青海黃河龍羊峽—積石峽段水庫鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖容量估算

簡生龍 關弘弢 李柯懋 劉揚 王振吉 李鮮存 趙宗虎

摘?要：為促進高原鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖產業(yè)可持續(xù)發(fā)展，2013～2017年，對黃河龍羊峽—積石峽段干流及其主要鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖的6座水庫設置監(jiān)測點連續(xù)開展水質等環(huán)境監(jiān)測，分析監(jiān)測水域氮、磷等含量 ，確定磷為水體營養(yǎng)物的限制性因子，并以磷的排放量為主要指標，以《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類水質標準確定水體允許的最高磷濃度，運用Dillon-Rigler模型綜合考慮其它因素，初次估算各水庫的理論養(yǎng)殖容量。測算結果為：青海沿黃開展養(yǎng)殖的6座水庫網箱養(yǎng)殖容量限定為3萬t，其中龍羊峽水庫養(yǎng)殖限量2萬t，其余水庫共限量1萬t;上述水庫可設置網箱面積50 hm2，網箱養(yǎng)殖面積占總水面0.1%。

關鍵詞：沿黃水庫;青海;鮭鱒魚;網箱養(yǎng)殖;養(yǎng)殖容量

青海省地處三江源區(qū)，水資源豐富，可供冷水魚養(yǎng)殖水面較多，特別是黃河干流大中型電站建設形成的水面有4.43萬hm2，水體潔凈、水質優(yōu)良，冬季不封凍，是鮭鱒魚等冷水魚的天然生息繁衍之地，被國內外公認為養(yǎng)殖鮭鱒魚條件最好的地區(qū)之一。近年來，青海龍羊峽—積石峽段水庫網箱養(yǎng)殖發(fā)展迅猛，到2017年底，沿黃鮭鱒魚養(yǎng)殖產量達到13 800 t，占全國鮭鱒魚產量的30%，青海已成為國內最大的鮭鱒魚商品生產基地[1]。但水產養(yǎng)殖對水環(huán)境的潛在污染不容忽視，而隨著國家生態(tài)紅線的提出和各類環(huán)保政策的日益嚴厲，也必然對養(yǎng)殖漁業(yè)發(fā)展提出了更高更嚴的要求，如何解決水產養(yǎng)殖產業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護之間的這些矛盾，以促進養(yǎng)殖產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展成為當前非常重要和迫切的研究課題。鑒于此，2013～2017年，通過對黃河龍羊峽—積石峽段干流以及在沿黃主要網箱養(yǎng)殖水域龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽等6座水庫設置監(jiān)測斷面，對水質、水生生物等連續(xù)進行監(jiān)測，參照《青海省水功能區(qū)劃（2015—2020年）》和《青海省水環(huán)境功能區(qū)劃》水質要求，各水庫水質目標以《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類為標準，庫區(qū)水域主要以磷的排放量為主要指標，運用Dillon-Rigler模型綜合考慮其它因素，估算各水庫的理論養(yǎng)殖容量，為促進高原鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展及地方政府制定黃河上游漁業(yè)生態(tài)保護政策提供理論依據和數據支持。

1?材料與方法

1.1?青海沿黃龍羊峽—積石峽段水庫概況

黃河是我國第二長河，是青海省第一大河，發(fā)源于青海南部玉樹藏族自治州曲麻萊縣境內，巴顏喀拉山北麓的約古宗列盆地。黃河全長5 464 km，流域面積75.2萬km2，其干流在青海省境內長1 959 km，占整個干流總長的31%，多年平均徑流量280億m3，占全流域水量的48.4%，落差2 915 m。黃河干流龍羊峽至積石峽段，位于黃河上游，流經共和縣、貴南縣、同德縣、貴德縣、尖扎縣、化隆縣、循化縣，經民和縣進入甘肅省，近300 km，該段峽谷川地交替頻繁，山高坡陡、兩岸高200～400 m不等，河道比降大，水流湍急。流域內有龍羊峽、拉西瓦、尼那、山坪（規(guī)劃）、李家峽、直崗拉卡、康揚、公伯峽、蘇只、黃豐、積石峽等11座在建和已建水電站，調蓄了黃河干流之水，形成了10座大、中型梯級電站水庫，構成了巨大的冷涼水體資源，形成4.43萬hm2水面[2]，當前青海黃河上游開展鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖的主要有龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽6座水庫（圖1）。

