编者按：
近期，Nature Outlook推出了以“可持续营养”为主题的一系列推文。《肠道产业》将对该期Nature Outlook进行全文翻译。
今天，我们共同关注水产养殖。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。
① 水产养殖
2019 年的一个夏日早晨，Andy Suhrbier 驾驶着一艘小船来到华盛顿州普吉特海湾东岸一个安静的海湾里。当船靠近养殖贻贝的筏子时，Suhriber 看到本在筏子上休息的一只母海豹和它的幼崽正在滑入水中。Suhrbier 从他的船上爬到木筏上，发现上面唯一的生命迹象是一种模糊的气味。
Suhrbier 拽着几根连接在木筏的一根横梁上的绳子。很快，一个网状的塑料笼子出现了，水和淤泥从里面涌出。他摘下几颗海星扔回水中，然后像海盗打开宝箱一样翻开盖子。里面有很多的黑色沉淀物，大部分是贻贝的废物，也是气味的主要来源。Suhrbier 在其中筛选，他好像在寻找什么。
“你看这个怪物！”他说着，举起一只近一英尺长（30 厘米左右）的海参。它深红色的身体上布满了橘黄色的疙瘩，从淤泥中脱颖而出，就像一块金子。“这绝对是符合市场要求的大小。”
Suhrbier 是华盛顿州奥林匹亚太平洋贝类研究所的生物学家，该研究所是一个非营利性研究组织，致力于促进美国西海岸野生贝类种群的健康发展和可持续贝类水产养殖。两年前，他把海参放在笼子里，悬挂在贻贝筏子下面，海参的养殖是普吉特湾水产养殖发展的一部分。海参的庞大体型是一个理想的研究对象。
Suhrbier和他的同事认为海参养殖有两个好处。
首先，这些动物可以帮助防止过多的废物在水产养殖设施的下面堆积，比如用来装鲑鱼等硬骨鱼类的蚌筏或网栏(海参是一种与海胆有亲缘关系的软体动物，它是海洋中的真空吸尘器，以碎屑为食，在海床上缓慢移动)。其次，养殖海参的现成来源可以减少为满足东亚和东南亚日益增长的市场而对野生海参的偷猎。
根据联合国粮农组织（FAO）的数据，2018 年全球水产养殖生产了 8,210 万吨水生动物，野生渔业生产了 9,700 万吨。但养殖鱼类的价值更高，约 2,500 亿美元，而野生鱼类的价值为 1,510 亿美元。到 2030 年，水产养殖的动物产量预计将增加三分之一，达到 1.09 亿吨。到 2050 年，水产养殖将供应人们饮食中的大部分水产蛋白。
Monica Jain 说：“随着世界人口的增长，我们需要增加可用海产品的数量，为每个人提供足够的蛋白质。” Monica Jain 是卡梅尔 Fish2.0 的创始人，这个组织是一个促进可持续海鲜产业的组织。
由于野生渔业的捕获量基本稳定，而一些鱼类已经被过度捕捞，因此“水产养殖确实是实现这一目标的唯一途径。”但是随着水产养殖业的发展，Jain 和其他水产养殖业的倡导者希望确保水产养殖业的发展是可持续的。
② 双重优势
水产养殖在全球粮食系统中所占比例相对较小。2018 年，陆地肉类生产（包括牲畜和野味）总量约为 3.42 亿吨，谷物和谷物产量为 27 亿吨。
然而水产养殖更加多样化，特别是养殖的动物。这些动物广泛分布在不同的类别中，包括硬骨鱼（例如鲤鱼、罗非鱼和鲑鱼）、甲壳类动物（虾、对虾和小龙虾）、软体动物（蛤、牡蛎和贻贝）和棘皮动物（海参）。各种海藻也是目标对象。
此外，水产养殖模式多样，有淡水、咸水、半咸水和自给自足的陆地水产养殖系统。每一种都有其自身的可持续利益和挑战。
非饲养水产养殖在环境方面具有巨大优势，而且这种优势并不被陆地农业所具备。海洋双壳类，如蛤蜊、贻贝和牡蛎，通过过滤周围水中的微型植物、碎屑和营养物质来获取营养。它们只需要很少的投入，此外还可以改善水质。从这个意义上说，Suhrbier 的海参意味着双重优势：用其他非饲养养殖品种产生的废料来养殖无需饲养的海参。
同样，人工培植的海藻可以去除多余的营养物质，比如氮，过多的氮会使海洋形成海洋生物难以生存的缺氧水域，这就是所谓的死亡区域。通过吸收碳，它们还可以在局部范围内帮助减轻海洋酸化。
