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Nature Outlook:水產養殖大變革,如何簡單經濟?

2021-01-05 00:00:00健康

編者按:

近期,Nature Outlook推出了以「可持續營養」為主題的一系列推文。《腸道產業》將對該期Nature Outlook進行全文翻譯。

今天,我們共同關注水產養殖。希望本文能夠為相關的產業人士和諸位讀者帶來一些啟發和幫助。

①水產養殖

2019 年的一個夏日早晨,Andy Suhrbier 駕駛著一艘小船來到華盛頓州普吉特海灣東岸一個安靜的海灣裡。當船靠近養殖貽貝的筏子時,Suhriber 看到本在筏子上休息的一隻母海豹和它的幼崽正在滑入水中。Suhrbier 從他的船上爬到木筏上,發現上面唯一的生命跡象是一種模糊的氣味。

Suhrbier 拽著幾根連線在木筏的一根橫樑上的繩子。很快,一個網狀的塑膠籠子出現了,水和淤泥從裡面湧出。他摘下幾顆海星扔回水中,然後像海盜開啟寶箱一樣翻開蓋子。裡面有很多的黑色沉澱物,大部分是貽貝的廢物,也是氣味的主要來源。Suhrbier 在其中篩選,他好像在尋找什麼。

「你看這個怪物!」他說著,舉起一隻近一英尺長(30 釐米左右)的海參。它深紅色的身體上佈滿了橘黃色的疙瘩,從淤泥中脫穎而出,就像一塊金子。「這絕對是符合市場要求的大小。」

Suhrbier 是華盛頓州奧林匹亞太平洋貝類研究所的生物學家,該研究所是一個非營利性研究組織,致力於促進美國西海岸野生貝類種群的健康發展和可持續貝類水產養殖。兩年前,他把海參放在籠子裡,懸掛在貽貝筏子下面,海參的養殖是普吉特灣水產養殖發展的一部分。海參的龐大體型是一個理想的研究物件。

Suhrbier和他的同事認為海參養殖有兩個好處。

首先,這些動物可以幫助防止過多的廢物在水產養殖設施的下面堆積,比如用來裝鮭魚等硬骨魚類的蚌筏或網欄(海參是一種與海膽有親緣關係的軟體動物,它是海洋中的真空吸塵器,以碎屑為食,在海床上緩慢移動)。其次,養殖海參的現成來源可以減少為滿足東亞和東南亞日益增長的市場而對野生海參的偷獵。

根據聯合國糧農組織(FAO)的資料,2018 年全球水產養殖生產了 8,210 萬噸水生動物,野生漁業生產了 9,700 萬噸。但養殖魚類的價值更高,約 2,500 億美元,而野生魚類的價值為 1,510 億美元。到 2030 年,水產養殖的動物產量預計將增加三分之一,達到 1.09 億噸。到 2050 年,水產養殖將供應人們飲食中的大部分水產蛋白。

Monica Jain 說:「隨著世界人口的增長,我們需要增加可用海產品的數量,為每個人提供足夠的蛋白質。」 Monica Jain 是卡梅爾 Fish2.0 的創始人,這個組織是一個促進可持續海鮮產業的組織。

由於野生漁業的捕獲量基本穩定,而一些魚類已經被過度捕撈,因此「水產養殖確實是實現這一目標的唯一途徑。」但是隨著水產養殖業的發展,Jain 和其他水產養殖業的倡導者希望確保水產養殖業的發展是可持續的。

圖.在華盛頓州的普吉特灣,人們從網箱裡撈出海參。

② 雙重優勢

水產養殖在全球糧食系統中所佔比例相對較小。2018 年,陸地肉類生產(包括牲畜和野味)總量約為 3.42 億噸,穀物和穀物產量為 27 億噸。

然而水產養殖更加多樣化,特別是養殖的動物。這些動物廣泛分佈在不同的類別中,包括硬骨魚(例如鯉魚、羅非魚和鮭魚)、甲殼類動物(蝦、對蝦和小龍蝦)、軟體動物(蛤、牡蠣和貽貝)和棘皮動物(海參)。各種海藻也是目標物件。

此外,水產養殖模式多樣,有淡水、鹹水、半鹹水和自給自足的陸地水產養殖系統。每一種都有其自身的可持續利益和挑戰。

非飼養水產養殖在環境方面具有巨大優勢,而且這種優勢並不被陸地農業所具備。海洋雙殼類,如蛤蜊、貽貝和牡蠣,透過過濾周圍水中的微型植物、碎屑和營養物質來獲取營養。它們只需要很少的投入,此外還可以改善水質。從這個意義上說,Suhrbier 的海參意味著雙重優勢:用其他非飼養養殖品種產生的廢料來養殖無需飼養的海參。