1.2?水體監(jiān)測點的設置和主要水質監(jiān)測項目

2013～2017年在黃河龍羊峽—積石峽段共設置水質監(jiān)測點（斷面）32個（圖2），包括黃河干流龍羊峽水庫中心至積石峽水庫尾水處整個河段設置監(jiān)測段面10個（非養(yǎng)殖區(qū)），每年3～4月份和8～9月份各監(jiān)測1次;同時在龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽6座水庫選擇規(guī)模較大養(yǎng)殖場圓形大網箱（網箱周長一般在60 m、80 m）養(yǎng)殖區(qū)（主要養(yǎng)殖品種是三倍體虹鱒）的網箱上游、下游（距網箱均500 m左右）及網箱區(qū)域設置3個監(jiān)測點（其中龍羊峽水庫五個網箱養(yǎng)殖區(qū)共設7個監(jiān)測點），每年每季度監(jiān)測1次，全年共監(jiān)測4次。監(jiān)測內容均包括水質、浮游生物，水質監(jiān)測項目主要是總氮、總磷、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、懸浮物等。水質采樣按照SC/T 9102-2007《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》進行，采用有機玻璃直立式采樣器，采樣點一般在距水面1～1.5 m處。各項水質因子的分析均以常規(guī)方法進行，水質檢測項目評價標準參考GB 11607-89《漁業(yè)水質標準》，該漁業(yè)標準中未做規(guī)定的項目參考GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅱ類或Ⅲ類標準進行評價。各水庫中磷的本底質量濃度取該水庫養(yǎng)殖區(qū)和非養(yǎng)殖區(qū)連續(xù)5年監(jiān)測的平均值。

1.3?養(yǎng)殖容量估算模型的應用

相關研究表明，對水質環(huán)境造成污染的最主要成分是磷，只有在準確評價了水體對網箱養(yǎng)殖的負載能力及水體對磷元素的負荷能力，才能保證網箱養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)發(fā)展[3]。英國科學家Maleolm Beveridge[4]通過檢測鮭魚網箱精養(yǎng)中的總磷濃度，驗證了魚餌中磷的作用，進一步說明對水質環(huán)境造成污染的最主要成分是磷。目前有動態(tài)模型和統計模型兩類模型可對淡水生態(tài)系統中磷增加的反應進行預測。動態(tài)模型具有2～40個不等的參數，是與支配藻類生長最關鍵的物理、化學和生物過程的數學表達式[4]。動態(tài)模型的預測能力具有局限性，很少在檢測多種因素對藻類生長的影響實驗中使用[5]。統計模型又可分為Dillon-Rigler模型[3]和OECD模型[6]兩種，是在大規(guī)模調查湖泊和水庫后才得到的模型。OECD模型是一個關于水體中總磷的濃度P是流入的總磷濃度Pj和滯留時間Tw相關的函數：P=Pj/（1+Tw）。網箱養(yǎng)魚輸出的廢物中磷的狀態(tài)在這種模型中不能有效地描述，因而不能用來對網箱養(yǎng)魚的磷負載量進行預測。Dillon-Rigler模型是根據Vollenweider模型[7]發(fā)展而來的，研究者通過對18個加拿大湖泊、68個美國中西部水庫以及32個南部非洲水庫進行調查和驗證，才使得該模型得到了廣泛的應用[8]。這一模型是以水體中總P的濃度[P]，由磷的負載、水體的大小（面積、平均深度）、排水率以及磷的長期沉積量為基礎的，可表示為在穩(wěn)定狀態(tài)下，水體的磷濃度由磷的負載量（進入水體的磷的總量）、水體容積的大小、水交換率及磷的長期沉積量來決定。即：P=L（1-R）/zp。（P為總磷的濃度（g/m3）、L是總磷承載（g/m2/y））、z是水體的平均深度（m）、R是被沉積物結合的百分比、p是每年的水交換率）。普遍認為，這一公式是所有測算總磷濃度公式中最好的一個。目前，相關研究者普遍采用此模型對水體中網箱承載力進行預測，如：1984年，Beveridge[4]利用此模型對一個小型湖泊網箱養(yǎng)殖虹鱒的承載力進行計算，結果表明該湖泊的承載力為3 t/hm2/y;1993年，熊邦喜等[9]用此模型計算出某水庫可設置投餌網箱的面積與水庫養(yǎng)魚水面之比為1∶355。2004年，彭建華[10]等通過分析浮橋河水庫氮、磷含量，確定磷為水體營養(yǎng)物的限制性因子，并由此模型計算出浮橋河水庫的網箱養(yǎng)殖容量鱖魚、建鯉的總容量為0.52‰;2010年，Jr D E C等用該模型對佛羅里達湖的葉綠素a的濃度進行了預測，Labaugh J W等用該模型對弗吉尼亞州西部的水文和總磷進行了估算[11]。2011年，孔力兵[12]等依據該模型計算出合浦水庫的網箱養(yǎng)殖羅非魚和斑點叉尾鮰的承載力分別為0.453‰、0.348‰;2014年，謝巧雄[13]等曾用該模型計算出龍灘水庫在不同網箱養(yǎng)殖模式下不同的養(yǎng)殖容納量。由此可見，該模型獲取參數的方法簡便，且具有實用價值，適用范圍廣泛，對我國不同的水體和養(yǎng)殖方式都適用，因此受到了廣大研究者的認可。且該模型在加拿大、美國等地許多湖泊和水庫通過驗證，這些湖泊大多數為溫帶性湖泊，很多也是貧營養(yǎng)型到中營養(yǎng)型，與青海的氣候條件和水庫環(huán)境相近。此外，歐美國家養(yǎng)殖的魚類也多以鮭鱒魚為主，這也與青海目前主養(yǎng)的鮭鱒魚類情況相近，因此本研究引用該模型也是較為合理的。這一模型是以水體中總P的濃度由磷的負載、水體的大小（面積、平均深度）、排水率以及磷的長期沉積量為基礎的。在穩(wěn)定狀態(tài)下，龍羊峽至積石峽各水庫水體的磷濃度由磷的負載量（進入水體的磷的總量）、水體容積的大小、水交換率及磷的長期沉積量來決定。同時我們考慮到城鎮(zhèn)生活污水、農業(yè)面源等污染，基于對黃河上游生態(tài)環(huán)境最大程度的保護，并廣泛征求國內業(yè)界相關專家的意見，一致認為預留磷污染物排放剩余空間90%給其它行業(yè)，漁業(yè)只利用另外剩余空間即10%來確定沿黃水庫養(yǎng)殖容量，最終確定各水庫鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖總容量。

