池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法研究及比較分析

李麗芬，徐云強，蘇保林*，喬 飛，雷 坤，何璟嫕

（1.北京師范大學水科學研究院，北京 100875；2.城市水循環(huán)與海綿城市技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100875；3.中國環(huán)境科學研究院，北京 100012）

池塘養(yǎng)殖是我國淡水養(yǎng)殖的重要組成部分，約71.2%的水產(chǎn)品均來自池塘養(yǎng)殖。據(jù)統(tǒng)計，全國淡水養(yǎng)殖總面積為5.36×106hm2，其中池塘養(yǎng)殖面積約占47.12%，為2.53×106hm2[1-2]。近年來，為提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，追求經(jīng)濟利益，池塘養(yǎng)殖普遍采用高放養(yǎng)密度、高投餌量的集約化精養(yǎng)模式。集約化養(yǎng)殖模式的迅速推進和發(fā)展，導致大量外源物質(zhì)輸入水生態(tài)系統(tǒng)造成水質(zhì)惡化，從而引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，同時也提高了養(yǎng)殖風險，水產(chǎn)品質(zhì)量下降直接制約了池塘養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。因此，對池塘養(yǎng)殖水管理及污染負荷進行科學、準確、定量的分析顯得尤為重要。

我國魚類產(chǎn)品主要來自以餌料投入的養(yǎng)殖模式，淡水池塘養(yǎng)殖會排放大量未消化的飼料和排泄物[7-9]，而傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式在養(yǎng)殖捕撈收獲后會采用直排方式將養(yǎng)殖廢水和底泥排放到環(huán)境中，造成外部環(huán)境的污染?；诔靥琉B(yǎng)殖的諸多不良環(huán)境影響，本文對現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法進行調(diào)研。目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷的估算方法主要有化學分析法、排污系數(shù)法、物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法和污染負荷率法等[10]，主要分為兩大類：第一，計算結(jié)果顯示的是養(yǎng)殖期間對外界環(huán)境造成的影響，主要是通過化學分析法和排污系數(shù)法進行估算，但是這兩種方法均未考慮底泥的影響，計算結(jié)果偏低[8-9,11]；第二，計算結(jié)果顯示的是養(yǎng)殖期間對養(yǎng)殖池塘本身造成的影響，即留在養(yǎng)殖池溏中的污染物的量，主要計算方法有物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法和污染負荷率法，但是這類方法未對水質(zhì)和底泥作區(qū)分，此外，該類方法參數(shù)較多，且參數(shù)中涉及生物體的消化率，但該參數(shù)不確定性大，對估算結(jié)果的影響較大[12-19]。由此可見，目前池塘養(yǎng)殖污染負荷核算存在如下問題：（1）養(yǎng)殖期間是否考慮污染排入外界環(huán)境，污染負荷為多少；（2）水產(chǎn)養(yǎng)殖末期養(yǎng)殖廢水與底泥的去向，分別對環(huán)境造成了多大影響。

本研究在對現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法進行適應性評價的基礎(chǔ)上，對化學分析法進行了改進，并對研究區(qū)池塘養(yǎng)殖廢水及底泥中污染負荷進行核算，期望定量反映池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理、再利用及餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。

1 研究區(qū)域

宜興市地處江蘇省西南端、滬寧杭三角中心，位于北緯31°07′～31°37′，東經(jīng)119°31′～120°03′，水域面積達532.6 km2（不含太湖）。該地區(qū)河流湖蕩密布，水資源豐富，降水充沛，是典型的江南水鄉(xiāng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積1.33萬hm2，其中以池塘養(yǎng)殖為主（占比高達89%）[20-21]。以水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為依托的宜興市在加速發(fā)展?jié)O業(yè)的同時也面臨著養(yǎng)殖所造成的環(huán)境污染問題，因此，如何進行污染負荷核算和控源減排仍是一個難題。