此外，澳大利亚墨尔本迪肯大学（Deakin University） 迪肯海藻研究小组负责人 Alecia Bellgrove 表示，海藻的营养价值令人难以置信。例如，它们是极好的微量矿物质来源，而这些微量矿物质在我们以陆地食物为基础的饮食中经常缺乏。
需要饲料的水生动物——主要是虾和硬骨鱼——也比陆生农业养殖的动物具有环境优势。由于它们大多数是冷血动物，所以比鸟类和哺乳动物能更有效地将食物转化为体重，而鸟类和哺乳动物需要能量来帮助调节体温。例如生产一公斤鲑鱼所需的饲料比生产一公斤牛肉或猪肉所需的饲料要少。
然而，一些最赚钱的水产养殖物种是肉食性的，因此在食物链中的地位高于任何农业养殖的陆生物种。
以大西洋鲑鱼（Salmo salar）为例，2000 年代中期，三文鱼养殖业发展迅速，现在这一产业的产值已经达到了 154 亿美元。全球喂养鲑鱼所需的鱼粉和鱼油所占份额越来越大，这些鱼粉和鱼油主要来自小型饲料鱼，如凤尾鱼、沙丁鱼和刺毛鱼。
但是，尽管鲑鱼养殖场的需求在增长，这种饲料鱼种的捕鱼量却保持相对平稳。至少需要 4 公斤野生饲料鱼才能生产 1 公斤鲑鱼。
Food's Future 的创始人 Scott Nichols 说：“从环境的角度来看，这毫无意义。”Food's Future 是宾夕法尼亚州西切斯特的一家咨询公司，致力于促进可持续水产业的发展。
2000 年代中期，作为一名在美国化学公司杜邦（DuPont）工作的生物化学家，Nichols 帮助开发了一种从酵母中生产 omega-3 脂肪酸的方法。这些脂肪酸随后被加入到鲑鱼饲料中，以取代野生鱼类的部分成分。
杜邦公司和位于智利蒙特港的水产养殖公司 AquaChile 共同对新饲料进行了测试。
“经过几年的生产，我们能够达到这样的水平：每生产一公斤鲑鱼，我们使用的野生捕获的鱼还不到一公斤，”Nichols 说，“所以我们的养殖方式提高了地球上鱼类的总重量。”
其他公司很快也加入了进来，用转基因菜籽油或单细胞藻类生产 omega-3 脂肪酸。与此同时，鱼油和鱼粉生产商正越来越多地利用以前被浪费掉的鱼屑和其他副产品。
根据粮农组织的数据，2018 年，用于各种水产养殖饲料以及食品补充剂等产品的鱼粉和鱼油仍占全球鱼类总产量的 10%左右。尽管如此，Nichols 还是从事态的发展中得到了鼓舞。他表示：“2006 年还看起来不可能的情况，现在看起来很有希望。”
③ 疾病侦测
对水产养殖可持续性的一个日益重要的威胁是疾病，它影响到水产养殖的所有部门，每年造成估计价值 60 亿美元的水产动物损失。疾病包括鲑鱼体内的海虱：对虾的白斑综合征病毒，出现于 20 世纪 90 年代初，在传播到美洲之前摧毁了整个亚洲的对虾养殖业；以及罗非湖病毒，这种病毒威胁着淡水养殖业在许多低收入和中等收入国家实现的经济和营养收益。
随着水产养殖规模的扩大，疾病问题也将变得更严重。英国韦茅斯环境渔业和水产养殖科学中心（Centre for Environment Fisheries and Fisheries Science, Weymouth）的病理学家、水生动物健康负责人 Grant Stentiford 说，当你扩大产量时，你将遭受重大损失。你用尽了潜在的大量资源，却一无所获。
为了应对这种威胁，一些供应出口市场的大型生产商正在转向自给自足的陆基系统。还有一些人正从海岸迁往可能会降低疾病威胁的更深的水域。疫苗也起到了作用，不仅减少了许多鱼类疾病的威胁，而且还减少了抗生素的使用——这是该行业另一个主要的环境问题。对水产养殖系统中微生物 DNA 进行高通量测序可以为疾病暴发提供早期预警。
但是这些解决方案中的许多都很昂贵，因此对于占全球水产养殖业大多数、生产供低收入和中等收入国家自给自足的食品或当地市场的中小型生产者来说，是遥不可及的。
此外，威胁水产养殖的疾病平均每三至五年出现一次。而对水生病原体知识的匮乏使得疾病难以预测和发现。
要推断出它们的原因也是一个挑战。例如，冰样白化病导致 Kappaphycus 海藻变白，这种海藻在东南亚和坦桑尼亚大量种植，用于生产增稠剂卡拉胶等食品添加剂。在过去的十年里，这种疾病导致收益率下降。
