水產養殖的大膽實驗-科學人雜誌
生態學

水產養殖的大膽實驗

2022-11-01 雪爾(Ellen Ruppel Shell)
水產養殖是餵養全球人口的重要產業,但長期因耗能、製造污染等問題遭詬病。科學家和養殖業者正試圖洗刷此污名,在美國緬因州沿海開發創新養殖技術,並拯救岌岌可危的海上經濟。
(▲ 攝影:艾西克(Peter Essick))

重點提要

■ 近年野生漁獲量大幅減少,在全球食物供應鏈上製造了龐大缺口,許多仰賴漁業資源維生的人面臨困境。

■ 具有高生產效率的新興水產養殖技術,例如循環水產養殖系統(RAS),有望填補此缺口。然而其耗能、易污染水域及可能危害動物福祉的運作方式,屢遭詬病。

■ 美國緬因州沿岸的新一代海洋科學家及養殖業者,正嘗試創新的牡蠣及淡菜養殖技術,希望兼顧經濟與環境永續,為全球水產養殖產業建構新的基礎。

紐威爾(Carter Newell)擁有並經營淡菜養殖場,是美國緬因州(Maine)產量最高者之一,某個春寒料峭的早晨,我和他及兩位船員一起搭船前往他取名為「孟博」(Mumbles)的水上駁船,這艘18×7公尺大的駁船當天停泊在達馬里斯科塔河(Damariscotta River)半鹹水河口的一處平靜小海灣上。紐威爾曾在英國威爾斯(Wales)的一座海邊小鎮進行研究,駁船就是以該小鎮為名,它和一個裝了鋼架的浮筏拴在一起,浮筏上掛著數百條繩索,每條超過13公尺,上面長滿數千隻不同生長階段的淡菜。

刺骨寒風吹得我瑟瑟發抖,一名船員從駁船踏上浮筏,找出可收成的淡菜串,紐威爾留在駁船上操縱一台約5公尺高的起重機,逐一把選定的繩索拉上來,而這宛如耶誕樹的繩索,每條都長滿了約3000顆淡菜。接下來,一把超大刷子把這些雙殼貝類從繩索一掃而下,落入一個巨大的不鏽鋼桶。另一台機器把牠們裝入一個可容納一頭小象的厚實塑膠袋,接著再倒入輸送帶,進行刷洗、分類並裝袋。紐威爾花了數十年才設計出這套帶有小說人物威利.旺卡(Willy Wonka)巧克力工廠風格的笨拙裝置,期間面臨許多挑戰,例如必須保護這些淡菜不受洶湧的海浪及貪婪的絨鴨(eider duck)影響,終於在歷經代價高昂的試誤過程後一一克服。

擁有海洋生物學博士學位的紐威爾一邊監督當天清晨的收成過程,一邊談論科學原理:浮游生物的動力學、硝酸鹽化學濃度在冬季增加的原因、如何只靠三幅衛星影像來繪製緬因州海岸線完整的葉綠素含量地圖。不過,談話內容主要還是關於淡菜,包括牠們的生命週期、地理分佈、如何烹調(大蒜千萬不能省),以及最重要的,如何在不砸大錢的情況下把牠們養到最好。他告訴我:「水產養殖是無法快速賺錢。」

事實上,水產養殖可能很快就會變成緬因州那些謀生不易的海鮮產業工作者僅存的獲利途徑。由於過度捕撈、寄生蟲及海溫上升等各種危機,該州所有商業化漁業幾乎都如自由落體般墜落。緬因州的鱈魚及當地的蝦子產業早已沒落;過去20年來,野生淡菜捕撈量從1135萬公斤下降到只有408萬6000公斤;目前最賺錢的龍蝦捕撈工作,正往較冷的加拿大水域北移。凡此種種,對風光一時的緬因州海上經濟都不是好兆頭:該州漁民的平均年齡超過50歲,顯示許多年輕人對這類工作已失去信心。

