比较明显,沉淀后导致底质非常松散[42]。英国拖曳式水力采捕机(图6-E)在沃什湾海域采捕竹蛏的结果表明,破碎率是水压和牵引速度的函数,水压为360~375 kPa时竹蛏的破碎率最小,牵引速度为0.6 kn时破碎率高达35%[43]。2015年加拿大的Clearwater Seafoods公司投资建造了世界上最先进的Belle Carnell号埋栖贝类采捕加工船(图6-F),主要采捕3种蛤类,拥有最先进的采捕加工设备[44]。近年来,爱尔兰[45]、意大利[46]、冰岛[47-48]等国大量研究了各种相关设计变量参数对拖曳式水力采捕机性能的影响,并大量调查了采捕机对海域生态的长短期影响,内容包括采捕沟痕的恢复时间、埋栖贝类捕食者行为及海底底质成分变化等,但是调查结论差异性较大。

图6 埋栖贝类拖曳式水力采捕机
Fig.6 Drag hydraulic harvesters for burying shellfishes

(4) 抽吸式水力采捕机。抽吸式水力采捕机[49-50]的采集器(图7-A),与拖曳式水力采集器基本相同,采用水流喷射结合耙齿采集埋栖贝类,后通过软管抽吸装置将贝类传输至采捕船上,用分离筛(图7-B)对贝类和杂质进行分离,1971年被应用在英国泰晤士河采捕鸟蛤,采捕机效率仅为837 m2/h,但鸟蛤的破碎率为20%~25%[50]。荷兰曾经研制出一种贻贝抽吸式水力采捕机(图7-C),由采集器、吸泵、软管、渔船、分离器和清洗器组成,对贻贝的损伤率较小,但采捕时会以20 t/h的速度大量抽吸海底泥沙[15]。美国Olympia牡蛎养殖公司曾开发了一种气提式水力采捕机[16],由水力喷射式采集器、水泵、空气压缩机和提升管等组成,作业时利用水力喷射采集牡蛎,由空气压缩机将空气压入水体,导致提升管道上部水体密度降低,由密度差引起的压差将采集的牡蛎传送到采捕船上。气提式水力采捕机采捕竹蛏[51]和鸟蛤[52]时,对生态的影响比拖耙采捕机更大,采捕后生态恢复需要40~56 d。另外,气提式水力采捕机还会导致竹蛏壳破损,泥沙大量侵入蛏肉,筛分后幼贝返回海底继续存活的能力较差[53]

1.5 抽吸采捕机

抽吸采捕机是利用水泵或者气提泵直接将埋栖贝类连同底质一起抽吸到采捕船上的一种机型,依靠分离筛等设备进行贝类分选。Rendall设计的一种气提式抽吸采捕机(图8-A)被用于调查苏格兰西北海域的埋栖贝类分布,由钢制采集器、贴近船底的分离箱和空压机等组成,作业时将海底的贝类及泥沙提升至分离箱,再经输送链传送到甲板,碎壳等杂余落回海底[54]。在美国阿拉斯加使用一种由船载离心泵、水管及文丘里管等组成的射流式抽吸采捕机(图8-B)较好完成了蛤类调查取样工作[55-56]。近年来抽吸采捕机因采捕选择性较差且携带泥沙多等问题,已较少在实际采捕中使用,常在科学试验中用于采集海底动植物样本及底质。

图7 埋栖贝类抽吸式水力采捕机
Fig.7 Suction hydraulic harvesters for burying shellfishes

图8 埋栖贝类抽吸采捕机
Fig.8 Suction harvesters for burying shellfishes

1.6 振动采捕机

振动采捕机是利用机械或液压激振使埋栖贝类生活的底质流化,通过网筛振动促使贝类和泥沙分离并将贝类采集到网具中。振动一方面可刺激埋栖贝类及时闭壳,减少贝肉含砂,另一方面有利于底质疏松并提高底质中的溶氧。振动采捕机生产效率高、选择性好、生态影响小,但存在贝类破碎率高等问题。根据作业条件可分为水下振动采捕机和干露振动采捕机。

(1) 水下振动采捕机。美国发明的一种水下振动蛤类采捕机(图9-A),利用海水作为液压传动介质,由船载水泵输出高压水,流过曲轴螺杆偏心机构使固连的耙齿产生200 Hz的高频振动,疏松底质并采捕埋栖的贝类,流出的低压海水作为输送流体,将蛤类传送至甲板完成采捕[57]。Rambaldi等[58]在拖曳式水力采捕机上增加了激振装置(图9-B),耙齿以10 Hz的频率和1~2 cm的振幅采捕蛤类,进一步提高了采捕率和分选效率,但蛤的破碎率是无激振装置采捕机的3倍。