研究池塘位于宜興殷村港地區(qū)，整體呈不規(guī)則梯形體，養(yǎng)殖面積約為2.53 hm2，在養(yǎng)殖期間，池塘平均水位約為2.21 m。研究區(qū)養(yǎng)殖水體主要來源于附近河道，池塘養(yǎng)殖需要不定時進行人工補水或人工排水，年末會進行養(yǎng)殖廢水排放和淤泥清理，其中，養(yǎng)殖廢水排向附近河道，底泥排向附近廢棄田塊。研究池塘配有增氧機（KD325-9）和投飼機，池塘曝氣一般不固定，晴好天氣一般不會增加曝氣，陰雨天則視天氣情況延長開機時間，餌料的投喂主要以顆粒型飼料為主，投喂時主要遵循“四定”原則，即定時、定位、定質(zhì)和定量，日投喂3次，投餌量在養(yǎng)殖初期為水產(chǎn)品總量的3%～5%，養(yǎng)殖中后期為5%～7%，餌料具體信息詳見表1。

本研究的監(jiān)測期為2017年6月—2019年2月，期間池塘的主要養(yǎng)殖品種為鳊魚、鯽魚、草魚、青魚和鳙魚，投入幼魚均＜1年齡，采用一年制進行養(yǎng)殖，年末進行成魚收獲，總放養(yǎng)密度約為3.2萬尾·hm-2，具體數(shù)據(jù)詳見表2。魚類根據(jù)其生活習性有上、中、下層之分，不同種類魚占據(jù)不同“生態(tài)位”，其中，鳙魚多生活在上層，草魚、鳊魚多生活在中層，鯽魚、青魚多生活在下層，采用不同生態(tài)位的混養(yǎng)模式有助于水體垂直對流，加速水中污染物的沉淀和分解，從而達到凈化水質(zhì)的作用，同時也可增加水產(chǎn)品的產(chǎn)量及經(jīng)濟效益。

表1 淡水魚配合飼料詳細信息（%）Table 1 The detailed information table of freshwater fish formula feed（%）

表2 研究區(qū)養(yǎng)殖品種及投入產(chǎn)出匯總（kg）Table 2 The summery of aquaculture varieties and input-output in research area（kg）

2 研究方法

2.1 樣品采集和分析方法

為全面了解池塘養(yǎng)殖污染負荷情況，對研究期內(nèi)水樣和底泥進行了采集，水樣的初次取樣時間為2017年6月26日，以后每周取樣一次，若有特殊情況（養(yǎng)殖期間補排水和年末養(yǎng)殖廢水排放）則適當增加采樣頻次。采樣點位于池塘排水口處，采樣中應確保采集到所有排向外界環(huán)境和進入池塘的養(yǎng)殖水體，樣品帶回實驗室后4℃保存，24 h內(nèi)測定。水樣的測定指標包括總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH+4-N）、硝酸鹽氮（NO-3-N）、COD。其中，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，NH+4-N采用納氏試劑比色法，COD采用重鉻酸鹽法，NO-3-N采用酚二磺酸比色法[22-26]。

池塘底泥樣品的采集是在年末養(yǎng)殖廢水排放后，共3個采樣點，分別位于投飼機的正下方及兩側(cè)，采樣點離岸約2 m，采樣深度為10～20 cm，樣品采集后4℃保存。底泥測定指標包括TN、TP和有機質(zhì)。TN采用土壤氮的測定方法，TP采用土壤磷的測定方法，有機質(zhì)采用森林土壤有機質(zhì)的測定及碳氮比的計算方法進行測定[27-29]。

2.2 池塘水量監(jiān)測及計算

為全面了解池塘在研究期間的水量變化，補給量、消耗量等均通過池塘水位變化進行計算。因此，對研究池塘的水位和降雨信息進行了全過程采集（整個研究期：2017年6月—2019年2月）。水位信息通過壓力式水位自動記錄儀（U20）獲取，設(shè)置儀器記錄時間為15 min；降雨信息通過雨量計獲取，設(shè)置儀器記錄時間為10 min。裝置安裝完畢后需要定期檢查以防止探頭阻塞而影響記錄或數(shù)據(jù)的準確性。

研究魚塘為不規(guī)則梯形體，為方便對魚塘水管理進行研究，在水產(chǎn)養(yǎng)殖期間，利用水位、降雨信息結(jié)合池塘構(gòu)造（邊坡及面積等）對研究區(qū)蓄水量進行了計算，具體計算公式如下：

