当前，研发使用的许多紫菜养殖装置存在一些弊端，一定程度上制约了紫菜养殖产业的可持续发展。近日，在第十七届全国大学生创新年会上，我校海洋科学与水产学院孙雨琰学生团队项目《一种可适用于紫菜滴灌养殖的新型多层筏架设计与研发》入围创新学术论文交流。
这支研发团队由水产养殖专业和生物技术专业的本科生组成，团队成员包括孙雨琰、胡巧玉、朱奕锦、高铭轩、包翔文。他们设计的这款养殖筏架克服了现有装置的诸多弊端，集多重优势于一身，如“养殖海域空间利用率高”“避免海水富营养化影响”“产量高”“适用性广”等。
紫菜是一类常见的大型食用经济海藻。在大型栽培海藻中，紫菜不仅营养价值首屈一指，还具有很高的经济价值，它是世界上产值最高的海藻，在大型海藻产值中占比21%。在我国，主要栽培种类为北方地区的条斑紫菜和南方地区的坛紫菜。
传统紫菜养殖，以条斑紫菜为例，养殖过程可分为丝状体培育与叶状体养殖两个阶段。丝状体培育，是人工采集果孢子，经培育丝状体形成壳孢子囊枝，最后形成壳孢子的过程。叶状体养殖主要包括采壳孢子（又称采苗）、出苗管理及成菜养殖等几个工序。
在养殖过程中，壳孢子需要依附于一个“温床”来完成它的生长周期，而安装在养殖装置上的网帘就是这个“温床”。采苗期，将网帘放置于养殖装置上，使壳孢子自然附着在网帘上。从网帘下海后到肉眼可见幼苗的这个过程就是出苗期。为了早出壮苗、全出苗，要将网帘安置在海区的适宜潮位，及时清除杂藻、施肥、除病害，到成叶期后确保顺利采收紫菜。
我国沿海紫菜养殖主要以半浮动筏式养殖方式为主。半浮动筏式主要特点是涨潮时筏架漂浮在海水表面，接受更多的光照，潮水退落后靠支腿平稳地竖立在海滩上，使网帘有一定的干露时间。半浮动筏架多采用耐腐蚀较好的毛竹，每个筏架上挂有一张网帘，毛竹的抗虫害、抗老性能差导致其使用寿命短，竹竿老化后无使用价值而丢弃，造成资源浪费以及养殖海区环境污染。
有研究表明，绿潮暴发源头位于苏北辐射沙洲紫菜养殖区。苏北浅滩数十万亩的紫菜养殖筏架在绿潮早期形成过程中为浒苔孢子提供了重要的附着基质，紫菜养殖筏架上的绿潮藻是绿潮的主要来源，筏架回收时人为将筏架绿潮藻丢弃在滩涂是其最主要的入海方式。
“在材质上，我们选用玻璃钢代替传统使用的毛竹，这种材料使用寿命长，可以循环利用，降低了装置的成本，比传统装置更加绿色环保。”孙雨琰说道，“我们设计的这款养殖筏架，可以自由拆卸、自由组合，减少绿潮藻的附着，还能避免人为丢弃引发绿潮造成的海水污染。”
他们在设计这款装置时，将阀架四通连接，不仅可以自由拆卸还可以根据养殖区域大小自由组合。通过多层阀架自由组合来调整网帘的角度，使每层网帘上附着的紫菜都能实现光合作用，加快生长速度。
“在面临着一次次挑战时，我们团队每个人始终充满激情。我们需要将理论知识转化为可行的设计。”在谈到构建筏架模型最难忘的一幕时，胡巧玉说，“在一次次的失败中，我们不断调整设计，优化结构。每当夜幕降临，在实验室灯光映照下，我们围坐在工作台旁，讨论着每一个细节，直到找到最佳的解决方案。那些夜晚，实验室里充满了创新的火花。”
当前大部分养殖海域使用一层网帘养殖，海域空间利用率低。在此基础上，有研究者提出了新型多层网帘，养殖过程中，低层网帘上附着的紫菜被上层网帘遮挡，白天接受光照较少，夜晚无法进行光合作用，因此生长周期较长，不利于提高紫菜产量。目前还没有出现比较完善的紫菜的多层养殖筏架，现有的给紫菜补光的设备仅有给育苗室中丝状体补光的功能，还没有给网帘上紫菜补光的灯光装置。
为了解决位于低层网帘上紫菜光照不足的难题，学生团队在装筏架上安装了太阳能板，将白天吸收的太阳能转化为电能储存在蓄电池中，用于阴天和夜晚光照不足时进行“人工造光”。“我们通过‘人工造光’的创新设计，可以延长光照时间，加快紫菜生长速度，缩短紫菜生长周期，从而大大提高紫菜养殖产量。”包翔文说。
白色光可以让紫菜的光合作用达到最强，学生团队采用发白光的 LED 灯源，满足紫菜生长对光的最大需求。LED 灯珠是由柔性环氧树脂包裹一体浇铸成型的柔性双面灯带网，防水性能较好，个别灯珠损坏可以定点更换维修，不影响整体使用，使用寿命长。
“海水富营养化时，养殖环境严重制约紫菜的正常生长。”朱奕锦提出，团队需要进一步攻克这个新难题。“ 团队合作和创新是实现目标的关键。我们学会了在挑战中寻找新机遇，在探索中寻找突破口。”
他们在装置上安装了滴灌系统，在养殖海区出现富营养化时，将多层网帘提出水面，启动水泵抽取下层富营养化程度较低的海水，传送到顶部的滴灌系统，将海水喷雾式滴灌到网帘上，紫菜被海水均匀包裹后，进行正常的光合作用。关闭水泵后又能进行紫菜正常干露。
“经过这样的创新设计，在养殖海区富营养化时，我们研发的装置可以避免网帘上的紫菜被上中层富营养化海水中的杂藻覆盖导致减产。我们这些发现也为后续研究提供了新的思路。”高铭轩说。
“接下来，我们将深入养殖一线进行调研，掌握目前紫菜养殖生产的多样化需求，对设计筏架细节继续进行改良，联系紫菜养殖企业进行设计筏架推广应用，改良传统养殖方式，创新紫菜养殖新模式，为紫菜养殖产业创造更大的市场价值。”谈到这款养殖筏架的应用前景，指导老师魏敏展望未来，充满信心。
