河南省池塘養(yǎng)殖水體氮磷元素污染現(xiàn)狀研究

夏杰

一、河南省池塘養(yǎng)殖現(xiàn)狀

河南省池塘養(yǎng)殖主要集中在鄭州市、洛陽(yáng)市、開(kāi)封市等沿黃地區(qū)，主要以高密度集約化養(yǎng)殖為主，產(chǎn)量較高。也有豫南及部分山區(qū)丘陵地帶利用堰壩進(jìn)行養(yǎng)殖。河南省池塘養(yǎng)殖以混養(yǎng)為主，單產(chǎn)相對(duì)較低。河南省池塘養(yǎng)殖在長(zhǎng)期的養(yǎng)殖過(guò)程中，早已形成了一套非常成熟的規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)體系。細(xì)觀整個(gè)發(fā)展歷程，池塘養(yǎng)殖以產(chǎn)量高、生產(chǎn)靈活、風(fēng)險(xiǎn)小、投資少和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)受到漁民大力歡迎。即使是在工廠化養(yǎng)殖蓬勃發(fā)展的今天，池塘養(yǎng)殖也是河南省水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)特別是沿黃地區(qū)不可或缺的重要組成部分。河南省發(fā)展池塘養(yǎng)殖最初的目的是為了獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益而創(chuàng)建的一種人工飼養(yǎng)系統(tǒng)。因此，為了獲得更高的產(chǎn)量和收益，在有限的水面中不斷提高養(yǎng)殖密度成為了最便捷的手段。為了保證養(yǎng)殖品種能夠獲得生長(zhǎng)所需的能量，養(yǎng)殖戶(hù)會(huì)在養(yǎng)殖過(guò)程中使用過(guò)量的飼料等投入品，其中一部分沒(méi)有轉(zhuǎn)化為能量，反而形成了過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入到養(yǎng)殖水體中。隨著時(shí)間的積累，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一部分溶解在養(yǎng)殖水體中，一部分形成沉淀進(jìn)入池塘底泥，池塘的養(yǎng)殖環(huán)境也會(huì)日益惡化。研究結(jié)果顯示，在對(duì)蝦精養(yǎng)池塘中，水體中的磷元素主要來(lái)源于日常的飼料投喂，占比可達(dá)72.57%，而進(jìn)入到收獲物蝦體內(nèi)的磷僅占總投喂量的20.90%。同樣，氮的輸入來(lái)源也是以飼料為主，占比達(dá)到59.87%，而進(jìn)入到收獲物蝦體內(nèi)的氮僅占27.40%，其余絕大部分的氮都溶解在了養(yǎng)殖水體中，占61.06%。絕大部分營(yíng)養(yǎng)元素都會(huì)以化合物的形式沉積在底泥中或溶解于養(yǎng)殖水體。在養(yǎng)殖過(guò)程中，大量的飼料投喂定然會(huì)造成浪費(fèi)以及對(duì)養(yǎng)殖水體的嚴(yán)重污染。

