安徽农学通报, Anhu iAgri Sci Bu ll 2007, 13(11):61-6761
水产养殖与农业面源污染研究
李绪兴
(中国水产科学研究院渔业资源与环境研究中心, 北京 100039)
摘 要:本文分析了各类水产养殖污染的产生原因及途径, 阐述了面源污染对水产业造成的危害, 提出了水产养殖农业面源污染的防治措施与对策, 旨在改善水产养殖对环境的负面影响。关键词:水产养殖; 面源污染; 防治措施与对策
中图分类号 X 52 文献标识码 B 文章编号 1007-7731(2007) 11-61-07
渔业是农村经济发展的优势产业, 世界渔业和水产养殖业与其他食用性动物养殖相比, 世界水产养殖业发展十分迅速。在包括鱼类、甲壳类和软体动物的世界渔业中, 1970年水产养殖产量仅占渔业总产量的3 9%,2001年上升为29%。2001年水产养殖产量(包括水生植物) 增长至4820万, t 产值达609亿美元。自1970年以来, 世界水产养殖产量平均年增长9 2%。据估计, 到20l 5-2030年, 世界渔业捕捞产量将会停滞不前, 而水产养殖产量将会继续增加, 并逐渐过渡到以淡水养殖及软体动物养殖为主。根据经济模型预测, 未来世界人均鱼类消费将会有所增加, 从目前的人均16kg 增加至2030年的19-21kg 。
改革开放以来, 随着中国经济和社会的发展, 陆地资源已难以满足人们对动物蛋白的需求, 向水域要蛋白受到政府鼓励并得以迅速发展。20世纪80年代开始, 我国水产业取得了举世瞩目的成就, 渔业发展快速。2005年水产品总产量达到5102万, t 渔业总产值4180亿元, 占中国农业总产值的比重由1978年不足2%上升到12%以上, 水产业在我国的国民经济, 特别是在农业经济发展中占有越来越重要的地位。
水产养殖业是我国渔业的重要组成部分, 也是渔业发展的主要增长点, 目前我国水产养殖技术已经达到世界先进水平。我国实行渔业发展重心由 捕捞为主 向 养殖为主 转移, 促使水产养殖业发生了巨大变化。2001年中国水产养殖总产量达到2726万, t 其中淡水养殖产量达1595万, t 面积536万k m , 分别比1978年增长了21倍和2倍, 淡水养殖单产2829kg /km , 是1978年的10倍以上; 海水养殖产量1132万, t 面积129万k m , 分别比1978年增长了25倍和13倍, 海水养殖单产8796kg/k m , 是1983年的3倍。2005年水产养殖总产量达3393万, t 其中海水养殖产量1385万, t 海水养殖面积1695千hm ; 内陆养殖产量2008万, t 内陆养殖面积5850千h m (其中池塘养殖面积2495千h m ) 。2005年养殖总产量占水产品总产量的比重上升为66 5%, 是世界上水产养殖产量超过捕捞产量的唯一国家。
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随着技术的进步, 以牺牲自然环境和大量的物质消耗为主要特征的传统水产养殖生产方式正逐步得到改善, 人工控制程度和现代化程度较高的各种水产养殖方式已得到较大发展, 持续发展已越来越被重视。工厂化养鱼、网
箱养鱼、流水养鱼等各种高产养殖方式, 立体利用水域、水陆复合生产的生态渔业以及能量充分利用等各种高效利用模式得以较为广泛的应用, 保持渔业资源和水域环境可持续利用的生产技术已越来越被生产者接受和掌握。但是, 随着水产养殖产业的蓬勃发展, 水产养殖对环境的负面影响也越来越引起人们的重视, 主要是在养殖生产过程中产生的大量有机和无机废物, 对局部水体环境构成威胁。
1 1 污染的产生 水产养殖与环境的关系十分密切。一方面, 养殖环境的好坏是关系到养殖产量和养殖生物质量的重要因素。另一方面, 水产养殖活动还会影响水域环境及其生物多样性。
在水产养殖生产过程中, 由于向养殖水体(藻类及贝类等不需投饵的养殖品种除外) 中投入大量饵料、渔用药物等, 加之生产操作缺乏严格规范, 特别是过量施用或不合理施用时, 养殖水体中残饵、排泄物、生物尸体、渔用营养物质和渔药等大量增加, 造成氮、磷、渔药以及其他有机或无机物质在封闭或半封闭的养殖生态系统中超过了水体的自然净化能力, 从而导致对水体环境的污染, 造成水质恶化。有些地方的养殖业仍沿袭传统的养殖方式, 向养殖水体投入有机肥, 甚至是未发酵的有机肥, 这些有机肥在养殖水体中分解要消耗大量氧气, 往往又产生一些氨氮、亚硝酸盐、沼气等有害物质, 并造成水体富营养化, 使得水体营养盐升高, 下层水体缺氧。残饵及鱼类排泄物沉入水底后, 还会造成沉积环境中硫化物、有机质和还原物质含量升高。水体中残留药物积蓄, 致使有害微生物或噬污生物繁衍, 导致养殖生态失衡, 水体变老, 影响鱼类健康。
水产养殖过程中产生的污染物主要有:悬浮物、总氮、总磷、高锰酸盐指数、生化需氧量、硫化物、非离子氨、铜、锌、活性氯等。污染产生的方式包括:①直接投入:悬浮
1 水产养殖污染的产生
作者简介:李绪兴(1961-), 男, 中国水产科学研究院渔业资源与环境研究中心副研究员。 收稿日期:2007-05-03
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物、总氮、总磷实际上是由于饵料的投入, 未被水生生物完全利用的残饵分解造成的, 因为饵料的配制之中含有一定数量的蛋白质(含氮、硫的有机物) 、饵料添加剂(磷及一些铁、钙、铜等); ②水生生物的代谢和分解:养殖过程中投入的饵料利用率不可能达到100%, 即使投喂饵料的量掌握得非常到位, 全部被水生生物吞吃, 也会有部分的饵料无法吸收, 经过水生生物的吸收代谢排入水中, 使水中的氮、磷含量增加; 如果水中氮、磷含量剧增, 就会使水中的浮游生物量增加迅速, 表现出水体变色, 在淡水中形成被称为 水化 的现象; 在海水中形成为 赤潮 ; ③水产养殖密度过大:由于养殖密度大, 势必增加投饵量, 容易造成水中溶解氧缺乏, 水中的高锰酸盐指数、生化需氧量、硫化物、非离子氨明显增加; ④防病治病:由于养殖密度高, 水质不清洁, 养殖的水生生物极易患各种疾病, 为了防病治病, 细菌性疾病要投入一些抗菌素, 如土霉素、呋喃唑酮(已禁用) 、含氯制剂、含碘制剂等, 这些药物在起到防病治病的同时, 也会对养殖环境造成污染, 尤其对水中的微生态系统造成损害, 使水中的自然净化能力降低。渔药的滥用破坏了生态平衡, 进一步加剧水生动、植物病害, 形成恶性循环; 同时水生动、植物耐药性增强, 增加了疫病防治的难度, 更为严重的是药物在水生动、植物体内积累, 残留量增大, 直接威胁消费者身体健康。
1 2 污染成因分析 在自然界中, 水生生物通过排泄等途径向水体排放氮、磷等元素, 同时通过水生生物的生态作用吸收水体中的氮、磷, 达到水体净化效果。自然水体中, 氮、磷的排放与吸收始终处于动态平衡, 由于水产养殖过程中饵料、渔药等的投入, 排放量超过吸收量, 就形成水产养殖对水体的污染。下面以氮元素存在形式的变化及其污染效应为例, 对水产养殖污染的成因进行分析:1 2 1 氨氮的成因 氮是水体中三大营养盐之一, 当水体中的这类元素少到一定程度时, 光合作用就要受到限制, 水生生物的进一步繁殖与生长就要受到影响。因此, 常称这类元素为营养元素或生原要素。由此可以看出, 鱼类的繁殖与生长也离不开氮元素。大气中含79%的氮气, 养殖水体也几乎被氮气所饱和, 但这种氮不能被绝大多数植物所利用, 只有把单质的氮转变为氮的化合物才有利用价值。水体中常见的化合物有两大类:有机化合物、无机化合物。其中无机氮化合物主要有氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮。硝酸氮没有毒性, 也最为重要, 氨氮、亚硝酸氮含量过多则会造成毒性, 而氨氮具有更强的毒性。这主要是因为分子态氨不带电荷, 有较强的脂溶性, 可通过养殖动物的体表, 如由鳃的表皮侵入血液中造成毒害。
氨在水体中的主要存在形式是N H 4离子, 游离态的氨(即氨氮) 含量较少。氨氮的形成主要有三条途径。
水产养殖水体中残饵及动植物残体被微生物分解产生氨基酸混合物, 氨基酸再被微生物脱氨产生氨氮。当氧气不足时, 水体中发生反硝化反应, 亚硝酸盐、硝酸盐在反硝化细菌的作用下分解而产生氨氮。水生动物的排泄物
+
主要是氨和尿素, 大部分氨经鳃排出, 尿素从尿中排出, 排出的尿素在水中进一步分解产生氨氮。
1 2 2 影响氨氮存在的几种因素 (1) p H 值对氨氮存在
的影响水中氨氮含量及其毒性与p H 值的关系十分密切。若水体p H 值太高, 就会使氨氮含量增高对鱼类造成相当大的毒害。当温度为20 时, p H 变化与水体中氨氮含量关系分别为:p H =6 0氨氮含量为0 0397%;p H =7 0, 含量为0 396%; p H =8 0含量为3 82%; p H =9 0含量为28 4%;p H =10 0含量为79 9%。由此可以看出, p H 值对氨氮含量的影响很大。p H 10时, 几乎都以氨氮形式存在。p H 值越高, 也就意味着氨氮含量越高, 造成的毒性也就越大。
(2) 水温对氨氮存在的影响由于水体的p H 值一般维持在7 8左右不易改变, 所以以p H =8 0为例来讨论水温变化对氨氮存在的影响。p H =8 0时, 水温变化与水体中氨氮与总氮量的百分比为:0 时含量为0 082%; 10 时含量为1 83%; 20 时含量为3 82%;30 时含量为7 46%。由此可以看出, 随着温度的升高, 氨氮含量逐渐增多。氨氮含量逐渐增多, 势必对生物造成的毒性逐渐加大。
(3) 溶解氧对氨氮存在的影响水体中氨氮的产生和存在都与溶解氧有密切联系。水体中各种气体含量的多少与其分压有关, 即遵循亨利定律。水体中某种气体浓度大时, 其分压也大, 其它气体浓度则相应减少。因此, 当水体溶解氧增加时, 增加的溶解氧不但能满足水生生物生长时需要的氧气, 且氧的分压提高, 也有利于驱除氨氮等有害气体。当水体中溶解氧由1 54m g/L提高到2 24m g /L时, 氨氮含量由0 4m g /L降为0 2mg /L; 当水体中氨氮含量高达13m g /L, 经增氧后降为2m g /L。可见增氧对氨氮的降低很有帮助。另外, 氧气充足, 有利于使有毒的氨氮、亚硝酸氮被氧化成无毒的硝酸氮, 从而维持了良好的水质。
