资助项目：2020 年省级促进 (海洋) 经济高质量发展专项资金 (粤自然资合 [2020] 016 号)； 工信部高技术船舶科研项目(半潜式养殖装备工程开发)[工信部装函〔2019〕360 号]；国家自然科学基金(31972844)；国家重点研发计划项目(2020YFD0900803)。
_程世琪
近年来，由于过度捕捞和环境污染等的影响，近海渔业资源日益衰退已成为一个全球性的问题 ，拓展深水、深远海水域养殖成为一种必然趋势，水产养殖空间逐渐由近岸走向深远海 [6-9] 。海水网箱是中国主要的海水养殖方式之一，据统计 ，截至 2020 年底，全国海水养殖面积为 703.61 万 hm 2 。其中，普通网箱养殖面积为 1975.94 万 m 2 ，深水网箱养殖为 3821.39 万 m 3 ，全国海水养殖面积比 2019 年增长了 97.40%。全国海水养殖鱼类总产量为 2135.31 万 t，其中海水网箱养殖产量为 85.82 万 t，占全国海水养殖产量的4.02%。海水网箱养殖已逐步成为中国海水鱼类养殖的主体 。自 20 世纪 80 年代以来，我国海水网箱养殖经历了大跨步发展，无论是从养殖面积还是养殖产量方面来看，海水网箱养殖都逐年递增 。中国沿海省市除河北，天津及上海外，其余省份均分布有海水网箱养殖 。海水网箱养殖正在由传统小规模网箱养殖逐渐向离岸深水网箱养殖、大型化深远海网箱养殖发展 。迄今为止，中国国家级海洋牧场示范区已达 136 个 。海水网箱迅速发展的同时，也面临着一系列问题，例如，海洋生态环境问题日益突出 ，海水网箱养殖自身的污染导致养殖病害频发 ，“网破鱼逃”现象时有发生且养殖网衣污损严重，网箱等养殖设备、材料与挪威等水产养殖发达国家仍存在一定的差距 ，等等。
中国海水网箱的发展过程中，经历了普通网箱、深水网箱及深远海网箱等 3 个阶段 。本文分别从普通网箱、深水网箱及深远海网箱的发展现状及研究进展进行综述，旨在缓解中国近岸海域环境压力、拓展蓝色经济发展空间，为中国网箱养殖绿色发展提供参考。
1 普通网箱发展现状
普通网箱又称为传统近岸网箱，指设置在海域近岸、岛屿附近或者内海湾，水深在 15 m 以内的中小型网箱 。网箱养殖于 19 世纪末起源于柬埔寨 ，20 世纪 60 年代挪威利用网箱在海水中试养鲑鱼获得成功 。随后，以日本、美国及丹麦等国家的网箱养殖发展较快 。美国发展海水网箱养殖比较积极，依托普吉特海峡建立了海水网箱养殖基地，设置浮式网箱，年产大马哈鱼 61.4 t 以上 。此外，俄罗斯、瑞典、加拿大及英国等一些国家逐渐开展海水网箱养殖 。日本于 1980 年研制了具有升降功能的超大型深海网箱养殖系统，用于试养蓝鳍金枪鱼获得成功；瑞典研制成功深水牧海型网箱；美国又研制了锚拉式刚性网箱、碟形网箱和球形网箱，等等 。随着技术的发展，国外的网箱养殖朝着增大网箱养殖水体，提高网箱抗风浪能力，加快网箱绳网新材料的研发与应用，以及向深水网箱、深远海网箱的研发和应用等方面发展 。
与美国、日本等国家相比，中国网箱养殖起步较晚，开始于 1973 年，广东省于 20 世纪 80 年代初首开先河进行传统普通网箱养殖试验，试养石斑鱼等鱼类获得成功 ，此后，随着技术的积累，网箱养殖逐步发展起来，尤其是 20 世纪 90 年代以来，利用网箱养殖多种鱼类得以快速发展 。目前中国应用的网箱一大部分还是普通网箱，例如传统的木质海水网箱、近岸小型高密度聚乙烯（high-density polyethylene，简称 HDPE）框架网箱等。截至 2020 年底，全国普通网箱养殖面积达 1975.94 万 m 2 ，养殖总产量高达 565112t，养殖鱼类主要有鲈鱼、大黄鱼、石斑鱼、鲷鱼及鲆鱼等，集中分布在福建、浙江等沿海地区。普通网箱整体形状呈方形或其他形状，其主要构成框架为木板、钢管、竹竿，箱体网衣材料主要为聚乙烯（PE）网衣、聚酰胺（PA）网衣等，锚泊方式为下锚和打桩等。
