環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei)池塘水質(zhì)特征及污染物排放研究

倪 蒙，原居林，儲(chǔ)忝江，劉 梅，孫翠萍，顧志敏

(浙江省淡水水產(chǎn)研究所 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)

沿海灘涂是我國最重要的自然資源之一，也是海岸濕地的重要組成部分。灘涂具有面積大、分布集中、農(nóng)牧漁業(yè)綜合開發(fā)潛力大等特點(diǎn)，灘涂圍墾一直是我國實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡的主要途徑[1]。其中浙江省環(huán)杭州灣地區(qū)是主要的灘涂圍墾養(yǎng)殖區(qū),但由于灘涂地區(qū)其土地含鹽量大，礦化度高，生態(tài)環(huán)境脆弱，常規(guī)農(nóng)牧業(yè)難以利用，嚴(yán)重制約著圍墾養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[2]。凡納濱對(duì)蝦具有生長快、抗病力強(qiáng)、肉質(zhì)鮮美、對(duì)飼料要求不高等特點(diǎn)[3]，近年來凡納濱對(duì)蝦淡化養(yǎng)殖技術(shù)不斷突破[4],在環(huán)杭州灣地區(qū)蓄淡養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但由于生產(chǎn)方式粗放，易造成養(yǎng)殖水環(huán)境惡化，從而影響?zhàn)B殖品種的生長和病害頻發(fā)[5-6]。另外，現(xiàn)有養(yǎng)殖仍以產(chǎn)量為目標(biāo)，不太注重養(yǎng)殖環(huán)境的改善，有機(jī)負(fù)荷過高，水體富營養(yǎng)化程度加劇[7]。因此，加強(qiáng)養(yǎng)殖水環(huán)境監(jiān)測(cè)，科學(xué)評(píng)價(jià)水質(zhì)特征和污染狀況，是發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物去除和水域環(huán)境修復(fù)的基礎(chǔ)。本研究根據(jù)2016年7-10月對(duì)環(huán)杭州灣地區(qū)4個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘水體進(jìn)行檢測(cè)分析，擬探明主要污染物的排放情況，并通過對(duì)水質(zhì)和污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為圍墾養(yǎng)殖區(qū)污染治理和養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布

本研究選擇環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘為研究區(qū)域，分別在平湖市、蕭山區(qū)、紹興濱海新區(qū)和慈溪市設(shè)置實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(圖1，表1)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置3個(gè)平行。

圖1 各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的位置分布Fig.1 The distribution of the sample sites

表1 各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)基本情況Tab.1 The basic situation of the sample sites

1.2 水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目及分析方法

1.3 污染狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水質(zhì)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

P=1/n∑Pi

Pi=Ci/Si(i=1，2，…，n)

式中：P為水質(zhì)污染指數(shù)；Pi為污染物i的污染指數(shù)；Ci為污染物的實(shí)測(cè)濃度；Si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；n為總的污染個(gè)數(shù)。

污染負(fù)荷分擔(dān)率參考肖建軍等[9]的評(píng)價(jià)方法，計(jì)算公式如下：

Ki=(Pi/∑Pi)×100%

式中：Ki為污染負(fù)荷分擔(dān)率；Pi為污染物i的污染指數(shù)。

1.3.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)法

根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部2004年的湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定的湖泊(水庫)富營養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)方法：采用修正的卡爾森指數(shù)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，計(jì)算公式如下：

TLI(∑)=∑Wj×TLI(j)

式中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，以Chl-a為基準(zhǔn)參數(shù),則第j種參數(shù)的歸一化的Wj計(jì)算式為：

式中:rij為第j種參數(shù)與Chl-a的相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 圍墾養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果

依照漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB11607-89)對(duì)四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)初始水質(zhì)特征進(jìn)行了調(diào)查，色、臭、味，漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)等指標(biāo)符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。不同實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的pH的測(cè)定范圍是7.85～8.83，其中，平湖和紹興兩個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)略高于漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。慈溪實(shí)驗(yàn)點(diǎn)總大腸桿菌群含量超過了漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)總大腸桿菌群含量均符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。蕭山、平湖和紹興實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的總汞含量均超過了漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而總鉻、鉛、銅、鋅等重金屬指標(biāo)均符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。平湖和紹興實(shí)驗(yàn)點(diǎn)總氮含量[(1.43±0.31)、(1.81±0.55)mg/L]顯著高于蕭山和慈溪實(shí)驗(yàn)點(diǎn)[(0.75±0.22)、(0.82±0.13)mg/L]，而平湖、蕭山和紹興實(shí)驗(yàn)點(diǎn)總磷含量[(0.72±0.19)、(0.16±0.15)、(0.60±0.22)mg/L]均顯著高于慈溪實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(0.40±0.10)mg/L。

