水產(chǎn)環(huán)境污染現(xiàn)狀及治理策略

任曉亮，施羽露，廖河庭，楊曉曦，錢信宇，鄭 堯,2，陳家長,2

（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇無錫 214081；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇無錫 214081）

0 引言

良好的水體環(huán)境是水生動植物生存和繁衍的重要場所，是確保生態(tài)化養(yǎng)殖的基本前提[1]。國內(nèi)之前的養(yǎng)殖大多是采用單向的資源利用模式，這種養(yǎng)殖模式會帶來一系列的環(huán)境污染，隨著水產(chǎn)行業(yè)規(guī)模的加速發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染會對周圍的水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，這既限制了其規(guī)模化發(fā)展，又不利于養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，利用有效的治理方法限制污染源，保證水生動物養(yǎng)殖行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展是重中之重。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境現(xiàn)狀

2019 年，中國淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量為3013.74 萬t，其中，魚類總產(chǎn)量達到2548.03萬t，占養(yǎng)殖總產(chǎn)的84.5%；海水養(yǎng)殖的總產(chǎn)量為2065.33萬t，其中，貝類總產(chǎn)量達到1438.97 萬t。中國水產(chǎn)養(yǎng)殖面積共710.8 萬hm2，其中淡水養(yǎng)殖占511.6 萬hm2，海水養(yǎng)殖占199.2 萬hm2。養(yǎng)殖面積呈現(xiàn)減少的趨勢，而養(yǎng)殖產(chǎn)量持續(xù)性增加，這就對養(yǎng)殖技術(shù)及養(yǎng)殖環(huán)境提出了更高的要求。

2020年6月10日發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報》：關(guān)于水生動植物養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物，化學(xué)需氧量66.6萬t，氨氮2.23萬t，總氮9.91萬t及總磷1.61萬t，分別占中國整體水污染排放的3.1%、2.3%、3.2%、5.1%。其中，長江、珠江和淮河流域面積較大，途徑省份較多，化學(xué)需氧量(cod)、總氮、氨氮等污染物排放較多。目前，中國可提供水產(chǎn)養(yǎng)殖的天然水域環(huán)境監(jiān)測總面積為1609 萬hm2，其中無機氮和磷酸鹽、石油、化學(xué)需氧量、汞和銅超標面積占總監(jiān)測面積分別為74.3%、67.2%、40.1%、17.3%、3.3%、3.1%[2]。

2 養(yǎng)殖環(huán)境的污染源分析

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)因其具有地區(qū)差異性，養(yǎng)殖水平并不是均衡的，粗放式養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖中藥物的使用及監(jiān)管不當(dāng)、周邊農(nóng)業(yè)的有機磷污染[3]、船舶引發(fā)的污染[4-5]等對養(yǎng)殖水體的污染日益嚴重，危害了養(yǎng)殖水體的生態(tài)特性，這些都直接限制著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6]。養(yǎng)殖水體中的主要污染來源是殘餌、魚蝦代謝物、用于消毒和處理的化學(xué)品以及水源帶入的污染物質(zhì)等，首要污染物是有機物、氮、磷等，內(nèi)源性污染主要包括營養(yǎng)性、化學(xué)性和沉積性污染，外源性主要為工業(yè)廢水、廢棄物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活排污污染。

2.1 氮、磷污染是主要污染源

2019年《中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境公報》表示，中國漁業(yè)環(huán)境質(zhì)量總體呈穩(wěn)定狀態(tài)，但局部養(yǎng)殖水體的污染形勢依然嚴峻，主要污染物為氮和磷。無機氮是海水養(yǎng)殖區(qū)污染的主要因素，而總氮主要是河流、重要漁業(yè)水域污染的影響因素[7]。相比于2018年，揮發(fā)酚、總磷和高錳酸鹽出現(xiàn)大幅度超標、而總氮、非離子氨、石油和金屬超標呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢。養(yǎng)殖池塘中氮和磷的主要來源是肥料、餌料、養(yǎng)殖動物、降水、進水以及地表徑流。90%左右的氮通過飼料輸入，對蝦池塘中57%和14%的氮分別排放和沉積在底泥中，絕大部分（斑節(jié)對蝦最高67%）和少量(29%)磷分別沉積在底泥中和排放出去[8]。對養(yǎng)殖水體的監(jiān)測方法主要從理化、生物和多樣性等角度開展，其中計算氮磷收支主要有化學(xué)分析法、物質(zhì)平衡法和竹內(nèi)俊郎法[9-10]。