(4) 投饵对氨氮存在的影响鱼类的生长离不开饵料, 但投饵过多, 残饵中的含氮有机物特别是蛋白质和氨基酸会在水体中氧化分解, 这样不仅增加了水中的氨氮, 也大量消耗了水中的溶解氧, 造成底层水体缺氧。水体缺氧后, 有机物质会发生厌氧反应, 进一步产生更多的氨氮, 使水质恶化。残饵越多, 产生的氨氮也越多, 水质恶化的速度也就越快。所以, 在水产养殖中要注意饵料的投放量, 既不能太多, 也不能太少, 应采取少量多次的原则, 尽量减少残饵。这样既有利于水质保护, 也有利于减少养殖成本, 提高水产养殖经济效益。
1 3 水产养殖污染与其他行业污染程度比较
1 3 1 海水养殖污染 海水养殖业在不断发展的同时也带来了一定数量的污染物, 主要表现在有机物指标上。但水产养殖业对环境的影响与工业等其他行业污水对环境的影响有着较大的区别, 因为水产养殖用水是以满足水生生物生长基本条件为前提的, 水产养殖用水在向环境排放之前是直接与渔业生物活体接触, 并承载之其中, 排放时也不存在浓缩过程, 即原浓度排放, 所以它与工业污水综
+
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合排放标准差别很大。同时由于养殖过程中不会产生重金属等毒性物质, 所以说水产养殖业对环境的污染从类型、性质上都与工业污水、生活污水排放及其他行业排放的废水比较还是较小的(见表1) 。
表1 我国部分省市海水养殖池塘水质监测情况
地点辽宁天津山东江苏福建广西海南青岛沿岸(水产养殖密集区周围)
7 73-8 36
0 0001-0 0260 00158-0 0600 033-0 360 00033-0 271
p H (7 8-8 5) 8 767 6-9 28 15-8 298 13-8 327 29-8 106 94-7 718 5-9 0
0 6-6 080 53-1 531 1-4 475 0-10
0 007-0 1260007-0 0042
0 002-0 0360 002-0 0039
0 044-0 31
0 126-0 2570 051-1 2260 036-0 900 2-0 8
0 013-0 0320 013-0 0980 0001-0 005
COD M n (3)
Cu (0 010)
Zn (0 050)
无机氮(0 30) 0 016-0 730 01-0 68
活性磷酸盐(0 030) 0 0006-0 0290 005-0 17
小的多。对比一下 城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB 18918-2000) 和天津地区水产养殖池塘、水库、河流水质监测结果(见表2), 就能说明问题。
结果显示, 淡水养殖水体中总氮、总磷、有机物含量远
远低于城镇污水处理厂污染物排放标准。城镇污水指城镇居民生活污水, 机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水, 以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水等。符合以上规定范围的污水进入污水处理厂经过处理后(目前, 我国城镇污水处理率还比较低) , 消除了大量的悬浮物、有机物后排入自然环境中, 由于成本和工艺的原因, 就目前来讲, 污水处理厂排出的水质达到地表水的质量标准还有很大的难度。所以比较来看, 水产养殖水体对环境的影响相对工业用水、生活用水的污染要小的多。
2 50-19 390 0004-0 00090 016-0 0236 0-20 0
0 01-0 10
0 07-0 59
2 水产养殖污染的途径
2 1 污染途径 水产养殖水域的富营养化除点源污染及化肥、农药、畜禽等污染外, 水产养殖业的自身污染也是原因之一。水产养殖大多靠人工投饵, 有关实验表明, 养殖鱼类的排泄物、残饵等沉降的负荷量为投饵的10%-20%,投饵后立即溶入水中的悬浮物量也接近投饵量的10%,这些固状有机物质有的分解到水体中, 有的沉降堆积在底泥中。根据养殖水域环境容量的不同, 在开放性、水体交换良好的养殖场, 一年周期沉积在底泥的有机物残留约20%,而在相对封闭性的水体, 却有50%的有机物积存下来. 这就形成水产养殖环境的有机污染。
为了方便解释, 将水产养殖按鱼虾养殖(人工投饵) 和贝藻类养殖(一般不需人工投饵) 分类。鱼虾养殖过程中, 除一部分饵料转化成鱼肉蛋白外, 养殖过程中未被利用的残饵和鱼类的排泄物, 一部分以固态物悬浮或沉降堆积在底泥环境中, 一部分直接溶入水中或经生物排泄到水中, 造成对养殖水体的污染; 贝藻类养殖过程中, 贝类的排泄物直接溶入水中或沉积到底泥中, 可能在局部范围内会产生污染, 但由于目前很少投饵或施肥, 贝藻类生长过程中将大量依靠吸收水体中的营养物质生长, 对养殖水体还有一定净化作用。水产养殖对水体环境的影响途径见图1
。
注:括号中的数字为海水水质标准中第二类标准值
以上数据表明海水养殖池塘中, 对环境造成污染的指标主要是有机物污染, 表现在化学需氧量超出海水水质标准(二类水质标准) 平均2倍以上; p H 也有微超标现象; 重金属铜、锌超标主要表现在较大城市, 这可能与养殖进水有关, 如天津、江苏等地; 无机氮、活性磷酸盐几乎所有的养殖池塘超标。所以说, 海水养殖池塘对环境的影响主要表现在富营养化指标上。
1 3 2 淡水养殖污染 据权威部门检测表明, 我国河流、湖泊的80%均遭受到不同程度的污染, 对于历年来严重干旱的北方地区, 没有遭受污染的河流、湖泊几乎没有。目前我国淡水养殖用水多数来自大大小小的河流、湖泊。淡水养殖池塘、水库、河流由于养殖条件的需要, 水中剩余的氮、磷、有机物有一定的积累。
表2 城镇污水处理厂部分污染物排放标准和天津地区
淡水养殖池塘、水库、河流水质检测范围
标准名称总氮mg /L( ) 总磷CO D C r +mg /L( )
城镇污水处理厂污染物排放标准一级A 类一级B 类
15
*1*
二级三级
天津地区淡水养殖池塘、水库、河流水质
0 28-4 82
20
*
1 5*1*
*3*3*
*5*5*
0 071-1 15
*
mg /L( ) 0 5
5060100120**
2 39-45 6
*
注:*2005年12月31日前建设的; **2006年1月1日起建设的; ***为高锰酸盐指数, 一般情况下, COD C r 十是COD M n 的3倍。
我国地表水环境质量标准(GB3838-2002) 中规定, 三类标准主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级
保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。在此标准中规定:高锰酸盐指数 6m g /L; 总磷 0 2m g /L(湖、库0 05) ; 总氮: 1 0m g /L。按照此标准, 水产养殖用水经人工投饵使用后排入自然环境中, 一定会对周围的环境产生影响。但它与 城镇污水处理厂污染物排放标准 比较起来, 水产养殖用水对环境的污染要
图1 水产养殖对水体环境的影响途径
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2 2 海水养殖污染评估 下面以海水网箱养殖为例, 对海水养殖过程中的氮、磷负荷量进行评估:
80年代中期以来, 随着我国网箱养殖技术的不断提高, 海水网箱养殖在我国沿海地区发展较为迅速。尤其是广东和福建两省沿海, 其网箱养殖约占全国总量的80%左右。近年来, 伴随着网箱养殖及其他水产养殖业的发展, 其所产生的环境问题越来越为人们所关心。海水网箱养殖过程中产生的污染物质 氮和磷主要来源于投饵, 其负荷量大小与网箱养鱼的饵料系数成正比, 而其浓度增长大小则与网箱养殖规模及空间布局有关。
2 2 1 海水网箱养殖环境氮、磷负荷量的评估方法 海水网箱养殖对环境的影响主要体现在人工投饵过程中营养物质对环境的输入, 其物质形式主要以非溶解态与溶解态进入环境。前者最终表现为网箱养殖区海底的沉积, 后者最终可能表现为水体中某些环境因子含量的增加。因此评估网箱养殖对环境的影响, 主要是评估氮、磷的环境负荷量。评估网箱养殖环境负荷量的方法用的最多的是质量守衡法, 其原理即是 所投喂的营养成分, 扣除积蓄在养殖体中的量, 剩余者即为环境负荷量 。计算公式为:
L N, P =(C F N, P -P N, P ) 10C-饵料系数;
F N, P -饵料中氮或磷的含量(%); P N, P -鱼体中氮或磷的含量(%) 。
海水网箱养殖目前所用饵料以鲜杂小鱼居多, 用人工合成饵料较少。投饵量多少与养殖鱼体大小有关, 一般控制在鱼体重量的5%-8%,要了解网箱养殖投饵后所造成的环境负荷量及其可能对环境造成的影响, 一定要首先了解饵料及养殖鱼体的成份组成。据林钦等分析, 一般情况下鲜杂小鱼(饵料鱼) 的水分占70%以上, 其他成份主要以粗蛋白为主, 其含量为9 3%-19 8%,磷的含量为0 17%-0 602%,平均分别为15 2%(含氮2 43%,按6 25系数换算) 和0 441%。几种主要海水网箱养殖鱼类鱼体成份组成见下表3。
表3 几种主要海水网箱养殖鱼类鱼体成份组成(%) 鱼类名称黑鲷赤点石斑鱼
鲈鱼红鳍笛鲷鰤鱼平均
水分70 178 977 075 0-75 0
蛋白19 3
17 417 315 2-17 3
脂肪3 51 71 73 7-2 7
碳水化合物
5 80 02 44 6-2 9
灰分1 52 41 61 5-1 8
磷0 3380 2280 2210 3260 300 293
3
