透天厝實例

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2011南區技專校院師生產學合作實務專題製作競賽

 

 

2011南區技專校院師生產學合作實務專題製作競賽

研究報告書

石斑透天厝

領域:精緻農業領域

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

有如一棟一棟的透天厝,這個新創的石斑魚養殖設施是往空中發展的

 指導老師:蕭世民

參賽組員:吳鋆浩、蔡宏政、陳欽俊

學校名稱:國立高雄海洋科技大學

    系:水產養殖系暨研究所

中華民國1000416

一、  前言

在人口不斷增加,農地面積有限及運輸成本高昂的情況下,鄰近消費市場,用高樓以多層次生產的農業技術:「垂直農業」,成為維護全球經濟發展的重要手段(The Economist Technology Quarterly, 2010) 這個多層次農業生產的概念應用在水生物的養殖上就叫做「垂直養殖」,在蕭世民博士的實驗室已發展多年並獲得許多專利(請看文獻探討)本實務專題研究將此「垂直養殖」的發展應用在石斑魚(青斑Epinephelus coioides及龍膽石斑E. lanceolatus)的養殖,設計並組裝出一個有效率的石斑魚垂直養殖設施:石斑ㄟ透天厝。

目前的水產養殖事業在土地或廠房的基礎地面,挖掘水池或設置水槽,以其形成約0.5-6公尺深的單層水體進行水生動植物(魚、蝦、貝、藻等類別)的生產。在這個單層水體堙A當養殖的水生動植物具底棲性或附著性時,他們通常選擇棲息或附著在水體底層,使底層成為單一的有效養殖平面,而沒有充分利用到水體底層及土地或廠房基礎面以上的空間。

「垂直養殖」的發展則在一個水體或空間內建置多層次的有效養殖平面,使底棲性或附著性水生動植物的養殖事業增產。這個構想的前例如九孔的多層次養殖養殖,在水體內以九孔養殖盒形成多層次有效養殖空間而達到在單位水體底層及土地或廠房基礎面上增加生產的目的。

為普遍達到此目的,蕭世民博士的實驗室發展下列兩項技術:

1. 水生動植物的淺水養殖,以方便多層水體上下堆疊,增加養殖場區的空間利用。

2. 在同一水體內構建一到多層的生態結構,形成一到多層有效養殖平面。

以岩礁為棲地或在水底棲息的水生物,包括魚類、蝦類、海葵及珊瑚等為例,在具有特定生態結構的養殖水槽中,可生活在十分淺的水中。現有數據顯示白蝦(Litopenaeus vannamei)、吳郭魚(Oreochromis mossambica)、青斑(Epinephelus coioides)及龍膽(E. lanceolatus)等生物均可生活在水深僅4-15公分的環境,分別成長至每尾25g600g1,800g3,000g或更大。以這個垂直型水產養殖的概念為基礎,本專題研究設計及組裝一個垂直型龍膽石斑養殖設施,並實地試驗其養殖石斑魚的功能。

 

二、研究目的

1. 規畫並組裝一個有效率的垂直型石斑魚養殖設施

2. 試驗石斑魚在這個設施中是否正常成長。

3. 找出這個設施單位面積的生物負載量

4. 增強這個設施的各種功能。

 

二、  文獻探討

 

1.      The economist, Technology Quarterly 2010 Fields in the sky, does vertical farming really stack up? Pages 1-3.

2.      垂直型水產養殖的發明專利(1) ,發明人均為蕭世民。

 

1. 垂直型水產養殖的發明專利,發明人均為蕭世民

專利名稱

生效日期

水生甲殼類動物的養護方法及其裝置(台灣專利I221401)

2004/10/1

多層化養殖系統(台灣專利I276399)

2007/3/27

一種利用水生甲殼類動物其對特定明暗對比反應之生物趨性以引導水生甲殼類動物移動之裝置(台灣專利I280849)

2007/5/11

一種利用水生甲殼類動物其對特定明暗對比反應之生物趨性以引導水生甲殼類動物移動之方法(台灣專利I280848)

2007/5/11

活體水產品運輸及展示系統及其操作方法(台灣專利I328425)

2010/8/11

Apparatus for guiding aquatic crustaceans by utilizing their biological tendency responding to bright and dark contrast (美國專利US7201114)

2004/9/16

Multi-layered aquaculture system(美國專利US7174850)

2004/10/7

Method for guiding aquatic crustaceans by utilizing biological tendency responding to visual effect of bright and dark contrast(美國專利US7000567)