二、養(yǎng)殖池塘循環(huán)系統(tǒng)中氮磷元素循環(huán)情況

養(yǎng)殖水體中，藻類(lèi)的生長(zhǎng)需要消耗大量的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素。因此，養(yǎng)殖水體中氮磷元素的含量也是養(yǎng)殖水體初級(jí)生產(chǎn)力的兩種主要營(yíng)養(yǎng)元素。在養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)以氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素為主，對(duì)養(yǎng)殖水體中浮游植物的群落構(gòu)成起到重要作用。不斷的物質(zhì)循環(huán)會(huì)使?fàn)I養(yǎng)鹽形成不同的分布和累積而發(fā)生變化，進(jìn)一步對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中能量的利用和轉(zhuǎn)化造成影響。現(xiàn)階段的生產(chǎn)養(yǎng)殖中，評(píng)價(jià)一種養(yǎng)殖模式先進(jìn)與否，氮磷的利用效率和在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的積累情況是很重要的一項(xiàng)指標(biāo)。判斷養(yǎng)殖環(huán)境的變化狀況，最直觀的方法就是檢測(cè)水體中氮元素和磷元素的含量。因此，研究氮磷元素在養(yǎng)殖水體中的收支分布情況以及在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的積累情況意義重大。研究氮磷元素在養(yǎng)殖水體中的收支情況，能夠很大程度反映出水體中氮磷元素的來(lái)源與歸宿，進(jìn)一步深層次地揭示在養(yǎng)殖水體內(nèi)部氮磷循環(huán)的具體過(guò)程以及養(yǎng)殖水環(huán)境與周邊水體環(huán)境是否存在氮磷元素的交流及交流程度。一部分研究結(jié)果顯示，輸入水體的大部分氮磷元素都未被魚(yú)體利用，這一部分養(yǎng)殖廢水氮磷含量超標(biāo)，極易對(duì)周邊環(huán)境造成污染。《河南省第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》顯示，河南省水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水污染排放量總氮2.96萬(wàn)t、總磷0.68萬(wàn)t。因此，養(yǎng)殖水體中氮磷的收支情況也成為目前諸多學(xué)者所廣泛關(guān)注的領(lǐng)域。

（一）池塘養(yǎng)殖的氮磷輸入

日常水產(chǎn)養(yǎng)殖中，肥水所用的肥料、養(yǎng)殖所用的飼料都會(huì)引起養(yǎng)殖水體中氮磷元素的含量升高。除此之外，養(yǎng)殖物種的排泄、水環(huán)境中微生物的固氮作用、空氣沉降等也會(huì)加劇氮磷元素的積累。循環(huán)水精養(yǎng)對(duì)蝦池塘的研究表明，人工投入所占的比例最高，飼料里的氮占總氮量的81.40%，飼料中的磷占總磷量的90.19%。齊振雄的研究顯示，在對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘的氮磷收支情況為：投放的飼料、肥料里的氮分別占氮總輸入量的49.7%～54.4%和47.5%～50.1%，磷分別占磷總輸入量的30.0%～34.7%和65.1%～69.9%，而這其中35%的氮排放到了水體環(huán)境當(dāng)中，僅有24%的餌料氮轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖對(duì)蝦的產(chǎn)量。半循環(huán)水精養(yǎng)池塘的營(yíng)養(yǎng)鹽收支表明，其中，72%的氮元素隨循環(huán)水排放到外界環(huán)境中。常杰研究了凡納濱對(duì)蝦、青蛤和江蘺三種物種不同混養(yǎng)系統(tǒng)下氮磷元素收支情況，研究表明，在單養(yǎng)組中，飼料氮占氮總輸入量的75.5%，飼料磷占磷總輸入量的93.6%;混養(yǎng)組中飼料氮占氮總輸入量的54.7%～64.8%，飼料磷占磷總輸入量的81.6%～88.7%。單養(yǎng)組中，養(yǎng)殖物種氮磷元素吸收量分別占總氮量的0.66%和總磷量的0.20%，混養(yǎng)組中則分別占總氮量的12.74%～22.61%和總磷量的5.01%～12.65%。蘇躍朋研究了對(duì)蝦精養(yǎng)池塘中氮元素的來(lái)源，來(lái)源占比順序大小為：飼料（59.87%）>浮游動(dòng)物（21.53%）>水體（17.16%）>雨水（1.06%）>蝦苗（0.32%）。

