模块化鱼 - 贻贝 - 藻类 IMTA 与单养对比：热带近岸海水养殖中生态绩效、生产效率及生物量质量的比较评估

《Aquaculture》：Modular fish-mussel-seaweed IMTA versus monoculture: Comparative assessment of ecological performance, production efficiency, and biomass quality in tropical nearshore mariculture

　　

•首次全面评估孟加拉国热带近岸水产养殖中的模块化鱼–贻贝–海藻综合多营养层次养殖（IMTA）体系。
•与单养相比，模块化IMTA表现出更低的营养盐水平以及独特的浮游生物和底栖生物群落结构。
•与单养相比，模块化IMTA显示出更高的鱼类和贻贝产量以及更大的海藻生物量。
•IMTA所产生物量在各养殖物种中表现出更高的蛋白质含量和更有利的脂肪酸组成谱。
•不同体系间元素组成存在差异，IMTA体系下滤食性物种中部分有毒金属浓度较低。
•研究结果凸显了模块化IMTA在多样化、可持续的热带近岸水产养殖中的潜力。

引言

水产养殖业已成为全球增长最快的食物生产部门之一，目前提供全球消费的所有水生动物产品中超过一半的供应量（FAO，2024年）。除了其对食物和营养安全的根本性贡献之外，该产业还是生计创造、经济发展和不断扩张的蓝色经济的关键支柱（Ahmed and Thompson，2019年；Troell等，2023年）。然而，水产养殖业前所未有的扩张也伴随着日益严重的环境问题，包括营养盐过度富集、栖息地退化、水质恶化和生态失衡，尤其是在高强度利用的沿海生态系统中尤为突出（Duarte等，2017年；Carballeira Bra?a等，2021年）。因此，在生产增长与环境管理之间寻求平衡已成为现代水产养殖业面临的首要挑战之一。在这一背景下，近岸筏式养殖因其在操作上效率较高、基础设施要求相对适中，且适合在具有水动力活性的沿海水域进行养殖，因而吸引了越来越多的科学和商业关注（Alexander等，2016年；Granada等，2016年；Asaduzzaman等，2025a年）。在这一不断演变的框架中，综合多营养层次养殖（IMTA）已成为一项尤为引人注目的框架，用于同时提升环境和生产绩效。IMTA概念基于营养级互补原理，即由投饵物种产生的废物和代谢副产物被处于较低营养级的滤食性生物吸收和转化（Alexander等，2016年；Granada等，2016年）。在海洋系统中，鱼类通过摄食和排泄释放溶解性和颗粒态营养盐，双壳类通过滤食作用去除悬浮有机物，而海藻则吸收溶解性无机营养盐，三者共同促进了营养盐的回收、水质的改善和资源利用效率的提升（Duarte等，2017年；Nissar等，2023年）。通过这些营养级间的联系，将潜在的废物流转化为可收获的生物量，不仅缓解了环境压力，还创造了提高生产力、资源回收和整体可持续性的机会。

在传统的IMTA框架基础上，模块化IMTA系统作为一种显著的进步应运而生，它将营养级整合与增强的操作灵活性相结合（Largo等，2016年）。通过在空间上分离营养级组分，同时利用自然水动力过程保持生态连通性，模块化配置促进了物种特定的养殖管理，增强了营养盐传递途径，并提高了开放式或封闭式水体环境中综合生产系统的可扩展性（Largo等，2016年；Nederlof等，2022年）。这些特性在近岸养殖中具有特别的优势，因为潮汐交换、水体循环和环境异质性会深刻影响养殖绩效。尽管模块化IMTA系统日益受到关注，但关于其实际表现的实证证据仍然有限，尤其是在热带沿海地区。鉴于IMTA系统的多功能性，其表现最好通过一个综合评估框架来衡量，该框架涵盖生态绩效、生物量质量和生产效率。尽管全球对IMTA的兴趣日益浓厚，但大多数研究主要集中在营养盐去除、环境修复或单个养殖物种的生长提升方面（Nederlof等，2022年；Nissar等，2023年；Rusco等，2024年）。同时评估跨多个营养级的生态绩效、生物量质量和生产效率的全面评估仍然相对稀少，尤其在热带近岸养殖系统中更为罕见。

孟加拉国拥有广阔的海岸线、生产力丰富的河口生态系统以及适合养殖多样化发展的广阔浅水近岸水域，因而具有发展海洋水产养殖的巨大潜力（AftabUddin等，2021年；Asaduzzaman等，2025a年，Asaduzzaman等，2026年）。尽管拥有这些自然优势，但沿海养殖仍然主要依赖单养生产系统，而致力于多样化海洋养殖实践的努力仍处于起步阶段。虽然海藻（Banik等，2023年；Mohiuddin等，2023年；Chamily等，2025年；Talapatra等，2026年）、双壳类（Minhaz等，2021年；Noor等，2021年；Asaduzzaman等，2025b年；Khan等，2026年；Asaduzzaman等，2026年）和鳍条鱼类（Ghosh等，2025年；Hasan等，2026年）已在该国不同地区以单养条件进行了个别养殖和试验评估，但对营养级整合养殖系统的研究仍然有限。现有的IMTA相关研究大多局限于淡水（Kibria and Haque，2018年）和低盐度池塘环境（Arafat等，2026年；Sarker等，2026年），而开放式近岸养殖条件下的综合养殖尚未得到系统探索。更重要的是，此前孟加拉国尚无研究将模块化鱼–贻贝–海藻IMTA系统与相应的单养系统在开放式近岸养殖框架下进行比较。据我们所知，本研究是首次在孟加拉国近岸养殖条件下对模块化IMTA进行全面评估，整合了跨多个营养级的生态指标、生物量质量特性和生产效率指标。