料、排放粪便及其他排泄物。而在这些废物中最终将对环境产生影响的主要是其所含的营养物质 氮、磷和有机物。由于养殖过程中饵料投喂方式不当、投喂过量、饵料投喂后被冲走和溶解以及鱼类本身的摄食习惯等原因, 网箱养殖无论投喂何种饵料, 总存在一部分不能为网箱养殖鱼类所食用的饵料。其比例多少与网箱养殖方式、养殖种类、饵料类型及养殖管理方法有关。被鱼体摄取的饵料中未被消化的部分将作为粪便被排出, 消化部分通过鱼体吸收和代谢, 所吸收的营养物质中有一部分作为氨和尿素被排出体外。粪便及排泄物的量主要与养殖鱼类的消化率有关, 另外也与养殖鱼类的个体大小、健康状况及环境因子等有关。据文献报道, 植食性鱼类的消化率一般低于80%,杂食性鱼类的消化率约为80%,肉食性鱼类的消化率通常高于90%。据对日本高知县网箱养殖鰤鱼的实测结果及对几个实验水槽试验结果分析, 未食用饵料平均占投饵量的16%,鱼体摄取蛋白质平均占75 5%,其中以粪便和尿形式排出来的分别占3%和18%。各种废物所占比例及其进入环境的途径如图2所示。另据文献报道, 海水网箱养殖过程中进入环境的氮和磷, 其溶解态与非溶解态的比例分别为8:2和7:3。此外, 养殖过程中鱼体只摄取饵料蛋白质的80%左右, 并利用其中的20%用于生长, 其他以残饵和粪便形式最终沉积到海底的约占23 3%
。
式中L N, P -氮或磷的环境负荷量(Kg /t) ;
图2 海水网箱养殖污染物质进入环境的途径
据对广东海水网箱养殖环境的氮、磷负荷量评估结果显示, 1996年广东省沿海网箱养殖人工投饵产生的残饵量为37043t /a, 排入水域环境的氮、磷负荷量分别为3259t/a 和642t/a, 其中溶解态氮约为2607t/a , 溶解态磷约为449t /a。即每养殖成1t 鱼, 排入环境中的氮、磷负荷量分别为164kg 和32 3kg , 残饵量为1 86t(包括未食饵料、粪便和悬浮物) 。1997年广东沿海网箱养殖环境的残饵量为37496, t 排入水环境的氮、磷负荷量分别为3299t 和650, t 其中溶解态氮约为2639t /a, 溶解态磷约为455t/a 。据保守估计, 1997年广东城市生活污水中无机氮的年排放量为29000, t 与此比较可知, 海水网箱养殖排入环境中的无机氮数量与生活污水排放量的比要小的多。
根据上述方法估算, 1997年全国海水网箱养殖的年投饵量为456411, t 残饵量为106333, t 排入环境的氮、磷负荷量分别为9354t 和1843。其中溶解态氮约为t 7483, t 溶解态磷约1290。广东和福建两省网箱养殖环境负荷量占t
了约77 1%。就全国而言, 平均每养成海水鱼1, t 排入环境中的氮、磷负荷量分别为161kg 和32kg 左右。2 3 淡水养殖污染评估 根据有关研究结果, 内陆水产养殖中, 按养殖1kg 虾蟹向环境中输入氮、磷分别为
网箱养殖鱼类的饵料系数因种类和养殖海区的不同而不同, 一般鲈鱼的饵料系数为4 6-6, 鲷科鱼类为8-10, 鰤鱼为8 5, 石斑鱼为8左右。南方海区网箱养殖的饵
料系数一般大于北方, 通常情况下饵料系数取8作为评估依据。
2 2 2 海水网箱养殖产生的污染物质及其进入环境的途径 海水网箱养殖所产生的废物主要有鱼类未食用的饵
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0 097kg 、0 018kg 计算, 我国2002年养殖罗氏沼虾113743、t 河蟹339953, t 通过计算得出2002年养殖虾蟹共向环境中排放氮44008t 、磷8166; t 按养殖1kg 草食性鱼类向环境中输入氮、磷分别为-0 016kg 、-0 002kg 计算, 我国2002年养殖草食性鱼类8747017, t 通过计算得出2002年养殖草食性鱼类从环境中提取中氮139952t 、磷17494; t 按养殖1kg 杂食性鱼类向环境中排放氮、磷分别为0 028kg 、0 0046kg 计算, 我国2002年养殖杂食性鱼类7739780, t 通过计算得出2002年养殖杂食性鱼类向环境中排放氮216714t 、磷35603t(见表4) 。
表4 2002年我国淡水养殖向环境中排放氮、磷情况养殖品种虾蟹草食性鱼类杂食性鱼类合计
氮排放数量(t)
44008-[***********]
磷排放数量(t)
8166-[**************]
代谢造成的营养负荷, 可以通过大型藻类的吸收得到减缓。一般来说, 对一个特定的养殖生态系统, 其养殖容量和环境容量是一定的, 尽管大型藻类与鱼类构成的复合养
殖系统中, 通过大型藻类吸收水体无机营养盐, 系统的自净能力增强, 养殖水体的养殖容量提高。但养殖生物的放养密度和密度搭配仍然是系统维持较长时期稳定的关键, 如果大型藻类的养殖密度太低, 就起不到清洁水体的目的, 过高又会导致营养盐含量过低的 瘦水 环境。
(3) 大型藻类生态调控的优点以浮游植物为主要初级生产者的养殖水体中, 浮游植物的种群数量易受外界营养盐的供给情况影响, 极端情况下或爆发性增殖, 或群体崩溃; 与之相比, 大型藻类的生长策略较为保守, 体内的营养库使它们更适应营养盐波动的水体环境。当养殖在营养盐不足的环境中时, 体内的氮库仍然可以维持它们较长的生长; 当介质营养盐含量较高时, 即使光照不足, 大型藻类也会吸收超过自身生长需要的营养盐, 从而充实内部营养库以备快速生长时利用。
与浮游植物不同, 大型藻类吸收营养物质合成的生物量, 可以通过收获的途径输出, 减轻水体污染的同时, 又能实现养殖污染物的资源化利用。另外, 大型藻类对污染环境也具有较强的耐受力和清洁作用, 有报道表明在受重金属和有机污染的水体种植大型藻类, 可以提高水体溶解氧, 降低BOD 、铜、锌、铅和镉等重金属含量, 促进污染区环境的恢复。
(4) 大型藻类在鱼类养殖中的应用大型藻类对鱼类养殖的生态意义和经济意义在于:它能降低养殖水体的营养盐污染, 改善水质, 有利于养殖水体环境的稳定, 提高养殖生物的产量。其实早在70年代中期, 大型藻类就被用于处理集约化鱼类养殖产生的废水, 主要是采用循环用水的方式。不仅减轻了养殖污染, 还节约了生产用水的成本。2 4 2 贝类养殖对水体的净化 (1) 贝类养殖对水体的净化贝类是一种底栖生物, 在贝类养殖过程中, 由于贝类依靠滤食水中的浮游植物、有机颗粒赖以生存繁殖, 大多不需人工投喂, 因此对水质有一定程度净化作用。据报道, 在日本50000-60000个吊养的牡蛎个体, 就能使养殖水体内占优势的浮游植物减少76%-95%;在新西兰吊养的贻贝能将流经养殖区水体中60%的浮游植物滤掉。同样, 西班牙的一份研究报告也显示一个筏养贻贝能滤去水体中35%-40%的浮游植物和有机碎屑。
为相对评估贝类养殖对水质的净化作用, 采用评估氮、磷环境负荷量的方法。根据不同贝类的成分组成计算贝类的氮、磷含量, 其中氮含量通过与蛋白质的换算获得(换算系数取6 25) 。以1997年为例, 根据我国6种养殖贝类的产量及氮、磷含量的估算, 其中贻贝、扇贝、缢蛏、蛤和蚶按产量的20%折成鲜贝肉、牡蛎按产量的16%折算, 估算结果为, 仅1997年的6种养殖贝类中, 就从养殖水体中提取氮13397t 、磷1273t 。由此可见, 贝类养殖可起到净化水质、减少水体中氮、磷负荷的作用。
2 4 水产养殖对水体的净化 近年来, 随着水产市场需求的变化, 水域生态保护意识的加强, 水产养殖结构也在加大调整力度, 水产养殖已逐渐由高密度、高投饵、高产量
的普通鱼类的养殖转向低投饵、低产量、高效益的水产品种的养殖, 并正在向产业化方向发展。虽然水产养殖自身或多或少会产生对水体的环境污染, 但不同的养殖品种、养殖模式所产生的污染程度是不同的。研究发现, 贝、藻类养殖由于从水体中取出的氮、磷大于投入, 所以对水体还有一定程度的净化作用。
2 4 1 大型藻类养殖对水体的净化 大型藻类作为水体重要的初级生产者, 具有吸收利用水体营养盐和增加溶解氧、生长快、易管理等特性。目前国内外的学者普遍认为养殖大型藻类是吸收、利用营养物质、延缓水域富营养化的有效措施之一。
(1) 大型藻类利用无机营养盐的特点大型藻类是水体重要的初级生产者, 生命周期长、生长快, 能通过光合作用吸收水体中的碳、氮、磷等营养物质来合成自身, 同时增加水体溶解氧。对大型藻类化学成分的分析表明, 大型藻类组织中具有丰富的氮库, 可以高效地吸收储存大量的营养盐。大型藻类组织中的营养库一般包括:无机氮库、氨基酸氮库和非蛋白可溶性有机氮库(如叶绿素、藻红素等) 、蛋白质氮库(如酶类) 等。另外, 对大型藻类营养盐吸收和同化的研究表明, 同样浓度的营养盐, 大型藻类对氮的吸收速率大于对磷的吸收速率, 对NH 4-N 的吸收速率大于对NO 3的吸收速率。而NH 4-N 往往是鱼类养殖水体无机营养盐的主要存在形式, 因而大型藻类对水体无机营养盐具有很好的清洁作用。
(2) 大型藻类对水产养殖水体的生态调控原理大型藻类对鱼类养殖水体的调控途径主要是吸收水体中的无机营养盐, 二者在生态功能上互相补充, 构成一种复合式的养殖系统, 其中鱼和细菌的代谢消耗水体溶解氧, 释放无机营养盐; 大型藻类则进行光合作用, 吸收利用水体无机营养盐, 产生氧气。因而, 鱼类系统中因饵料输入、鱼体
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(2) 贝类养殖对水体的污染从贝类摄食习性和代谢过程可以看出, 贝类可以滤食有机碎屑, 起到净化水质的作用。但是如果养殖密度过大, 它们的代谢物也会增加局部水域中氮、磷、碳的含量, 其中包括可溶性的排泄物及粪便渣滓中矿化后的氮、磷。据研究证实, 每克干重的贻贝每年可产生1 76g 干重的粪便, 按照贻贝的平均出肉率为7 5%计算, 则13t 鲜活贻贝每年可产生1 76t 粪便沉积物。研究结果表明, 1997年我国6种主要贝类养殖的污染物排泄量及氮、磷的排放量分别为1748698t 、715t 和109, t 由此可见贝类养殖中的排泄物还是相当可观的。