式中：ΔV為池塘蓄水的變化量；h、h1均表示水位，h的范圍為0～1.87 m，h1的范圍為1.87～3.22 m。

2.3 污染負荷核算方法

基于池塘養(yǎng)殖對水環(huán)境的諸多不良影響，關(guān)于池塘養(yǎng)殖污染負荷的研究也日益增多。目前，池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷的估算方法主要有化學分析法、竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、排污系數(shù)法和污染負荷率法等方法[10，30]。

2.3.1 化學分析法

化學分析法[7-9]是估算污染負荷的基礎(chǔ)方法，一般作為輔助方法。該方法的主要原理是基于池塘養(yǎng)殖總排水量對進排水水質(zhì)的分析，進行氮和磷污染負荷估算，其計算公式如下：

式中：P為污染物排放負荷量；Q為排出池塘水量；Cout、Cin分別為出水和進水中污染物濃度。

化學分析法最初是基于比較封閉的池塘養(yǎng)殖提出的，一般只采集水樣，因此所測結(jié)果只包含了氮磷污染物的可溶態(tài)和懸浮態(tài)兩者之和，底泥中營養(yǎng)含量沒有考慮在內(nèi)，所以該方法計算的污染負荷量通常比實際偏小。

2.3.2 排污系數(shù)法

污染物產(chǎn)生系數(shù)（產(chǎn)污系數(shù)）是指在正常養(yǎng)殖生產(chǎn)條件下，養(yǎng)殖生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品在水體中所產(chǎn)生的污染物量，污染物排放系數(shù)（排污系數(shù)）是指在正常生產(chǎn)條件下，養(yǎng)殖生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染物量中，經(jīng)不同排放渠道直接排放到外部水體環(huán)境中的污染物量[11]。因此，排污系數(shù)計算出的產(chǎn)排污量只包含養(yǎng)殖水體，未考慮底泥影響，因此計算結(jié)果偏低。但是，該方法計算簡便，涵蓋了我國目前主要的養(yǎng)殖品種及養(yǎng)殖類型，對計算養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污量具有很好的借鑒意義。

污染物產(chǎn)生量=產(chǎn)污系數(shù)×（養(yǎng)殖產(chǎn)量-養(yǎng)殖投放量）

2.3.3 物料平衡法

物料平衡法[13-14，31-33]是根據(jù)食物用量、生物量和營養(yǎng)物在生物體內(nèi)TN含量進行污染負荷計算，該方法認為食物是養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)直接產(chǎn)生污染物的唯一來源，因而可通過投喂食物的總量與被生物體所利用部分的差值來計算總污染物量，并且可以通過一系列物質(zhì)平衡關(guān)系式計算污染物排放量。物料平衡法被認為是一種與實際較符合的方法，使用范圍較廣，具體計算公式如下：

式中：L為池塘養(yǎng)殖中總污染負荷量；Lin為輸入池塘的TN或TP量；Lfish為魚體內(nèi)氮或磷含量。

2.3.4 竹內(nèi)俊朗法

竹內(nèi)俊朗法[12，15-16，34]是物料平衡法的簡化方法，是依據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中物質(zhì)的輸入輸出平衡方程來間接推算，其原理主要是“從所投喂的餌料營養(yǎng)成分中，扣除蓄積在養(yǎng)殖生物體內(nèi)的量，剩余即是環(huán)境負荷量”。該方法主要用于氮和磷的估算，簡便實用，其計算公式如下：

式中：TN、TP分別為氮負荷和磷負荷；C為餌料用量；Nf、Pf分別為餌料中氮、磷的含量，%；Nb、Pb分別為生物體內(nèi)氮和磷的含量。

竹內(nèi)俊朗法適用于餌料投喂比較單一的養(yǎng)殖模式，在利用此方法估算污染負荷時要求飼料及生物體中所含營養(yǎng)物質(zhì)含量信息充足。此外，餌料系數(shù)、種群差異是最易導致誤差的參數(shù)之一，同時，對養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響除了飼料以外，還有底泥的釋放以及動力的輸送等，所以，該方法可能與實際的結(jié)果有較大出入。

2.3.5 污染負荷率法

污染負荷率法[16-17，35]最初是根據(jù)網(wǎng)箱養(yǎng)殖所提出的，是指生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染負荷量。其理論計算值為餌料中含有的某元素的量減去魚體中該元素含量，因此，總污染負荷量等于污染負荷率乘以水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚凈產(chǎn)量。具體計算公式如下：

