黃河三角洲海水池塘梯度利用水質(zhì)狀況分析

高云芳，冷春梅，董貫倉，李秀啟

（山東省淡水漁業(yè)研究院，山東省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點實驗室，山東 濟(jì)南 250013）

氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)不僅是養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的重要元素，其在水體中的含量還會引起浮游植物群落結(jié)構(gòu)的差異，并會導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)的沉積從而成為水產(chǎn)養(yǎng)殖自身污染的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式排出的養(yǎng)殖污水中，氮磷的含量高，容易造成近海水域的水體富營養(yǎng)化[1]，特別是伴隨著海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，養(yǎng)殖廢水特別是營養(yǎng)物質(zhì)的排放問題，已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。海水養(yǎng)殖自身污染已成為我國近岸海域重要污染源之一[2]。養(yǎng)殖廢水的主要營養(yǎng)污染源為養(yǎng)殖生物的排泄物和代謝物、藻類殘體等，人工合成投喂的餌料、殘餌等都富含各種營養(yǎng)物質(zhì)[3-4]。大量養(yǎng)殖廢水直接排放嚴(yán)重威脅了近海環(huán)境，也為赤潮生物提供了適宜的生態(tài)環(huán)境,使其繁殖加快,誘發(fā)赤潮[5，6]。雖然近年來，為降低養(yǎng)殖廢水排放，集約化、半集約化循環(huán)水養(yǎng)殖方式紛紛出現(xiàn)，通過理化及生物學(xué)方法對養(yǎng)殖尾水進(jìn)行處理，但是處理不充分的養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用不僅對養(yǎng)殖產(chǎn)生不良影響，降低了養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)，且該處理過程造成了養(yǎng)殖成本的大幅增加。同時，技術(shù)上可行并不等同于經(jīng)濟(jì)上有效。在技術(shù)上片面追求零污染、零排放，可能會因為成本過高而在生產(chǎn)作業(yè)領(lǐng)域無法真正實施[3，7]。

黃河三角洲高涂海水養(yǎng)殖過程中，南美白對蝦養(yǎng)殖盡管建立了完整的養(yǎng)殖技術(shù)體系，但絕大多數(shù)仍以大量換水來改善水質(zhì)；海參池塘養(yǎng)殖雖取得“東參西養(yǎng)”的巨大突破也是以單養(yǎng)為主，但生境條件的不足及粗放養(yǎng)殖的低效，也有待生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化?？傮w而言，雖然黃河三角洲地區(qū)擁有豐富的高涂土地資源，但高涂鹽堿地池塘養(yǎng)殖目前仍存在產(chǎn)量不高、養(yǎng)殖種類單一和環(huán)境污染等問題，仍需進(jìn)行混養(yǎng)模式及養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控技術(shù)研究。“一水多用”綜合利用鹽田及海水資源，有機(jī)結(jié)合海洋化工產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)海水綜合養(yǎng)殖、養(yǎng)殖廢水零排放[1]，能克服循環(huán)養(yǎng)殖方式的不足，對促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)和海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。為此，本研究選擇不同鹽度梯度下的進(jìn)水渠、初級海水南美白對蝦養(yǎng)殖池、次級海水鹵蟲增養(yǎng)殖池塘、溴素提取調(diào)節(jié)池塘和曬鹽池塘以及高涂海參和蝦蟶養(yǎng)殖池塘，對“一水多用”模式下不同鹽度梯度池塘水體的生境狀況展開調(diào)查，旨在全面了解“一水多用”的梯度利用過程中水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，為今后科學(xué)規(guī)劃梯度養(yǎng)殖和生態(tài)調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測水體

于2016 年5 月、8 月、11 月在黃河三角洲北部沿海高涂池塘進(jìn)行了3 次不同梯度的調(diào)查取樣，取樣池塘分別為進(jìn)水渠（JS）、初級海水南美白對蝦養(yǎng)殖池（DX）、蝦蟶混養(yǎng)池塘（YC）、海參養(yǎng)殖池塘(HS)、次級海水鹵蟲增養(yǎng)殖池塘（LC）、溴素提取調(diào)節(jié)池塘（TX）、曬鹽池塘（ZY），海水梯度利用流程見圖1。進(jìn)水渠引入的是海水進(jìn)入蓄水庫沉淀后的水，經(jīng)沉淀后，水質(zhì)得到一定程度的凈化，同時降低病毒傳播的機(jī)會。初級海水養(yǎng)殖池包括南美白對蝦養(yǎng)殖池、蝦蟶混養(yǎng)池塘和海參養(yǎng)殖池塘是系統(tǒng)內(nèi)三個平行養(yǎng)殖池。