(2) 干露振动采捕机。一种由郁金香块茎收割机改造成的蛤类振动采捕机(图9-C),由轮式自驱动车体、滚刷、振动筛、升运穿杆链组成,在滩涂干露时作业,蛤类由滚刷扫入振动筛,经振动提升和分离后由穿杆链输送到机体尾部的收集箱内,用该机采捕菲律宾蛤仔,劳动成本降低3%~5%[59,61]。近年来这种采捕机在美国应用率增加了40%,大大提高了蛤仔养殖规模[62]。加拿大贝类养殖协会评估了干露振动采捕机(图9-D)对环境的影响,表明其与人工采捕对环境的影响无显著差异,振动采捕的影响甚至小于风浪等自然因素[60]

图9 埋栖贝类振动采捕机
Fig.9 Vibration harvesters for tidal flat burying shellfishes

1.7 电力采捕机

电力采捕机是利用电流刺激贝类使其丧失躲避能力的一种采捕机,采捕效果受多因素影响,如水的电导率、电流形式(直流、交流、脉冲)与大小、电极方位与结构,以及目标生物本身在电场中的特性等。这类采捕机虽然采捕效率较高,但合法性和生态影响目前尚无定论。2004年以前苏格兰就开始使用电力采捕竹蛏,电力采捕机由载有发电机的渔船、电缆和金属电极组成。作业时渔船抛锚,利用卷锚机拖动渔船并使电极以3 m/min的速度在海底表面移动,潜水员尾随电极用网具收集竹蛏。然而,电力采捕技术在多数国家被视为非法采捕,但荷兰、比利时和爱尔兰等国先后出台了相关规定,允许少量使用电力采捕机进行科学研究。爱尔兰海洋食品发展机构(BIM)开发了一种脉冲电流采蛏机(图10-A),用于研究采蛏机对海底生态的影响[63]。Murray等[64]使用25 V电力采捕机(图10-B)采捕竹蛏,其采捕效率很高,对非目标生物的行为刺激持续时间短,海底物理性破坏小,但对幼蛏的影响需要更加深入研究。

图10 竹蛏电力采捕机
Fig.10 Electrical harvesters for razor clam

2 国内埋栖贝类采捕机的种类及特点

国内埋栖贝类采捕机研发最早开始于20世纪70年代,在中国南方沿海地区使用较多,主要有5种类型。

2.1 拖网采捕机

中国早期埋栖贝类机械化采捕主要使用拖网采捕机,作业方式有船桨拖网作业和卷缆拖网作业。

船桨拖网作业(图11-A)利用渔船螺旋桨搅起水流将贝类推送到拖网中,虽然采捕文蛤的日产量可达5 t以上[65],但破碎率高达30%~40%,沉淀物覆盖幼贝窒息死亡情况严重,极大地破坏了贝类资源,20世纪80年代已被山东水产局禁用[66]。卷缆拖网采捕作业(图11-B)是渔船先抛锚并放松锚缆,到达预定位置放下拖网,采捕时开启卷锚机,利用耙式拖网(图11-D)采捕贝类。耙式拖网主要有两种结构形式,均由框架、耙齿和网具组成,区别在于有无滑橇等行走机构[67-68],其优点是不受潮汐和水深影响,但牵引阻力相对较大,适合在较为疏松的砂质海底作业。

2.2 水力采捕机

青岛农业机械研究所参考国外机型设计了以杂色蛤为采捕对象的喷射式水力采捕机(图12-A),主要由渔船、高压水泵、采集框、喷嘴和网具等组成,作业时将采集框放入海底,渔船牵引采集框前进时开启水泵,产生的高速水流将埋栖贝类连同底质一起冲进网具完成采捕[69]。该机不受水深影响,可根据底质硬度调节喷水压力,采捕效率约为65 kg/h。这类采捕机及改进产品在中国山东[66]、江苏[70]、辽宁[71](图12-B)等地底播养殖海域及海水池塘获得广泛应用。水力采捕机借助高压水将大小贝类一起冲刷到网内,选择性较差[72]

图11 埋栖贝类拖网采捕机[65]
Fig.11 Net trawl harvesters for burying shellfishes[65]