综上所述, 贝类养殖对水质的影响总体上呈正效应, 对水质有一定净化作用。只要做到布局合理, 贝类养殖就是一种防止水体富营养化发生, 改善水质环境的清洁生产方式。贝类在其新陈代谢过程中, 向水体排出的氮、磷等物质正是藻类生长、繁殖所必须的。因此藻、贝综合养殖可以构成环境互补的良性系统。国内大型藻类和贝类的综合养殖是生产上应用较多的模式, 70年代中期, 贝藻间养和轮养技术得到推广。近年来有报道表明, 山东荣成市采用藻、贝间养、混养的养殖模式, 显著提高了海带的产量和贝类的质量, 水质状况良好。
是目前养殖生产受阻的主要原因。
3 2 污染对水产业造成的损失 据不完全统计, 2002年
我国共发生渔业污染事故1255次, 直接经济损失约3 88亿元。其中海洋渔业污染事故63次, 污染事故面积约28万hm , 造成直接经济损失约2 32亿元, 经济损失在1000万元以上的特大渔业污染损害事故4次, 在100万元以上的重大渔业污染事故10次; 内陆渔业水域渔业污染事故1192次, 污染面积约13万h m , 造成直接经济损失约1 56亿元, 超过100万元以上的重大渔业污染损害事故25次。环境污染造成可测算天然渔业资源经济损失36 2亿元, 其中内陆水域天然渔业资源经济损失为8 7亿元, 海洋天然渔业资源经济损失为27 5亿元。
表5 渔业污染损失估算
类别浪费情况
因污染造成的产质量下降
环境代价
说明:
1 2002年我国水产养殖产量2906 89万t , 通常情况下需用饵料5232万t(按1:1 8计算), 养殖过程中的浪费情况按残饵15%计算, 我国水产养殖过程中浪费饵料785万t , 按每t 饵料2000元计算, 浪费金额157亿元。
2 由于近几年我国水产养殖业的发展及优质品种的引进, 水产品养殖产量及质量呈逐年上升趋势, 2001年水产养殖产量为2726 45万t , 到2002年水产养殖产量增加到2906 89万t , 增长180 44万t , 因此估算的 因污染造成的产质量下降 具体数据是指污染造成死鱼事故的养殖产量及经济损失。
3 环境代价是指由于面源污染造成的可测算天然渔业资源损失。
损失量(t) [***********]
损失金额(亿元)
1573 8836 2
2
2
3 面源污染对水产业造成的危害
3 1 面源污染对养殖生物的危害
3 1 1 引起养殖生物的急性致死 近年来, 由于养殖水体污染的不断加重, 发生的污染死鱼事故不断增多。以福建省为例:1989年10月, 在福建东山八尺门西侧, 有500
多箱养殖的真鲷、石斑鱼、鲈鱼等因缺氧而大量死亡, 直接经济报失达270多万元。1992年8月, 由于整个养殖场环境的恶化, 在该养殖区取水测得溶解氧仅为1 88m g /L, 八尺门西侧网箱再次出现大量养殖鱼死亡, 损失近60%。1993年7月, 八尺门东侧再次因局部海区溶氧不足导致几万尾鱼类死亡。由此看来, 低(无) 氧水体的形成和发展对养殖业造成的损失相当惨重。
3 1 2 造成养殖生物病害 由于污染程度的不同, 在一些水产养殖区, 虽然没有出现养殖鱼大量死亡的现象, 然而随着养殖场使用年限的增长, 生产效率降低, 生物病害日趋严重。一般认为原因之一:在水域富营养化过程中, 微生物生态发生了较大的变化, 从少量好氧的无机营养硝化细菌和有机物分解菌为主的菌群向大量异养菌群发展, 在还原性的环境中, 厌气性腐败细茵占优势。原因之二:养殖污物可提高病原菌的生存能力。据日本高知水试所的实验, 把从脓肿型病鱼分离出来的菌株以及从鳃硬结肿型病鱼分离出来的菌株, 放置在25 的水中, 其生存期前者为2d , 后者仅为1d 。而将它们放置在魳鱼养殖场网箱附近的表层水中时, 其生存期前者为5d , 后者为4d 。在同一网箱附近的底层水中, 生存期更长达8d 。原因之三:环境恶化对养殖鱼造成的应力, 导致养殖生物的先天性抵抗力、后天免疫力下降; 由于高密度拥挤造成的外伤成为病原体入侵的门户。养殖水域的富营养化引起的生物病害
4 防治措施与对策
我国人口众多, 可供利用的资源有限, 对水域的利用
将是粮食生产的最大可能场所。水产养殖将是今后我国渔业生产的重要投资项目。由于工业化的进程, 大环境的污染似乎不可避免, 然而, 养殖业者如果能够合理有效地利用天然的水土资源, 科学地进行养殖生产和环境管理, 就能够减缓养殖水域的富营养化进程。
4 1 水产养殖污染防治措施 目前世界上一些发达国家和地区已把控制水产养殖污染作为水质管理的必要组成部分。根据水产养殖造成水体污染的状况, 其解决措施主要是从两大方面入手:一是减少源头污染量, 即减少饵料、渔药等投入品的施用量, 合理科学养殖, 有效控制有机或无机污染物质进入水体。要减少水产养殖环境的氮、磷浓度负荷量, 首先要改变我国目前养殖鱼类饵料的配方, 要尽快研制、使用饵料系数低或低蛋白高能量的环保型人工合成饵料。二是尽量减少养殖池塘排水、进行生态治理。此外, 科学、合理地控制养殖规模及其空间布局, 也是降低水中氮、磷浓度负荷、减少水产养殖环境富营养化发生的重要措施之一。
根据我国目前水产养殖污染的现状及其成因初步分析, 结合目前国内外的相关治理措施, 在水产养殖污染进
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一步治理工作中, 应采取下述措施:
①坚持预防优于治理的原则。治理污染很难达到彻底消除污染的目的。全球至今尚未有水质恶化后完全恢复的实例。
②只要农业面源污染也得到预防和控制, 我们的防污治污工作才会走上 预防为主, 防治结合; 标本兼治, 综合治理 的可持续发展的路子。
③遵循氮元素、磷元素运移及转化规律, 减少残饵的流失, 提高饵料的耐水性, 保证使用效率等, 加强流域综合治理。
④设置专门的管理机构及组织协调机构, 打破条块分割。进一步健全水源保护、水质改善政策、法规、条例及具体管理措施, 加强执法力度和违法打击力度。
⑤加强水产养殖污染的科学研究、国际交流与合作, 展开减少水产养殖污染包括生态环境生物修复技术在内的一系列研究工作。
4 2 治理水产养殖污染的对策 为促进水产养殖业的健康发展, 尽可能降低水产养殖污染及对周围水环境的影响, 对不同水体和养殖条件应采取不同的措施, 使我国的水产养殖业可持续利用地健康发展。为此, 提出以下对策。(1) 加强对水产养殖的管理, 提高养殖技术及管理水平
要减少水产养殖对水体环境的污染, 很大程度上取决于技术操作人员的技能和经验。同样的自然条件, 由于采取不同的技术和管理方式, 往往产生不同的环境效果和生产效益。因此应加强对养殖水域的生态环境监测和技术力量的培训, 不断提高技术和管理水平, 以便随时掌握养殖区的环境质量和变动趋势。这对提高水产养殖环境质量、增加生态和经济效益、使水产养殖可持续发展都是非常重要的。
(2) 对水产养殖区应进行全面、科学规划, 合理确定水产养殖容量
随着我国水产养殖业的不断发展, 在制定水产养殖规划时, 应针对不同地区的环境条件, 进行全面、科学地规划, 合理地确定水产养殖发展规模和养殖区, 以作为宏观调控的依据。在规划的养殖区内, 不要盲目追求产量, 造成养殖密度过大, 要合理使用饵料、渔药, 科学确定养殖生产环境容量, 保证水域生态系统不在超负荷下运行。所谓养殖容量即是单位水体内在保护环境、节约资源和保证应有效益的各个方面都符合可持续发展要求的最大养殖量, 充分利用水中微生物将水中有机物氧化分解成无机物, 将水中有机污染氧化分解, 使水质能够自我净化, 符合养殖需求, 达到治理的目的。据水产养殖专家研究, 水产养殖面积以占水面的25%-30%为宜, 而在我国水产养殖业发达的地区, 养殖面积的比例已高达60%-70%,超出适宜养殖面积的1倍多, 如不进行科学控制, 水产养殖对水体环境的影响将越来越严重。
(3) 确定合理养殖方式, 进一步提高饵料利用率
影响水产养殖污染负荷的关键在于饵科的利用率, 小杂鱼虾虽然对鱼有较好的诱食性, 但水中溶失率高, 饵料系数也高, 人工配合饵料系数较低, 利用率高, 因此用人工饵料代替杂鱼类是削减水产养殖污染的第一步。还要根据水产养殖条件和养殖生物的摄食行为、营养需求及养殖系统的生物量, 采用多种养殖模式, 合理使用饵料, 如采用鱼、贝、藻等各种生物混养技术, 合理安排不同水层养殖生物的种群结构, 进行多品种立体养殖, 改善养殖区的生态环境和自净能力, 并遵循 少量多次 的投喂原则, 使投入的饵料尽可能得到充分利用, 最大限度地减少排入水环境的污染物。
(4) 根据鱼类摄食习性, 适量发展滤食性鱼类及水生植物养殖
在发展滤食性鱼类养殖改善环境的问题上, 国内外学术界观点上存在着分歧, 甚至完全相反。一种观点认为, 滤食性鱼类因摄食大量藻类、细菌形成自身能量而间接地去除了水中部分营养盐, 认为某些养殖鱼类对防治水体富营养化是有效的; 另一种观点则认为. 养殖滤食性鱼加速了水体的富营养化, 因为鱼类的摄食与排泄造成营养物质的短路循环, 特别是加速了磷的活化过程, 增加了初级生产力, 认为放养鱼类不能有效地减缓或逆转湖泊的富营养化过程。但在适度发展水生植物养殖改善水体环境方面意见比较一致, 通过水生植物的生长过程, 吸收水体中溶解态的氮、磷。许多研究证实水生植物是水体环境中对氮、磷污染物非常有效的生物过滤器, 能有效降低养殖水域氮、磷污染的风险和减轻富营养化。
(5) 科学、合理使用渔用药物, 严格化学药物的使用据初步统计, 目前, 我国水产养殖严重病害占总养殖面积的20%以上。随着水产养殖环境日益恶化, 鱼、虾、贝、藻生长过程中, 生物病害可能随时发生, 但过多化学药物的使用, 有可能会造成某些生态影响, 并有可能影响到水产品的质量。所以在养殖过程中应尽量避免使用过多的化学药物, 以减少对水环境的影响。对水产养殖中的病害, 应实行处方购药, 使用无拮抗、无毒性、无残留的无公害渔用药物, 禁止有毒、有害药物的使用, 并在市场准入方面严格检测, 从严把关, 利用市场进行调控。预防病害应尽量从水质、饵料、放养密度等方面进行控制, 化学药物的使用应视为应急措施或最后一种选择方法。
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1998
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(李小丽编, 孙道敏校)