1.4?水體允許的最高磷質量濃度限值確定

根據《水質較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護總體規(guī)劃（2013—2020年）》，龍羊峽、李家峽水庫水質目標為Ⅱ類，公伯峽和積石峽水庫水質目標為Ⅲ類;又按照《青海省水功能區(qū)劃（2015—2020年）》和《青海省水環(huán)境功能區(qū)劃》，各水庫水質目標為Ⅱ類，故我們對各水庫磷的限值以GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》中Ⅱ類水質為標準，磷的限值取0.025 mg/L。

1.5?養(yǎng)殖散失到水體中的磷負荷數值確定

我們選擇對環(huán)境影響最大的ALLER SILVER鱘魚、鱒魚養(yǎng)成料為例計算，水中磷含量0.004 1 kg/ kg。因青海90%以上養(yǎng)殖場均使用ALLER SILVER飼料，根據該飼料提供的氮磷排放系數，以對水體產生最大氮磷排放、飼料轉化率為1.2時的ALLER SILVER飼料為例說明，并取氮磷排放較大的丹麥愛樂飼料銀牌系列產品（ALLER SILVER）的排放值為參照數據，即：每生產1 t魚所產生的磷廢物，總磷為7.7 kg，其中糞便中磷含量3.6 kg，水中磷含量4.1 kg;我們考慮最極限情況糞便中磷也全溶解到水中，即總磷為7.7 kg，產1 t魚。另《第一次全國污染源普查 水產養(yǎng)殖業(yè)污染源產排污系數手冊》中鮭鱒魚淡水網箱養(yǎng)殖業(yè)北部區(qū)總磷產污系數為6.268 kg/t，我們仍以最大產污數值7.7 kg/t來測算。