普通网箱养殖具有集约化、密度高等特点，但长期高密度养殖也带来了一系列问题，如近海岸超负荷开发、渔业资源减退、网箱网衣污损严重、水体交换能力差、海域养殖环境日益恶化、养殖病害暴发频繁等 ，单位养殖产量明显低于国际水平，严重制约了中国近海渔业资源的绿色可持续发展 。2000 年 8月福建宁德发生多起死鱼事故，郑钦华等 研究发现，是因网箱布局不合理、网衣污损严重、更换网箱网衣间隔太久而导致的鱼类缺氧死亡；2003 年 3 月舟山市网箱越冬花鲈暴发疫病，4 月初鱼的死亡率超过80%，据李大海等 分析发现，是由于网箱养殖密度过大，导致花鲈感染细菌而暴发疫病。
为解决以上传统木质渔排等普通网箱存在的问题，中国水产科学研究院东海水产研究所的石建高研究员主持起草的水产行业标准 SC/T 4017《塑胶渔排通用技术要求》 提倡利用标准化、规范化和环保型的塑胶渔排替代传统的木质渔排，一定程度上为传统木质渔排的改造提供了规范。普通网箱抗风浪能力较差，只能集中于部分避风条件较好的内湾、潜水海域或港湾等海区，一旦遭受台风等大风浪袭击，便会带来重大损失。2018 年台风“玛利亚”在福建宁德登陆，摧毁了 7 万多口传统木质渔排，直接造成 6 亿的损失 。另外，随着近几年中国各个海域休渔期的延长，为实现近海域渔业资源的绿色健康可持续发展，离岸深水水域养殖必然成为海水养殖发展的趋势，因此深水网箱、深远海网箱的开发和应用尤为关键。
2 深水网箱发展现状
2.1 深水网箱概况
深水网箱又称离岸网箱，其设置于水深在 15 m 以上的开放海域和半开放海域，较普通网箱区域水更深，离岸更远 。挪威自 19 世纪 60 年代开始就致力于网箱养殖研究，现已有 5000 余只 HDPE 网箱 ；美国随后研制了锚拉式刚性网箱、遥控养殖网箱和碟型网箱 ；日本于 1980 年研制了具有升降功能的超大型深水网箱 ；瑞典研制了深水牧海型网箱 。国外先进的深水网箱养殖技术主要致力于增大网箱养殖面积，增强网箱抗风浪能力，加强网箱框架及绳网新材料的研发与应用，注重深水网箱的养殖配套设施装备等。
中国深水网箱研究始于 1998 年，海南省率先从挪威引进了 HDPE 圆形双浮管重力式深水网箱 ；2001年浙江省从美国引进碟型网箱 ；2002 年从日本引进升降式网箱 。随着抗风浪网箱技术的快速发展和应用，我国以 HDPE 重力式网箱为代表的深水网箱已有了大规模的产业化应用。截至 2020 年底，我国深水网箱养殖水体为 3821.39 万 m 3 ，比 2019 年增长 97.40%，养殖鱼类产量为 293120 t 。我国深水网箱的结构类型多种多样，主要有浮式网箱、浮绳式网箱、金属框架网箱等 。迄今为止，石建高等 起草了深水网箱通用要求系列标准，规范了我国深水网箱的术语、定义和要求，推动了我国深水网箱的标准化。中国现有应用较广泛的主要深水网箱有下述几种。
2.2 浮式网箱