同樣,人工培植的海藻可以去除多餘的營養物質,比如氮,過多的氮會使海洋形成海洋生物難以生存的缺氧水域,這就是所謂的死亡區域。透過吸收碳,它們還可以在區域性範圍內幫助減輕海洋酸化。

此外,澳大利亞墨爾本迪肯大學(Deakin University) 迪肯海藻研究小組負責人 Alecia Bellgrove 表示,海藻的營養價值令人難以置信。例如,它們是極好的微量礦物質來源,而這些微量礦物質在我們以陸地食物為基礎的飲食中經常缺乏。

需要飼料的水生動物——主要是蝦和硬骨魚——也比陸生農業養殖的動物具有環境優勢。由於它們大多數是冷血動物,所以比鳥類和哺乳動物能更有效地將食物轉化為體重,而鳥類和哺乳動物需要能量來幫助調節體溫。例如生產一公斤鮭魚所需的飼料比生產一公斤牛肉或豬肉所需的飼料要少。

然而,一些最賺錢的水產養殖物種是肉食性的,因此在食物鏈中的地位高於任何農業養殖的陸生物種。

以大西洋鮭魚(Salmo salar)為例,2000 年代中期,三文魚養殖業發展迅速,現在這一產業的產值已經達到了 154 億美元。全球餵養鮭魚所需的魚粉和魚油所佔份額越來越大,這些魚粉和魚油主要來自小型飼料魚,如鳳尾魚、沙丁魚和刺毛魚。

但是,儘管鮭魚養殖場的需求在增長,這種飼料魚種的捕魚量卻保持相對平穩。至少需要 4 公斤野生飼料魚才能生產 1 公斤鮭魚。

Food's Future 的創始人 Scott Nichols 說:「從環境的角度來看,這毫無意義。」Food's Future 是賓夕法尼亞州西切斯特的一家諮詢公司,致力於促進可持續水產業的發展。

2000 年代中期,作為一名在美國化學公司杜邦(DuPont)工作的生物化學家,Nichols 幫助開發了一種從酵母中生產 omega-3 脂肪酸的方法。這些脂肪酸隨後被加入到鮭魚飼料中,以取代野生魚類的部分成分。

杜邦公司和位於智利蒙特港的水產養殖公司 AquaChile 共同對新飼料進行了測試。

「經過幾年的生產,我們能夠達到這樣的水平:每生產一公斤鮭魚,我們使用的野生捕獲的魚還不到一公斤,」Nichols 說,「所以我們的養殖方式提高了地球上魚類的總重量。」

其他公司很快也加入了進來,用轉基因菜籽油或單細胞藻類生產 omega-3 脂肪酸。與此同時,魚油和魚粉生產商正越來越多地利用以前被浪費掉的魚屑和其他副產品。

根據糧農組織的資料,2018 年,用於各種水產養殖飼料以及食品補充劑等產品的魚粉和魚油仍佔全球魚類總產量的 10%左右。儘管如此,Nichols 還是從事態的發展中得到了鼓舞。他表示:「2006 年還看起來不可能的情況,現在看起來很有希望。」

③ 疾病偵測

對水產養殖可持續性的一個日益重要的威脅是疾病,它影響到水產養殖的所有部門,每年造成估計價值 60 億美元的水產動物損失。疾病包括鮭魚體內的海蝨:對蝦的白斑綜合徵病毒,出現於 20 世紀 90 年代初,在傳播到美洲之前摧毀了整個亞洲的對蝦養殖業;以及羅非湖病毒,這種病毒威脅著淡水養殖業在許多低收入和中等收入國家實現的經濟和營養收益。

隨著水產養殖規模的擴大,疾病問題也將變得更嚴重。英國韋茅斯環境漁業和水產養殖科學中心(Centre for Environment Fisheries and Fisheries Science, Weymouth)的病理學家、水生動物健康負責人 Grant Stentiford 說,當你擴大產量時,你將遭受重大損失。你用盡了潛在的大量資源,卻一無所獲。

為了應對這種威脅,一些供應出口市場的大型生產商正在轉向自給自足的陸基系統。還有一些人正從海岸遷往可能會降低疾病威脅的更深的水域。疫苗也起到了作用,不僅減少了許多魚類疾病的威脅,而且還減少了抗生素的使用——這是該行業另一個主要的環境問題。對水產養殖系統中微生物 DNA 進行高通量測序可以為疾病暴發提供早期預警。

但是這些解決方案中的許多都很昂貴,因此對於佔全球水產養殖業大多數、生產供低收入和中等收入國家自給自足的食品或當地市場的中小型生產者來說,是遙不可及的。

此外,威脅水產養殖的疾病平均每三至五年出現一次。而對水生病原體知識的匱乏使得疾病難以預測和發現。

要推斷出它們的原因也是一個挑戰。例如,冰樣白化病導致 Kappaphycus 海藻變白,這種海藻在東南亞和坦尚尼亞大量種植,用於生產增稠劑卡拉膠等食品新增劑。在過去的十年裡,這種疾病導致收益率下降。