安徽农学通报, Anhu iAgri Sci Bu ll 2007, 13(11):61-6761
水产养殖与农业面源污染研究
李绪兴
(中国水产科学研究院渔业资源与环境研究中心, 北京 100039)
摘 要:本文分析了各类水产养殖污染的产生原因及途径, 阐述了面源污染对水产业造成的危害, 提出了水产养殖农业面源污染的防治措施与对策, 旨在改善水产养殖对环境的负面影响。关键词:水产养殖; 面源污染; 防治措施与对策
中图分类号 X 52 文献标识码 B 文章编号 1007-7731(2007) 11-61-07
渔业是农村经济发展的优势产业, 世界渔业和水产养殖业与其他食用性动物养殖相比, 世界水产养殖业发展十分迅速。在包括鱼类、甲壳类和软体动物的世界渔业中, 1970年水产养殖产量仅占渔业总产量的3 9%,2001年上升为29%。2001年水产养殖产量(包括水生植物) 增长至4820万, t 产值达609亿美元。自1970年以来, 世界水产养殖产量平均年增长9 2%。据估计, 到20l 5-2030年, 世界渔业捕捞产量将会停滞不前, 而水产养殖产量将会继续增加, 并逐渐过渡到以淡水养殖及软体动物养殖为主。根据经济模型预测, 未来世界人均鱼类消费将会有所增加, 从目前的人均16kg 增加至2030年的19-21kg 。
改革开放以来, 随着中国经济和社会的发展, 陆地资源已难以满足人们对动物蛋白的需求, 向水域要蛋白受到政府鼓励并得以迅速发展。20世纪80年代开始, 我国水产业取得了举世瞩目的成就, 渔业发展快速。2005年水产品总产量达到5102万, t 渔业总产值4180亿元, 占中国农业总产值的比重由1978年不足2%上升到12%以上, 水产业在我国的国民经济, 特别是在农业经济发展中占有越来越重要的地位。
水产养殖业是我国渔业的重要组成部分, 也是渔业发展的主要增长点, 目前我国水产养殖技术已经达到世界先进水平。我国实行渔业发展重心由 捕捞为主 向 养殖为主 转移, 促使水产养殖业发生了巨大变化。2001年中国水产养殖总产量达到2726万, t 其中淡水养殖产量达1595万, t 面积536万k m , 分别比1978年增长了21倍和2倍, 淡水养殖单产2829kg /km , 是1978年的10倍以上; 海水养殖产量1132万, t 面积129万k m , 分别比1978年增长了25倍和13倍, 海水养殖单产8796kg/k m , 是1983年的3倍。2005年水产养殖总产量达3393万, t 其中海水养殖产量1385万, t 海水养殖面积1695千hm ; 内陆养殖产量2008万, t 内陆养殖面积5850千h m (其中池塘养殖面积2495千h m ) 。2005年养殖总产量占水产品总产量的比重上升为66 5%, 是世界上水产养殖产量超过捕捞产量的唯一国家。
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随着技术的进步, 以牺牲自然环境和大量的物质消耗为主要特征的传统水产养殖生产方式正逐步得到改善, 人工控制程度和现代化程度较高的各种水产养殖方式已得到较大发展, 持续发展已越来越被重视。工厂化养鱼、网
箱养鱼、流水养鱼等各种高产养殖方式, 立体利用水域、水陆复合生产的生态渔业以及能量充分利用等各种高效利用模式得以较为广泛的应用, 保持渔业资源和水域环境可持续利用的生产技术已越来越被生产者接受和掌握。但是, 随着水产养殖产业的蓬勃发展, 水产养殖对环境的负面影响也越来越引起人们的重视, 主要是在养殖生产过程中产生的大量有机和无机废物, 对局部水体环境构成威胁。
1 1 污染的产生 水产养殖与环境的关系十分密切。一方面, 养殖环境的好坏是关系到养殖产量和养殖生物质量的重要因素。另一方面, 水产养殖活动还会影响水域环境及其生物多样性。
在水产养殖生产过程中, 由于向养殖水体(藻类及贝类等不需投饵的养殖品种除外) 中投入大量饵料、渔用药物等, 加之生产操作缺乏严格规范, 特别是过量施用或不合理施用时, 养殖水体中残饵、排泄物、生物尸体、渔用营养物质和渔药等大量增加, 造成氮、磷、渔药以及其他有机或无机物质在封闭或半封闭的养殖生态系统中超过了水体的自然净化能力, 从而导致对水体环境的污染, 造成水质恶化。有些地方的养殖业仍沿袭传统的养殖方式, 向养殖水体投入有机肥, 甚至是未发酵的有机肥, 这些有机肥在养殖水体中分解要消耗大量氧气, 往往又产生一些氨氮、亚硝酸盐、沼气等有害物质, 并造成水体富营养化, 使得水体营养盐升高, 下层水体缺氧。残饵及鱼类排泄物沉入水底后, 还会造成沉积环境中硫化物、有机质和还原物质含量升高。水体中残留药物积蓄, 致使有害微生物或噬污生物繁衍, 导致养殖生态失衡, 水体变老, 影响鱼类健康。
水产养殖过程中产生的污染物主要有:悬浮物、总氮、总磷、高锰酸盐指数、生化需氧量、硫化物、非离子氨、铜、锌、活性氯等。污染产生的方式包括:①直接投入:悬浮
1 水产养殖污染的产生
作者简介:李绪兴(1961-), 男, 中国水产科学研究院渔业资源与环境研究中心副研究员。 收稿日期:2007-05-03
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物、总氮、总磷实际上是由于饵料的投入, 未被水生生物完全利用的残饵分解造成的, 因为饵料的配制之中含有一定数量的蛋白质(含氮、硫的有机物) 、饵料添加剂(磷及一些铁、钙、铜等); ②水生生物的代谢和分解:养殖过程中投入的饵料利用率不可能达到100%, 即使投喂饵料的量掌握得非常到位, 全部被水生生物吞吃, 也会有部分的饵料无法吸收, 经过水生生物的吸收代谢排入水中, 使水中的氮、磷含量增加; 如果水中氮、磷含量剧增, 就会使水中的浮游生物量增加迅速, 表现出水体变色, 在淡水中形成被称为 水化 的现象; 在海水中形成为 赤潮 ; ③水产养殖密度过大:由于养殖密度大, 势必增加投饵量, 容易造成水中溶解氧缺乏, 水中的高锰酸盐指数、生化需氧量、硫化物、非离子氨明显增加; ④防病治病:由于养殖密度高, 水质不清洁, 养殖的水生生物极易患各种疾病, 为了防病治病, 细菌性疾病要投入一些抗菌素, 如土霉素、呋喃唑酮(已禁用) 、含氯制剂、含碘制剂等, 这些药物在起到防病治病的同时, 也会对养殖环境造成污染, 尤其对水中的微生态系统造成损害, 使水中的自然净化能力降低。渔药的滥用破坏了生态平衡, 进一步加剧水生动、植物病害, 形成恶性循环; 同时水生动、植物耐药性增强, 增加了疫病防治的难度, 更为严重的是药物在水生动、植物体内积累, 残留量增大, 直接威胁消费者身体健康。
1 2 污染成因分析 在自然界中, 水生生物通过排泄等途径向水体排放氮、磷等元素, 同时通过水生生物的生态作用吸收水体中的氮、磷, 达到水体净化效果。自然水体中, 氮、磷的排放与吸收始终处于动态平衡, 由于水产养殖过程中饵料、渔药等的投入, 排放量超过吸收量, 就形成水产养殖对水体的污染。下面以氮元素存在形式的变化及其污染效应为例, 对水产养殖污染的成因进行分析:1 2 1 氨氮的成因 氮是水体中三大营养盐之一, 当水体中的这类元素少到一定程度时, 光合作用就要受到限制, 水生生物的进一步繁殖与生长就要受到影响。因此, 常称这类元素为营养元素或生原要素。由此可以看出, 鱼类的繁殖与生长也离不开氮元素。大气中含79%的氮气, 养殖水体也几乎被氮气所饱和, 但这种氮不能被绝大多数植物所利用, 只有把单质的氮转变为氮的化合物才有利用价值。水体中常见的化合物有两大类:有机化合物、无机化合物。其中无机氮化合物主要有氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮。硝酸氮没有毒性, 也最为重要, 氨氮、亚硝酸氮含量过多则会造成毒性, 而氨氮具有更强的毒性。这主要是因为分子态氨不带电荷, 有较强的脂溶性, 可通过养殖动物的体表, 如由鳃的表皮侵入血液中造成毒害。
氨在水体中的主要存在形式是N H 4离子, 游离态的氨(即氨氮) 含量较少。氨氮的形成主要有三条途径。
水产养殖水体中残饵及动植物残体被微生物分解产生氨基酸混合物, 氨基酸再被微生物脱氨产生氨氮。当氧气不足时, 水体中发生反硝化反应, 亚硝酸盐、硝酸盐在反硝化细菌的作用下分解而产生氨氮。水生动物的排泄物
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主要是氨和尿素, 大部分氨经鳃排出, 尿素从尿中排出, 排出的尿素在水中进一步分解产生氨氮。
1 2 2 影响氨氮存在的几种因素 (1) p H 值对氨氮存在
的影响水中氨氮含量及其毒性与p H 值的关系十分密切。若水体p H 值太高, 就会使氨氮含量增高对鱼类造成相当大的毒害。当温度为20 时, p H 变化与水体中氨氮含量关系分别为:p H =6 0氨氮含量为0 0397%;p H =7 0, 含量为0 396%; p H =8 0含量为3 82%; p H =9 0含量为28 4%;p H =10 0含量为79 9%。由此可以看出, p H 值对氨氮含量的影响很大。p H 10时, 几乎都以氨氮形式存在。p H 值越高, 也就意味着氨氮含量越高, 造成的毒性也就越大。
(2) 水温对氨氮存在的影响由于水体的p H 值一般维持在7 8左右不易改变, 所以以p H =8 0为例来讨论水温变化对氨氮存在的影响。p H =8 0时, 水温变化与水体中氨氮与总氮量的百分比为:0 时含量为0 082%; 10 时含量为1 83%; 20 时含量为3 82%;30 时含量为7 46%。由此可以看出, 随着温度的升高, 氨氮含量逐渐增多。氨氮含量逐渐增多, 势必对生物造成的毒性逐渐加大。
(3) 溶解氧对氨氮存在的影响水体中氨氮的产生和存在都与溶解氧有密切联系。水体中各种气体含量的多少与其分压有关, 即遵循亨利定律。水体中某种气体浓度大时, 其分压也大, 其它气体浓度则相应减少。因此, 当水体溶解氧增加时, 增加的溶解氧不但能满足水生生物生长时需要的氧气, 且氧的分压提高, 也有利于驱除氨氮等有害气体。当水体中溶解氧由1 54m g/L提高到2 24m g /L时, 氨氮含量由0 4m g /L降为0 2mg /L; 当水体中氨氮含量高达13m g /L, 经增氧后降为2m g /L。可见增氧对氨氮的降低很有帮助。另外, 氧气充足, 有利于使有毒的氨氮、亚硝酸氮被氧化成无毒的硝酸氮, 从而维持了良好的水质。