图12 埋栖贝类水力采捕机
Fig.12 Hydraulic harvesters for burying shellfishes

2.3 泵吸采捕机

对于栖息深度较浅的贝类,应用泵吸采捕机作业也较为常见,如中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所设计了一种采贝机自吸装置[73](图13-A),通过手控隔膜阀和蓄水箱抽排吸管内气体,利用吐罗泵将海底的贝类和泥沙抽吸到船上,经筛网过滤后完成贝类的采捕。能同时采捕底栖和埋栖贝类的YXF-4型吸螺蚬机(图13-B),作业时将吸盘沉入水底并开启污泥泵抽吸海底贝类,利用分离筛在船上完成贝类和泥沙的分离,生产效率为500 kg/h[74]。目前这种机型在中国福建菲律宾蛤苗的采捕中仍有应用。泵吸采捕机经常使用射流泵和叶片泵作为压力源,射流泵工作效率较低,而叶片泵会造成贝类大量破碎。

图13 埋栖贝类泵吸采捕机
Fig.13 Pump suction harvesters for burying shellfishes

2.4 潜桨采捕机

潜桨采捕机俗称潜水拖耙网、打蚬耙等,是机桨采捕机的一种(图14),采集器由潜水电机、螺旋桨、采集框、网具等组成,在网具下设有浮绳,可减轻网具磨损,作业时采捕船牵引速度为1~3 kn。其优点是结构简单、操作简便、成本低,目前在中国沿海埋栖贝类养殖区应用十分广泛,但也存在较多问题,如作业时大量泥沙被搅起并随海流漂移,导致海水透明度下降、养殖区海底底质变薄,不利于贝类养殖可持续发展,另外采捕的贝类含砂率与破碎率较高、选择性差等问题也十分突出。

2.5 其他采捕机

对于滩涂潮间带贝类,可利用贝类采捕机在干露时进行采捕。图15-A是一种集贝类采捕、清洗和分级功能为一体的履带式自行走贝类采捕机,由挖掘机构、输送机构、提升机构、清洗分级机构、履带行走机构等组成,采用振动挖掘机构将贝类采捕后输送到滚筒筛式清洗机,完成贝类的清洗和分级[75]。图15-B是一种集挖掘、传送、清洗、收集为一体的滩涂贝类采捕机,由船体三点悬挂牵引,利用挖掘铲采捕贝类后经链网传送至网兜,实现采捕和收集,在输送链网上设有高压水枪用于贝类清洗[76]。另外还有一种多功能滩涂贝类采捕车,利用挖掘铲采集贝类,泵吸传送到集贝斗中完成采捕[77]。然而,上述机型尚未进行大规模应用,其实践效果还有待检验。

图14 埋栖贝类潜桨采捕机
Fig.14 Dive propeller harvesters for burying shellfishes

图15 滩涂埋栖贝类采捕机
Fig.15 Tidal flat harvesters for burying shellfishes in a tidal flat

3 存在问题与发展对策

3.1 中国埋栖贝类采捕机发展中存在的问题

欧美国家对埋栖贝类采捕技术及装备的研究起步较早,开发机型多样,包括拖耙式、旋齿式、机桨式、水力喷射式、抽吸式、振动式和电力采捕式等,渔船及提升配套设施齐全,新型采捕船还配备了先进的贝类加工设备,可实现采捕加工一体化作业。但是,国内采捕技术的研究进展缓慢,具体表现在以下几方面。

(1) 理论研究缺乏。中国现有采捕技术大多是继承和沿袭国外早期采捕技术,相关研究机构少,自主研发能力不足,对采捕过程中贝-底质-水之间的相互作用、贝类受胁迫机制等研究不够深入,对影响采捕机性能的运行和结构参数,如牵引速度、水压、齿形、齿倾角、网目等试验研究较少。

(2) 专业化结构设计不足。国内现有采捕机型陈旧、种类少、渔船与配套装备专业化程度低、捕后加工设备匮乏等问题十分突出。国外的采捕机多采用设有滑橇的硬质框网收集贝类,具有耐磨、易装卸、防沉陷等优点,而国内采捕机多用柔性网具收集捕后贝类,尽管设置了防磨浮绳,但仍需经常更换网具,而且随着收集贝类的增多、网具沉陷量增大导致牵引阻力和能耗较大。另外,中国的埋栖采捕机多采用带水作业方式,能在滩涂干露或池塘无水作业的采捕机尚不多见。近年来,随着渔业劳动力结构性短缺问题日益严重,此类设备的实际需求也不断增加。