式中：WT為總污染物負荷量；f為污染負荷率；Y為水庫網(wǎng)箱養(yǎng)魚凈產(chǎn)量，包括固體態(tài)和溶解態(tài)；Cf為餌料系數(shù)；Pfood為餌料的磷質(zhì)量比；Pfish為凈產(chǎn)魚的磷質(zhì)量比。

此方法考慮因子齊全，應用較廣泛。在使用該方法時水產(chǎn)養(yǎng)殖凈產(chǎn)量包括固體態(tài)和溶解態(tài)，同時還考慮了底泥的污染貢獻，這是目前大多數(shù)方法所欠缺的，而且其公式比較簡單，計算起來很方便。然而，該方法所涉及的參數(shù)較多，其中有些單個參數(shù)的律定也比較難把握，如餌料系數(shù)、餌料中氮磷質(zhì)量比等參數(shù)值通常很難與實際相一致，這也會使得此方法的估算結(jié)果有所偏差。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)池塘養(yǎng)殖污染負荷核算

本研究利用不同污染負荷核算方法對研究區(qū)2017—2018年池塘養(yǎng)殖污染負荷進行了核算、對比和分析，結(jié)果詳見表3。

從研究區(qū)污染負荷的計算結(jié)果來看，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負荷率法的計算結(jié)果均高于化學分析法和排污系數(shù)法，這是由于化學分析法和排污系數(shù)法的計算結(jié)果體現(xiàn)的是由于養(yǎng)殖污水未經(jīng)處理直接排放到外部水環(huán)境中的污染物量（排污量），而前3種方法的計算結(jié)果體現(xiàn)的是對池塘本身的影響[輸入（養(yǎng)殖水+水產(chǎn)品/餌料）-輸出（水產(chǎn)品）]，即產(chǎn)污量，主要包括水體和底泥兩部分。從表3數(shù)據(jù)可看出，排污系數(shù)法計算結(jié)果整體大于化學分析法，主要原因是排污系數(shù)法結(jié)果體現(xiàn)的是池塘養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理直接排放到外界環(huán)境中所造成的污染，而化學分析法計算結(jié)果體現(xiàn)的是池塘排水與池塘進水中污染量之差。此外，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負荷率法的計算結(jié)果很接近，但是這3種計算方法結(jié)果間存在一定誤差，產(chǎn)生誤差的主要原因是參數(shù)考慮方面的差異。物料平衡法認為食物是池塘系統(tǒng)內(nèi)直接產(chǎn)生廢物的唯一來源；竹內(nèi)俊朗法認為輸入池塘污染物量扣除生物體量剩余的即是環(huán)境負荷量，本研究在計算時輸入池塘污染物量包括餌料和投入的水產(chǎn)品兩部分；污染負荷率法和竹內(nèi)俊朗法相似，均考慮了水產(chǎn)品投放帶入池塘系統(tǒng)內(nèi)的污染物量，但是在計算時污染負荷率是通過凈產(chǎn)量進行計算，未考慮成魚和幼魚間的差異。從研究指標來看，化學分析法測定指標較全面，可根據(jù)研究內(nèi)容靈活測定所需指標，而其他方法均是基于對池塘氮磷污染負荷的計算，排污系數(shù)法還可對COD和部分重金屬污染負荷進行計算，在指標選擇方面具有一點局限性。

表3 研究區(qū)池塘污染負荷核算結(jié)果對比表（kg）Table 3 The results of pollution load in ponds by different methods（kg）

3.2 池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法可行性分析

基于上述水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷方法的研究調(diào)查及實例計算，本文從數(shù)據(jù)的可得性與方法的適用性兩方面進行了討論分析，并以此得到池塘養(yǎng)殖污染負荷方法可行性分析，具體見表4。

