夏季環(huán)鄱陽湖區(qū)典型養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化特征與評價

樓 倩，郭春晶，代濤濤，袁桂香，鐘家有，韓 柳，符 輝,

(1.江西省水利科學(xué)研究院，鄱陽湖水資源與環(huán)境重點實驗室，南昌 330029；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

作為當(dāng)今湖泊流域面源污染的重要污染源，水產(chǎn)養(yǎng)殖排污已成為了我國農(nóng)業(yè)面源污染的五大污染源之一[1]。 隨著我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量及養(yǎng)殖面積的逐年增長[2]，隨之而來的富營養(yǎng)類物質(zhì)(主要來源于餌料及生物代謝物)[3]、重金屬[4]及抗生素[5-6]等對水生態(tài)環(huán)境、水產(chǎn)品具有直接或間接危害性物質(zhì)的排放量急劇增加[7]。池塘養(yǎng)殖是目前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要方式[8]，多具有養(yǎng)殖密度高、施肥投餌量大的特點[9]，大量未被食用的餌料、魚類糞便不斷累積，極易導(dǎo)致養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化以及底質(zhì)污染[10]。而富營養(yǎng)化水體中的高氨氮含量會對魚類有毒害作用[11]，有利于水體中藻類異常增殖，隨著大量的藻類死亡(尤其是夏季)，不僅將造成水體缺氧、致病微生物滋生，還將產(chǎn)生多種次級代謝產(chǎn)物(如藍(lán)藻毒素等)影響魚類生長發(fā)育甚至危及人類健康[5,10]。此外，養(yǎng)殖廢水經(jīng)換水時進入湖泊、水庫及河流中，更直接加劇了就近水域的水環(huán)境問題[12]。

鄱陽湖環(huán)湖區(qū)縣作為長江流域重要的魚類資源種質(zhì)庫及淡水漁業(yè)生產(chǎn)基地，已逐漸形成了以中華絨螯蟹(EriocheirsinensisH.Milne-Edwards)、鱖(Sinipercachuatsi)、黃鱔(Monopterusalbus)、烏鱧(Channaargus)、三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)、中華鱉(Trionyxsinensis)等為主的特色養(yǎng)殖基地。近年來，圍繞鄱陽湖農(nóng)業(yè)面源污染[13]、畜禽養(yǎng)殖排污量[14]、部分養(yǎng)殖水體水環(huán)境狀況[15-16]等問題開展了許多研究工作，但是全面摸清鄱陽湖區(qū)各類水產(chǎn)養(yǎng)殖水體水環(huán)境現(xiàn)狀的研究較少，因此了解鄱陽湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境健康與否具有重要意義。本文通過對夏季環(huán)鄱陽湖區(qū)典型養(yǎng)殖水體進行抽樣調(diào)查，分析不同養(yǎng)殖水體的物理化學(xué)指標(biāo)、浮游植物群落多樣性，進而評價不同養(yǎng)殖水體營養(yǎng)水平，為環(huán)鄱陽湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體污染防治與水環(huán)境生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域概況

環(huán)鄱陽湖區(qū)是江西省最大的漁業(yè)產(chǎn)區(qū)，環(huán)湖周邊11個縣(區(qū))的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)尤為發(fā)達(dá)。本研究選取湖口縣、都昌縣、鄱陽縣、余干縣、進賢縣的典型水產(chǎn)養(yǎng)殖水體為研究對象，各調(diào)查區(qū)域位置分布與水產(chǎn)養(yǎng)殖面積[15,17-18]如圖1所示。

圖1 調(diào)查區(qū)域位置及養(yǎng)殖水面面積示意圖Fig.1 Location and aquaculture surface area of research area

1.2 樣品采集與分析

1.3 多樣性指數(shù)

采用Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Weaver多樣性指數(shù)以及Pielou均勻度指數(shù)分別反映生物群落的豐富程度、群落中物種間個體均勻分布程度以及群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度[22]。

1.4 水質(zhì)評價及數(shù)據(jù)分析

本文利用水質(zhì)指標(biāo)及浮游植物多樣性指標(biāo)評價不同養(yǎng)殖水體的污染情況。其中選取TN、TP、Chl-a、SD、高錳酸鹽指數(shù)作為水質(zhì)評價的基本因子并采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[23]對不同養(yǎng)殖水體的營養(yǎng)水平進行評價；利用浮游植物多樣性指數(shù)評價水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照魯敏等[22]。本文采用Origin8.5和SPSS17.0進行圖形繪制與數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)鄱陽湖區(qū)養(yǎng)殖水體基本理化特征及水質(zhì)評價