(4) 投饵对氨氮存在的影响鱼类的生长离不开饵料, 但投饵过多, 残饵中的含氮有机物特别是蛋白质和氨基酸会在水体中氧化分解, 这样不仅增加了水中的氨氮, 也大量消耗了水中的溶解氧, 造成底层水体缺氧。水体缺氧后, 有机物质会发生厌氧反应, 进一步产生更多的氨氮, 使水质恶化。残饵越多, 产生的氨氮也越多, 水质恶化的速度也就越快。所以, 在水产养殖中要注意饵料的投放量, 既不能太多, 也不能太少, 应采取少量多次的原则, 尽量减少残饵。这样既有利于水质保护, 也有利于减少养殖成本, 提高水产养殖经济效益。
1 3 水产养殖污染与其他行业污染程度比较
1 3 1 海水养殖污染 海水养殖业在不断发展的同时也带来了一定数量的污染物, 主要表现在有机物指标上。但水产养殖业对环境的影响与工业等其他行业污水对环境的影响有着较大的区别, 因为水产养殖用水是以满足水生生物生长基本条件为前提的, 水产养殖用水在向环境排放之前是直接与渔业生物活体接触, 并承载之其中, 排放时也不存在浓缩过程, 即原浓度排放, 所以它与工业污水综
+
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合排放标准差别很大。同时由于养殖过程中不会产生重金属等毒性物质, 所以说水产养殖业对环境的污染从类型、性质上都与工业污水、生活污水排放及其他行业排放的废水比较还是较小的(见表1) 。
表1 我国部分省市海水养殖池塘水质监测情况
地点辽宁天津山东江苏福建广西海南青岛沿岸(水产养殖密集区周围)
7 73-8 36
0 0001-0 0260 00158-0 0600 033-0 360 00033-0 271
p H (7 8-8 5) 8 767 6-9 28 15-8 298 13-8 327 29-8 106 94-7 718 5-9 0
0 6-6 080 53-1 531 1-4 475 0-10
0 007-0 1260007-0 0042
0 002-0 0360 002-0 0039
0 044-0 31
0 126-0 2570 051-1 2260 036-0 900 2-0 8
0 013-0 0320 013-0 0980 0001-0 005
COD M n (3)
Cu (0 010)
Zn (0 050)
无机氮(0 30) 0 016-0 730 01-0 68
活性磷酸盐(0 030) 0 0006-0 0290 005-0 17
小的多。对比一下 城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB 18918-2000) 和天津地区水产养殖池塘、水库、河流水质监测结果(见表2), 就能说明问题。
结果显示, 淡水养殖水体中总氮、总磷、有机物含量远
远低于城镇污水处理厂污染物排放标准。城镇污水指城镇居民生活污水, 机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水, 以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水等。符合以上规定范围的污水进入污水处理厂经过处理后(目前, 我国城镇污水处理率还比较低) , 消除了大量的悬浮物、有机物后排入自然环境中, 由于成本和工艺的原因, 就目前来讲, 污水处理厂排出的水质达到地表水的质量标准还有很大的难度。所以比较来看, 水产养殖水体对环境的影响相对工业用水、生活用水的污染要小的多。
2 50-19 390 0004-0 00090 016-0 0236 0-20 0
0 01-0 10
0 07-0 59
2 水产养殖污染的途径
2 1 污染途径 水产养殖水域的富营养化除点源污染及化肥、农药、畜禽等污染外, 水产养殖业的自身污染也是原因之一。水产养殖大多靠人工投饵, 有关实验表明, 养殖鱼类的排泄物、残饵等沉降的负荷量为投饵的10%-20%,投饵后立即溶入水中的悬浮物量也接近投饵量的10%,这些固状有机物质有的分解到水体中, 有的沉降堆积在底泥中。根据养殖水域环境容量的不同, 在开放性、水体交换良好的养殖场, 一年周期沉积在底泥的有机物残留约20%,而在相对封闭性的水体, 却有50%的有机物积存下来. 这就形成水产养殖环境的有机污染。
为了方便解释, 将水产养殖按鱼虾养殖(人工投饵) 和贝藻类养殖(一般不需人工投饵) 分类。鱼虾养殖过程中, 除一部分饵料转化成鱼肉蛋白外, 养殖过程中未被利用的残饵和鱼类的排泄物, 一部分以固态物悬浮或沉降堆积在底泥环境中, 一部分直接溶入水中或经生物排泄到水中, 造成对养殖水体的污染; 贝藻类养殖过程中, 贝类的排泄物直接溶入水中或沉积到底泥中, 可能在局部范围内会产生污染, 但由于目前很少投饵或施肥, 贝藻类生长过程中将大量依靠吸收水体中的营养物质生长, 对养殖水体还有一定净化作用。水产养殖对水体环境的影响途径见图1
。
注:括号中的数字为海水水质标准中第二类标准值
以上数据表明海水养殖池塘中, 对环境造成污染的指标主要是有机物污染, 表现在化学需氧量超出海水水质标准(二类水质标准) 平均2倍以上; p H 也有微超标现象; 重金属铜、锌超标主要表现在较大城市, 这可能与养殖进水有关, 如天津、江苏等地; 无机氮、活性磷酸盐几乎所有的养殖池塘超标。所以说, 海水养殖池塘对环境的影响主要表现在富营养化指标上。
1 3 2 淡水养殖污染 据权威部门检测表明, 我国河流、湖泊的80%均遭受到不同程度的污染, 对于历年来严重干旱的北方地区, 没有遭受污染的河流、湖泊几乎没有。目前我国淡水养殖用水多数来自大大小小的河流、湖泊。淡水养殖池塘、水库、河流由于养殖条件的需要, 水中剩余的氮、磷、有机物有一定的积累。
表2 城镇污水处理厂部分污染物排放标准和天津地区
淡水养殖池塘、水库、河流水质检测范围
标准名称总氮mg /L( ) 总磷CO D C r +mg /L( )
城镇污水处理厂污染物排放标准一级A 类一级B 类
15
*1*
二级三级
天津地区淡水养殖池塘、水库、河流水质
0 28-4 82
20
*
1 5*1*
*3*3*
*5*5*
0 071-1 15
*
mg /L( ) 0 5
5060100120**
2 39-45 6
*
注:*2005年12月31日前建设的; **2006年1月1日起建设的; ***为高锰酸盐指数, 一般情况下, COD C r 十是COD M n 的3倍。
我国地表水环境质量标准(GB3838-2002) 中规定, 三类标准主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级
保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。在此标准中规定:高锰酸盐指数 6m g /L; 总磷 0 2m g /L(湖、库0 05) ; 总氮: 1 0m g /L。按照此标准, 水产养殖用水经人工投饵使用后排入自然环境中, 一定会对周围的环境产生影响。但它与 城镇污水处理厂污染物排放标准 比较起来, 水产养殖用水对环境的污染要
图1 水产养殖对水体环境的影响途径
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2 2 海水养殖污染评估 下面以海水网箱养殖为例, 对海水养殖过程中的氮、磷负荷量进行评估:
80年代中期以来, 随着我国网箱养殖技术的不断提高, 海水网箱养殖在我国沿海地区发展较为迅速。尤其是广东和福建两省沿海, 其网箱养殖约占全国总量的80%左右。近年来, 伴随着网箱养殖及其他水产养殖业的发展, 其所产生的环境问题越来越为人们所关心。海水网箱养殖过程中产生的污染物质 氮和磷主要来源于投饵, 其负荷量大小与网箱养鱼的饵料系数成正比, 而其浓度增长大小则与网箱养殖规模及空间布局有关。
2 2 1 海水网箱养殖环境氮、磷负荷量的评估方法 海水网箱养殖对环境的影响主要体现在人工投饵过程中营养物质对环境的输入, 其物质形式主要以非溶解态与溶解态进入环境。前者最终表现为网箱养殖区海底的沉积, 后者最终可能表现为水体中某些环境因子含量的增加。因此评估网箱养殖对环境的影响, 主要是评估氮、磷的环境负荷量。评估网箱养殖环境负荷量的方法用的最多的是质量守衡法, 其原理即是 所投喂的营养成分, 扣除积蓄在养殖体中的量, 剩余者即为环境负荷量 。计算公式为:
L N, P =(C F N, P -P N, P ) 10C-饵料系数;
F N, P -饵料中氮或磷的含量(%); P N, P -鱼体中氮或磷的含量(%) 。
海水网箱养殖目前所用饵料以鲜杂小鱼居多, 用人工合成饵料较少。投饵量多少与养殖鱼体大小有关, 一般控制在鱼体重量的5%-8%,要了解网箱养殖投饵后所造成的环境负荷量及其可能对环境造成的影响, 一定要首先了解饵料及养殖鱼体的成份组成。据林钦等分析, 一般情况下鲜杂小鱼(饵料鱼) 的水分占70%以上, 其他成份主要以粗蛋白为主, 其含量为9 3%-19 8%,磷的含量为0 17%-0 602%,平均分别为15 2%(含氮2 43%,按6 25系数换算) 和0 441%。几种主要海水网箱养殖鱼类鱼体成份组成见下表3。
表3 几种主要海水网箱养殖鱼类鱼体成份组成(%) 鱼类名称黑鲷赤点石斑鱼
鲈鱼红鳍笛鲷鰤鱼平均
水分70 178 977 075 0-75 0
蛋白19 3
17 417 315 2-17 3
脂肪3 51 71 73 7-2 7
碳水化合物
5 80 02 44 6-2 9
灰分1 52 41 61 5-1 8
磷0 3380 2280 2210 3260 300 293
3