表2 初始水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果Tab.2 The initial survey results of water environment

注：*代表超過漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.2 環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)污染物及排放研究

2.2.1 TN變化情況

2016年7-10月TN含量結(jié)果如圖2所示， TN含量均處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002中Ⅳ～Ⅴ類水平，TN含量隨時(shí)間均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，10月平湖實(shí)驗(yàn)點(diǎn)達(dá)到最大值(4.1 mg/L)，其他地區(qū)在9月份TN含量達(dá)到最高峰。

2.2.2 TP變化情況

在整個(gè)養(yǎng)殖周期中，池塘水中TP含量全部處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水平(圖3)。且隨時(shí)間逐漸升高，TP最高值出現(xiàn)在9月紹興實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(2.81 mg/L)，TP最低值出現(xiàn)在10月的蕭山和平湖實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(0.51 mg/L和0.52 mg/L)。

圖2 凡納濱對(duì)蝦池塘水中TN含量變化Fig.2 The content of total nitrogen in differentL.vannamei ponds

圖3 凡納濱對(duì)蝦池塘水中TP含量變化Fig.3 The content of total phosphorus in different L.vannamei ponds

圖4 凡納濱對(duì)蝦池塘水中含量變化Fig.4 The content of ammonia nitrogen in different L.vannamei ponds

圖5 凡納濱對(duì)蝦池塘水中含量變化Fig.5 The content of nitrites in different L.vannamei ponds

2.2.5 COD變化情況

COD在池塘水中的變動(dòng)范圍較大(9.3～85.3 mg/L)，平均濃度為40.05 mg/L。除8月蕭山實(shí)驗(yàn)點(diǎn)COD含量較低外(9.3 mg/L)，其他實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ～Ⅴ類水平，10月蕭山實(shí)驗(yàn)點(diǎn)COD含量高達(dá)85.3 mg/L。

圖6 凡納濱對(duì)蝦池塘水中COD含量變化Fig.6 The content of chemical oxygen demand in different L.vannamei ponds

綜上所述，浙江環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)池塘水大多屬于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水，主要超標(biāo)因子為TN、TP和COD。

2.2.6 污染物排放量研究

表3 污染物排放量Tab.3 The emission load of pollutant in different sample sites

2.3 環(huán)杭州灣地區(qū)圍墾養(yǎng)殖區(qū)污染評(píng)價(jià)與分析

根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)池塘水質(zhì)整個(gè)養(yǎng)殖周期內(nèi)逐月營養(yǎng)水平進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示平湖8月TLI(∑)為58.49，屬于輕度富營養(yǎng)化；7月平湖、蕭山和慈溪TLI(∑)在60～70之間，屬于中度富營養(yǎng)化，其他實(shí)驗(yàn)點(diǎn)TLI(∑)均高于70，屬于重度富營養(yǎng)化(表6)。

3 討論

由于水體污染日益嚴(yán)重，近年來關(guān)于池塘養(yǎng)殖污染問題受到眾多學(xué)者的不斷關(guān)注[11-14]。陳東興等[11]研究了魚蝦蟹池塘排水水質(zhì)及污染強(qiáng)度，Cai et al.[12]研究了中華絨螯蟹養(yǎng)殖池塘水質(zhì)、氮收支和污染物負(fù)荷情況。本研究通過對(duì)環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)初始水質(zhì)調(diào)查相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，除總汞外，環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)重金屬含量均低于檢測(cè)下限，基本達(dá)到了漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求(GB11607-89)。污染物調(diào)查結(jié)果表明主要污染物質(zhì)為TN、TP和COD，屬于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水，不利于水產(chǎn)養(yǎng)殖的健康發(fā)展，應(yīng)采取相應(yīng)的原位修復(fù)，對(duì)養(yǎng)殖用水進(jìn)行相關(guān)處理，以確保養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另外，環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)池塘排水中污染物濃度較高，應(yīng)使用多重尾水處理技術(shù)，降低水體中污染物水平，方可進(jìn)行排放。

