淡水養(yǎng)殖池塘及其外河水中TOC·COD及PV的相關(guān)性分析

趙漢取，王 俊，沈?qū)W能，施沁璇，盛鵬程，徐 磊 (1．農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江湖州 313001;2．浙江省魚類健康與營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江湖州 313001;3．浙江省淡水水產(chǎn)研究所，浙江湖州 313001;．南潯區(qū)菱湖鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，浙江湖州 313018)

近年來(lái)，隨著來(lái)我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重，養(yǎng)殖池塘及其周邊水域中有機(jī)物污染情況受到廣泛的關(guān)注。表征水體中總有機(jī)污染物含量的參數(shù)主要有化學(xué)需氧量(COD)、高錳酸鹽指數(shù)(PV)和總有機(jī)碳(TOC)等。COD和PV分別以重鉻酸鉀和高錳酸鉀為氧化劑，以消耗氧化劑的量來(lái)間接表示有機(jī)物含量，總有機(jī)碳采用直接氧化法，直接以碳量表示水體中有機(jī)物總量。與COD和PV相比，TOC測(cè)定水體中總有機(jī)碳含量不受水體中還原性物質(zhì)及氧化劑氧化能力的影響，通過(guò)純氧條件下高溫氧化幾乎所有有機(jī)物，可較為真實(shí)、全面反映水體中有機(jī)物含量［1］。同時(shí)，由于TOC測(cè)定具有快速準(zhǔn)確、靈敏度高、不產(chǎn)生二次污染和可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)測(cè)定等特點(diǎn)，美國(guó)、日本和西歐一些國(guó)家從20世紀(jì)80年代開始已經(jīng)將TOC作為有機(jī)污染物的綜合監(jiān)測(cè)指標(biāo)［2］。在我國(guó)，漁業(yè)水體中有機(jī)物污染主要參照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838－2002)將PV和COD作為水環(huán)境評(píng)價(jià)因子，尚未將TOC納入標(biāo)準(zhǔn)之中。

相關(guān)研究表明，生活污水和河流等地表水中COD與TOC之間存在顯著的線性關(guān)系，在一定范圍內(nèi)可根據(jù)TOC含量來(lái)推算 COD［3－6］;在不同的水體或水系中，PV 與 TOC、COD與TOC和COD與PV之間的線性關(guān)系存在一定差異;當(dāng)水質(zhì)基質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，這種關(guān)系就不再存在［7－8］。然而，專門針對(duì)漁業(yè)水體TOC的研究開展較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積 808．84萬(wàn) hm2［9］，其中淡水養(yǎng)殖面積590．75萬(wàn)hm2。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)排放的化學(xué)需氧量達(dá)54．8萬(wàn)t［10］，個(gè)別養(yǎng)殖區(qū)域有機(jī)物污染嚴(yán)重［11］，給脆弱的水域生態(tài)環(huán)境加重了負(fù)擔(dān)。因此，建立淡水養(yǎng)殖池塘及周邊水域中TOC、COD和PV之間的定量關(guān)系模型，可以有效提高有機(jī)物污染測(cè)定的準(zhǔn)確性和實(shí)效性，及時(shí)應(yīng)對(duì)漁業(yè)水域污染事故。筆者建立了養(yǎng)殖池塘水及其外河水中TOC與COD、TOC與PV的定量關(guān)系模型，分析了其相關(guān)關(guān)系。該研究結(jié)果對(duì)不同水體有機(jī)物污染測(cè)定方法的選擇和水產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1．1 樣品的采集與測(cè)定方法 根據(jù)《漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SC/T9102．3－2007)，于2014年6～8月(養(yǎng)殖淡水魚生長(zhǎng)期)，對(duì)湖州市南潯區(qū)、長(zhǎng)興縣和德清縣等主要水產(chǎn)養(yǎng)殖園區(qū)的的43家養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，涉及四大家魚、黃顙魚、加州鱸魚、黑魚、翹嘴紅鮊、鯽魚、鱖魚、泥鰍、羅氏沼蝦、青蝦、河蟹、中華鱉等15個(gè)養(yǎng)殖品種，分別采集池塘水和養(yǎng)殖場(chǎng)取水口的外河水70和34個(gè)樣品帶回實(shí)驗(yàn)室。按照《水質(zhì)總有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化－非分散紅外吸收法》HJ 501－2009、《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法》GB/T 11914－1989及《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定》GB/T 11892－1989分別測(cè)定水樣中TOC、COD及PV的含量。

