海灣扇貝養(yǎng)殖自身污染對養(yǎng)殖海區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響

沈雨欣，李書杰，李希磊，于 瀟，楊俊麗，崔龍波

(煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264005)

海灣扇貝(Argopectenirradias)原產(chǎn)于美國東海岸，自1982年由張福綏引進(jìn)養(yǎng)殖以來，發(fā)展迅速，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益[1]，并形成了我國獨(dú)具特色的海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1998年我國海灣扇貝養(yǎng)殖面積接近7 000 hm2，養(yǎng)殖產(chǎn)量約30×104t[1]。近年來，由于國外優(yōu)良海灣扇貝品種的引進(jìn)和育種技術(shù)的改進(jìn)，海灣扇貝養(yǎng)殖規(guī)模迅速擴(kuò)大。但隨著養(yǎng)殖年限的增加，養(yǎng)殖病害越發(fā)嚴(yán)重，其中最重要的原因之一是養(yǎng)殖自身污染問題。在我國近海海域，浮筏養(yǎng)殖的海灣扇貝糞便每年都大量堆積于海底，年復(fù)一年，養(yǎng)殖自身污染逐漸加劇，養(yǎng)殖環(huán)境不斷惡化，因而海灣扇貝養(yǎng)殖病害也就時有發(fā)生[2]。海水養(yǎng)殖正成為近岸海域的重要污染源，生態(tài)環(huán)境遭到一定的破壞。目前很多國內(nèi)外的研究[3]，通過科學(xué)化、合理化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)及控制養(yǎng)殖規(guī)模，希望改善養(yǎng)殖海區(qū)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)海灣扇貝養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。本文分析了海灣扇貝自身污染原因及其對養(yǎng)殖海區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，以期為生態(tài)環(huán)境的改善提供理論基礎(chǔ)。

1 海灣扇貝養(yǎng)殖自身污染

1.1 生物沉降

貝類的生物沉降作用和由此引起的養(yǎng)殖水域營養(yǎng)物滯留，會導(dǎo)致該養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域水體的底質(zhì)缺氧、水質(zhì)惡化[4]。海灣扇貝是一種濾食性動物，通過過濾水體攝取浮游植物和有機(jī)顆粒，但并非水體中全部顆粒物都被其過濾，其中未被過濾的部分產(chǎn)生假糞，而被過濾卻無法消化的部分通過糞便排出，假糞與糞便統(tǒng)稱為生物沉積物，它們的的沉降即為生物沉降[5-6]。

海灣扇貝多為筏式養(yǎng)殖，在生物量大的養(yǎng)殖區(qū)域，貝類攝食量大、排泄物多[2]，通過生物沉降將大量懸浮物包括本應(yīng)懸浮的有機(jī)物運(yùn)至水體底層，這些有機(jī)物在水底的堆積加強(qiáng)了微生物的分解活動，使底質(zhì)對氧的需求增加，一旦沉積物累積到一定程度，超出了水體環(huán)境的最大容納量，就會產(chǎn)生無氧或缺氧環(huán)境[5]，促進(jìn)脫氨和硫還原過程，進(jìn)而導(dǎo)致無機(jī)營養(yǎng)鹽從底質(zhì)到水體的加速釋放[6]，極大地增加了海水富營養(yǎng)化的可能。

1.2 養(yǎng)殖密度

梁玉波等[2]對海灣扇貝的研究表明，來源于貝類代謝物(主要為糞便)的有機(jī)氮和無機(jī)氮會造成養(yǎng)殖的自身污染[4]。在有限的養(yǎng)殖范圍內(nèi)，若增加生物投量，意味著養(yǎng)殖密度增大，海灣扇貝排泄物隨之增加，加上其筏式養(yǎng)殖的方式改變了水體流速和水流方向，使水體交換與物質(zhì)循環(huán)的速度大大減慢[3]，導(dǎo)致海水不能實(shí)現(xiàn)及時的自身凈化，無法把海水里的糞便及多余的營養(yǎng)鹽等污染物帶走，使養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)懸浮物的淤積更加嚴(yán)重，長此以往便會導(dǎo)致附近水域水質(zhì)惡化，滋生大量繁殖性病原微生物弧菌，引起自身污染。有研究證實(shí)，某些海灣地區(qū)由于高密度養(yǎng)殖而產(chǎn)生的殘餌和糞便等廢物很可能刺激近海赤潮發(fā)生[3，7]。

