湖北省水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)現(xiàn)狀及尾水排放管控標(biāo)準(zhǔn)研究

王 琪， 徐光志， 孫 剛， 劉針延

（1.湖北省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院（省生態(tài)環(huán)境評估中心）， 湖北 武漢 430070；2.湖北省面源污染防治工程技術(shù)研究中心， 湖北 武漢 430070；3.污染損害評估與環(huán)境健康風(fēng)險防控湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430070）

0 引言

中國水產(chǎn)品總產(chǎn)量占世界的1/4，其中水產(chǎn)養(yǎng)殖貢獻達5 079 萬t，占比為78%[1-2]。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)餌料中N 的利用效率僅為11.7% ～ 27.7%，P 的利用效率僅為8.7% ～ 21.2%[3]，多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)則累積于水體或沉積物中，超過了水體自凈能力，給受納水體帶來了較大的污染負荷。 全國第二次污染普查表明[4]，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的TN 和TP 的排放分別占農(nóng)業(yè)源的7.0%和7.6%。

長江流域水資源豐富， 是我國淡水漁業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件。齊凌艷等[5]基于GIS 圖像精細化技術(shù)識別了長江流域內(nèi)養(yǎng)殖池塘的類型與分布， 發(fā)現(xiàn)2021 年長江流域養(yǎng)殖池塘總面積為14 567 km2，估算出長江流域水產(chǎn)養(yǎng)殖的N，P 排放負荷分別為9.5萬，1.6 萬t。 鐘宇等[6]采集了湖南省水產(chǎn)養(yǎng)殖重點市州的71 處水樣的9 項污染物進行分析，并估算出湖南省N，P 污染負荷分別為1.1 萬，0.2 萬t。長江流域內(nèi)巢湖[7]、鄱陽湖[8]、陽澄湖[9]和太湖[10]等重要淡水湖泊也因不合理的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式、 養(yǎng)殖尾水處理率低等問題，面臨著較大的水體富營養(yǎng)化壓力。 同時，長江流域內(nèi)養(yǎng)殖池塘及相關(guān)水體也面臨著諸多新型的污染問題，如微塑料[11]、抗生素[8]、有機藥劑[12]和有毒化合物[13]殘留等。

湖北省作為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)大省，2017 年水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)COD，NH3-N，TN 和TP 等污染物的排放量分別為12.49 萬，0.19 萬，0.59 萬和0.04 萬t，分別占農(nóng)業(yè)源污染的17%，12%，6%和3%[14]， 但省內(nèi)僅有荊州市出臺了養(yǎng)殖尾水排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[15]，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失和行業(yè)管理不到位的問題仍然突出。目前，針對湖北省內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)現(xiàn)狀和養(yǎng)殖尾水處理現(xiàn)狀的研究仍然較少， 水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)情況和尾水排放情況亟待查明，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策的制定需加快推進。

因此， 本研究擬通過查明湖北省水產(chǎn)品產(chǎn)量及空間分布格局，篩選出水產(chǎn)養(yǎng)殖重點地區(qū)，并分析水產(chǎn)養(yǎng)殖進水和池水中的各關(guān)鍵水污染物濃度分布和綜合污染情況， 進而查明湖北省水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)基本現(xiàn)狀， 以期為湖北省水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放管理和長江流域水資源保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

湖北省地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候， 年平均氣溫15～17 ℃，各地年均降水量在800～1600 mm，地勢三面環(huán)山，中間低平，山地丘陵占比80%，平原湖區(qū)占20%。 湖北省水系發(fā)達，水資源充沛，現(xiàn)有湖泊755 個， 湖泊水域面積合計27 萬hm2，5 km 以上的河流總長6 萬km，水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)自然條件豐厚。