圖1 “一水多用”海水梯度利用流程圖

1.2 水樣的采集和分析方法

每個池塘設(shè)3 個采樣點，有機(jī)玻璃采水器在水面0.3～0.5 m 水層處采水樣，3 個采樣點的水樣混合后用于以下指標(biāo)的測定：水溫（T）、pH 值、鹽度（Sal）、溶解氧（DO）、葉綠素a（Chl－a）、總氮（TN）、總磷（TP）和化學(xué)需氧量（CODMn）。監(jiān)測方法均參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[8]和《養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)實驗》[9]。

T、pH 值、Sal、DO 等指標(biāo)現(xiàn)場用YSI－556 MPS型水質(zhì)儀現(xiàn)場監(jiān)測；Chl－a 采用熒光葉綠素法進(jìn)行測定；TN、TP 采用QC8500 流動注射分析儀進(jìn)行測定；CODMn采用高錳酸鉀氧化法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析使用Excel 進(jìn)行，以P＜0.05作為差異統(tǒng)計學(xué)意義水平。

2 結(jié)果

2.1 溶解氧

“一水多用”海水梯度利用下不同水體DO 含量變化見圖2。各池塘DO 差異具統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），變化范圍為1.03～6.02 mg/L，總體表現(xiàn)為JS>YC>DXI>DXII>HS>LCI>LCIII>LCII>TXII>TXI>ZYI>ZYII>ZYIII。其中，進(jìn)水渠DO 含量最高為6.02 mg/L，隨著梯度利用，蝦蟶混養(yǎng)池和南美白對蝦養(yǎng)殖池水體DO 含量略有降低，分別為5.83 mg/L 和5.45 mg/L，海參養(yǎng)殖池水體DO 含量稍低，為4.68 mg/L；而伴隨鹽度的急劇上升，水體DO 含量呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，鹵蟲養(yǎng)殖池、溴素提取調(diào)節(jié)池塘和曬鹽池塘水體DO 含量均顯著低于進(jìn)水渠，水體DO 含量均低于3.5 mg/L，最低值出現(xiàn)在ZYIII 僅為1.03 mg/L。

2.2 含鹽量、pH 值

圖2 “一水多用”海水梯度利用下水體溶解氧含量情況

“一水多用”海水梯度利用下不同水體Sal、pH變化見圖3。各池塘Sal 變化范圍為25.60～186.55，pH 值變化范圍為2.54～8.66。隨著海水利用次數(shù)增加，其Sal、pH 值均呈現(xiàn)出了顯著變化，各池塘Sal 差異極具統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），pH 差異具統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。初級海水養(yǎng)殖過程中的海參養(yǎng)殖池、蝦蟶混養(yǎng)池、南美白對蝦養(yǎng)殖池乃至鹵蟲養(yǎng)殖池中海水pH 值與進(jìn)水渠相差不大，而化工提溴后海水pH值明顯降低，雖然至?xí)覃}池有所升高，仍顯著低于進(jìn)水渠海水的pH 值。而海水Sal 則呈現(xiàn)顯著地上升趨勢，其中蝦蟶混養(yǎng)池海水Sal 稍低于進(jìn)水渠、海參養(yǎng)殖池Sal 稍高于進(jìn)水渠，但均無統(tǒng)計學(xué)意義差異；對蝦養(yǎng)殖池Sal 開始顯著高于進(jìn)水渠，也表明了研究區(qū)對蝦養(yǎng)殖為高鹽養(yǎng)殖；至鹵蟲養(yǎng)殖池Sal 更高，均超過了100；而進(jìn)入濃縮池后，由于水分蒸發(fā)，海水Sal 顯著升高。

2.3 葉綠素a 含量

圖3“一水多用”梯度利用下海水Sal、pH 變化情況

圖4 為“一水多用”梯度海水利用下，不同利用方式池塘的水體Chl－a 含量情況。由圖4 可知，調(diào)查水體Chl－a 含量變化范圍為1.34～91.44 mg/L；不同水體Chl－a 含量由高到低為YC>DXI>TXII>DXII>JS>HS>LCIII>LCII>ZY>LCI>TXI。其中，蝦蟶混養(yǎng)和南美白對蝦養(yǎng)殖過程中投喂一定的餌料導(dǎo)致殘餌的存在，以及使用有機(jī)及無機(jī)肥肥水，使得水體Chl-a 含量顯著高于進(jìn)水渠；伴隨水體鹽度的升高，高鹽海水中浮游生物種類和數(shù)量急劇減少，導(dǎo)致鹵蟲養(yǎng)殖池、溴素提取調(diào)節(jié)池塘和曬鹽池塘水體Chla 含量很低，大多低于進(jìn)水渠，但其中溴素提取調(diào)節(jié)池塘TXII 水體Chl-a 含量較高，可能與水體有機(jī)物質(zhì)的富集、pH 的調(diào)節(jié)及水體中攝食生物的缺失有關(guān)。