2?結果與分析

2.1?水質現狀與趨勢評價

2.1.1?非養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測結果分析?通過5年的水質連續(xù)監(jiān)測，沿黃干流非養(yǎng)殖區(qū)10個監(jiān)測點總氮平均值0.929 mg/L、總磷平均值0.018 mg/L、高錳酸鹽指數平均值1.83 mg/L、懸浮物平均值2.3 mg/L、五日生化需氧量檢測結果均為未檢出，監(jiān)測結果顯示，非養(yǎng)殖區(qū)各監(jiān)測點監(jiān)測項目各指標上下波動，沒有呈現明顯變化規(guī)律。

2.1.2?養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測結果分析?各水庫網箱養(yǎng)殖區(qū)22個監(jiān)測點總氮平均值1.004 mg/L、總磷平均值0.015 mg/L、高錳酸鹽指數平均值1.76 mg/L;懸浮物平均值3.0 mg/L，各水庫網箱養(yǎng)殖上下游區(qū)域與養(yǎng)殖區(qū)各監(jiān)測數據對比整體變化不明顯，且大多監(jiān)測平均值較非養(yǎng)殖區(qū)還要低。

2.1.3?養(yǎng)殖區(qū)與非養(yǎng)殖區(qū)對比分析?從圖3中可反映出，沿黃監(jiān)測水域養(yǎng)殖區(qū)與非養(yǎng)殖區(qū)變化曲線較為接近，非養(yǎng)殖區(qū)水質無明顯變化規(guī)律，養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測數據對比整體變化不明顯，養(yǎng)殖區(qū)和非養(yǎng)殖區(qū)總氮、總磷和高錳酸鹽指數平均值總體呈現上升趨勢，懸浮物平均值上下波動，總體呈上升變化，五日生化需氧量均未檢出。水質總體優(yōu)良，符合《漁業(yè)水質標準》，且除總氮指標為《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水標準外，其他指標均達到國家地表水Ⅱ類以上標準。水質監(jiān)測結果顯示養(yǎng)殖區(qū)和非養(yǎng)殖區(qū)變化無明顯差異，這表明沿黃網箱養(yǎng)殖對水質無明顯影響。這應該與黃河上游海拔較高、氣候冷涼、水溫偏低，大多水庫水體年交換量較大，且目前整體養(yǎng)殖規(guī)模和密度較小有關。

2.2?水體營養(yǎng)物限制因子的選擇

水體中氮、磷等營養(yǎng)物質增加而引起浮游植物過量生長，水質嚴重惡化，水生生物大量死亡甚至整個水生生態(tài)系統生態(tài)平衡的改變等的現象叫做水體富營養(yǎng)化[14]。水生植物（藻類、水草）細胞和組織中的氮、磷比大致是固定的，浮游植物吸收水中的氮、磷也是按照類似的比例進行。如果水環(huán)境中氮、磷元素中一種的相對量低于此值，那么另一種就會成為浮游植物生理需要上的多余，而濃度不足的元素即成為浮游植物生長的限制因子。一般水生植物組織中的氮、磷質量比為7∶1[10]。由2013～2017年監(jiān)測結果可知，沿黃各個監(jiān)測水域總氮（TN）平均值為0.966 mg/L，總磷（TP）平均值為0.016 mg/L，TN∶TP比為60∶1，遠大于7，因此可確定，各個水庫養(yǎng)殖區(qū)富營養(yǎng)化限制因子為水體中的磷元素。

2.3?養(yǎng)殖容量測算模型及運用

采用Dillon-Rigler模型[3]和監(jiān)測結果，磷是水域最重要的限制因子和監(jiān)測因子。本文中以水庫中磷的濃度為參考，評估各水庫鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖容量。其公式為：

Pmac可由以下模型求得：

其中：H=V/A;p=Q1/V;Pmax為水體允許的最高磷質量濃度：以湖庫《地表水環(huán)境質量標準》Ⅱ類標準取值0.025 mg/L;Po為水體中磷的本底質量濃度，mg/L，取2013～2017年連續(xù)監(jiān)測黃河龍羊峽至積石峽段各個監(jiān)測點平均值;A為水體的表面積，m2;H為水體的平均深度，m;p為每年的排水率;R為磷的滯留系數，一般認為45%～55%的磷與底泥長期結合[14]，R值取50%;V為水體體積，m3;Q1為年平均排水量，m3。