1．2 數(shù)據(jù)處理與相關(guān)性分析 采用最小二乘法對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程及相關(guān)系數(shù)，并應(yīng)用SPSS13．0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 TOC、PV和COD含量 由表1可知，在外河水中，PV含量變化范圍為0．23 ～12．23 mg/L，平均含量為4．92 mg/L;COD含量變化范圍為0．41～52．22 mg/L，平均含量為19．89 mg/L;TOC含量變化范圍為1．54～27．50 mg/L，平均含量為10．73 mg/L。在池塘水中，PV含量變化范圍為0．98～16．03 mg/L，平均含量為6．79 mg/L;COD含量變化范圍為2．37～66．53 mg/L，平均含量為29．44 mg/L;TOC 含量變化范圍為2．79 ～42．90 mg/L，平均含量為16．39 mg/L。池塘水中 PV、COD、TOC的最高含量、最低含量及平均值均高于其外河水，說(shuō)明池塘水中有機(jī)物的含量較其外河水有明顯提高，這可能與殘餌、浮游生物的代謝物以及養(yǎng)殖動(dòng)物的排泄物造成養(yǎng)殖水體中有機(jī)物含量較高［12］有關(guān)。

表1 外河水及養(yǎng)殖水中PV、COD和TOC含量

2．2 外河水中PV含量與TOC含量的相關(guān)性分析 采用最小二乘法對(duì)養(yǎng)殖池塘外河水中PV與TOC進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程PV=0．397TOC+0．659。從圖1可以看出，外河水中PV含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)r為0．896，外河水中PV含量與TOC含量之間呈線性顯著相關(guān)。此外，t檢驗(yàn)法分析結(jié)果，t=11．432 ＞tα/2(n－2)，因此，截距 0．659 與0 之間存在顯著性差異。外河水中PV含量與TOC含量之間的回歸方程及相關(guān)關(guān)系見表2。

2．3 外河水COD含量與TOC含量的相關(guān)性分析 采用最小二乘法對(duì)養(yǎng)殖池塘外河水中COD與TOC進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程COD=1．562TOC+2．119。從圖2可以看出，外河水中COD含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)r為0．848，外河水中COD含量與TOC含量之間呈線性顯著相關(guān)。同時(shí)，t檢驗(yàn)分析表明，t=8．015 ＞ tα/2(n－2)，因此，截距 2．119 與 0 之間存在顯著性差異。外河水中COD含量與TOC含量之間的回歸方程及相關(guān)關(guān)系見表2。

表2 外河水中PV與TOC、COD與TOC之間的回歸方程及相關(guān)關(guān)系

2．4 養(yǎng)殖池塘水中PV含量與TOC含量的相關(guān)性分析 采用最小二乘法對(duì)池塘水中PV含量與TOC含量進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程PV=0．221TOC+3．163。從圖3可以看出，養(yǎng)殖池塘水中PV含量與TOC含量的相關(guān)系數(shù)r為0．635，回歸方程中PV與TOC之間呈線性顯著相關(guān)。同時(shí)，t檢驗(yàn)法分析表明，t=6．780 ＞ tα/2(n－2)，因此，截距 3．163 與 0 之間存在顯著性差異。養(yǎng)殖池塘水中PV含量與TOC含量之間的回歸方程及相關(guān)關(guān)系見表3。

2．5 養(yǎng)殖池塘水中COD含量與TOC含量的相關(guān)性分析 采用最小二乘法對(duì)池塘水中COD含量與TOC含量進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程COD=1．437TOC+5．934。從圖4可以看出，養(yǎng)殖池塘水中COD含量與TOC含量之間的相關(guān)系數(shù)r為0．775，回歸方程中COD與TOC之間呈線性顯著相關(guān)。同時(shí)，t檢驗(yàn)法分析表明，t=8．843 ＞ tα/2(n－2)，因此，截距5．934與0之間存在顯著性差異。養(yǎng)殖池塘水中COD含量與TOC含量之間的回歸方程及相關(guān)關(guān)系見表3。