養(yǎng)殖密度過大勢必導(dǎo)致部分海灣扇貝攝食不足或無食可取，其體質(zhì)下降在所難免，一旦環(huán)境不適，患病或死亡的可能性便會加大，部分扇貝的死亡也可能誘發(fā)大批扇貝的死亡，造成養(yǎng)殖水域的污染并誘發(fā)病原生物繁殖，產(chǎn)生惡性循環(huán)，故合理控制養(yǎng)殖密度對防治海灣扇貝養(yǎng)殖自身污染具有一定的作用。

2 海灣扇貝養(yǎng)殖對養(yǎng)殖海區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響

2.1 海灣扇貝養(yǎng)殖對養(yǎng)殖海區(qū)水質(zhì)的影響

2.1.1 溶解氧(DO)含量降低

溶解氧(DO)是溶解于水中的分子態(tài)氧，水中DO含量的多少是衡量水體自凈能力的一個指標(biāo)。水質(zhì)良好的水體DO含量應(yīng)維持在5～10 mg/L，海灣扇貝養(yǎng)殖所需DO含量不應(yīng)低于5 mg/L。一旦水體的耗氧速度超過氧的補(bǔ)給速度，水體中的DO含量就會不斷減少[3]，就難于恢復(fù)到初始狀態(tài)。在高密度養(yǎng)殖區(qū)，海灣扇貝呼吸要消耗大量的DO，散失在水體中的排泄物也需要消耗大量的DO而氧化分解；在養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中，有機(jī)污染物主要來源于養(yǎng)殖貝類的糞便和未及時攝食掉的餌料，自身有機(jī)污染越嚴(yán)重，耗氧量也就越大[2]，陶平等[8]的模擬研究也證明了這一點(diǎn)，因此，養(yǎng)殖水體中的DO含量通常低于非養(yǎng)殖區(qū)[3]。

2.1.2 酸堿度(pH)降低

2.1.3 總氮(TN)濃度和總磷(TP)濃度升高

2.1.4 營養(yǎng)鹽的再生

楊紅生等[9]認(rèn)為濾食性貝類通過生物性沉積，導(dǎo)致有機(jī)沉積物的增加，以及養(yǎng)殖過程中死亡生物體的沉降分解，加速了底質(zhì)氧的消耗，減少間隙水中氧的含量，加速硫的還原和脫氮作用，產(chǎn)生H2S和NH3等有害物質(zhì)[10]。一方面，扇貝攝取浮游植物后直接排出代謝中產(chǎn)生的氨氮和磷酸鹽等廢物，供浮游植物生長利用；另一方面，由于微生物活動增強(qiáng)，扇貝的排泄物進(jìn)入底層后被分解，向水中釋放營養(yǎng)鹽或脫氮產(chǎn)生N2[11]，加速了貝床沉積物中營養(yǎng)鹽的再生。楊衛(wèi)華等[12]認(rèn)為扇貝養(yǎng)殖期形成的生物沉積長期存在，并對養(yǎng)殖海區(qū)水體的營養(yǎng)鹽濃度和循環(huán)產(chǎn)生一定的影響。