生物固氮作用也是養(yǎng)殖水體中氮元素的來(lái)源之一。齊振雄通過(guò)固氮酶活性實(shí)驗(yàn)測(cè)定了對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中生物固氮的輸入，羅非魚(yú)、對(duì)蝦、縊蟶混養(yǎng)每個(gè)圍隔固氮輸入（19.63 g）>對(duì)蝦單養(yǎng)（17.72 g）>對(duì)蝦、羅非魚(yú)混養(yǎng)（10.59 g）>對(duì)蝦、縊蟶混養(yǎng)（9.05 g）>對(duì)蝦、羅非魚(yú)、縊蟶混養(yǎng)（7.99 g）。研究結(jié)果顯示，水體中藻類(lèi)及細(xì)菌的固氮作用十分顯著，為15 mg（N）/（m2 d），但相比于飼料投喂，藻類(lèi)的固氮作用可以忽略不計(jì)。因此，對(duì)于養(yǎng)殖性水體來(lái)說(shuō)，水體環(huán)境中氮元素的主要來(lái)源是養(yǎng)殖生物的代謝及過(guò)剩的飼料與施肥。

（二）池塘養(yǎng)殖的氮磷輸出

人工養(yǎng)殖水環(huán)境中，氮磷元素的最終去處主要有下列幾種途徑：底泥沉積物的積淀，養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束時(shí)的收獲物，通過(guò)水體的交換進(jìn)入周?chē)h(huán)境及揮發(fā)、反硝化作用。研究表明，養(yǎng)殖水體中的氮磷主要以收獲物和底泥的形式積累下來(lái)。高彬通過(guò)對(duì)不同混養(yǎng)模式的研究，總結(jié)了氮磷元素的收支情況。結(jié)果顯示，底泥沉積物是主要的氮磷輸出方式，占氮元素總輸出量的69.6%～73.4%和磷元素總輸出量86.7%～93.5%。收獲的養(yǎng)殖生物僅占氮元素總輸出量的20.4%～34.1%和磷元素總輸出量15.5%～24.8%。常杰研究了凡納濱對(duì)蝦、青蛤、江蘺三種物種的混養(yǎng)系統(tǒng)下氮磷元素收支情況，數(shù)據(jù)顯示，底泥沉積物中積累的氮磷元素分別占氮元素總輸出量的30.0%～32.5%和磷元素總輸出量的50.3%～57.1%，收獲的養(yǎng)殖生物對(duì)應(yīng)數(shù)值分別為44.4%～51.5%和21.5%～31.8%。在草鰱、蝦混養(yǎng)模式飼養(yǎng)過(guò)程中，分析底泥沉積物氮磷元素?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其中，氮磷元素分別占氮元素總輸出量的17.49%～27.56%和磷元素總輸出量的76.8%～92.38%，然后是收獲的養(yǎng)殖生物，分別占氮元素總輸出量的43.82%～57.99%和磷元素總輸出量的6.05%～9.83%。通過(guò)近年各項(xiàng)研究結(jié)果分析，可以得出結(jié)論，氮元素與磷元素最終主要以底泥沉積物積累和養(yǎng)殖生物收獲為主要的輸出途徑。

（三）池塘的氮磷循環(huán)

自然環(huán)境中，氮元素主要通過(guò)無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮兩種方式存在于水體中，其中，無(wú)機(jī)氮主要有氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氮?dú)獾葞追N化合物;有機(jī)氮主要有氨基酸、蛋白質(zhì)、腐殖酸等幾種化合物。在自然環(huán)境中，水體中氮元素構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的循環(huán)，它以不同的形態(tài)在生物與非生物之間轉(zhuǎn)換遷移。在這個(gè)轉(zhuǎn)換遷移過(guò)程中，藻類(lèi)的同化作用、微生物的氨化作用、硝化作用和脫氮作用都是非常重要的轉(zhuǎn)化作用。