浮式网箱在深水网箱中占比最大。浮式网箱的框架浮于水面。我国浮式网箱中用量最大的是 HDPE 框架深水网箱。HDPE 框架深水网箱主要包括框架系统、网衣系统、锚泊系统和配重系统几个部分，网箱依靠网衣下方的配重系统或张网架等来张紧网衣，以保持所需的养殖水体 ，其结构如图 1 所示。HDPE框架深水网箱的框架材料为 HDPE 管材 。HDPE 框架深水网箱结构简单、物美价廉，且能够抵御较强风浪的冲击，目前应用范围较广 ，如美国、挪威、澳大利亚等国家目前广泛应用该类网箱进行海水养殖 。但该类网箱为保持养殖体积而增加配重系统的重量，容易导致网衣受损，因此其使用受到流速的限制。
图 图 1 HDPE 框架深水网箱实景 图
2.3 浮绳式网箱
浮绳式网箱的柔性框架由浮绳和浮子装配而成，最初由日本发明并推广到世界各地。浮绳式网箱由柔性框架、箱体网衣、浮子和锚泊系统等构成 。网箱因其结构具有柔性而能够在风浪作用下随水流漂移，从而可以缓冲大风浪带来的冲击力 （见图 2）。为避免海水淹没网箱边沿导致鱼类逃逸，该类网箱有时还配备有防逃网。浮绳式网箱有时可通过木板等固定物将多个相同规格的网箱连接起来组成网箱集合群，并在集合群最外沿使用浮子缠绕，以提供足够的浮力 。浮绳式网箱制作简单，成本较低廉，投饲方便，但该类网箱在遇到大风浪时箱体网衣易发生变形而造成鱼类伤亡 ，因此浮绳式网箱一般应用于风浪较小的海域。中国水产科学研究院东海水产研究所的石建高研究员课题组联合三沙美济渔业发展有限公司等单位开展了金枪鱼暂养用浮绳式网箱的开发，已成功实现浮绳式网箱在海捕金枪鱼苗暂养上的产业化应用 。
图 图 2 浮绳式网箱实景图
2.4 金属框架网箱
金属框架网箱的主体框架由金属材料制成，其基本结构为金属框架、箱体网衣、浮筒和锚泊系统 。金属网箱的上框架上一般装有盖网（见图 3）。该类网箱除金属框架结构外，有时使用锌铝合金网衣或者铜锌合金网衣等金属网衣作为网箱箱体网衣，使箱体整体有一定的刚性，能够承受较大的风浪冲击 。金属网箱锚泊时，可将多个网箱组合定位而成一个整体，将多个金属网箱连接在一起，使得该类网箱大而稳定，造价低廉 。人们可根据生产需要加减网箱，随意解开一组金属网箱的连接绳索，操作简单方便。大连天正实业有限公司、三沙美济渔业发展有限公司、中国水产科学研究院东海水产研究所等单位开展了金属框架网箱的研发和应用，石建高等 起草了 SC/T 4067—2017《浮式金属框架网箱通用技术要求》行业标准，上述工作推动了金属框架网箱产业的技术升级 。
图 图 3 金属框架网箱实景图
3 深远海网箱发展现状
3.1 深远海网箱概况
针对目前尚无深远海网箱标准的情况，东海所石建高研究员课题组率先开展了深远海网箱定义研究，研究形成的深远海网箱定义已写入水产行业标准，解决了我国深远海网箱定义缺失问题 。所谓深远海网箱是指放置于水深超过 15 m 且有较大风浪的开放性水域，养殖水体超过 1.0×10 4 m 3 的网箱，通常放置在离岸 3 海里外的岛礁水域。深远海网箱养殖研究技术 1970 年起源于美国，随后挪威及日本等多个国家开展了深远海网箱养殖研究 。由于受到养殖技术条件、鱼类消费市场和养殖投资回报等方面的影响，目前利用深远海网箱商业化养殖的鱼类主要是三文鱼、金枪鱼、大黄鱼、黑鲪、花鲈和真鲷等 。我国深远海养殖模式主要包括深远海网箱、养殖围栏和养殖工船等 。目前深远海养殖成功且实现商业化盈利的案例较少。2017 年 9 月，世界上首座半潜式大型智能渔业养殖平台“海洋渔场 1 号” （“Ocean Farm1”）由挪威萨尔玛（SalMar）公司设计并投入使用 。