隨著野外捕撈漁業一個接一個倒下,緬因州的未來,或者也有人說,整個海鮮產業的未來,可能要寄望於水產養殖,即水生植物和動物的養殖。回顧歷史,集約養魚場背負許多惡名:減低生物多樣性、破壞棲地、濫用抗生素及罔顧動物福祉,尤其在亞洲及拉丁美洲最為嚴重;而近年來,魚類大量死亡等問題也一直困擾著北美地區。但紐威爾代表了以兼顧經濟及環境永續的創新方法來養殖水產的新一代科學家,他那笨拙的淡菜養殖設備,產量是傳統淡菜養殖場的三倍。而且加上自由漂浮的淡菜幼蟲會自然附著於繩索上,攝食從身邊漂過的浮游植物,紐威爾的養殖場不需要人工飼料或能源,這對環境和養殖場的收益來說,都是有利的。

還有一項更具爭議性的有鰭魚類(例如鮭魚及青甘)養殖實驗也正在緬因州進行,養殖方式包括利用巨大的海上箱網,或者較新近的做法,採用設置在陸地上的巨大水箱讓數千公噸的有鰭魚類繞著水箱游動,猶如重罪犯人在監獄空地上踱步。這些養在循環水產養殖系統(RAS)的魚類,吃的是經過科學方法設計的飼料,若有需要,還可投入抗感染藥物。供魚兒逆流巡游的水流是人為產生,而照射在牠們身上以加速生長的LED光源,也是人為控制,每天最長可連續24小時。這是個超現實的場景,但支持者宣稱,RAS是撐起緬因州漁產經濟、同時滿足美國國內不斷增加需求的絕佳辦法。擔任緬因州水產養殖研究網絡(Aquaculture Research Network)主管的微生物學家布查德(Deborah Bouchard)說:「美國的水產品有極大的缺口。」美國高度依賴從其他國家進口魚類,「緬因州可藉此機會填補這個缺口。」緬因大學海洋學家兼海洋科學院院長湯森(David Townsend)說,緬因州具備兩項利於漁業養殖的重要特性:寒冷且養份豐富的水域,以及劇烈變化的潮汐,能把這些營養物質分送至整個水體。「我們的沿海水域極具生產力。」

但是大規模養殖肉食性魚類,讓一些科學家感到不安。循環水箱每天必須耗用大量能源來驅動並過濾數百萬到數千萬公升的水,而這些水中仍帶有廢物,可能污染附近河川及河口。人工養殖也對這些魚類及其福祉造成影響,史丹佛大學經濟學家兼食品安全與環境中心主任內勒(Rosamond L. Naylor)表示:「以工業規模養殖有鰭魚類,就像以工業規模在陸地上養殖牲畜一樣,把風險降到最低的辦法不是沒有,但代價高昂,而且不是每個人都會落實應採取的措施。」

工業化的水產養殖能否促進緬因州的經濟,而不破壞該州脆弱的生態系?這個問題困擾著科學家、政治家及居民。緬因灣擁有從墨西哥到加拿大之間這段大西洋沿岸中鹼性最低的水體,其微妙的化學成份特別容易受到自然及人為破壞的影響。無論結果如何,緬因州的實驗都將為全球海鮮生產樹立重要先例。

▲ 鮭魚之死:設置在緬因州布萊克島(Black Island)外海的鮭魚養殖箱網,為庫克水產養殖公司(Cooke Aquaculture)所有,曾在去年發生大規模鮭魚死亡事件,損失超過十萬條鮭魚。該公司歸咎於養殖箱中氧氣濃度異常過低。