圖4 “一水多用”梯度利用下海水Chl-a 變化情況

2.4 營養(yǎng)鹽含量

2.4.1 N 含量 海水梯度利用過程中不同階段海水TN 含量見圖5。由圖5 可知，梯度利用過程中經(jīng)由水產(chǎn)養(yǎng)殖利用，各池塘TN 差異顯著，變化范圍為3.38～19.36 mg/L，水體TN 含量有顯著提高，表現(xiàn)為ZYIII>ZYI>ZYII>TXI>TXII>LCI>LCII>LCIII>YC>DXII>DXI>JS>HS。其中，海參養(yǎng)殖池為3.31 mg/L稍低于進(jìn)水渠的3.38 mg/L。隨著海水的蒸發(fā)濃縮，鹵蟲養(yǎng)殖池5.92-6.95 mg/L、溴素提取調(diào)節(jié)池塘16.67～17.55 mg/L 和曬鹽池塘水體18.28～19.36 mg/L TN含量均顯著高于進(jìn)水渠3.38 mg/L（P<0.01）。

圖5 “一水多用”梯度利用下海水TN 變化情況

2.4.2 P 含量 海水梯度利用過程中不同階段海水TP 含量見圖6。由圖6 可知，梯度利用過程中水體中TP 含量的變化趨勢與TN 含量變化趨勢基本一致，濃度變化范圍為：0.14～0.77 mg/L。也表現(xiàn)出經(jīng)由水產(chǎn)養(yǎng)殖利用導(dǎo)致水體TP 含量有一定程度的提高，以及隨海水的蒸發(fā)濃縮水體TP 含量顯著增加，但在不同利用環(huán)節(jié)內(nèi)部的大小順序存在一定的差異，其大小順序為ZYIII>ZYII>ZYI>TXII>TXI>LCII>LCI>LCIII>YC>DXI>DXII>JS>HS。其中，海參養(yǎng)殖池0.14 mg/L 依然稍低于進(jìn)水渠0.15 mg/L。而隨著海水的蒸發(fā)濃縮，鹵蟲養(yǎng)殖池0.30～0.36 mg/L、溴素提取調(diào)節(jié)池塘0.39～0.40 mg/L 和曬鹽池塘水體0.47～0.77 mg/L 含量均顯著高于進(jìn)水渠0.15 mg/L（P<0.01）。

圖6“一水多用”梯度利用下海水TP 變化情況

2.5 化學(xué)需氧量含量

圖7 為“一水多用”梯度海水利用下，不同利用方式池塘的水體CODMn含量情況。由圖7 可知，調(diào)查水體CODMn濃度變化范圍為：4.95～24.17 mg/L，水體有機(jī)質(zhì)含量偏低。其中，海參養(yǎng)殖池塘CODMn含量4.95 mg/L 稍低于進(jìn)水渠5.54 mg/L，但差異并不明顯；而蝦蟶混養(yǎng)池、南美白對蝦養(yǎng)殖池乃至鹵蟲養(yǎng)殖池中海水CODMn含量均高于進(jìn)水渠，其中南美白對蝦養(yǎng)殖池和蝦蟶混養(yǎng)池與進(jìn)水渠差異不顯著，而鹵蟲養(yǎng)殖池水體CODMn含量顯著高于進(jìn)水渠；隨后，隨著水體的進(jìn)一步濃縮，溴素提取調(diào)節(jié)池塘和曬鹽池塘水體CODMn含量進(jìn)一步升高，水體CODMn含量均顯著高于進(jìn)水渠。

圖7 “一水多用”梯度利用下海水CODMn 變化情況

3 討論

3.1 海水池塘梯度利用下的水質(zhì)特征分析

從水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果來看，3 個平行初級海水養(yǎng)殖池：蝦蟶混養(yǎng)池、南美白對蝦養(yǎng)殖池和海參養(yǎng)殖池在進(jìn)水渠之后的設(shè)置均是可行的，在不降低水質(zhì)的同時，還可根據(jù)上市需求在不同養(yǎng)殖池養(yǎng)殖不同水產(chǎn)品，以達(dá)到水的循環(huán)利用。