料、排放粪便及其他排泄物。而在这些废物中最终将对环境产生影响的主要是其所含的营养物质 氮、磷和有机物。由于养殖过程中饵料投喂方式不当、投喂过量、饵料投喂后被冲走和溶解以及鱼类本身的摄食习惯等原因, 网箱养殖无论投喂何种饵料, 总存在一部分不能为网箱养殖鱼类所食用的饵料。其比例多少与网箱养殖方式、养殖种类、饵料类型及养殖管理方法有关。被鱼体摄取的饵料中未被消化的部分将作为粪便被排出, 消化部分通过鱼体吸收和代谢, 所吸收的营养物质中有一部分作为氨和尿素被排出体外。粪便及排泄物的量主要与养殖鱼类的消化率有关, 另外也与养殖鱼类的个体大小、健康状况及环境因子等有关。据文献报道, 植食性鱼类的消化率一般低于80%,杂食性鱼类的消化率约为80%,肉食性鱼类的消化率通常高于90%。据对日本高知县网箱养殖鰤鱼的实测结果及对几个实验水槽试验结果分析, 未食用饵料平均占投饵量的16%,鱼体摄取蛋白质平均占75 5%,其中以粪便和尿形式排出来的分别占3%和18%。各种废物所占比例及其进入环境的途径如图2所示。另据文献报道, 海水网箱养殖过程中进入环境的氮和磷, 其溶解态与非溶解态的比例分别为8:2和7:3。此外, 养殖过程中鱼体只摄取饵料蛋白质的80%左右, 并利用其中的20%用于生长, 其他以残饵和粪便形式最终沉积到海底的约占23 3%
。
式中L N, P -氮或磷的环境负荷量(Kg /t) ;
图2 海水网箱养殖污染物质进入环境的途径
据对广东海水网箱养殖环境的氮、磷负荷量评估结果显示, 1996年广东省沿海网箱养殖人工投饵产生的残饵量为37043t /a, 排入水域环境的氮、磷负荷量分别为3259t/a 和642t/a, 其中溶解态氮约为2607t/a , 溶解态磷约为449t /a。即每养殖成1t 鱼, 排入环境中的氮、磷负荷量分别为164kg 和32 3kg , 残饵量为1 86t(包括未食饵料、粪便和悬浮物) 。1997年广东沿海网箱养殖环境的残饵量为37496, t 排入水环境的氮、磷负荷量分别为3299t 和650, t 其中溶解态氮约为2639t /a, 溶解态磷约为455t/a 。据保守估计, 1997年广东城市生活污水中无机氮的年排放量为29000, t 与此比较可知, 海水网箱养殖排入环境中的无机氮数量与生活污水排放量的比要小的多。
根据上述方法估算, 1997年全国海水网箱养殖的年投饵量为456411, t 残饵量为106333, t 排入环境的氮、磷负荷量分别为9354t 和1843。其中溶解态氮约为t 7483, t 溶解态磷约1290。广东和福建两省网箱养殖环境负荷量占t
了约77 1%。就全国而言, 平均每养成海水鱼1, t 排入环境中的氮、磷负荷量分别为161kg 和32kg 左右。2 3 淡水养殖污染评估 根据有关研究结果, 内陆水产养殖中, 按养殖1kg 虾蟹向环境中输入氮、磷分别为
网箱养殖鱼类的饵料系数因种类和养殖海区的不同而不同, 一般鲈鱼的饵料系数为4 6-6, 鲷科鱼类为8-10, 鰤鱼为8 5, 石斑鱼为8左右。南方海区网箱养殖的饵
料系数一般大于北方, 通常情况下饵料系数取8作为评估依据。
2 2 2 海水网箱养殖产生的污染物质及其进入环境的途径 海水网箱养殖所产生的废物主要有鱼类未食用的饵
65
0 097kg 、0 018kg 计算, 我国2002年养殖罗氏沼虾113743、t 河蟹339953, t 通过计算得出2002年养殖虾蟹共向环境中排放氮44008t 、磷8166; t 按养殖1kg 草食性鱼类向环境中输入氮、磷分别为-0 016kg 、-0 002kg 计算, 我国2002年养殖草食性鱼类8747017, t 通过计算得出2002年养殖草食性鱼类从环境中提取中氮139952t 、磷17494; t 按养殖1kg 杂食性鱼类向环境中排放氮、磷分别为0 028kg 、0 0046kg 计算, 我国2002年养殖杂食性鱼类7739780, t 通过计算得出2002年养殖杂食性鱼类向环境中排放氮216714t 、磷35603t(见表4) 。
表4 2002年我国淡水养殖向环境中排放氮、磷情况养殖品种虾蟹草食性鱼类杂食性鱼类合计
氮排放数量(t)
44008-[***********]
磷排放数量(t)
8166-[**************]
代谢造成的营养负荷, 可以通过大型藻类的吸收得到减缓。一般来说, 对一个特定的养殖生态系统, 其养殖容量和环境容量是一定的, 尽管大型藻类与鱼类构成的复合养
殖系统中, 通过大型藻类吸收水体无机营养盐, 系统的自净能力增强, 养殖水体的养殖容量提高。但养殖生物的放养密度和密度搭配仍然是系统维持较长时期稳定的关键, 如果大型藻类的养殖密度太低, 就起不到清洁水体的目的, 过高又会导致营养盐含量过低的 瘦水 环境。
(3) 大型藻类生态调控的优点以浮游植物为主要初级生产者的养殖水体中, 浮游植物的种群数量易受外界营养盐的供给情况影响, 极端情况下或爆发性增殖, 或群体崩溃; 与之相比, 大型藻类的生长策略较为保守, 体内的营养库使它们更适应营养盐波动的水体环境。当养殖在营养盐不足的环境中时, 体内的氮库仍然可以维持它们较长的生长; 当介质营养盐含量较高时, 即使光照不足, 大型藻类也会吸收超过自身生长需要的营养盐, 从而充实内部营养库以备快速生长时利用。
与浮游植物不同, 大型藻类吸收营养物质合成的生物量, 可以通过收获的途径输出, 减轻水体污染的同时, 又能实现养殖污染物的资源化利用。另外, 大型藻类对污染环境也具有较强的耐受力和清洁作用, 有报道表明在受重金属和有机污染的水体种植大型藻类, 可以提高水体溶解氧, 降低BOD 、铜、锌、铅和镉等重金属含量, 促进污染区环境的恢复。
(4) 大型藻类在鱼类养殖中的应用大型藻类对鱼类养殖的生态意义和经济意义在于:它能降低养殖水体的营养盐污染, 改善水质, 有利于养殖水体环境的稳定, 提高养殖生物的产量。其实早在70年代中期, 大型藻类就被用于处理集约化鱼类养殖产生的废水, 主要是采用循环用水的方式。不仅减轻了养殖污染, 还节约了生产用水的成本。2 4 2 贝类养殖对水体的净化 (1) 贝类养殖对水体的净化贝类是一种底栖生物, 在贝类养殖过程中, 由于贝类依靠滤食水中的浮游植物、有机颗粒赖以生存繁殖, 大多不需人工投喂, 因此对水质有一定程度净化作用。据报道, 在日本50000-60000个吊养的牡蛎个体, 就能使养殖水体内占优势的浮游植物减少76%-95%;在新西兰吊养的贻贝能将流经养殖区水体中60%的浮游植物滤掉。同样, 西班牙的一份研究报告也显示一个筏养贻贝能滤去水体中35%-40%的浮游植物和有机碎屑。
为相对评估贝类养殖对水质的净化作用, 采用评估氮、磷环境负荷量的方法。根据不同贝类的成分组成计算贝类的氮、磷含量, 其中氮含量通过与蛋白质的换算获得(换算系数取6 25) 。以1997年为例, 根据我国6种养殖贝类的产量及氮、磷含量的估算, 其中贻贝、扇贝、缢蛏、蛤和蚶按产量的20%折成鲜贝肉、牡蛎按产量的16%折算, 估算结果为, 仅1997年的6种养殖贝类中, 就从养殖水体中提取氮13397t 、磷1273t 。由此可见, 贝类养殖可起到净化水质、减少水体中氮、磷负荷的作用。
2 4 水产养殖对水体的净化 近年来, 随着水产市场需求的变化, 水域生态保护意识的加强, 水产养殖结构也在加大调整力度, 水产养殖已逐渐由高密度、高投饵、高产量
的普通鱼类的养殖转向低投饵、低产量、高效益的水产品种的养殖, 并正在向产业化方向发展。虽然水产养殖自身或多或少会产生对水体的环境污染, 但不同的养殖品种、养殖模式所产生的污染程度是不同的。研究发现, 贝、藻类养殖由于从水体中取出的氮、磷大于投入, 所以对水体还有一定程度的净化作用。
2 4 1 大型藻类养殖对水体的净化 大型藻类作为水体重要的初级生产者, 具有吸收利用水体营养盐和增加溶解氧、生长快、易管理等特性。目前国内外的学者普遍认为养殖大型藻类是吸收、利用营养物质、延缓水域富营养化的有效措施之一。
(1) 大型藻类利用无机营养盐的特点大型藻类是水体重要的初级生产者, 生命周期长、生长快, 能通过光合作用吸收水体中的碳、氮、磷等营养物质来合成自身, 同时增加水体溶解氧。对大型藻类化学成分的分析表明, 大型藻类组织中具有丰富的氮库, 可以高效地吸收储存大量的营养盐。大型藻类组织中的营养库一般包括:无机氮库、氨基酸氮库和非蛋白可溶性有机氮库(如叶绿素、藻红素等) 、蛋白质氮库(如酶类) 等。另外, 对大型藻类营养盐吸收和同化的研究表明, 同样浓度的营养盐, 大型藻类对氮的吸收速率大于对磷的吸收速率, 对NH 4-N 的吸收速率大于对NO 3的吸收速率。而NH 4-N 往往是鱼类养殖水体无机营养盐的主要存在形式, 因而大型藻类对水体无机营养盐具有很好的清洁作用。
(2) 大型藻类对水产养殖水体的生态调控原理大型藻类对鱼类养殖水体的调控途径主要是吸收水体中的无机营养盐, 二者在生态功能上互相补充, 构成一种复合式的养殖系统, 其中鱼和细菌的代谢消耗水体溶解氧, 释放无机营养盐; 大型藻类则进行光合作用, 吸收利用水体无机营养盐, 产生氧气。因而, 鱼类系统中因饵料输入、鱼体
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(2) 贝类养殖对水体的污染从贝类摄食习性和代谢过程可以看出, 贝类可以滤食有机碎屑, 起到净化水质的作用。但是如果养殖密度过大, 它们的代谢物也会增加局部水域中氮、磷、碳的含量, 其中包括可溶性的排泄物及粪便渣滓中矿化后的氮、磷。据研究证实, 每克干重的贻贝每年可产生1 76g 干重的粪便, 按照贻贝的平均出肉率为7 5%计算, 则13t 鲜活贻贝每年可产生1 76t 粪便沉积物。研究结果表明, 1997年我国6种主要贝类养殖的污染物排泄量及氮、磷的排放量分别为1748698t 、715t 和109, t 由此可见贝类养殖中的排泄物还是相当可观的。