「但導致該病的病原體仍不知道。」Valéria Montalescot 說。他是 GlobalSeaweedSTAR 高階專案經理,在英國奧班的蘇格蘭海洋科學協會(the Scottish Association for Marine Science)有一項為期四年的研究專案,旨在促進在低收入和中等收入國家對海藻的栽培。

Montalescot 補充說,Kappaphycus 通常是由扦插種植的,因此在多個國家的整個作物可能只是幾個克隆的結果,即缺乏多樣性,這可能使它更容易受到疾病的影響。

④ 不同的收益率

氣候變化使防治疾病變得更加複雜。較高的水溫會改變水體的微生物群落,刺激病原體的生長,同時也會影響水體的健康,為生物體帶來壓力,使它們更容易受到疾病的影響。例如導致冰凍病的一個原因是,溫度受壓的海藻會釋放吸引細菌的化合物。

溫度不是唯一的問題。降雨量增加和海平面上升造成的鹽分侵入都可能改變水的化學性質,從而對水產養殖生物產生害處。風暴可以破壞水產養殖作物或水和陸地上的基礎設施。迪肯大學研究全球海產品可持續性的 Nesar Ahmed 說:「從環境的角度來看,我認為氣候變化是對水產養殖系統可持續性的最大挑戰。」

氣候變化還與水產養殖對水和土地資源的壓力交織在一起。內陸水產養殖業每年需要 429 立方公里的淡水,遠遠低於陸地農業的需求,但仍然足以給日益乾旱的地區帶來壓力。

在南亞和東南亞,對蝦養殖導致全球 38%的紅樹林棲息地遭到破壞。紅樹林具有多種重要的生態功能,包括吸收碳、緩衝海岸線免受風暴和海平面上升的影響。紅樹林的消失還導致海水入侵,使內陸地區不適合陸地農業。

一些農民現在在完好無損的紅樹林中生產對蝦。儘管有人擔心這種做法可能也會損害紅樹林的健康,但它是更大趨勢中的一部分,即建立包括多種物種和相互關係的水產養殖系統,更像那些保持自然生態系統平衡的系統。

這種綜合水產養殖的一些例子由來已久,例如在稻田裡放養魚或對蝦。Ahmed 說,這些動物吃害蟲,給水稻施肥,增加了水稻產量,為小規模農戶提供了額外的蛋白質來源或收入。在一個水體中種植兩種植物也可以減少總體用水量。

這種稻魚系統在中國已經實行了數百年,並被聯合國糧農組織指定為一個全球重要的農業遺產系統,其目的是保護農業知識,以促進更可持續和更有彈性的糧食系統。大型水產養殖企業,如總部設在加拿大布萊克港的庫克水產養殖企業,也一直在試驗多品種養殖系統。該公司在加拿大芬迪灣的貽貝和海帶筏子附近用網圈飼養鮭魚。

從理論上講,綜合水產養殖可以透過提高業務的多樣性幫助提高產量並降低風險,而且一般來說是採用一種對環境相對無害的水產養殖形式。但在實踐中,很難量化這些好處。例如由於氮在水中自由流動,很難追蹤多骨魚和附近生長的海藻對多餘氮的吸收。而且管理多種物種的操作也很複雜,不僅僅是生產它們,還要捕獲、加工和銷售它們。

Suhrbier 深知這些困難。他和他的團隊從貽貝筏子下采集的海參的大小、重量和顏色都符合出口市場的要求,但與他合作的貽貝生產商無法在那個地方獲取許可證。

筏子丟了,隨之而來的是 Suhrbier 進行後續實驗開發海參養殖技術的機會。Suhrbier 說:「我真的很震驚也很難過,因為這裡是海參生長的地方之一。」 生產商的筏子的新位置並不是海參的好棲息地。

Suhrbier 仍在嘗試在普吉特灣地區種植海參和其他種類的水產養殖。但是像越來越多的水產養殖研究人員一樣,他開始認為,養殖動物需要向一個更簡單、更激進的方向發展。在籠子裡種植海參是勞動密集型的。如果這些動物被放置在水產養殖場的附近,讓它們自由地漫遊,就好比建立了一個海洋中的牧場或永久養殖系統一樣,那麼會發生什麼呢?

Suhrbier 說:「如果我們能增加這些地區的野生動物數量,我認為這對每個人來說都是一大好處。我正在嘗試一種適合它的東西,簡單、經濟、儘可能被動。」

原文連結:https://www.nature.com/articles/d41586-020-03446-3

作者|Sarah DeWeerdt

編譯|拍了花寶貝

審校|617