2.2 餌料殘留

當(dāng)前的集約化養(yǎng)殖使得大量餌料殘留物污染水體，從而出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化。在對白洋淀水產(chǎn)養(yǎng)殖的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)只有25%左右的餌料被魚類吸收，其余餌料以另外的形式進入養(yǎng)殖水體中[11]。當(dāng)餌料中氮、磷含量分別為2.5%和1.0%時，則每年投入水中的總氮、總磷分別為210 t 和84 t。在江浙地區(qū)成魚養(yǎng)殖塘中，每年投入氮磷分別為1545 kg/hm2和580.5 kg/hm2，向環(huán)境中排放總氮、總磷和有機污染物的量分別為97.5、5.55 kg/hm2和236.7 kg/hm2，投喂量與總氮和亞硝酸鹽含量呈現(xiàn)正相關(guān)[12]。沉積物-水界面主要是存儲、轉(zhuǎn)移和循環(huán)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的場所，在該界面，氮磷等含量的變化幅度可直接反映該水域的富營養(yǎng)化狀況。底質(zhì)對磷的吸附能力更強，池塘底質(zhì)中磷的積累量達到2.3～3.0 t/hm2。溶解性散態(tài)磷很容易釋放到間隙水中供藻類利用[13]。

Penczak 等[14]和Braaten 等[15]研究了淡水網(wǎng)箱養(yǎng)殖中虹鱒魚和鮭魚的飼料消耗，研究表明魚類進食后仍有20%～30%的干飼料殘留物留在網(wǎng)箱中。隨著養(yǎng)殖時間的延長，餌料、糞便和生物殘渣積累越多，底層有機物含量增加越多，這些有機物又被異養(yǎng)細菌分解和轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生CO2、H2S和NH3-N等，從而使水體酸堿度下降。

2.3 養(yǎng)殖物代謝

在養(yǎng)殖過程中，代謝所產(chǎn)生的污染較為普遍，且較為正常。在正常情況下，約20%～30%的餌料被魚吃掉后會轉(zhuǎn)化為糞便，對蛋白質(zhì)含量為36%的鯽魚飼料進行氮和磷的去向分析，結(jié)果僅有31.89%的氮進入到魚組織內(nèi)，62.3%的氮和22%的磷通過尿液和糞便進入水體，每噸魚投喂1.4 t 餌料所產(chǎn)生的干糞便就達0.45 t[16]。除氮磷外，有機物污染可造成水體中氧債和有毒物質(zhì)增加、酸堿度失衡、引起藻類種群變化、動物免疫力下降易感疾病等[17]。

2.4 養(yǎng)殖模式及藥劑使用的雙重效應(yīng)

工廠化、集約型的養(yǎng)殖模式會水產(chǎn)動物的排泄物在水池內(nèi)無法及時清理，很容易滋生細菌，加上底質(zhì)惡化所帶來的氧債，增大魚病的風(fēng)險，從而影響水體動植物的生長。所以在養(yǎng)殖過程中，不得不采取相應(yīng)的藥劑治療，例如，當(dāng)水生生物患病時，漁民將使用化學(xué)物質(zhì)來控制疾病，這樣做不僅會污染水環(huán)境，而且還會在水中和魚體內(nèi)長時間存留，最終導(dǎo)致水產(chǎn)品的質(zhì)量和安全得不到保證。研究表明，被施用的抗生素只有20%～30%能被養(yǎng)殖動物吸收，剩下的基本都進入了水體環(huán)境中[18]，要想減少環(huán)境污染，就要做到科學(xué)用藥，即對漁藥的使用劑量和使用標準進行規(guī)范[19]。

2.5 工業(yè)重金屬物質(zhì)

