段云岭和他养殖的南美白对虾。受访者供图
不久前，清华大学校园内的一件“趣事”引发了不少师生的关注：该校水利水电工程系教授段云岭在即将退休前，一头扎进宁夏的一个小村庄“跨界”养虾。
“我是一不小心搞上水产养殖的。”段云岭告诉《中国科学报》，这个决定与其说是一种冲动，不如说是一种责任。
“低估了这事的难度”
在宁夏的广袤土地上，黄河水滋养着这片塞上江南。随着水产养殖业的快速发展，银川市贺兰县常信乡四十里店村的养殖户引进了鲜嫩可口的南美白对虾，但养殖该虾带来的废水排放问题却日益凸显。
为此，当地政府工作人员联系到研究分布式渗流监测系统的段云岭，希望他能帮忙改善养殖水环境，提高养殖效益。
“其实，我对水产养殖的了解很少。我们不会养虾，也不会养鱼，只会研究水，你要愿意让我们做，我们就试试。”段云岭心想，如果能做成，不仅能节约黄河水资源、改善水环境，还能增加农民收入。
只是段云岭自己也没想到，当初说的这一试就是6年多时间。
此前，段云岭曾参与国家原油战略存储、三峡工程等多个国家重点项目，也曾参与水环境治理项目，但这次的任务还是让他有点发怵：“我可以采用很多方式改善水环境，但要用食品安全的标准养虾，难度很大。”
2019年，段云岭带着团队来到四十里店村，深入养殖户家中，了解当地的养殖现状。
“养殖水竟然都是黑棕色的。”第一次见到虾塘时，段云岭被眼前的一幕吓了一跳。当地养殖户大多采用大塘养殖技术，依赖频繁换水维持水质。这种方式在南方水系丰富的地区较为常见，但在宁夏这样一个水资源匮乏的地区，通常无水可换，偶尔换水还对环境造成了巨大压力。
此外，段云岭还发现，当地一些养殖户尝试了小塘室内养殖模式，虽然不依赖频繁换水，但虾的死亡率异常高。通过测量水质，段云岭发现养殖废水中的污染物，如氨氮、有机物等，严重影响了水体环境，尤其是在养殖密度较高时，水体的自净能力不足，水质恶化明显。
“起初我们以为只要处理好养殖尾水，让各项指标达标就行。”段云岭回忆道。然而，经过一系列水处理程序后，他发现养殖虾的收益甚至还不够支付水处理的电费，“虽然有准备，但还是低估了这事的难度”。
段云岭决定从头学习水产养殖知识。他带领团队查阅了大量文献，走访了多个养殖基地，向当地的养殖户请教虾的养殖经验。
第一次尝试调整水质时，段云岭信心满满。然而，3个月后，本该捞出五六十公斤南美白对虾的室内养殖池，只捞出了两三公斤。“在沉闷的氛围中，我们喝着闷酒，把虾煮着吃了。”段云岭苦笑着说。
实现“质量翻番”
“既然单纯依靠生物絮团不能保证水质，那就引入硝化菌帮忙，同时探讨放弃微生物的电化学除氮方法。”段云岭团队通过调研发现，在水产养殖过程中，鱼虾等生物的排泄物和未被消耗的饲料会生成大量氨氮等有害物质。生物絮团技术可以利用特定的微生物降解这些废物，并将其转化为蛋白质丰富的微生物絮团，供生物食用，形成一个低排放、可循环的生态系统。
然而，在实验过程中，段云岭团队发现，由于小塘养殖密度和饲料蛋白质含量过高，生物絮团疯长，导致系统崩溃。“池里面都是黏黏糊糊的东西，像‘爆缸’一样。”段云岭形容道。
如何将生物絮团从水体中捞出来是第一道难关，段云岭团队为此开展了长达3年的实验。他们尝试过过滤网、膜物理过滤方法，最多半小时就给糊住了。之后利用气浮原理，经过无数次失败，终于试制出不使用絮凝剂（具有食品安全风险）的微气浮装置，破解了生物絮团打捞难题。
控制住生物絮团总量后，水体内还有多余的氨氮，使用硝化菌可以将其转化为硝酸盐。但硝化菌只在合适的“家”中繁殖，这个“家”养殖池内没有。如何保证水体内有足够的硝化菌就成了第二道难关。
为此，研究团队在养殖池外搭建了一个硝化菌培养站，使用人工陶粒作为硝化菌的“家”，定期将培养出的菌液放入养殖池，实现了养殖池内生物絮团和硝化菌联合净化水体。
然而，新的问题又出现了：这样养出来的虾口感一般，吃起来有些生涩，失去了海虾鲜嫩的风味。经分析，可能是水体中硝酸盐含量偏高造成的。团队再次调整方案，通过使用天然岩石滤料作为硝化菌的“家”，成功降低了水体中的硝酸盐含量，改善了虾的口感。
虽然技术取得了突破，但推广过程并非一帆风顺。
段云岭回忆道：“刚开始，很多养殖户对我们的技术持怀疑态度。”有一次，段云岭邀请一位养殖户试用他们的系统。结果，由于操作太复杂，养殖户很不适应，只用了一天，就把辛辛苦苦培育的水全部倒掉，重新采用换水的老办法。
为了降低使用门槛，段云岭团队开发了一套自动化水体管理设备，集成了生物絮团控制、硝化菌培养和水体微量元素调节等功能。这套设备大大简化了操作流程，让养殖户更容易接受。
从2020年到2024年，段云岭团队协助养殖户将南美白对虾养殖产量稳定在亩产1500公斤左右，单只虾的平均重量也从37克增加到64克，实现了“质量翻番”。
“还有很多事可以做”
长期的调研和考察让段云岭意识到，贺兰县的养殖问题在西北地区颇具有代表性。为此，他带领课题组在当地建立了清华大学设施水产养殖综合试验平台。段云岭告诉记者，当地在农业方面做了很多工作，如提供推广示范田、提供专家公寓等，为科研人员提供了良好的支持。
作为一名河南人，同处黄河流域的宁夏所面临的水产养殖困境，引发了段云岭的思考。他认为，黄河流域的高质量发展离不开产业突破。
“不光是养虾，宁夏还有很多事可以做，比如利用光照时间长的优势发展贵重药材种植等。”段云岭想破解的不仅是技术难题，也想通过科技创新帮助当地增收致富，推动乡村振兴。
“农业项目一定要长期驻地实验。”段云岭分享了成功经验，农业技术的研发要结合当地的气候、土壤和水资源条件，只有通过实地研究和反复试验，才能开发出真正适合当地的技术和产品。在他看来，农业科研不能停留在实验室里，必须扎根田间地头，与当地紧密交流。
“技术成果转移转化从来不是一蹴而就的，而是需要科研团队的坚持、当地的支持、农户的信任等各方面因素。”今年，段云岭计划通过进一步降低设备成本，将技术推广到规模化养殖工厂。他希望未来的养殖工厂具备4~6层立体养殖池，配备5条生产线，预计产虾量可达每周一吨以上，为黄河流域的高质量发展注入新活力。
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