磷元素是影響水體生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力的主要營(yíng)養(yǎng)元素之一，存在形式主要有3種：一是溶解在水體中，二是以生物大分子的形式存在生物體內(nèi)，三是底泥沉積物中的化合物。淡水養(yǎng)殖水體中，磷循環(huán)機(jī)制是一種非常復(fù)雜的過(guò)程，其中，底泥沉積物是最重要的影響因素。磷元素受底泥沉積物的吸附作用、釋放作用和底泥與池水之間的擴(kuò)散作用的控制，底質(zhì)微生物的活動(dòng)能釋放大部分的磷。養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中磷元素的循環(huán)受多種因素影響，如養(yǎng)殖生物的代謝作用、有機(jī)質(zhì)的分解和礦化以及被水生生物吸收利用等。但是，水體環(huán)境中的磷元素主要還是以底泥沉積物的形式積累下來(lái)。

目前，河南省池塘養(yǎng)殖面臨的問(wèn)題中，水體富營(yíng)養(yǎng)化是很?chē)?yán)重的一項(xiàng)，大部分研究者的目光都集中在這個(gè)方面。大量研究顯示，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象中磷是最主要引發(fā)因素。因此，深入研究磷元素如何循環(huán)，對(duì)養(yǎng)護(hù)水環(huán)境資源、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進(jìn)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

（四）水體中磷元素的控制

控制水體中的磷元素含量是控制中緯度地區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化及藻類(lèi)水華的有效手段，也是衡量人口飲用水和用水安全的重要指標(biāo)。近年，科研人員普遍認(rèn)為，磷元素是中緯度地區(qū)藍(lán)藻水華最重要的限制因子，大多數(shù)科研項(xiàng)目都集中在關(guān)注如何有效控制水體中磷元素的含量。目前公開(kāi)的資料顯示，近20年來(lái)，中國(guó)水體環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化污染狀況十分嚴(yán)重，有研究顯示，富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的比例在20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)90年代近30年中從54%上升到61%，至20世紀(jì)末這個(gè)比例己經(jīng)達(dá)到77%。養(yǎng)殖水體的富營(yíng)養(yǎng)化主要是藍(lán)藻在水體中發(fā)生嚴(yán)重的水華現(xiàn)象，造成養(yǎng)殖水體中溶解氧的急速降低，水體腥臭味嚴(yán)重，水體中的水生生物很難正常發(fā)育和生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐绅B(yǎng)殖水體中生物的大量死亡，同時(shí)水體也被污染，難以利用。養(yǎng)殖過(guò)程中，為了使養(yǎng)殖品種能夠充分生長(zhǎng)，大量的飼料等投入品極易引發(fā)養(yǎng)殖水體中磷元素含量的升高，造成水環(huán)境污染。目前，磷元素含量過(guò)高已經(jīng)成為限制我國(guó)漁業(yè)產(chǎn)業(yè)又快又好發(fā)展的因素之一，急需重點(diǎn)解決。周勁風(fēng)和溫琰茂研究了珠江三角洲流域水產(chǎn)養(yǎng)殖中面臨的環(huán)境問(wèn)題，利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間轉(zhuǎn)換平衡計(jì)算出養(yǎng)殖水體中來(lái)源于飼料的磷元素占磷元素總輸入量的97%～98%，而這其中真正被養(yǎng)殖物種吸收利用的磷元素僅占8%～24%，其余的都沉積于底泥之中，占74%～89%。結(jié)果表明，養(yǎng)殖過(guò)程中投喂的飼料有很大一部分最終轉(zhuǎn)化為底泥沉積物在池底積累，進(jìn)而造成水資源浪費(fèi)和水體污染。

（五）河南省的磷排量

目前，河南省池塘養(yǎng)殖因受地理環(huán)境等因素影響很大一部分養(yǎng)殖廢水是直接排放。根據(jù)第二次全國(guó)污染源普查統(tǒng)計(jì)，目前，河南省池塘養(yǎng)殖面積約16.8萬(wàn)hm2，