將相關參數代入模型公式可測算沿黃各水庫理論養(yǎng)殖容量（見表1）。

2.4?測算結果

依據Dillon-Rigler模型，測算出以上6座水庫理論養(yǎng)殖容量共303 275 t，考慮到預留磷污染物排放剩余空間90%給其它行業(yè)，漁業(yè)只利用10%的空間來確定水庫養(yǎng)殖容量，故確定沿黃各水庫最大養(yǎng)殖容量為30 000 t。又綜合其它因素，在各水庫養(yǎng)殖容量具體分配龍羊峽水庫為20 000 t，其余5座水庫合計共10 000 t。

3?討論

3.1?各水庫養(yǎng)殖容量控制性指標的討論

沿黃各水庫確定3萬t養(yǎng)殖容量控制指標，其中龍羊峽水庫配額控制指標2萬t，主要是因為該水庫面積較大，水體自凈能力較強，且有較強實力的龍頭水產企業(yè)從事養(yǎng)殖，管理水平較高，全部使用高能環(huán)保飼料，采取的排污設施水平較高，全部網箱安裝收集殘餌和糞便裝置，對水體環(huán)境壓力較小，故分配的養(yǎng)殖容量較大。其余5座水庫共控制指標配額1萬t，主要因為各水庫水域面積相對較小，水體自凈能力較弱，養(yǎng)殖漁場數量較多，疫病風險大，且考慮到上游龍羊峽水庫規(guī)劃養(yǎng)殖容量規(guī)模較大，水體氮磷排放較高，下游有疊加效應，且下游人口密集，易產生面源污染，兼有航運，不適合設置過多網箱。

3.2?沿黃網箱養(yǎng)殖水域面積的界定

沿黃6座水庫形成水面4.67萬hm2，目前青海省規(guī)定每立方米網箱養(yǎng)殖容量不超過6 kg（主要參照國外挪威、丹麥、智利等鮭鱒魚網箱養(yǎng)殖密度一般在8～30 kg/m3[15-16]，由于病害頻發(fā)和環(huán)保限制，近年來各國養(yǎng)殖密度也在逐步調低;依據國內虹鱒魚網箱養(yǎng)殖密度試驗相關研究[17]，并限于青海省現有的養(yǎng)殖水平，基于生物安全管理和青海高原水域溶氧偏低的情況考慮，應低于國外最低養(yǎng)殖密度，省內業(yè)界普遍認為養(yǎng)殖密度以6 kg/m3為限值），3萬t養(yǎng)殖容量可設置網箱面積50 hm3，網箱養(yǎng)殖面積占總水面0.1%，低于農業(yè)部養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃“網箱圍欄總面積不超過水域面積的0.25%”的要求限值。

3.3?提出青海鮭鱒魚產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的對策措施

基于以上研究，考慮到青海地區(qū)生態(tài)環(huán)境地位的敏感性和特殊性，提出和擬定適合當下實際現狀，促進和推動漁業(yè)產業(yè)和生態(tài)環(huán)境保護協調發(fā)展的思想觀念和對策舉措是非常迫切和必要的。現階段青海鮭鱒魚養(yǎng)殖產業(yè)的發(fā)展，以生態(tài)環(huán)境保護優(yōu)先為前提，以負責任漁業(yè)理念引領高原鮭鱒魚養(yǎng)殖漁業(yè)，主推以三倍體虹鱒魚為主的三文魚養(yǎng)殖先進技術;以大型網箱為主的現代化漁業(yè)裝備技術和漁場生物安全管理技術，實施最嚴格的養(yǎng)殖容量控制;最嚴格的生物安全管理措施;最嚴格的水產品質量監(jiān)管，構建鮭鱒魚產業(yè)發(fā)展較為完善的漁業(yè)制度體系，進一步完善技術和服務體系，提升現代漁業(yè)養(yǎng)殖水平，建立健全養(yǎng)殖水域環(huán)境監(jiān)測及生態(tài)保護常態(tài)化工作機制，加快水產養(yǎng)殖產業(yè)轉型升級、提質增效，提升漁業(yè)生產標準化、綠色化、產業(yè)化、組織化和可持續(xù)發(fā)展水平，走出一條產出綠色、產品優(yōu)質、資源保護、環(huán)境友好的青海高原特色漁業(yè)現代化發(fā)展道路。

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