2.1.5 葉綠素a含量減少

葉綠素a通過光合作用將無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為基本有機(jī)物質(zhì)，是判斷海區(qū)水域可養(yǎng)育生物資源能力的直接指標(biāo)之一[13]，決定著所能承載海灣扇貝的養(yǎng)殖量。董雙林等[14]對海灣扇貝在海水池塘中的研究，發(fā)現(xiàn)放養(yǎng)海灣扇貝的圍隔(密度在1.0、2.0、3.0、4.0個/m2)中葉綠素a含量均有不同程度的下降，最多達(dá)6 %。在10月，養(yǎng)殖海區(qū)扇貝個體長大、攝食量增加，葉綠素a降到全年最低值；在扇貝收獲后的11月，葉綠素a的含量有所提高[13]。海灣扇貝的攝食對葉綠素a的含量有一定的影響。

2.2 海灣扇貝養(yǎng)殖對養(yǎng)殖海區(qū)浮游植物的影響

2.2.1 浮游植物多樣性指數(shù)

海灣扇貝對浮游植物進(jìn)行濾食性攝食，產(chǎn)生下行控制，使養(yǎng)殖海區(qū)的浮游植物生物量減少[14]。另外，扇貝養(yǎng)殖時間的增加和養(yǎng)殖面積的擴(kuò)增，使養(yǎng)殖海區(qū)水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)惡化、光照相應(yīng)減少，浮游植物的生長受到抑制[15]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[16]，濾食性貝類只攝食含有特種形式脂肪酸的藻類，而少攝食或不攝食含有毒素或不易消化的藻類，而且不同種類和不同大小的濾食性貝類所選擇濾食的藻類也不同。浮游植物的攝食壓力和生長受制，使浮游植物多樣性指數(shù)逐年降低。

2.2.2 浮游植物的群落結(jié)構(gòu)

趙宇等[15]對河北昌黎扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)扇貝養(yǎng)殖面積不同，每年的優(yōu)勢種和優(yōu)勢度也各不相同，高密度貝類養(yǎng)殖還會改變浮游生物的群落結(jié)構(gòu)[11]。不同大小的海灣扇貝對浮游植物的攝食規(guī)格選擇性不同[17]；在扇貝生長的不同時期，養(yǎng)殖海區(qū)的營養(yǎng)鹽的濃度和比例不同，以及每種浮游植物生物量不同，因此浮游植物的群落結(jié)構(gòu)也隨之改變。研究發(fā)現(xiàn)浮游微型植物對高濃度的氨鹽、硝酸鹽和有機(jī)氮具有一定的適應(yīng)性，通常高濃度的氨會抑制浮游藻類對其它氮鹽的吸收，而微型浮游植物的氨抑制閾值大于小型藻類，能夠吸收其它的含氮營養(yǎng)鹽，如硝酸鹽和尿素等[6]，因此微型浮游植物得以生長，在群落中占據(jù)的比例也就相應(yīng)增大。

2.3 海灣扇貝養(yǎng)殖對養(yǎng)殖海區(qū)水動力特征的影響

海灣扇貝是浮筏式養(yǎng)殖，其養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)減緩海水表層流速，降低養(yǎng)殖區(qū)水體的交換率，而且其自身也對水流產(chǎn)生阻力，當(dāng)養(yǎng)殖面積和養(yǎng)殖密度達(dá)到一定規(guī)模，其對水體流動的影響累積增大，從而降低海流速度，使養(yǎng)殖海區(qū)水動力特征發(fā)生改變[18]。

3 海灣扇貝養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展及沿海生態(tài)環(huán)境的保護(hù)

海灣扇貝養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的自身污染，造成了其養(yǎng)殖水域水質(zhì)惡化，對沿海生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，針對這些問題，必須采取科學(xué)合理的方式和有效的措施來防止或減少海灣扇貝養(yǎng)殖引起的污染，保護(hù)沿海生態(tài)環(huán)境。