“海洋渔场 1 号”集深远海先进的养殖技术、绿色可持续发展理念和顶级的海洋工程设计于一体，其形状为圆形，直径为 110 m，高度为 69 m，浸没深度为 45m，空质量 7700 t，容量为 2.5×10 5 m 3 ，能抗 12 级台风（见图 4）。“海洋渔场 1 号”一次性可投入 110 万尾大西洋鲑进行养殖。比“海洋渔场 1 号”养殖量更大的是由中集来福士为挪威 Nordlaks Oppdrett AS 公司建造的“HAVFARM 1”深水养殖工船。“HAVFARM 1”深水养殖工船项目总长 385 m，宽 59.5 m，深 65 m，共包含 6 座深远海网箱 （见图 5），可养殖 1 万 t 三文鱼，能在挪威恶劣的海况下正常运营。“HAVFARM 1”深水养殖工船项目配备先进的三文鱼全自动化养殖系统，能够完成鱼苗自动运输、饲料自动投喂、死鱼自动回收、水下成鱼自动搜捕等工作，实现了深远海养殖的全自动化和智能化。此外，挪威、美国、丹麦及英国等国家在深远海养殖装备技术智能化方面也取得重大进展 。
图 4 “海洋渔场 1 号”网箱实景图
图 图 5 “HAVFARM 1” 深水养殖工船 实景 图
相比于美国、挪威等国家，中国深远海网箱养殖业起步较晚 。2007 年，我国南沙美济礁泻湖首次开展鱼排养殖 ，截止到 2017 年，我国深远海网箱尚处于起步阶段，此间我国先后开展了近 10 种简单的深远海网箱研究 。2011 年孟祥君等 在南海美济礁开展了可组装式深远海泻湖金属网箱开发，用于捕捞金枪鱼苗的驯化和鲈鱼产业化养殖。该类网箱养殖抗风浪能力强、养殖鱼类品质高。2012 年石建高等 联合荷兰皇家帝斯曼集团、山东爱地等单位，在福建开展了周长 200m 的特力夫TM 超大型深海养殖网箱试验。该网箱采用特力夫TM超高分子量聚乙烯绳网新材料技术和大型网具装配技术等新技术，推进了深远海网箱的大型化和高性能化发展。2016 年，石建高等 联合美济渔业在南海美济礁开展了深远海浮绳式网箱的研发与应用，用于捕捞金枪鱼苗的驯化和养殖。该网箱应用特种超高强绳网材料和网具装配技术，加快了我国深远海养殖金枪鱼的进程。此外，还研制了联体增强型工字架网箱和六三型网箱等深远海网箱 。2017 年开始，在国家大力提倡建设蓝色粮仓、推进水产养殖业绿色发展及创新驱动中国制造 2025 等战略背景下，随着武船重工、中集来福士和天津海王星等海工企业步入海水养殖产业，深远海网箱获得重大突破和飞跃式发展 。
3.2 “深蓝 1 号”全潜式深远海渔场
2018 年 5 月，山东青岛建成了世界上最大、中国首座全潜式“深海渔场”——“深蓝 1 号”全潜式深远海渔场。作为我国全潜式深远海养殖网箱的代表，“深蓝 1 号”全潜式深远海渔场的成功建造与应用在我国深远海养殖业具有重要意义。“深蓝 1 号”全潜式深远海渔场箱体主体结构呈正八边形，周长 180 m，高度 38m，养殖体积为 5×10 4 m 3 ，年产量可达 1500 t （见图 6），养殖深度可根据鱼群生长的最适温度在 4~50m 调整 。相比于普通网箱和深水网箱，“深蓝 1 号”深远海渔场采用了水下锚泊导缆装置、大型特种网具装配、鱼类捕获等新技术 ，在抗大风浪方面取得了较好的效果，真正意义上实现了中国网箱养殖由近海到深远海的拓展，从传统人工养殖向自动智能化养殖的过渡，推动了中国由传统网箱养殖向大型装备养殖的进程。2019 年，受武船海工院委托，东海所石建高研究员课题组联合艺高网业、山东好运通等单位负责了“深蓝 1 号”深远海渔场网具工程的升级改造项目，该升级改造项目通过新材料和工艺优化创新，提升“深蓝 1 号”深远海渔场网衣系统的安全性。2019 年至今，“深蓝 1 号”实现了 15 余万尾三文鱼规模化安全生产状态，充分说明了“深蓝 1 号”深远海渔场网具工程升级改造项目技术可行，综合技术效果明显。2021 年 6月 21 日，“深蓝 1 号”全潜式深海渔场首批国产深远海三文鱼规模化养殖收鱼成功，这标志着该网箱成功进入商业化养殖运营阶段，也标志着我国全潜式深海渔场在深远海产业化养殖中迈向成功的一大步。