(3) 智能控制研究滞后。因中国贝类采捕机大多利用渔船拖曳行进,无路径规划和自行走能力,当采捕机在海底遇到岩石、地笼、渔网等障碍物时无法及时躲避,采捕机受到碰撞或缠绕破坏事故时有发生。另外,中国贝类采捕机多为纯机械结构,缺乏水下运行状态监测和姿态控制系统,在稀软底质上作业时存在前倾、侧倾、失稳等问题。

(4) 生态影响未得到应有重视。国外对贝类采捕机应用海域生态研究十分重视,而中国相应研究报道较少,缺乏对采捕机造成的目标/非目标生物群落结构、生物行为、海底形貌、底质迁移、水质等变化的定期监测和有效评估,导致生态一旦恶化短时间难以恢复,严重影响贝类养殖业健康发展。

3.2 中国埋栖贝类采捕机研究发展对策

(1) 加快新型埋栖贝类采捕机研发与推广。根据埋栖贝类生物学特性,研究贝类-底质-海水-采捕机构间的多相流固耦合问题,着力开发新型采捕技术,降低采捕贝类的破损率和含砂率及其对海底的扰动。开展固液两相上升流问题研究和贝类提升输送系统开发,实现贝类采集后无损自动传输,减轻因反复提升采集器造成的能耗高、劳动强度大和贝类破损等问题。另外,与采捕相关的水下动力传递与匹配技术、船载清洗、分级、冷链贮藏技术和装备,也是进一步提高贝类采捕加工品质和效率、推动贝类采捕加工一体化进程的重要研究内容。

(2) 加快埋栖贝类采捕机自行走和智能化研究与应用。针对采捕机拖曳行走存在的沿预定轨迹行走能力差、避障与操控难度大等问题,应加快履带等自行走技术研究,对稀软底质自适应性、水下路径规划、运行状态监测与故障诊断、导航定位、水中无缆信号传输、采捕机与船体协同作业等问题进行深入研究,开发适合于特定底质的水下自行走系统,提高采捕机自主学习决策能力和自动化,实现自行走和有效避障,保障采捕机可靠稳定运行。

(3) 加强埋栖贝类采捕机对其应用海域生态影响监测。针对中国对采捕机生态影响的研究远远落后于欧美国家的现状,今后需重点加强对采捕机应用海域的短、中、长期生态跟踪调查,评估采捕机对海底生物种群结构、底质迁移与化学成分、滞留贝类存活能力及水质指标等造成的影响,根据评估结果优化采捕机结构和运行参数,保护贝类养殖生态环境,促进埋栖贝类养殖产业可持续发展。

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Research progress on burying shellfish harvestersa review

MU Gang1, DUAN Fuhai2, YANG Jinyu1, ZHANG Hanbing1, LI Xiuchen1, PAN Lanlan1, GAO Jingyu1, LIU Jie1, ZHANG Guochen1*

(1. Research & Development Center of Fisheries Equipment and Engineering of Liaoning Province, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2. School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

Abstract The health and sustainable development of shellfish aquaculture is involved in harvesting of burying shellfishes (e.g. clam and razor clam) by advanced and ecological harvesting technology and equipments. In recent years, with the advancement of aquaculture technology, the scale of buried shellfish aquaculture has been expanding, but the backward harvesting equipment has become a major factor restricting the further development of shellfish aquaculture in China. In this paper, the burying shellfish harvesters is classified in domestic and foreign based on the working principle,and the structure and performance characteristics of various types of burying shellfish harvesters are systematically described. The research progress and application status of the harvesters, problems in theoretical research, structural design, intelligent control and ecological impact of harvesters are discussed in China. The corresponding countermeasures are proposed to provide reference with the development of burying shellfish harvesting technology and equipments.

Key words burying shellfish; harvester; research progress; development countermeasure

DOI10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019-019

收稿日期 2019-01-19

基金项目 辽宁省科学技术计划项目(2015103021);辽宁省海洋渔业厅科研项目(201509);辽宁省教育厅科研项目(DL201908);辽宁省创新团队项目(LT2016018);辽宁省高等学校海洋产业技术研究院项目(2018-CY-02);大连海洋大学大创项目(201810158079);国家重点研发计划项目(2019YFD0900701)

作者简介 母刚(1982—), 男, 博士, 高级实验师。E-mail:mugang@dlou.edu.cn

通信作者 张国琛(1965—), 男, 博士, 教授。E-mail:zhangguochen@dlou.edu.cn

文章编号:2095-1388(2020)01-0019-12

中图分类号S972.69

文献标志码:A