池塘養(yǎng)殖不同污染負荷核算方法有所不同，從數(shù)據(jù)獲取途徑來看，化學分析法在應用時需要對研究區(qū)進行現(xiàn)場水樣采集、監(jiān)測；竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負荷率法和排污系數(shù)法只需要進行數(shù)據(jù)調(diào)研，但是計算原理及考慮參數(shù)方面有所差別。其中，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負荷率法是基于物質(zhì)守恒規(guī)律進行計算的方法，在數(shù)據(jù)需求中均涉及餌料及生物體內(nèi)含氮或含磷率，這部分數(shù)據(jù)較難獲取且由于餌料/生物品種多樣，攝食率、消化率等的不一致而導致計算誤差較大；排污系數(shù)法方法簡便，可根據(jù)研究區(qū)所處區(qū)域位置直接查詢對應的產(chǎn)排污系數(shù)，但是僅局限于第一次污染源普查區(qū)域。

從數(shù)據(jù)可得性方面來看，化學分析法和排污系數(shù)法的數(shù)據(jù)最易獲得，獲得方法主要是通過野外試驗采樣監(jiān)測和產(chǎn)排污系數(shù)手冊；竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負荷率法所需數(shù)據(jù)量較多，對于數(shù)據(jù)的可得性較難，主要原因在于養(yǎng)殖品種不唯一、水產(chǎn)品攝食率及消化率、收獲時間等都會對生物體內(nèi)氮磷含量產(chǎn)生影響。

從方法適應性來看，由表4可知，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷核算方法都有其各自的適用范圍及優(yōu)缺點。其中，化學分析法、排污系數(shù)法是基于對養(yǎng)殖水體的分析，計算結(jié)果僅包含由于養(yǎng)殖水體排放所造成的環(huán)境污染，此類方法有兩大共性：其一，沒有考慮底泥對環(huán)境的危害，導致污染負荷核算結(jié)果偏低；其二，計算結(jié)果只包含了年末養(yǎng)殖廢水排放對環(huán)境造成的污染，關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖期間是否對環(huán)境造成污染未作具體分析和計算。竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負荷率法的原理均是基于物質(zhì)守恒來進行計算，所需參數(shù)中均包含生物體和餌料中氮磷含量，參數(shù)率定較復雜，對結(jié)果的準確性影響較大，這3種方法不同之處在于物料平衡法認為食物是唯一污染源，污染負荷率法是對單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染負荷進行了定義，但是其計算原理基本相同。

3.3 池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法改進

基于上述池塘養(yǎng)殖污染負荷核算的不同方法適應性評價及實例計算，可發(fā)現(xiàn)池塘養(yǎng)殖污染負荷核算目前存在兩大問題：在計算池塘養(yǎng)殖對外界環(huán)境造成的影響時未考慮底泥因素，且只計算了養(yǎng)殖末期所產(chǎn)生的污染，養(yǎng)殖期間是否有污染排出未作分析；基于物質(zhì)守恒原理方法的計算結(jié)果可認為是整個養(yǎng)殖期間對外界環(huán)境所產(chǎn)生的總污染，但是未對水體和底泥進行分別考慮?；诖耍狙芯繉瘜W分析法中的池塘排水量Q進行細化分析，并基于物質(zhì)守恒原理對池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法進行改進。

表4 池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負荷方法可行性分析Table 4 Feasibility analysis of pollution load method in pond aquaculture

本研究采用改進后的方法對池塘養(yǎng)殖全過程的污染負荷進行核算，計算過程中所需數(shù)據(jù)主要有池塘養(yǎng)殖面積、養(yǎng)殖水位、降雨等。養(yǎng)殖面積通過對養(yǎng)殖水域進行實際測量長寬高及邊坡等計算得到，養(yǎng)殖水位和降雨量通過壓力式水位自動記錄儀（HOBOU20）和翻斗式雨量計進行野外監(jiān)測獲取。在核算過程中通過對池塘水位數(shù)據(jù)分析判斷在養(yǎng)殖期間是否向外界環(huán)境排污；此外，本研究在核算過程中考慮了底泥貢獻，通過核算可獲得在養(yǎng)殖期間池塘對外界環(huán)境產(chǎn)生的影響。

3.3.1 方法構(gòu)建

化學分析法一般只采集水樣，不需考慮底泥影響，適用于比較封閉的池塘，在計算時認為進、出池塘水量相等。但是，在實際水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，池塘進、出水量不盡相同，且水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中并非完全不與外界環(huán)境進行水體交換，養(yǎng)殖廢水主要來自季節(jié)性補水和養(yǎng)殖結(jié)束后的排水。此外，池塘底質(zhì)環(huán)境通常是養(yǎng)殖期間污染物的聚集地，是養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)污染的源和匯，在養(yǎng)殖末期養(yǎng)殖廢水的排放對外界環(huán)境影響較大。因此在本研究中對Q進行了細化分解，且將底泥影響考慮在內(nèi)，改進后的計算公式如下：