为弥补这一知识空白，本研究评估了一种集成商业化重要广盐性鲿科鱼类Mystus gulio、绿色贻贝Perna viridis以及两种海藻物种——细叶马尾藻Gracilaria tenuistipitata和普通石莼Ulva lactuca的模块化鱼–贻贝–海藻IMTA系统。这些物种因其互补的营养功能、商业重要性以及已被证实适合在孟加拉湾地区养殖而被选用（Kumar等，2019年；Islam等，2020年；Banik等，2023年；Asaduzzaman等，2025b年；Eti等，2026年）。在这一综合框架中，M. gulio作为投饵组分，P. viridis作为能够去除悬浮颗粒物的滤食者，G. tenuistipitata和U. lactuca则作为吸收溶解性营养盐的滤食性物种，从而建立了营养盐回收和资源循环利用的互补途径。我们假设，在模块化鱼–贻贝–海藻IMTA系统中进行营养级整合将通过增强营养盐利用和环境调节来改善生态绩效，通过有利的生物化学和元素组成来提高生物量质量，并相对于传统单养系统提高生产效率。据此，本研究的具体目标为：（1）通过水质、浮游生物群落和底栖群落的评估，比较模块化IMTA与单养体系的生态绩效；（2）通过养殖鱼类、贻贝和海藻的生长与生物量产量的对比分析来评估生产效率；以及（3）评估生物量质量差异，包括粗成分、脂肪酸组成谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）特性、矿物质组成和重金属积累。研究结果有望为在孟加拉国及其他热带沿海地区发展多样化、资源节约型和环境负责任的近岸养殖系统提供科学基础。

研究区域

本研究于2025年1月至5月在孟加拉国科克斯巴扎尔东南沿海的两个近岸养殖站点进行（图1）。实验单养系统和模块化IMTA系统分别设置在莫赫什卡利（21°31′56.2″N，91°58′52.4″E）和库鲁什库尔（21°30′20.3″N，91°59′40.3″E），位于同一条莫赫什卡利水道（一条潮汐影响的水道，直接与孟加拉湾相连）的两侧，相距约3.3公里。该水道此前曾被……

营养整合的生态响应

水质特征对不同营养级物种和养殖系统的响应有所不同，与营养盐相关的变量表现出比大多数理化参数更大的敏感性（表1）。双因素方差分析显示，营养级物种对pH（p < 0.001）、浊度（p = 0.014）、叶绿素a（p < 0.001）、NO?–N（p < 0.001）、NH?–N（p < 0.001）和PO?–P（p < 0.001）有显著影响。相比之下，温度、溶解氧和盐度不受营养级物种的影响（均p > 0.05）。

讨论

IMTA代表了从单物种生产向生态系统导向型养殖的转变，其中营养级组分之间的生物互补性可以调节资源流动、环境条件和生物量发育。本研究证明，在模块化近岸IMTA框架中整合投饵性（M. gulio）和滤食性（P. viridis、G. tenuistipitata和U. lactuca）组分，在生态、生产和生物化学层面产生了协同变化……

结论

本研究证明，筏式模块化鱼–贻贝–海藻IMTA为热带近岸养殖提供了一种前景广阔的方法。与单养相比，IMTA配置在营养盐相关变量、浮游生物和底栖群落方面表现出不同的模式，同时还提高了生产绩效并改变了养殖生物量的营养和生物化学特性。这些响应因营养级组分而异，凸显了……的重要性。

科学写作中使用生成式人工智能声明

在本手稿的准备过程中，作者使用了ChatGPT来提高语言清晰度和可读性。所有由人工智能辅助的内容均经过作者的仔细审阅、编辑和验证，作者对手稿最终版本的全面内容承担责任。

CRediT作者贡献声明

Md. Zohir Hossain：撰写——初稿、可视化、方法学、调查研究、正式分析、数据整理。Md Shakib Hossain：撰写——初稿、可视化、方法学、调查研究、正式分析、数据整理。Tamanna Islam Tanni：撰写——审阅与编辑、方法学、调查研究、正式分析、数据整理。Sanjilan Chowdhury：撰写——审阅与编辑、方法学、正式分析、数据整理。Md Ramzan Ali：撰写——审阅与编辑、项目管理……

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经吉大港兽医学与动物科学大学批准。（批准号：CVASU/Dir (R&E)EC/2025/836-4）

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

所有现场设置和养殖系统安装费用均由世界鱼类养殖中心（WorldFish）的亚非蓝色技术超级高速公路（AABS）项目支持，该项目由英国国际发展机构通过蓝色星球基金资助，并由世界鱼类养殖中心孟加拉国办公室与吉大港兽医学与动物科学大学（CVASU）合作实施。然而，部分生化分析的费用由学术……（PIN13362）子项目提供。

作者：Md. Zohir Hossain | Md Shakib Hossain | Tamanna Islam Tanni | Sanjilan Chowdhury | Md Ramzan Ali | Mohammad Shakline Mostakim | Mohammad Abdul Baten Bhuyain | Md Nayeem Hossain | Esther Wairimu Magondu | Md Asaduzzaman