图 图 6 “ 深蓝 1 号 号” 深远海渔场实景图
3.3 “蓝鑫号”深远海智能大型养殖网箱
2019 年 12 月，山东威海建成深远海智能化大西洋鲑养殖平台——“蓝鑫号”深远海智能大型养殖网箱。该网箱全长 158 m，宽 54 m，包括 2 个八角形网箱，总水体容量 6×10 4 m 3 ，采用单点锚泊系统（见图7）。该网箱配备自动化远程投喂系统、水下鱼类监控系统、水质环境监控系统及网衣清洗系统等智能化系统。该网箱是现代化深远海网箱智能化的代表，是威海市大西洋鲑深远海养殖向产业化迈出的一大步。在“蓝鑫号”项目建造实施过程中，威海海恩蓝海水产养殖有限公司、挪威公司、中国水产科学研究院东海水产研究所石建高研究员课题组与山东好运通提供了网具系统综合技术（如网衣质量安全检测、网具优化设计、网具连接安装、网衣防磨加强等）支持和指导。该养殖平台的建成，突出代表了我国深远海养殖中智能化技术的应用，为我国今后深远海网箱网具智能化系统的进一步开发和应用提供了借鉴。
图 图 7 “ 蓝鑫号” 深远海智能养殖网箱实景图
3.4 “经海 1 号”深远海智能网箱
2020 年 12 月，山东烟台建成了亚洲最大的深海智能网箱——“经海 1 号”深远海智能网箱 [58] 。该网箱主体为钢结构，由立柱、上环、下环、沉垫及防沉板等组成，网箱内部仍然是一个整网空间，网箱长度为68 m，宽度为 68 m，高度为 40 m，养殖水体容量为 7×10 4 m 3 （见图 8）。该渔场日常照明、监控室等电力来源主要为太阳能及风能，同时配备发电机以供投饲等连续作业的大功率用电。网箱搭载了空气动力投饲系统、自动化赶鱼装置及搭载视觉系统的巡检机器人等深远海养殖所需的智能化装备。网箱网衣采用 PU涂层处理，尝试提高深远海网箱网衣防污效果，网箱底部坐落在海床上，可缓冲较大台风的冲击力。该网箱全覆盖式深远海智能化装备的设计及应用实现了推动我国现代智能化养殖向深远海的拓展，为我国未来深远海现代智能化的养殖提供了参考。
图 图 8 “ 经海 1 号 号” 深远海智能网箱实景图
中国近几年在深远海网箱的设计开发和应用方面取得了快速的发展。除上述几个代表性的深远海养殖平台之外，中科院广州能源所、招商局工业集团等合作建造了“澎湖号”半潜式波浪能养殖网箱；上海振华重工集团建成了“振渔 1 号”自翻转式网箱；上海振华重工（集团）股份有限公司、福建中新永丰实业有限公司和启东海洋公司联合研制的我国首创的深远海机械化养殖平台——“振鲍 1 号”，还有“嵊海 1 号”全潜式深远海大黄鱼养殖平台、“耕海 1 号”现代化海洋牧场综合体、“闽投 1 号”深远海智能养殖装备等深远海养殖网箱 ，都体现了我国近几年深远海智能化装备的快速更新换代，是我国深远海网箱高科技的集成，也代表着我国深远海养殖技术的逐步成熟。诚然，在部分深远海网箱项目实施过程中，也出现了网破鱼逃、网衣污损严重、框架结构破损、智能化装备实用性差等一系列问题，这已经成为深远海网箱养殖业发展的“卡脖子”技术难题，急需联合攻关逐步解决。深远海网箱养殖业任重道远。