表5 污染負(fù)荷分擔(dān)率及首要污染物Tab.5 The ratio of pollution load and primary pollutant

表6 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.6 Evaluation results of the comprehensive trophic status index method

隨著時(shí)間的推移，環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)水體富營養(yǎng)化狀態(tài)呈現(xiàn)逐漸加深的趨勢(shì)，整體而言，綜合營養(yǎng)指數(shù)法顯示凡納濱對(duì)蝦池塘呈現(xiàn)重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。水質(zhì)污染評(píng)價(jià)指數(shù)法結(jié)果亦顯示凡納濱對(duì)蝦池塘水質(zhì)均處于嚴(yán)重污染狀態(tài)。這說明環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，這種情況可能是由于養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦密度過高，投餌量過大，導(dǎo)致水體負(fù)荷增大，超出水體自身自凈能力有關(guān)。

總之，環(huán)杭州灣圍墾養(yǎng)殖區(qū)池塘污染現(xiàn)狀較為嚴(yán)重，養(yǎng)殖中后期大多處于重度污染狀態(tài)，主要污染物為TN、TP和COD，其中TP尤為嚴(yán)重。針對(duì)污染現(xiàn)狀，應(yīng)根據(jù)水體營養(yǎng)鹽類的變化特點(diǎn),開展適宜的水體原位修復(fù)工作，通過物理方法(過濾、沉淀)和生物方法(種植水生蔬菜、潑灑有益菌、合理混養(yǎng))等方法,合理控制水體中TN、TP含量，達(dá)到大幅降低污染物產(chǎn)生量、改善凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖環(huán)境的目的。

[1]洪 建.灘涂資源開發(fā)利用與管理[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2011，19(6):16-18.

[2]解雪峰，濮勵(lì)杰，朱 明,等.基于典范對(duì)應(yīng)分析的濱海灘涂圍墾區(qū)景觀格局與土壤鹽漬化關(guān)系[J].地理研究，2017，36(3):495-505.

[3]王興強(qiáng)，馬 甡，董雙林.凡納濱對(duì)蝦生物學(xué)及養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展[J].海洋湖沼通報(bào)，2004，(4):94-100.

[4]鄭善堅(jiān)，童小榮.南美白對(duì)蝦淡化養(yǎng)殖水質(zhì)研究[J].淡水漁業(yè)，2003，33(4):25-27.

[5]華建權(quán)，魏 建，張明星,等.慈溪地區(qū)養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦池塘的水質(zhì)評(píng)價(jià)研究[J].江西水產(chǎn)科技，2017(1)：13-15.

[6]楊先樂，鄭宗林.南美白對(duì)蝦病害流行的新動(dòng)向及其思考[J].淡水漁業(yè)，2005，35(3):3-6.

[7]彭建華，陳文祥，何 力.淡水養(yǎng)殖水源管理及調(diào)控技術(shù)[J].淡水漁業(yè)，2004，34(4):58-60.

[8]陳曉宏.水環(huán)境評(píng)價(jià)與規(guī)劃[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[9]肖建軍，毛劍英，石來元,等.湖庫水質(zhì)評(píng)價(jià)污染因子選擇方案探討[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21(4):53-55.

[10]金相燦.中國湖泊環(huán)境[M].北京：海洋出版社，1995.

[11]陳東興，蔡春芳，華雪銘,等.魚、蝦、蟹養(yǎng)殖池塘清塘排水水質(zhì)及污染強(qiáng)度[J].淡水漁業(yè)，2015，45(1):30-34.

[12]Cai C，Xiaohong G U，Huang H，et al.Water quality，nutrient budget，and pollutant loads in Chinese mitten crab (Eriocheirsinensis) farms around East Taihu Lake[J].Chin J Oceanol Limnol，2012，30(1):29-36.

[13]Cai C，Gu X，Ye Y，et al.Assessment of pollutant loads discharged from aquaculture ponds around Taihu Lake，China[J].Aquac Res，2013，44(5):795-806.

[14]李 靜，閔慶文，李文華,等.太湖流域平原河網(wǎng)區(qū)農(nóng)業(yè)污染研究.以常州市和宜興市為例[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，30(2):167-173.