表3 養(yǎng)殖池塘水中PV與TOC、COD與TOC的回歸方程及相關(guān)關(guān)系

3 討論

相關(guān)研究結(jié)果表明，同一水體或同一類水體中TOC與PV及COD具有良好的線性相關(guān)性［13］，并且水質(zhì)越穩(wěn)定，相關(guān)性越好［14－16］。我國(guó)淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖用水主要來(lái)自于養(yǎng)殖場(chǎng)周邊的外河、漾蕩和湖泊等地表水。孫立巖等［17］研究表明地表水中COD與TOC的相關(guān)系數(shù)范圍為0．727～0．998。文方等［18］針對(duì)賽里木湖和喀納斯湖的研究表明PV與TOC的相關(guān)系數(shù)為0．854。這與該研究中PV與TOC之間的相關(guān)系數(shù)為0．896，COD與TOC的相關(guān)系數(shù)為0．848的結(jié)論相一致。養(yǎng)殖池塘外河水水質(zhì)較為穩(wěn)定，TOC與PV及COD間的相關(guān)性良好，因此可以通過(guò)測(cè)定養(yǎng)殖池塘外河水中TOC的含量來(lái)預(yù)測(cè)水體中PV及COD的含量，表征水體中有機(jī)物污染的程度。湖州市地處太湖流域，COD等有機(jī)物污染負(fù)荷較高［19］，測(cè)定和了解外河水中TOC的含量有助于有效控制外河水中有機(jī)物污染可能對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的負(fù)面影響，同時(shí)也能為監(jiān)控與改善養(yǎng)殖用水中有機(jī)物廢水的排放可能對(duì)水環(huán)境造成的影響提供一種切實(shí)可行的方法。

與外河地表水中較穩(wěn)定的水質(zhì)和良好的線性相關(guān)性相比，池塘水中TOC與PV及COD的相關(guān)系數(shù)均有所降低，分別為0．635和0．775，這可能與池塘水中較高的有機(jī)物污染濃度及較為復(fù)雜的成分有關(guān)。Mires D［20］指出水產(chǎn)養(yǎng)殖水域中的主要污染物為殘餌、浮游生物的代謝產(chǎn)物及養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物等，這些污染物的累積不僅會(huì)造成水體中有機(jī)污染物增多，也會(huì)導(dǎo)致水體中懸浮物、亞硝酸鹽和氯離子等共存離子濃度顯著增加。由于高濃度的懸浮物會(huì)造成進(jìn)樣器堵塞影響進(jìn)樣的順暢性，TOC的測(cè)定不包括全部顆粒態(tài)有機(jī)碳［21］。李碧玉［22］和李桂華［23］研究表明懸浮物與COD之間也存在顯著相關(guān)性。因此，池塘水中懸浮物的含量對(duì)TOC與PV及COD的相關(guān)性影響較大。這與河流等地表水流動(dòng)性強(qiáng)、河水與大氣氧直接接觸導(dǎo)致河水中亞硝酸鹽含量較低［24－25］不同，池塘水體中人工施肥和動(dòng)物排泄物等使水體中亞硝酸鹽含量較高［26］，作為還原性物質(zhì)的亞硝酸鹽容易被當(dāng)作有機(jī)物，使得PV及COD的測(cè)定值偏高，但其對(duì)TOC的測(cè)定結(jié)果無(wú)影響，從而導(dǎo)致TOC與PV及COD的相關(guān)性下降。此外，當(dāng)水中氯離子濃度較高時(shí)，COD的測(cè)定結(jié)果有較大變化，而TOC的測(cè)定值變化較小［27］。綜上所述，池塘水中TOC與PV及COD雖呈現(xiàn)一定的線性相關(guān)，但其受不同水體及養(yǎng)殖品種的影響較大。因此，真實(shí)全面地了解養(yǎng)殖池塘水中有機(jī)物含量，僅用單一測(cè)定參數(shù)存在較大的局限性。根據(jù)不同水體的實(shí)際情況，結(jié)合懸浮物、亞硝酸鹽等物質(zhì)在不同情況下的含量，選擇一種適用于該水樣有機(jī)物測(cè)定的參數(shù)或者將多種參數(shù)的分析測(cè)定有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能更真實(shí)全面的了解池塘養(yǎng)殖水有機(jī)物污染現(xiàn)狀，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供方向。

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