表1 環(huán)鄱陽湖區(qū)不同精養(yǎng)池塘主要富營養(yǎng)化水質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Main eutrophication water quality indexes among different kinds of intensive ponds around Poyang Lake area mg/L

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法適用于污染較重的湖庫水體營養(yǎng)狀態(tài)評價[24]，由于池塘養(yǎng)殖水體各水質(zhì)指標(biāo)值均較高，且最終將與湖泊、河流的局部區(qū)域發(fā)生交換，因此采取綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法來評價不同養(yǎng)殖水體的營養(yǎng)水平，可以更直觀地表現(xiàn)出養(yǎng)殖水體對周邊水環(huán)境的潛在威脅?；谒|(zhì)指標(biāo)計算[25]得到評價結(jié)果如表2所示。單因子狀態(tài)指數(shù)中，TN、TP的營養(yǎng)狀態(tài)最高，全部養(yǎng)殖水體的TLI(∑)值均大于70，處于重度富營養(yǎng)水平。綜合富營養(yǎng)化程度最高的水體為泥鰍養(yǎng)殖水體，最低為三角帆蚌養(yǎng)殖水體。

2.2 浮游植物群落組成及多樣性

環(huán)鄱陽湖區(qū)池塘養(yǎng)殖水體共鑒定出浮游植物。8門10綱16目40科61屬95種(含2種變種)。其中硅藻門、綠藻門種類數(shù)量最多，均占總種數(shù)的33.7%，其次是藍(lán)藻門，占21.1%，隱藻門(Cryptophyta)、金藻門(Chrysophyta)、黃藻門(Xanthophyta)、裸藻門(Euglenophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)種類均較少，共占總種數(shù)的11.6%。

表2 不同養(yǎng)殖水體營養(yǎng)狀態(tài)綜合評價結(jié)果Tab.2 Comprehensive evaluation results of eutrophic status in different aquaculture water

圖2 環(huán)鄱陽湖各養(yǎng)殖水體中浮游植物組成情況Fig.2 Structure of phytoplankton community in different aquaculture water

基于不同養(yǎng)殖水體中各種浮游植物的細(xì)胞密度占每種養(yǎng)殖水體中浮游植物細(xì)胞總數(shù)的比例得到各養(yǎng)殖水體中浮游植物細(xì)胞組成如圖2所示，所有養(yǎng)殖水體中浮游植物均以藍(lán)藻門為優(yōu)勢種群，硅藻門、綠藻門為次優(yōu)勢種群，不同養(yǎng)殖水體中浮游植物種類數(shù)量有所差異，以翹嘴鲌(Culteralburnus)養(yǎng)殖水體中種類最多(46種)，泥鰍養(yǎng)殖水體中種類最少(21種)。藍(lán)藻門的微囊藻屬(Microcystis)、綠藻門的卵囊藻屬(Oocystis)以及硅藻門的直鏈藻屬(Melosira)為優(yōu)勢屬，銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)為絕對優(yōu)勢種。浮游植物細(xì)胞密度以中華鱉養(yǎng)殖水體最大(平均值為63.98×106cells/L)，以四大家魚混養(yǎng)水體中密度最小(平均值為5.53×106cells/L)；生物量則以泥鰍養(yǎng)殖水體中為最高，達(dá)到55.04 mg/L，而三角帆蚌水體中為最低，為9.24 mg/L(如圖3所示)。

圖3 環(huán)鄱陽湖各養(yǎng)殖水體中浮游植物細(xì)胞平均密度及平均生物量Fig.3 Mean cell density and biomass of phytoplankton in different aquaculture water

1-中華鱉，2-中華絨螯蟹，3-四大家魚混養(yǎng)，4-黃鱔，5-烏鱧，6-泥鰍，7-三角帆蚌，8-翹嘴鲌，9-鱖

如表3所示，不同養(yǎng)殖類型的Margalef豐富度指數(shù)變化范圍為1.12～2.78，其中以黃鱔、翹嘴鲌、四大家魚混養(yǎng)、鱖養(yǎng)殖水體的物種豐富度相對較高。而Shannon-Weaver多樣性指數(shù)普遍偏低，表明環(huán)鄱陽湖養(yǎng)殖水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)較為簡單，Pielou均勻度指數(shù)與Shannon-Weaver多樣性指數(shù)呈較為一致的變化規(guī)律(Pearson相關(guān)系數(shù)r=0.987，在0.01水平雙側(cè)上顯著相關(guān))，其中以中華鱉養(yǎng)殖水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)最為簡單、分布極為不均勻。利用浮游植物多樣性指數(shù)評價水質(zhì)結(jié)果表明，環(huán)鄱陽湖池塘養(yǎng)殖水體的水質(zhì)狀況均處于重污染-嚴(yán)重污染水平，與水質(zhì)綜合營養(yǎng)狀況相一致。

