段云嶺和他養殖的南美白對蝦。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”養蝦。
“我是一不小心搞上水產養殖的。”段云嶺告訴《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，黃河水滋養著這片塞上江南。隨著水產養殖業的快速發展，銀川市賀蘭縣常信鄉四十里店村的養殖戶引進了鮮嫩可口的南美白對蝦，但養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系到研究分布式滲流監測系統的段云嶺，希望他能幫忙改善養殖水環境，提高養殖效益。
“其實，我對水產養殖的了解很少。我們不會養蝦，也不會養魚，只會研究水，你要愿意讓我們做，我們就試試。”段云嶺心想，如果能做成，不僅能節約黃河水資源、改善水環境，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略存儲、三峽工程等多個國家重點項目，也曾參與水環境治理項目，但這次的任務還是讓他有點發怵：“我可以采用很多方式改善水環境，但要用食品安全的標準養蝦，難度很大。”
2019年，段云嶺帶著團隊來到四十里店村，深入養殖戶家中，了解當地的養殖現狀。
“養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。當地養殖戶大多采用大塘養殖技術，依賴頻繁換水維持水質。這種方式在南方水系豐富的地區較為常見，但在寧夏這樣一個水資源匱乏的地區，通常無水可換，偶爾換水還對環境造成了巨大壓力。
此外，段云嶺還發現，當地一些養殖戶嘗試了小塘室內養殖模式，雖然不依賴頻繁換水，但蝦的死亡率異常高。通過測量水質，段云嶺發現養殖廢水中的污染物，如氨氮、有機物等，嚴重影響了水體環境，尤其是在養殖密度較高時，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殖尾水，讓各項指標達標就行。”段云嶺回憶道。然而，經過一系列水處理程序后，他發現養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殖知識。他帶領團隊查閱了大量文獻，走訪了多個養殖基地，向當地的養殖戶請教蝦的養殖經驗。
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殖池，只撈出了兩三公斤。“在沉悶的氛圍中，我們喝著悶酒，把蝦煮著吃了。”段云嶺苦笑著說。
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現，在水產養殖過程中，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、可循環的生態系統。
然而，在實驗過程中，段云嶺團隊發現，由于小塘養殖密度和飼料蛋白質含量過高，生物絮團瘋長，導致系統崩潰。“池里面都是黏黏糊糊的東西，像‘爆缸’一樣。”段云嶺形容道。
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，研究團隊在養殖池外搭建了一個硝化菌培養站，使用人工陶粒作為硝化菌的“家”，定期將培養出的菌液放入養殖池，實現了養殖池內生物絮團和硝化菌聯合凈化水體。
然而，新的問題又出現了：這樣養出來的蝦口感一般，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，很多養殖戶對我們的技術持懷疑態度。”有一次，段云嶺邀請一位養殖戶試用他們的系統。結果，由于操作太復雜，養殖戶很不適應，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、硝化菌培養和水體微量元素調節等功能。這套設備大大簡化了操作流程，讓養殖戶更容易接受。
從2020年到2024年，段云嶺團隊協助養殖戶將南美白對蝦養殖產量穩定在畝產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，賀蘭縣的養殖問題在西北地區頗具有代表性。為此，他帶領課題組在當地建立了清華大學設施水產養殖綜合試驗平臺。段云嶺告訴記者，當地在農業方面做了很多工作，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殖困境，引發了段云嶺的思考。他認為，黃河流域的高質量發展離不開產業突破。
“不光是養蝦，寧夏還有很多事可以做，比如利用光照時間長的優勢發展貴重藥材種植等。”段云嶺想破解的不僅是技術難題，也想通過科技創新幫助當地增收致富，推動鄉村振興。
“農業項目一定要長期駐地實驗。”段云嶺分享了成功經驗，農業技術的研發要結合當地的氣候、土壤和水資源條件，只有通過實地研究和反復試驗，才能開發出真正適合當地的技術和產品。在他看來，農業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。”今年，段云嶺計劃通過進一步降低設備成本，將技術推廣到規模化養殖工廠。他希望未來的養殖工廠具備4~6層立體養殖池，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展注入新活力。
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