“但导致该病的病原体仍不知道。”Valéria Montalescot 说。他是 GlobalSeaweedSTAR 高级项目经理，在英国奥班的苏格兰海洋科学协会（the Scottish Association for Marine Science）有一项为期四年的研究项目，旨在促进在低收入和中等收入国家对海藻的栽培。
Montalescot 补充说，Kappaphycus 通常是由扦插种植的，因此在多个国家的整个作物可能只是几个克隆的结果，即缺乏多样性，这可能使它更容易受到疾病的影响。
④ 不同的收益率
气候变化使防治疾病变得更加复杂。较高的水温会改变水体的微生物群落，刺激病原体的生长，同时也会影响水体的健康，为生物体带来压力，使它们更容易受到疾病的影响。例如导致冰冻病的一个原因是，温度受压的海藻会释放吸引细菌的化合物。
温度不是唯一的问题。降雨量增加和海平面上升造成的盐分侵入都可能改变水的化学性质，从而对水产养殖生物产生害处。风暴可以破坏水产养殖作物或水和陆地上的基础设施。迪肯大学研究全球海产品可持续性的 Nesar Ahmed 说：“从环境的角度来看，我认为气候变化是对水产养殖系统可持续性的最大挑战。”
气候变化还与水产养殖对水和土地资源的压力交织在一起。内陆水产养殖业每年需要 429 立方公里的淡水，远远低于陆地农业的需求，但仍然足以给日益干旱的地区带来压力。
在南亚和东南亚，对虾养殖导致全球 38%的红树林栖息地遭到破坏。红树林具有多种重要的生态功能，包括吸收碳、缓冲海岸线免受风暴和海平面上升的影响。红树林的消失还导致海水入侵，使内陆地区不适合陆地农业。
一些农民现在在完好无损的红树林中生产对虾。尽管有人担心这种做法可能也会损害红树林的健康，但它是更大趋势中的一部分，即创建包括多种物种和相互关系的水产养殖系统，更像那些保持自然生态系统平衡的系统。
这种综合水产养殖的一些例子由来已久，例如在稻田里放养鱼或对虾。Ahmed 说，这些动物吃害虫，给水稻施肥，增加了水稻产量，为小规模农户提供了额外的蛋白质来源或收入。在一个水体中种植两种植物也可以减少总体用水量。
这种稻鱼系统在中国已经实行了数百年，并被联合国粮农组织指定为一个全球重要的农业遗产系统，其目的是保护农业知识，以促进更可持续和更有弹性的粮食系统。大型水产养殖企业，如总部设在加拿大布莱克港的库克水产养殖企业，也一直在试验多品种养殖系统。该公司在加拿大芬迪湾的贻贝和海带筏子附近用网圈饲养鲑鱼。
从理论上讲，综合水产养殖可以通过提高业务的多样性帮助提高产量并降低风险，而且一般来说是采用一种对环境相对无害的水产养殖形式。但在实践中，很难量化这些好处。例如由于氮在水中自由流动，很难追踪多骨鱼和附近生长的海藻对多余氮的吸收。而且管理多种物种的操作也很复杂，不仅仅是生产它们，还要捕获、加工和销售它们。
Suhrbier 深知这些困难。他和他的团队从贻贝筏子下采集的海参的大小、重量和颜色都符合出口市场的要求，但与他合作的贻贝生产商无法在那个地方获取许可证。
筏子丢了，随之而来的是 Suhrbier 进行后续实验开发海参养殖技术的机会。Suhrbier 说：“我真的很震惊也很难过，因为这里是海参生长的地方之一。” 生产商的筏子的新位置并不是海参的好栖息地。
Suhrbier 仍在尝试在普吉特湾地区种植海参和其他种类的水产养殖。但是像越来越多的水产养殖研究人员一样，他开始认为，养殖动物需要向一个更简单、更激进的方向发展。在笼子里种植海参是劳动密集型的。如果这些动物被放置在水产养殖场的附近，让它们自由地漫游，就好比建立了一个海洋中的牧场或永久养殖系统一样，那么会发生什么呢？
Suhrbier 说：“如果我们能增加这些地区的野生动物数量，我认为这对每个人来说都是一大好处。我正在尝试一种适合它的东西，简单、经济、尽可能被动。”
原文链接：https://www.nature.com/articles/d41586-020-03446-3
作者｜Sarah DeWeerdt
编译｜拍了花宝贝
审校｜617