式中：Cout為池塘排水污染物濃度；Cin為池塘進水污染物濃度，通常為本底值；i表示魚塘進排水的次數(shù)；m、n分別為池塘總進水/排水頻次；Sc為底泥中污染物濃度；Qc為底泥排放量；Pfood為餌料中污染物量；Pfish,1為幼魚中污染物量；Pfish,2為成魚中污染物量。

3.3.2 污染負荷核算

為準確判斷池塘養(yǎng)殖期間向外界水環(huán)境的排污頻次及排污量，本研究對研究區(qū)池塘養(yǎng)殖進行了全過程水位和降雨監(jiān)測。在養(yǎng)殖過程中，引起池塘水量變化的主要有降水、人工補水、人工排水、蒸發(fā)和下滲4項。池塘水量平衡是指在任意時間段內(nèi)，池塘排入水量（降水、人工補水）與排出水量（人工排水、蒸發(fā)和下滲）的差額等于該時段池塘蓄水的變化量。

由圖1可知，在無降雨影響時，池塘水位若出現(xiàn)明顯的拐點，則是由于人工補水或人工排水導致的水位突然上升或下降；降雨時，若降雨量超過蒸發(fā)和滲漏損失量，水位會呈現(xiàn)上升趨勢（圖1a），反之，水位仍會呈現(xiàn)下降趨勢（圖1b）；在無降雨或人工補排水措施的影響時，池塘水位由于蒸發(fā)和下滲的影響會呈現(xiàn)下降趨勢。因此，可根據(jù)池塘水位變化情況對池塘養(yǎng)殖期間的補排水頻次及量進行分析。

圖1 降雨或人工補水條件下的水位變化Figure 1 Change of water level under the rainfall or artificial recharge conditions

池塘養(yǎng)殖水管理是核算池塘養(yǎng)殖污染負荷的基礎(chǔ)，根據(jù)公式6可知，池塘補排水會造成池塘污染物的引入或排出，因此在計算研究池塘養(yǎng)殖污染負荷時需明晰養(yǎng)殖期間補排水頻次和補排水量。由數(shù)據(jù)分析可得，池塘補水主要在集中在4—8月份。由圖2可知，池塘水位快速下降的拐點有3個，可判斷為研究期間向外界水環(huán)境共排水3次，其中9月份是在養(yǎng)殖期間排水，剩余兩次為年末養(yǎng)殖廢水的排放，因此，這部分對外界環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在水環(huán)境方面。根據(jù)實際調(diào)研，2017年和2018年都進行了淤泥的清理，因此底泥也對外界環(huán)境造成了一定影響。通過對研究區(qū)養(yǎng)殖期間水位狀況的分析為池塘養(yǎng)殖期間污染負荷核算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

利用改進后核算方法結(jié)合研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理對池塘養(yǎng)殖期間所產(chǎn)生的污染負荷進行核算，計算結(jié)果主要包括水體和底泥兩部分（表5）。

改進方法中研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理是通過野外監(jiān)測獲得，污染濃度數(shù)據(jù)是基于野外實驗測得，因此以改進方法核算的污染負荷為準確值，對現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法的結(jié)果進行了誤差分析，結(jié)果見表6。