據(jù)研究，由于長江上游工業(yè)廢水的排放，致使水體環(huán)境污染日益加劇，部分重金屬污染物未經(jīng)科學(xué)處理而排放，嚴重影響生物的健康和安全，太湖和松花湖重金屬污染也呈逐漸上升趨勢[11]。自然界中的大多數(shù)重金屬都是無法生物降解的化合物。隨著時間的推移，這些重金屬污染物的影響會越來越大。許多重金屬使生物體無法生存，并直接危及生命，原因是重金屬本身會導(dǎo)致體內(nèi)與酶結(jié)合的蛋白質(zhì)分子丟失，使它們失去活性。如今，海鮮已成為餐桌上的主食，許多重金屬進入人體。在食物鏈中，這些重金屬毒素積累到可怕的水平，最終進入人體，破壞腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)[20]。因此在防污過程中，嚴格控制重金屬的排放與監(jiān)測是關(guān)鍵。對于重金屬的去除主要有離子交換法、化學(xué)沉淀法、電解法和生物吸附等[21]。

3 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境防治措施

3.1 發(fā)展綠色健康養(yǎng)殖

利用生態(tài)調(diào)節(jié)劑-微生態(tài)制劑來改善水質(zhì)是一種切合綠色漁業(yè)生態(tài)漁業(yè)發(fā)展方向的生物治理策略。微生態(tài)制劑，也叫“有益微生物”，它能改善宿主及生存環(huán)境中的微生物菌群，增強宿主免疫力，提高餌料系數(shù)，并且明顯改善水質(zhì)，從而對宿主產(chǎn)生有益作用的活微生物[22]。常見的微生態(tài)制劑可以顯著改善水質(zhì)，阻止有害微生物的繁殖，迅速降解有機物，增加水中的溶解氧，減少NH3-N 和NO2--N，還可為單細胞藻類供給養(yǎng)分，促進水生植物的繁殖，主要包括光合細菌、酵母菌、乳酸菌、硝化/反硝化菌以及枯草芽孢桿菌[23]。此外，水草（如種植沉水植物）對水中沉積物中多余的營養(yǎng)物質(zhì)和其他有害物質(zhì)、重金屬物質(zhì)有很強的吸收能力[24-25]，但需要深入研究其品種選擇和植物搭配，比如在養(yǎng)殖池中，夏季和秋季可種植喜溫耐熱的植物，如苦草和黑藻類，冬季和春季可種植耐寒畏熱的植物，如菹草或伊樂藻，以保證沉水植物全年的凈水能力。

3.2 優(yōu)化升級養(yǎng)殖模式

近年來，中國的蓮田、稻田養(yǎng)蝦蟹和“回”形魚塘取得了良好的養(yǎng)殖效果。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)深入研究如何完善結(jié)構(gòu)，如何開展具體的捕撈操作，從而創(chuàng)造一種生態(tài)養(yǎng)殖與經(jīng)濟功能并重的新興養(yǎng)殖模式。實施標準化水產(chǎn)養(yǎng)殖建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃和安排“散、小、雜、亂”的養(yǎng)殖模式，完成清淤、加深、塘口整形、加固基底等規(guī)范性改造和基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一性建設(shè)，如道路、電力、進水口、排水設(shè)施、飼養(yǎng)設(shè)施、氧化設(shè)備等，從而建立一個養(yǎng)殖設(shè)施完備、規(guī)范化的現(xiàn)代水產(chǎn)示范園區(qū)[26]。