養鮭的多重挑戰

科學家一致認為,唯有大幅增加糧食供應,才能養活全球各地不斷增加的人口,而養殖的魚類、貝類和藻類,將在這一波增產扮演要角。水產養殖業已是全球成長最大的食物產業,佔所有漁業生產的半數以上,而海鮮又是全球交易量最大的商品。儘管美國海鮮消費量極大,自給率卻相對低得多:在美國購買的食用漁產品有65~85%靠進口,其中大部份來自中國。美國出口的養殖魚類也不多,因為產量太少,根據最新資料顯示,從2019年開始,美國養殖魚類產量為49萬公噸,與中國高達約4900萬公噸產量相比,根本只是零頭。

緬因州的大西洋鮭魚可能有助提高美國的競爭力,鮭魚素有「魚中之王」美譽,身形壯碩、閃亮而美麗,是極受歡迎的佳餚,在美國最受歡迎海鮮的排名僅次於蝦。緬因州曾經盛產冷水魚,但因為建造水壩、過度捕撈、寄生蟲及污染等問題,該州的野生大西洋鮭魚產業已於1948年宣告關閉,目前捕捉或出售鮭魚都屬非法。現今在美國銷售的大西洋鮭魚,超過95%是國外養殖,且多半養在設置於沿海水域的定置箱網中。

挪威自1960年代以來便使用開放式魚欄,加拿大及智利也仍在使用這種設施,但環境問題讓美國大多數有海岸線的州都明令禁用。在華盛頓州的禁令於2025年生效之後,緬因州將成為唯一仍允許使用箱網的州。儘管有嚴格規定,每年還是不時傳出箱網作業違反環境和勞動法規、海蝨等寄生蟲肆虐以及傳染病等問題。科學家說,另一個問題也同樣麻煩:從箱網逃逸的鮭魚與野生鮭魚交配後,可能產生有遺傳缺陷而缺乏生存能力的後代。在緬因州,這問題特別令人擔憂,因為美國僅存的野生大西洋鮭魚種群,棲地就在緬因州。

飼料是另一個重大問題。鮭魚養殖業者有時不慎過度餵食魚群,吃剩的飼料促進藻華增長,藻類死亡分解時會造成水域缺氧,進而可能把大片海域變成無法維持生命的「死區」。另一個經常提出的隱憂直到最近才浮出檯面,魚飼料中有極大部份的組成是野生捕撈的小型「飼料魚」,例如鯷魚、鯡魚及沙丁魚,牠們富含大型魚類生長所需的長鏈ω-3脂肪酸。1950~2010年,所有野生捕獲的魚約有27%用來製作魚渣粉。許多觀察家認為這是種可怕的浪費:把食用魚拿來餵養食用魚並非永續之道,到頭來幾乎沒有經濟或生態上的意義。

食品科學家一直在尋找替代品,但並不容易。對肉食性魚類而言,碳水化合物很難消化,因此研究人員嘗試組合各種植物性脂肪及蛋白質,包括黃豆的蛋白質。湯森說:「就像是做給魚類吃的『不可能漢堡』(Impossible Burger)。」然而如同人類,並非所有鮭魚都能耐受黃豆,大量攝取將造成腸道及免疫系統損傷。

科學家除了期望以實驗性的魚飼料解決這個問題,也嘗試消弭另一問題:養殖箱網產生的廢物對天然水路造成的污染。新的「低污染」飼料配方中大幅降低了氮與磷的含量,而且提供的營養素較易消化並吸收,以求盡可能減少氮、磷等成份在魚排泄物中的含量。新興飼料包含藻油、酵母蛋白,以及黑水虻的幼蟲,也就是蛆。科學家正在設計胺基酸組成與飼料魚相似的蛋白質,而其合成原料將來自緬因州興盛的伐木業所產生的木屑和其他森林的殘餘廢材。目前還不清楚這些藻類、蛆或重組木屑等材料最後能否取代水產養殖食物鏈中的飼料魚,但科學家一致認為,這些實驗性飼料展現極大潛力。儘管如此,在開放海域以箱網養殖魚類仍有風險,有些人認為這些風險已超過益處……


# 關鍵字:生態學養殖水產永續經濟
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