2006/2/21

 

三、  研究方法

垂直型龍膽石斑養殖設施的組裝

垂直型水產養殖的概念,利用商業型鷹架零組件做為支撐材料,架構一個三層扁平水槽上下推叠的養殖設施,每個水槽長165cm,寬67cm,高20cm,加入鹽度千分之8-15的人工配製海水,形成215公分水深的養殖水體。再將這三層水體,連接到位在支撐架下方的循環水維生系統,在養殖過程中清除此三層養殖水槽所產生的物理性廢棄物(包括多餘的飼料及糞便顆粒)及化學性廢棄物(包括溶解在水中的含氮廢物)。另為控制水中病原菌及懸浮蛋白質的含量,養殖設施的部分水循環分別流過紫外線殺菌燈及蛋白質除沫機(1)

每層淺水槽中依所養殖石斑魚的大小,裝設可更換的多孔生態結構供石斑魚棲息,小型石斑可用多孔膠片板放置水槽內,魚可住在膠片的下層或上下兩層(2)每尾300公克或更大的石斑魚可用塑膠棧板放置水槽上面,魚可棲息在板面下方(3)

為試驗此養殖設施的功能,自20091月起開始試養青斑,7月起開始試養龍膽石斑,在養殖過程,淺水槽的水深從3公分深起不斷調高,供魚躲藏的多孔生態結構也從裝在水水中的小型板逐漸改為放置在水槽上面的棧板。試驗過程定期測量魚體重,並製做成長曲線圖。

1. 自行設計及裝設的垂直型石斑魚養殖設施,黄圈內的裝置為紫外線殺菌燈,綠圈內的裝置為蛋白質除沫機。
2. 淺水型水槽在養殖小石斑時,內有多孔膠板,做為供魚棲息的多孔生態結構,小魚可住該結構的下層或上下兩層。 3. 淺水型水槽在養殖每尾300公克或更大的石斑魚時,可用塑膠棧板放置水槽上面,做為供魚棲息於板面下方的多孔生態結構。

 

 四、  結果

成長與體重分佈

養殖槽水的平均水温為21-31oCpH維持在6-8.5,溶解氧維持在4.5-6.5mg/l

1.青斑及龍膽在垂直型石斑魚養殖設施的成長

青斑小魚在2010129日購入,311尾在淺水槽養殖144天,由39公克成長至139公克,活存率95%,體重分布多在101-200公克之間,但仍有超過10%的小魚長至201-350公克。

兩批龍膽小魚A20097月購入之寸苗,推測為當年5月孵出之魚苗,B200987日購入之白身苗,推測為當年6月孵出之魚苗。此兩組龍膽小魚AB20091013日起,經常採樣測量體重,A組在10月齡(323)14月齡(727日及84)所有的魚測量體重;B組在9月齡(323)13月齡(727月至84)所有的魚也測量體重。兩組魚的體重分佈與成長分別敍述於下。

A組在飼養7個月後,10月齡的小魚體重分佈在154g510g之間(n=26),體重最大的魚重是體重最小魚重的3.3倍,至14月齡,魚群體重分佈擴大到2861,400g(n=24),活存率92.3%,體重最大的魚重是體重最小魚重的4.9倍,大小不均的現象增加。

B組在飼養6個月後,9月齡的小魚,體重分佈在27g180g之間(n=69),體重最大的魚重是體重最小魚重的6.8倍,至13個月齡,魚群體重分佈擴大到85850g(n=60),活存率87.0%,體重最大的魚重是體重最小魚重的10倍,大小不均的現象也增加。

A組在10月齡依體重大於300g12尾,及小於300g14尾分為兩批AaAb,分養在不同的淺水槽,B組在9月齡也依體重大於100g28尾,及小於100g41尾各分為BaBb兩批,分養在不同的淺水槽,各循不同的成長曲線成長(45)

4. A組龍膽在10月齡分養成AaAbAa循多項式數學公式成長,Ab循線性數學公式成長(左圖) B組龍膽在9月齡分養成BaBbBa循多項式數學公式成長,Bb也循另一個多項式數學公式成長(右圖)

 

2.垂直型石斑魚養殖設施的承載能力

為了解垂直型石斑魚養殖設施可否養出成魚,一組同層水槽的青斑及一組同層水槽的龍膽分別收成,測量每尾魚的體重及每水槽的總魚重。2010119日,單一水槽收成的青斑總重10.6公斤,4尾超過1.3公斤,51公斤左右,魚齡20個月(5)2011310日,單一水槽收成的龍膽石斑總重10.9公斤,3尾龍膽超過2公斤,21.8公斤左右,魚齡21個月(6)