4 中国未来海水网箱的发展方向
4.1 海水网箱的离岸拓展化
中国海水养殖自 20 世纪 60 年代以来进入快速发展期，长期高密度的传统普通网箱养殖，造成了近海岸空间的超负荷开发利用 ，局部海域养殖近乎饱和，导致近海区域生态环境污染 ，渔业资源锐减严重，养殖鱼类病害频发 。为实现我中国渔业资源的绿色可持续发展，以及部分沿海城市政策规划养殖网箱的离岸化，海水网箱养殖向离岸、深水、深远海拓展势在必行 。深远海网箱养殖集新材料技术、新装备系统及养殖智能化系统等于一体 ，使得养殖网箱的养殖容量更大、网衣内外水体交换率更高，还可以养殖仿野生鱼类 ，极大地提高了养殖鱼类的品质，促进了养殖鱼类的规模化。因此，我国未来海水网箱养殖的离岸拓展化有利于减少近海岸生态环境的污染，促进鱼类养殖的集约化，提高养殖鱼类的品质，有效减少网箱养殖的鱼类病害，同时也符合国家发展绿色可持续水产养殖的理念。
4.2 海水网箱的大型升级化
相比于深远海网箱，传统普通网箱和深水网箱的框架周长一般不超过 120 m，随着新材料、新装备、养殖机械化及自动化技术的开发及应用，深远海网箱养殖体积更大，抗风浪能力更强，能够抵抗台风等灾害，突破了传统近岸养殖网箱的局限性 。如 2012 年东海所石建高研究员课题组联合相关山东爱地等单位设计开发的特力夫超大型养殖网箱周长高达 200m ，其箱体创新采用 UHMWPE 绳网材料，使箱体用绳网重量只相当于传统网箱的 1/4-1/5，该项目推动了网箱的大型化及新材料在网箱上的应用。又如“深蓝 1号”全潜式深远海渔场周长 180 m，高度 38 m，养殖体积 5×10 4 m 3 ，年产量可达 1500 t，为养殖鱼类提供了巨大的空间。与传统普通网箱相比，“深蓝 1 号”全潜式深远海渔场在抗台风等大风浪方面显示出明显的优势。因此，中国未来海水网箱的大型升级化，可为养殖鱼类提供更大的水体空间，有利于提高养殖鱼类的品质，并实现网箱养殖的规模化生产。
4.3 海水网箱的智能自动化
随着深远海网箱的迅速发展与投入使用，深远海网箱逐步配备自动投饵机、自动化网衣清洗机、鱼类捕捞监控系统、死鱼收集装备系统等辅助装备，智能自动化已成为深远海网箱发展的趋势 。如“蓝鑫号”深远海智能大型养殖网箱配备自动化远程投喂系统、水下鱼类监控系统，水质环境监控系统及网衣清洗系统等智能化的系统，让该网箱成为现代化深远海网箱智能化的代表之一，是中国大西洋鲑深远海智能化养殖产业化集成的体现。因此，海水网箱的智能自动化，满足了海水网箱现代化的发展需求。
4.4 海水网箱的规模集约化
相比于传统网箱和深水网箱，深远海网箱拥有离岸化、大型化及智能化等特点，其养殖容积更大，离海岸距离更远，通常配备智能自动化装备，尤其注重新材料、新装备等高新技术的集约化应用，故其养殖成本也会因此提高 。因此，深远海网箱的制造一般都要求形成养殖产业集约化，以便吸引更多的高科技人才、更多的资金灌入、更多的企业参与及更多的资源进入，进而形成规模化养殖产业链，这样可大幅度降低养殖成本、减少鱼类加工、运输及销售等成本 ，从而提高网箱养殖的经济回报率，同时带动相关产业的发展和完善。因此，海水网箱的规模化、集约化是未来绿色可持续养殖的发展方向。
综上所述，中国海水网箱未来的发展方向是离岸拓展化、大型升级化、智能自动化、规模集约化。此外，还会向着标准规范化、生态一体化等多个方向发展。这不仅是海水网箱现代高新材料高新技术应用的集成，也是现代化水产养殖产业化的需求，更是国家提倡绿色可持续生态化养殖的要求。