表3 不同養(yǎng)殖水體浮游植物多樣性指數(shù)Tab.3 The diversity indexes of phytoplankton in different aquaculture water

3 討論

由于所調(diào)查的養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)物質(zhì)濃度較高，加上正處于夏季高溫，養(yǎng)殖水體浮游植物數(shù)量擴增但群落結(jié)構(gòu)卻變得單一，銅綠微囊藻逐漸成為單優(yōu)種，這不僅有使水體溶解氧下降而導(dǎo)致養(yǎng)殖對象死亡的風(fēng)險，產(chǎn)生的微囊藻毒素還將毒害魚類的多種身體器官[26]，另如青魚、鲌魚等鯉科魚類會攝食銅綠微囊藻，使得這些魚類體內(nèi)富集微囊藻毒素，最終危及人類健康[27]。因此養(yǎng)殖戶在處理好外源營養(yǎng)輸入(餌料投加量)與滿足養(yǎng)殖對象生長需要的關(guān)系時，還要注意增加泵氧，有助于提高水體中溶解氧含量(氧化還原電位)，從而阻礙銅綠微囊藻的生長[28]，盡量避免藍(lán)藻水華現(xiàn)象發(fā)生。

結(jié)合歷年對鄱陽湖區(qū)域特種養(yǎng)殖水體污染的調(diào)查[15-16]，可知該流域典型養(yǎng)殖水體普遍存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象且沒有逐年改善的趨勢，有研究表明通過水產(chǎn)養(yǎng)殖污水排放是鄱陽湖流域入湖污染物的重要來源之一，污染物排放通量從大到小依次為化學(xué)需氧量、總氮、氨氮、總磷[29]，在本研究中與外界自然水體存在經(jīng)常性交換的養(yǎng)殖水體有中華鱉、黃鱔、三角帆蚌養(yǎng)殖水體等，其中中華鱉養(yǎng)殖水體中總氮、氨態(tài)氮、總磷含量高達(dá)：7.52 mg/L、2.10 mg/L、1.59 mg/L。這些養(yǎng)殖池塘多分布于湖濱區(qū)域，周邊河網(wǎng)水系較為發(fā)達(dá)，如此高濃度的污染水體通過水系排入湖灣地區(qū)，由于湖灣地區(qū)水體交換速度慢，在短時間內(nèi)極有可能造成湖灣局部水體的富營養(yǎng)化[30]，在夏季還易導(dǎo)致藍(lán)藻水華爆發(fā)，因此為保鄱陽湖“一湖清水”，環(huán)鄱陽湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體污染排放和治理亟待采取有效措施。

4 結(jié)論

(1)通過測定夏季環(huán)鄱陽湖區(qū)池塘養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化指標(biāo)，對比《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》中規(guī)定的限值發(fā)現(xiàn)，所有養(yǎng)殖水體基本處于Ⅲ～Ⅴ類水質(zhì)狀態(tài)，其中中華鱉、泥鰍養(yǎng)殖水體水質(zhì)狀況最差，鱖、三角帆蚌、中華絨螯蟹養(yǎng)殖水體水質(zhì)情況相對較好。這些含有高濃度營養(yǎng)物質(zhì)的養(yǎng)殖水體基本以不經(jīng)任何處理就近排放為主，勢必會對周邊地表水產(chǎn)生影響，應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)部門的注意。

(2)夏季環(huán)鄱陽湖區(qū)池塘養(yǎng)殖水體中浮游植物細(xì)胞密度從大到小依次為中華鱉>泥鰍>中華絨螯蟹>烏鱧>翹嘴鲌>三角帆蚌>鱖>黃鱔>四大家魚混養(yǎng)；浮游植物生物量從大到小依次為泥鰍>中華絨螯蟹>中華鱉>黃鱔>鱖>四大家魚混養(yǎng)>翹嘴鲌>烏鱧>三角帆蚌。根據(jù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的分析可知，藍(lán)藻在富營養(yǎng)化過程中逐漸成為優(yōu)勢種，形成藍(lán)藻水華，不利于池塘養(yǎng)殖水環(huán)境健康發(fā)展。

(3)基于養(yǎng)殖水體的富營養(yǎng)化指標(biāo)和浮游植物多樣性指數(shù)評價水質(zhì)的結(jié)果較為一致，二者均說明夏季環(huán)鄱陽湖典型池塘養(yǎng)殖水體已發(fā)生嚴(yán)重富營養(yǎng)化，且均為重污染-嚴(yán)重污染水平，因此池塘養(yǎng)殖水生態(tài)環(huán)境污染問題亟待解決。