3.3 發(fā)展綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖模式

通過把不同生活習(xí)性的魚類混養(yǎng)在同一池塘中，進而盡可能利用池塘各層及食物鏈的作用，對保持良好的水質(zhì)起到一定的作用。目前，多元化養(yǎng)殖的種類不僅限于魚類，蝦蟹、蚌螺和鱉類等已成為重要的多元養(yǎng)殖對象。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出的“80:20 池塘養(yǎng)殖模式”在全國有廣泛的應(yīng)用[27-28]。目前，中國池塘的多品種復(fù)合養(yǎng)殖仍采用傳統(tǒng)的高密度、高投入的方法，并伴隨著生態(tài)效果差等問題，池塘混養(yǎng)技術(shù)應(yīng)控制養(yǎng)殖密度，滿足水體的養(yǎng)殖容量下，依托大量可靠的基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，進行現(xiàn)代魚類生態(tài)混養(yǎng)，同時對水質(zhì)也起到一定的恢復(fù)作用[29]。常規(guī)魚混養(yǎng)名優(yōu)魚，特色魚套養(yǎng)普通魚，盡最大努力挖掘生產(chǎn)潛力來提檔升級。針對每個品種，市場價格會有高低之分，也會有好壞之分，應(yīng)及時做出適當(dāng)調(diào)整，充分利用各品種的特點，充分發(fā)揮水體的層次和深度，充分發(fā)掘育種空間的價值。

3.4 建立養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染控制已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注，并且在政策層面上提出了必須達到排放標準的要求。設(shè)立養(yǎng)殖模范區(qū)，將養(yǎng)殖過程中的尾水集中處理、集中排放，已成為推進傳統(tǒng)漁業(yè)向現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展的根本要求。創(chuàng)新設(shè)計思想、提高技術(shù)手段，嚴格按照技術(shù)標準，進行池塘清淤，給排水系統(tǒng)及凈化區(qū)的建設(shè)、生態(tài)化護坡設(shè)施、電力工程等，經(jīng)過規(guī)范性的改造后，池塘容積能擴大20%，單位產(chǎn)量增加20%，病死率降低了30%以上[30]，產(chǎn)量大大提高，與此同時，水質(zhì)改善后，水產(chǎn)品的質(zhì)量更好，經(jīng)濟效益更明顯。積極推廣生態(tài)化養(yǎng)殖技術(shù)和模式，完成好池塘的生態(tài)化改造和養(yǎng)殖尾水的綠色治理。

如今，針對池塘養(yǎng)殖環(huán)境有兩種類型的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。第一種是原位修復(fù)技術(shù)[31-33]，主要原理是在生物浮床上種植水生蔬菜或其他水生植物，給微生態(tài)制劑進行硝化作用提供附著的場所，促進其大批量繁殖，從而在一定程度上提高氮循環(huán)[34]。在養(yǎng)殖水底層放養(yǎng)一些螺絲和貝類，可以促進池塘養(yǎng)分的多層次利用，這些方法的主要目的是為池塘水中的剩余養(yǎng)分提供一個新的目的地，穩(wěn)定池塘的水質(zhì)，并進一步降低水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)和排放系數(shù)。另一種是異位修復(fù)技術(shù)[35-36]，其主要原理是將養(yǎng)殖池中的養(yǎng)殖廢水排放到凈化裝置中進行凈化處理。處理之后的水還可再次用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。

胡庚東等[37]建造了一個淡水循環(huán)水池塘養(yǎng)殖模型，包括水源、養(yǎng)殖池、一級凈化（生態(tài)溝）、二級凈化池（氧化塘）和三級凈化池（曝氣塘），并研究了對廢水中氮、磷的去除效果，發(fā)現(xiàn)該模型可以有效減少過量的氨氮、亞硝酸鹽氮、總氮和總磷及葉綠素a。2016年開始對全國范圍內(nèi)的池塘進行生態(tài)化改造，提出蝦蟹塘、常規(guī)經(jīng)濟魚類和鱸魚等污染負荷較重的凈化區(qū)面積一般分別占養(yǎng)殖水面的8%，10%和15%以上，但較難以實現(xiàn)對龜鱉類養(yǎng)殖尾水的處理，人工濕地相比凈化池塘可能更加符合其污染水體的特征，我們認為認為濕地面積一般占養(yǎng)殖水面的10%～20%左右為宜[38]。而宋嬌等[39]提出的池塘工程化循環(huán)水養(yǎng)殖模式，將靜態(tài)池塘變?yōu)閯討B(tài)流水，創(chuàng)新了尾水處理方式，但水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、技術(shù)等缺乏。對人工溝渠水質(zhì)凈化材料和模式研究表明，凹凸棒土和火山石可作為水質(zhì)凈化的材料，能實現(xiàn)資源化利用[40-42]。