從表5、表6可看出，改進后污染負荷核算結(jié)果（產(chǎn)污量）與物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法與污染負荷率法計算結(jié)果相近，相對誤差較小，說明在池塘養(yǎng)殖中餌料是產(chǎn)生污染的主要來源，水產(chǎn)品的影響相對較??；水體中污染負荷數(shù)據(jù)與化學分析法和排污系數(shù)法計算結(jié)果相對誤差較大，主要原因是化學分析法、排污系數(shù)法核算結(jié)果直接反映的是由于養(yǎng)殖水體排放所造成的污染，因此池塘養(yǎng)殖水管理數(shù)據(jù)的準確性對這兩種方法的污染負荷核算結(jié)果有直接影響。改進方法水量計算結(jié)果考慮了養(yǎng)殖末期及養(yǎng)殖期間由于未處理水直接排放對外界水環(huán)境所造成的污染，而化學分析法計算時還需扣除池塘來水量，且未考慮養(yǎng)殖期間排水量，排污系數(shù)法是直接基于數(shù)據(jù)調(diào)研，未進行實際監(jiān)測，因此誤差均較大。另外，改進方法計算結(jié)果與排污系數(shù)法的相對誤差還會受當前養(yǎng)殖條件與第一次全國污染源普查期間養(yǎng)殖條件差異的影響，這種差異主要體現(xiàn)在養(yǎng)殖面積、養(yǎng)殖密度、餌料類型及投放量等方面，這些養(yǎng)殖條件的不同都會對養(yǎng)殖過程中污染物的產(chǎn)生和排放產(chǎn)生影響。

表5 改進方法對研究區(qū)池塘養(yǎng)殖污染負荷計算結(jié)果（kg）Table 5 The pollution load in pond calculated by improved method（kg）

圖2 池塘養(yǎng)殖期間水位與降雨變化Figure 2 Water level and rainfall variation during pond culturing period

表6 研究區(qū)池塘污染負荷核算結(jié)果相對誤差（%）Table 6 Comparisons of relative errors of pond pollution load accounting results in research areas（%）

利用改進后核算方法結(jié)合研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理，可計算得到池塘補、排水以及底泥中污染物含量，此外，利用物料平衡法可明晰生物體內(nèi)污染物含量，由此可得到研究區(qū)池塘養(yǎng)殖中每一部分源匯中污染物含量，具體信息如表7所示。由此說明，餌料是池塘養(yǎng)殖中主要的污染源，這與前述結(jié)論一致；另外可看出，改進后污染負荷核算方法的突出優(yōu)點在于將池塘養(yǎng)殖過程中水體與底泥中污染負荷進行了區(qū)分，科學、準確、定量地分析了池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為今后池塘養(yǎng)殖污染負荷的準確核算提供參考。當只關(guān)注池塘養(yǎng)殖廢水排污量時，必須保證養(yǎng)殖水管理數(shù)據(jù)的準確性，即全面考慮養(yǎng)殖期間與養(yǎng)殖末期排水量；當關(guān)注池塘養(yǎng)殖產(chǎn)污量（水體+底泥）時，餌料是最重要的污染源，該數(shù)據(jù)直接影響結(jié)果的準確性，因此必須保證餌料數(shù)據(jù)的準確性，其他源匯項對結(jié)果影響較小，但考慮越全面結(jié)果準確度越高，可根據(jù)實際需求完善污染負荷源匯項；在保證養(yǎng)殖廢水排污量、養(yǎng)殖產(chǎn)污量結(jié)果核算的準確性時，底泥排污無需實驗監(jiān)測，可直接做差獲得。此外，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可明晰養(yǎng)殖廢水排放、淤泥清理及成魚收獲時帶出池塘的營養(yǎng)物占比情況（底泥/成魚/排水占比=底泥/成魚/排水÷總營養(yǎng)物含量），通過數(shù)據(jù)分析可知，在小型池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中底泥中TN約占總排污的60%，TP占比高達85%，成魚收獲時帶出的TN約占40%，TP約占15%，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖的合理化及養(yǎng)殖模式等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，尤其為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理及回收再利用，及池塘養(yǎng)殖餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。

表7 研究區(qū)池塘養(yǎng)殖源匯中污染物含量（kg）Table 7 Information of pollutant content in sources and sinks of pond culture in research area（kg）

4 結(jié)論

（1）不同池塘養(yǎng)殖污染負荷核算方法數(shù)據(jù)需求、適用性、優(yōu)缺點等有所差異，在核算時可根據(jù)種群差異、自然水體中氮磷含量信息、結(jié)果需求等進行方法選擇。

（2）池塘水管理過程及底泥考慮與否對污染負荷核算結(jié)果的準確性有直接影響，其中，水管理過程對排污系數(shù)法和化學分析法影響較大，底泥對竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負荷率法影響較大。

（3）改進化學分析法的突出優(yōu)點：可以對養(yǎng)殖水體和底泥中污染負荷分別進行核算，準確反映池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理、再利用及餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。