收成K21109.JPG

5(左). 2010119日單一水槽收成的青斑總重10.6公斤,4尾超過1.3公斤,51公斤左右,魚齡20個月。

6(右). 2011310日單一水槽收成的龍膽石斑總重10.9公斤,3尾超過2公斤,21.8公斤左右,魚齡21個月。

 

五、  討論

結果顯示,本專題研究所架設的垂直型養殖設施可用以養殖青斑與龍膽,每一水層的生物量可達10公斤或更高,已知青斑可長到1.3公斤,龍膽石斑可長到2公斤以上。

移入此養殖系統的魚,若在移入的初期沒有暴發疾病,則後續的活存率在80-90%以上,由於易於觀察及測量,可篩選不同成長率的個體,分開養殖。

        在不斷改進的情況,本專題研究所架設的石斑魚垂直型養殖設施有多項綠能、方便使用及生物保全的基礎設施(2),其支撐結構的模組化,促成其容易組合及擴編的特質,本專題研究的工作人員曾利用此特質組成「石斑魚的斑斑點點」特展中的石斑魚85大樓(7)。該特展於2011129日至630日在國立科學工藝博物館展出。

 

2. 垂直型龍膽石斑養殖設施層的優點

綠能及方便使用的基礎設施

生物保全的基礎設施

1) 省水、節能: 以單一送水幫浦(110W)達到水循環再生及增氧瀑氣的目的

1)以水中的高溶解氧(5-7mg/l或更高)維持水生物的高度活力

2) 節省空間: 以淺水多層次的設計達到節省土地及充分利用空間的目的

2)以紫外線(UV)燈控制病原病的水中濃度

3)方便性1: 每一平台均為獨立自主設施,不受地點限制

3)以細密的物理過濾阻絕寄生蟲的循環寄生

4) 方便性2: 每一平台的基本版約為辦公桌大小或更小,低噪音、具高生物負載設施

4)使用平價材料製做無菌人工海水

5) 多用途: 適合在教室、實驗市、水產養殖場、水族門市及家庭使用

5) 每一平台可串連成大型組合,但均可視需要適當隔離,以避免病原菌的交互傳染

 

7.「石斑魚的斑斑點點」特展中的石斑魚85大樓
 

2011南區技專校院師生產學合作實務專題製作競賽

計畫成果自評

作品名稱

石斑ㄟ透天厝

領  域

■精緻農業□生物科技□醫療照護□觀光休閒

綠色能源□環境生態□文化創意□雲端運算

工程科技

吳鋆浩、蔡宏政、陳欽俊

研究成果或

具體貢

利用一組具有5個台灣及3個美國專利的核心技術,本實務專題發展一個淺水型垂直養殖石斑魚的新設備。該養殖設備佔地小如一個辦公桌,但往上延升至兩公尺高。

利用淺水技術,這個設備內可架設三層淺水養殖槽,每個淺水槽均具有獨特的生態結構,使石斑魚能自然的在此淺水環境棲息並成長。

這個垂直型石斑魚養殖設施容易組合也容易操作的特性,促成人們對水生物養殖的親近感,使得精緻水生物養殖的研發、嗜好活動及商業型的相關精緻農業更能蓬勃發展。

設施中使用的淺水技術在低用水、低用電及充分利用空間的情況下,在精緻動物性蛋白的生產方向,有難以估計的潛力。

研究成果自評

一、充分利用空間的3D設計

垂直型石斑魚養殖設施的扁平水槽可上下堆叠,構成一個垂直型,以3D方式利用空間的多層次養殖系統。

二、快速組裝設計

採用鷹架等商業型零組件做為支撐材料,可快拆快組,零組件易於取得且易於組裝,多套各式原型機曾順利的用在教室、實驗室、試量產工廠及魚蝦活體運輸與展示。

三、在教室中可進行水產生物的培養、觀察及研究

在操作方便的情況下,此引人注意的技術,降低了學校師生對海洋洋生物的疏離感。

四、高產業價值

應用淺水技術,低用水、低用電及充分利用空間的特性,本設備在精緻動物性蛋白質的生產方向,有難以估計的潛力。

五、已有技轉成果

核心技術「垂直養殖」的示範及試驗優先權已技轉給亞闊海洋生物技術股份有限公司。

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上次更新: 2013年05月29日。