3.5 發(fā)展魚菜共生模式，創(chuàng)新中草藥凈水技術(shù)

有研究表明稻田能除去32%的總氮和24%的總磷，蓮藕能去除N 300 kg/(hm2·a)和P 43 kg/(hm2·a)[43-44]。從節(jié)水和管理層面來看，魚菜共生（含工程設(shè)施化）是未來的發(fā)展方向，采用LED 技術(shù)能模擬自然光，實現(xiàn)對蔬菜生長和病蟲害的精細化管理。魚菜共生體系對池塘水質(zhì)凈化的研究已經(jīng)取得了較好的效果，結(jié)果顯示空心菜可顯著降低鯽魚養(yǎng)殖池塘中水體TP、COD 含量，而水芹能改善水體中TN、NH3-N、NO3--N、TP 等指標，對水體中TN 去除率達到了79.9%，TP 去除率為92.5%[45]。同時，利用中草藥浮床(如魚腥草Houttuynia cordataThunb)，不僅可調(diào)控吉富羅非魚(Oreochromis niloticusGIFT)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)，還起到增強吉富羅非魚免疫能力的功效[46]。若對池塘底質(zhì)進行全面清淤或改造，則需耗費一定的人力和財力，增加養(yǎng)殖成本。魚菜共生模式利用植物的不同生長季節(jié)，通過選擇不同的植物配比，可實現(xiàn)全年對池塘水質(zhì)的凈化處理，中草藥浮床可以增強水生動物的免疫能力，提高水產(chǎn)品產(chǎn)量。

3.6 實施重大漁業(yè)創(chuàng)新工程

增加漁業(yè)創(chuàng)新項目的投資，實現(xiàn)智能漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測、評估和預(yù)警項目，新污染物的識別和控制項目，節(jié)能和環(huán)保養(yǎng)殖模式升級項目，受損的生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)重建項目，近海漁業(yè)海洋牧場建設(shè)和生物資源可持續(xù)利用項目，并對水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境調(diào)控與修復(fù)技術(shù)進行整合與論證。處理漁業(yè)污染事故的技術(shù)集成和示范、生態(tài)災(zāi)難應(yīng)急監(jiān)測和生物資源損害評估，和主要漁業(yè)資源保護和環(huán)境修復(fù)等創(chuàng)新項目，促進漁業(yè)轉(zhuǎn)型升級和生態(tài)文明建設(shè)，促進漁業(yè)強國戰(zhàn)略和可持續(xù)化戰(zhàn)略的實施，確保國民經(jīng)濟和漁業(yè)經(jīng)濟的更大發(fā)展。基于LoRa無線通信的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)，可對水的溶解氧、電導(dǎo)率、酸堿度、氨氮、溫度等5種參數(shù)同時進行監(jiān)測，通過多種傳感器對水質(zhì)的各項指標進行采集獲取，充分實現(xiàn)對水質(zhì)監(jiān)測的智能化，是漁業(yè)工程方面的重大突破[47]。

4 總結(jié)與展望

中國當(dāng)前人民日益增長的生活需求同發(fā)展不平衡的矛盾促使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向技術(shù)升級、模式轉(zhuǎn)變的生態(tài)養(yǎng)殖方向發(fā)展。從長遠的角度看，生態(tài)循環(huán)水養(yǎng)殖具有節(jié)約資源、保護生態(tài)、操作簡便、生產(chǎn)可控、效益顯著等優(yōu)勢，將成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向[48]。綠色、生態(tài)、健康、可持續(xù)發(fā)展是水產(chǎn)養(yǎng)殖未來發(fā)展的根本趨勢。養(yǎng)殖本身在一定程度上都會對生態(tài)環(huán)境有一定的影響，我們可以采取相應(yīng)的措施來減少或消除內(nèi)部污染。通過先進技術(shù)對養(yǎng)殖水體的污染進行凈化和循環(huán)利用，促進水產(chǎn)養(yǎng)殖的高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展?？傊斜匾鶕?jù)污染源和具體國情制定科學(xué)標準的防控措施，為促進水生動植物的可持續(xù)養(yǎng)殖提供新思路[49]。