3.1 海灣扇貝養(yǎng)殖自身污染防治措施

3.1.1 科學(xué)合理規(guī)劃，控制養(yǎng)殖規(guī)模

密集養(yǎng)殖必然導(dǎo)致海灣扇貝攝取營養(yǎng)不均，且超出水體自身的凈化能力，因此必須對養(yǎng)殖水域進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，在已有的生態(tài)研究基礎(chǔ)上，根據(jù)調(diào)查水域的各項(xiàng)指標(biāo)，確定養(yǎng)殖水體對營養(yǎng)元素的負(fù)載能力；確定水體的養(yǎng)殖容量[3]；在水域達(dá)到水質(zhì)指標(biāo)要求及良好水動力條件下，確定合理的養(yǎng)殖密度，控制養(yǎng)殖規(guī)模，進(jìn)一步提出不同類型海區(qū)的養(yǎng)殖模式，對養(yǎng)殖種類和養(yǎng)殖密度提出科學(xué)根據(jù)[19]，使水域承受得起所能達(dá)到的最大養(yǎng)殖納污量，或者說使養(yǎng)殖自身污染能夠控制在水體自凈的能力范圍之內(nèi)，以保障海灣扇貝養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。

3.1.2 優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，改進(jìn)養(yǎng)殖技術(shù)

進(jìn)行藻類間養(yǎng)，利用大型藻類可以吸收多余營養(yǎng)鹽的特性，降低水體的有機(jī)物和其他營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷，同時提高養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[6]；發(fā)展海底增養(yǎng)殖，利用養(yǎng)殖過程中沉降的代謝產(chǎn)物，作為底棲類生物的營養(yǎng)物質(zhì)，既清潔了水體環(huán)境，又能減少底層的自身污染。

海灣扇貝的生活習(xí)性是喜靜不喜動，在其殼高0.8～1.0 cm時足絲脫落，就失去了自我附著能力，在養(yǎng)殖吊籠中隨著風(fēng)浪顛簸而不能保持平衡和穩(wěn)定，從而產(chǎn)生聚堆現(xiàn)象，增加了扇貝間相互咬合的機(jī)會，咬合后的扇貝輕者出現(xiàn)畸形，影響生長，重者導(dǎo)致死亡，所以增強(qiáng)網(wǎng)籠在水中的穩(wěn)定性十分重要[20]。

此外，還要根據(jù)生物與環(huán)境的辯證關(guān)系，因地制宜開辟新的、更多的養(yǎng)殖種類。在實(shí)踐中不斷改進(jìn)養(yǎng)殖技術(shù)，使海水貝類養(yǎng)殖穩(wěn)定、健康地發(fā)展[19]。

3.2 沿海生態(tài)環(huán)境的修復(fù)與管理

3.2.1 合理利用生物修復(fù)技術(shù)

利用生物修復(fù)技術(shù)，特別是利用微生物降解有機(jī)污染物并將其轉(zhuǎn)化為其他無害物質(zhì)的能力來控制和改善養(yǎng)殖環(huán)境，從而達(dá)到控制和優(yōu)化養(yǎng)殖水域生態(tài)環(huán)境的目的[21]。

3.2.2 強(qiáng)化體制，嚴(yán)格管理

為了保證我國近海水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展和良好的生態(tài)環(huán)境，有關(guān)部門應(yīng)盡快強(qiáng)化保護(hù)我國近海水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的管理框架、法規(guī)條例，完善水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)[22]，加強(qiáng)對水產(chǎn)養(yǎng)殖人員的科學(xué)指導(dǎo)和技術(shù)培訓(xùn)，依法懲治不合格養(yǎng)殖人員，嚴(yán)格管理沿海生態(tài)環(huán)境的利用。

3.2.3 加強(qiáng)沿海生態(tài)環(huán)境保護(hù)教育力度

對于廣大人民群眾，特別是水產(chǎn)養(yǎng)殖者和政府決策者，要加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境方面的教育[21]，普及由水產(chǎn)養(yǎng)殖引起的海水水質(zhì)惡化等水環(huán)境污染方面的知識，講解養(yǎng)殖過程中管理不善或開發(fā)過程缺乏明確的規(guī)劃和控制造成的影響，使他們在養(yǎng)殖和決策過程中自覺地意識和考慮到對沿海生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。