3 個平行初級海水養(yǎng)殖池水體DO 含量均大于3 mg/L，符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[10]。研究表明蝦池的最佳DO 濃度在6～8 mg/L，才能促使蝦的快速生長[11]，該文中的DO 含量接近6 mg/L 基本滿足對蝦的快速生長需求。進(jìn)水渠、海參養(yǎng)殖池、蝦蟶混養(yǎng)池、南美白對蝦養(yǎng)殖池乃至鹵蟲養(yǎng)殖池中海水pH 值基本符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而經(jīng)由提溴化工后至?xí)覃}過程中，海水酸化現(xiàn)象嚴(yán)重，超出了漁業(yè)水質(zhì)的適宜標(biāo)準(zhǔn)。梯度利用過程中，隨著水體中含鹽量的增加，海水中Chl-a 含量和DO 含量均顯著降低，表明過高的鹽度顯著制約著水生生物的存在，但是卻給鹵蟲生長提供了良好的環(huán)境，有研究表明，鹵蟲生長水體的適宜鹽度在44～211 之間[12]。

海水利用梯度下，隨著海水的天然蒸發(fā)與逐級利用，調(diào)查中海水中N、P 含量均顯著高于進(jìn)水渠，水體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量呈現(xiàn)顯著的逐漸增加趨勢，在一定程度上表明了養(yǎng)殖過程中外源營養(yǎng)物質(zhì)的積累問題，但含量基本屬于II 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TN、TP 含量的梯度差異，表明水體TN、TP 收到外源營養(yǎng)物質(zhì)的投入、水體中生物的利用移除（如海參、鹵蟲）和水分蒸發(fā)的濃縮等因素的共同制約，濾食性貝類作為清潔型養(yǎng)殖方式，對養(yǎng)殖環(huán)境的確具有調(diào)節(jié)和修復(fù)的作用[13]。海水利用梯度下，本調(diào)查中監(jiān)測的CODMn含量比較高，造成這個結(jié)果的原因可能是海水在利用之前需提水靜置蒸發(fā)和海水自凈能力降低[14]引起，同時也可能是隨著養(yǎng)殖池塘水體中不斷投餌以及養(yǎng)殖動物排泄積累等原因。

3.2 海水池塘梯度利用下的經(jīng)濟(jì)效益

海水池塘梯度利用模式中，海水水質(zhì)變化對于養(yǎng)殖生物及?；a(chǎn)業(yè)具有重要影響。隨著鹵水濃縮過程不斷進(jìn)行，濃度進(jìn)一步提高，高濃度的N，P 會導(dǎo)致有害藻類如隱桿藻大量繁殖生長，增大鹵水粘度，從而降低鹵水的自然蒸發(fā)效果，繼而影響海鹽的產(chǎn)量和質(zhì)量[15，16]。但該研究中并沒有出現(xiàn)此優(yōu)勢藻[17]。可能是在高鹽度海水中生存的鹵蟲能凈化海水并防止藻類等浮游群落的大量繁殖即特有的濾食作用，避免鹵水變粘，有效提升結(jié)晶鹽的品質(zhì)[15，18]。另外，鹵蟲增殖還可以使鹽田的生態(tài)趨于平衡[19]。因此，應(yīng)在鹵蟲養(yǎng)殖池中進(jìn)行適當(dāng)?shù)柠u蟲增殖，以提升鹽的產(chǎn)量和品質(zhì)，從而增加經(jīng)濟(jì)效益。在海參養(yǎng)殖池中，全程不投餌的生態(tài)養(yǎng)殖模式，基本無外源營養(yǎng)物質(zhì)的投入，加之海參對水生生物的利用，海參養(yǎng)殖池的水質(zhì)指標(biāo)TN、TP、COD、Chl-a 含量都是最低的[20]。淺海貝藻養(yǎng)殖不僅能提供大量優(yōu)質(zhì)、健康的藍(lán)色海洋食物，同時又對控制水域富營養(yǎng)化、二氧化碳減排做出了很大的貢獻(xiàn)。

目前，研究和應(yīng)用的海水健康養(yǎng)殖模式，就是要通過一水多層級綜合養(yǎng)殖，既能生產(chǎn)出大量海產(chǎn)品，增加漁民收入，又盡可能地減少養(yǎng)殖對環(huán)境造成的不利影響[13]。同時，通過海水池塘梯度養(yǎng)殖、水質(zhì)凈化等措施確保海水水質(zhì)及鹽化工的安全。