全省水產(chǎn)養(yǎng)殖總磷排放量0.68萬(wàn)t，基本上都是由池塘養(yǎng)殖廢水排放造成的。雖然相比第一次全國(guó)污染源普查數(shù)據(jù)有很大下降，但是與第一次全國(guó)污染源普查后，河南省池塘養(yǎng)殖面積有所縮小，與大水面水庫(kù)網(wǎng)箱養(yǎng)殖的取締和更加精準(zhǔn)科學(xué)的普查技術(shù)方法有很大的關(guān)系。由此可見(jiàn)，河南省池塘養(yǎng)殖水體磷排放量多少的問(wèn)題不容小覷。隨著水產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量的池塘養(yǎng)殖廢水怎樣去處理也是目前急需解決的問(wèn)題。同時(shí)，隨著國(guó)家出臺(tái)《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色發(fā)展的若干意見(jiàn)》，今后面臨的最重要問(wèn)題就是水環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。因此，河南省應(yīng)在尋求科學(xué)養(yǎng)殖模式的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展人工養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中磷元素的高效利用，進(jìn)一步降低磷的排放量，才能最終實(shí)現(xiàn)對(duì)磷污染的控制。

三、浮游生物在水體中氮磷元素控制方面的作用

（一）浮游植物

浮游植物是一個(gè)生態(tài)學(xué)的概念，近年在水環(huán)境調(diào)控領(lǐng)域受到諸多科學(xué)家的關(guān)注。目前，世界上已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的淡水浮游植物品種約25 000種，其中，中國(guó)發(fā)現(xiàn)約9000種。浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，其通過(guò)光合作用合成有機(jī)物質(zhì)，為系統(tǒng)內(nèi)其他生物提供餌料來(lái)源。不僅如此，浮游植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生大量的氧，為水生態(tài)系統(tǒng)提供重要的氧氣來(lái)源。浮游植物的生長(zhǎng)狀況與群落指標(biāo)可以很好地反映出水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量的高低。因此，目前在水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，浮游植物是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一。常用的方法是從水體中采集浮游植物，之后通過(guò)樣品不同的處理方式，最后用顯微鏡鏡檢確定其物種組成、優(yōu)勢(shì)種名稱(chēng)、密度分布和生物量大小。經(jīng)數(shù)據(jù)分析后，可以得出其群落結(jié)構(gòu)以及物種多樣性等指標(biāo)。綜合分析浮游植物與其他生物之間的變化關(guān)系，可以進(jìn)一步為調(diào)控水質(zhì)、魚(yú)類(lèi)生態(tài)養(yǎng)殖提供基礎(chǔ)支撐。

（二）浮游動(dòng)物

浮游動(dòng)物是一種懸浮于水體中間的小型水生生物，種類(lèi)很多，其主要以原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、枝角類(lèi)和橈足類(lèi)為主。水環(huán)境系統(tǒng)中，浮游動(dòng)物作為食物鏈中的一環(huán)，在能量流動(dòng)、信息傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中都起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，不同種類(lèi)的浮游動(dòng)物對(duì)水環(huán)境變化敏感性不同，因此，監(jiān)測(cè)水體環(huán)境好壞的重要指標(biāo)也包括浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化和生物量的變化。如輪蟲(chóng)，不僅是重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，還是魚(yú)、蝦等很多水產(chǎn)動(dòng)物的開(kāi)口餌料。很多研究表明，浮游動(dòng)物在食物鏈中處于浮游植物的上端，因此，浮游動(dòng)物可以通過(guò)控制浮游植物的含量，進(jìn)一步調(diào)控水體中氮磷元素含量。

四、前景與展望

控制池塘水體富營(yíng)養(yǎng)化的因素，如浮游動(dòng)物以及浮游植物的數(shù)量，對(duì)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖具有很大的意義。在以往水體控藻技術(shù)的基礎(chǔ)上（經(jīng)典生物操縱法和非經(jīng)典生物操縱法）再繼續(xù)延伸，不僅在水產(chǎn)養(yǎng)殖上意義重大，而且在景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化的控制方面也有很好的效果。而這一切的實(shí)現(xiàn)需要廣大科研人員的不懈努力和一線工作人員的辛勤勞動(dòng)。