综上所述, 贝类养殖对水质的影响总体上呈正效应, 对水质有一定净化作用。只要做到布局合理, 贝类养殖就是一种防止水体富营养化发生, 改善水质环境的清洁生产方式。贝类在其新陈代谢过程中, 向水体排出的氮、磷等物质正是藻类生长、繁殖所必须的。因此藻、贝综合养殖可以构成环境互补的良性系统。国内大型藻类和贝类的综合养殖是生产上应用较多的模式, 70年代中期, 贝藻间养和轮养技术得到推广。近年来有报道表明, 山东荣成市采用藻、贝间养、混养的养殖模式, 显著提高了海带的产量和贝类的质量, 水质状况良好。
是目前养殖生产受阻的主要原因。
3 2 污染对水产业造成的损失 据不完全统计, 2002年
我国共发生渔业污染事故1255次, 直接经济损失约3 88亿元。其中海洋渔业污染事故63次, 污染事故面积约28万hm , 造成直接经济损失约2 32亿元, 经济损失在1000万元以上的特大渔业污染损害事故4次, 在100万元以上的重大渔业污染事故10次; 内陆渔业水域渔业污染事故1192次, 污染面积约13万h m , 造成直接经济损失约1 56亿元, 超过100万元以上的重大渔业污染损害事故25次。环境污染造成可测算天然渔业资源经济损失36 2亿元, 其中内陆水域天然渔业资源经济损失为8 7亿元, 海洋天然渔业资源经济损失为27 5亿元。
表5 渔业污染损失估算
类别浪费情况
因污染造成的产质量下降
环境代价
说明:
1 2002年我国水产养殖产量2906 89万t , 通常情况下需用饵料5232万t(按1:1 8计算), 养殖过程中的浪费情况按残饵15%计算, 我国水产养殖过程中浪费饵料785万t , 按每t 饵料2000元计算, 浪费金额157亿元。
2 由于近几年我国水产养殖业的发展及优质品种的引进, 水产品养殖产量及质量呈逐年上升趋势, 2001年水产养殖产量为2726 45万t , 到2002年水产养殖产量增加到2906 89万t , 增长180 44万t , 因此估算的 因污染造成的产质量下降 具体数据是指污染造成死鱼事故的养殖产量及经济损失。
3 环境代价是指由于面源污染造成的可测算天然渔业资源损失。
损失量(t) [***********]
损失金额(亿元)
1573 8836 2
2
2
3 面源污染对水产业造成的危害
3 1 面源污染对养殖生物的危害
3 1 1 引起养殖生物的急性致死 近年来, 由于养殖水体污染的不断加重, 发生的污染死鱼事故不断增多。以福建省为例:1989年10月, 在福建东山八尺门西侧, 有500
多箱养殖的真鲷、石斑鱼、鲈鱼等因缺氧而大量死亡, 直接经济报失达270多万元。1992年8月, 由于整个养殖场环境的恶化, 在该养殖区取水测得溶解氧仅为1 88m g /L, 八尺门西侧网箱再次出现大量养殖鱼死亡, 损失近60%。1993年7月, 八尺门东侧再次因局部海区溶氧不足导致几万尾鱼类死亡。由此看来, 低(无) 氧水体的形成和发展对养殖业造成的损失相当惨重。
3 1 2 造成养殖生物病害 由于污染程度的不同, 在一些水产养殖区, 虽然没有出现养殖鱼大量死亡的现象, 然而随着养殖场使用年限的增长, 生产效率降低, 生物病害日趋严重。一般认为原因之一:在水域富营养化过程中, 微生物生态发生了较大的变化, 从少量好氧的无机营养硝化细菌和有机物分解菌为主的菌群向大量异养菌群发展, 在还原性的环境中, 厌气性腐败细茵占优势。原因之二:养殖污物可提高病原菌的生存能力。据日本高知水试所的实验, 把从脓肿型病鱼分离出来的菌株以及从鳃硬结肿型病鱼分离出来的菌株, 放置在25 的水中, 其生存期前者为2d , 后者仅为1d 。而将它们放置在魳鱼养殖场网箱附近的表层水中时, 其生存期前者为5d , 后者为4d 。在同一网箱附近的底层水中, 生存期更长达8d 。原因之三:环境恶化对养殖鱼造成的应力, 导致养殖生物的先天性抵抗力、后天免疫力下降; 由于高密度拥挤造成的外伤成为病原体入侵的门户。养殖水域的富营养化引起的生物病害
4 防治措施与对策
我国人口众多, 可供利用的资源有限, 对水域的利用
将是粮食生产的最大可能场所。水产养殖将是今后我国渔业生产的重要投资项目。由于工业化的进程, 大环境的污染似乎不可避免, 然而, 养殖业者如果能够合理有效地利用天然的水土资源, 科学地进行养殖生产和环境管理, 就能够减缓养殖水域的富营养化进程。
4 1 水产养殖污染防治措施 目前世界上一些发达国家和地区已把控制水产养殖污染作为水质管理的必要组成部分。根据水产养殖造成水体污染的状况, 其解决措施主要是从两大方面入手:一是减少源头污染量, 即减少饵料、渔药等投入品的施用量, 合理科学养殖, 有效控制有机或无机污染物质进入水体。要减少水产养殖环境的氮、磷浓度负荷量, 首先要改变我国目前养殖鱼类饵料的配方, 要尽快研制、使用饵料系数低或低蛋白高能量的环保型人工合成饵料。二是尽量减少养殖池塘排水、进行生态治理。此外, 科学、合理地控制养殖规模及其空间布局, 也是降低水中氮、磷浓度负荷、减少水产养殖环境富营养化发生的重要措施之一。
根据我国目前水产养殖污染的现状及其成因初步分析, 结合目前国内外的相关治理措施, 在水产养殖污染进
67
一步治理工作中, 应采取下述措施:
①坚持预防优于治理的原则。治理污染很难达到彻底消除污染的目的。全球至今尚未有水质恶化后完全恢复的实例。
②只要农业面源污染也得到预防和控制, 我们的防污治污工作才会走上 预防为主, 防治结合; 标本兼治, 综合治理 的可持续发展的路子。
③遵循氮元素、磷元素运移及转化规律, 减少残饵的流失, 提高饵料的耐水性, 保证使用效率等, 加强流域综合治理。
④设置专门的管理机构及组织协调机构, 打破条块分割。进一步健全水源保护、水质改善政策、法规、条例及具体管理措施, 加强执法力度和违法打击力度。
⑤加强水产养殖污染的科学研究、国际交流与合作, 展开减少水产养殖污染包括生态环境生物修复技术在内的一系列研究工作。
4 2 治理水产养殖污染的对策 为促进水产养殖业的健康发展, 尽可能降低水产养殖污染及对周围水环境的影响, 对不同水体和养殖条件应采取不同的措施, 使我国的水产养殖业可持续利用地健康发展。为此, 提出以下对策。(1) 加强对水产养殖的管理, 提高养殖技术及管理水平
要减少水产养殖对水体环境的污染, 很大程度上取决于技术操作人员的技能和经验。同样的自然条件, 由于采取不同的技术和管理方式, 往往产生不同的环境效果和生产效益。因此应加强对养殖水域的生态环境监测和技术力量的培训, 不断提高技术和管理水平, 以便随时掌握养殖区的环境质量和变动趋势。这对提高水产养殖环境质量、增加生态和经济效益、使水产养殖可持续发展都是非常重要的。
(2) 对水产养殖区应进行全面、科学规划, 合理确定水产养殖容量
随着我国水产养殖业的不断发展, 在制定水产养殖规划时, 应针对不同地区的环境条件, 进行全面、科学地规划, 合理地确定水产养殖发展规模和养殖区, 以作为宏观调控的依据。在规划的养殖区内, 不要盲目追求产量, 造成养殖密度过大, 要合理使用饵料、渔药, 科学确定养殖生产环境容量, 保证水域生态系统不在超负荷下运行。所谓养殖容量即是单位水体内在保护环境、节约资源和保证应有效益的各个方面都符合可持续发展要求的最大养殖量, 充分利用水中微生物将水中有机物氧化分解成无机物, 将水中有机污染氧化分解, 使水质能够自我净化, 符合养殖需求, 达到治理的目的。据水产养殖专家研究, 水产养殖面积以占水面的25%-30%为宜, 而在我国水产养殖业发达的地区, 养殖面积的比例已高达60%-70%,超出适宜养殖面积的1倍多, 如不进行科学控制, 水产养殖对水体环境的影响将越来越严重。
(3) 确定合理养殖方式, 进一步提高饵料利用率
影响水产养殖污染负荷的关键在于饵科的利用率, 小杂鱼虾虽然对鱼有较好的诱食性, 但水中溶失率高, 饵料系数也高, 人工配合饵料系数较低, 利用率高, 因此用人工饵料代替杂鱼类是削减水产养殖污染的第一步。还要根据水产养殖条件和养殖生物的摄食行为、营养需求及养殖系统的生物量, 采用多种养殖模式, 合理使用饵料, 如采用鱼、贝、藻等各种生物混养技术, 合理安排不同水层养殖生物的种群结构, 进行多品种立体养殖, 改善养殖区的生态环境和自净能力, 并遵循 少量多次 的投喂原则, 使投入的饵料尽可能得到充分利用, 最大限度地减少排入水环境的污染物。
(4) 根据鱼类摄食习性, 适量发展滤食性鱼类及水生植物养殖
在发展滤食性鱼类养殖改善环境的问题上, 国内外学术界观点上存在着分歧, 甚至完全相反。一种观点认为, 滤食性鱼类因摄食大量藻类、细菌形成自身能量而间接地去除了水中部分营养盐, 认为某些养殖鱼类对防治水体富营养化是有效的; 另一种观点则认为. 养殖滤食性鱼加速了水体的富营养化, 因为鱼类的摄食与排泄造成营养物质的短路循环, 特别是加速了磷的活化过程, 增加了初级生产力, 认为放养鱼类不能有效地减缓或逆转湖泊的富营养化过程。但在适度发展水生植物养殖改善水体环境方面意见比较一致, 通过水生植物的生长过程, 吸收水体中溶解态的氮、磷。许多研究证实水生植物是水体环境中对氮、磷污染物非常有效的生物过滤器, 能有效降低养殖水域氮、磷污染的风险和减轻富营养化。
(5) 科学、合理使用渔用药物, 严格化学药物的使用据初步统计, 目前, 我国水产养殖严重病害占总养殖面积的20%以上。随着水产养殖环境日益恶化, 鱼、虾、贝、藻生长过程中, 生物病害可能随时发生, 但过多化学药物的使用, 有可能会造成某些生态影响, 并有可能影响到水产品的质量。所以在养殖过程中应尽量避免使用过多的化学药物, 以减少对水环境的影响。对水产养殖中的病害, 应实行处方购药, 使用无拮抗、无毒性、无残留的无公害渔用药物, 禁止有毒、有害药物的使用, 并在市场准入方面严格检测, 从严把关, 利用市场进行调控。预防病害应尽量从水质、饵料、放养密度等方面进行控制, 化学药物的使用应视为应急措施或最后一种选择方法。
参考文献
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1998
[2]贾晓平 海洋水产科学研究文集 广东科技出版社, 1999[3]中国渔业统计年年鉴(2002年) 中华人民共和国农业部渔业局编制
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(李小丽编, 孙道敏校)