湖北省各市州水產(chǎn)品產(chǎn)量情況見圖1。 2020 年全省水產(chǎn)品總產(chǎn)量為467.9 萬t，其中淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量為438.6 萬t， 占全國14.2%， 養(yǎng)殖面積為52.6 萬hm2，占全國10.4%[16-17]，均居全國第一。 由圖1 可知，湖北省水產(chǎn)主要集中在江漢平原，其中荊州年產(chǎn)量占全省近1/4，荊州、荊門、黃岡和武漢等四市水產(chǎn)年產(chǎn)量累計占比超全省50%。

圖1 湖北省各市州2020 年水產(chǎn)產(chǎn)量統(tǒng)計

1.2 實驗設(shè)計

根據(jù)湖北省地形地理特征、水產(chǎn)產(chǎn)量分布情況，在江漢平原、鄂中丘陵、鄂東丘陵和鄂西山地選取水產(chǎn)養(yǎng)殖較發(fā)達縣市， 所選采樣點位在全省空間上盡可能分布均。 每縣市選取4～5 家淡水精養(yǎng)池塘，池塘進水、 池塘水各采集1 組樣品。 實驗共采集水樣170 組，涉及15 市州下20 縣市，養(yǎng)殖品種主要為四大家魚。 參考SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》，選取9 項理化指標(biāo)：pH 值，SS，CODMn，Zn，Cu，TP，TN，硫化物和總余氯。

1.3 樣品采集與檢測

樣品采集時間為2022 年春夏季，用0.3 m 高的取水器，采集養(yǎng)殖池或補水池中的混合水樣，確保采樣深度大于0.3 m。 為避免邊坡底泥擾動影響，采樣盡可能靠近池塘中部， 取水器拋出距離至少大于2 m。樣品按10%的比例隨機采取平行雙樣，進行質(zhì)量控制。除余氯指標(biāo)用棕色玻璃瓶裝外，其余指標(biāo)均用聚乙烯瓶裝，加入保護劑后，存于置有冰袋的保溫箱中，并盡快送入實驗室。 樣品存儲與運輸參照HJ/T 91—2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，分析方法參照HJ/T 92—2002《水污染物排放總量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》中的推薦方法，pH 值采用玻璃電極法現(xiàn)場監(jiān)測，SS采用重量法測量，COD 采用酸性高錳酸鉀法測量，硫化物、TN、TP 和總余氯采用分光光度法測量，Cu和Zn 采用原子吸收法測量。

1.4 數(shù)理統(tǒng)計與分析

采用綜合污染指數(shù)法對池塘養(yǎng)殖水水質(zhì)整體情況進行評估[18]，公式如下：

式中：A 為綜合污染指數(shù)；Ai為第i 項污染物綜合污染指數(shù)；n 為污染物總數(shù)；Ci為第i 項污染物的濃度；Si為第i 項污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)值，取值參照SC/T9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》的一級標(biāo)準(zhǔn)。

統(tǒng)計與繪圖軟件主要為Excel，SPSS 和Origin。 采用Shapiro-Wilk（S-W）法進行數(shù)據(jù)正態(tài)檢驗，對于正態(tài)樣本采用單因素方差分析（ANOVA），非正態(tài)分布的雙變量樣本采用Mann-Whitney（M-W）方差分析，非正態(tài)分布的多變量樣本采用Kruskal-Wallis（K-W）方差分析。 相關(guān)分析選用非參數(shù)法相關(guān)，置信水平為0.05。

2 池塘養(yǎng)殖水質(zhì)分析

2.1 進水水質(zhì)分析

進水水質(zhì)9 項指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)基本情況見表1。由表1 可知，除Zn，Cu 和總余氯3 項指標(biāo)部分檢出外，其余6 項指標(biāo)均全部檢出。 除總余氯外，其余8項指標(biāo)的均值大于中位數(shù)， 表明樣本濃度呈現(xiàn)右偏態(tài)分布特征， 即多數(shù)樣本點位監(jiān)測結(jié)果小于整體均值。SS，Zn，Cu 和TP 等4 類指標(biāo)變異系數(shù)均大于1，平均變異系數(shù)為1.05， 表明這4 類指標(biāo)濃度離散程度較大，各地區(qū)養(yǎng)殖水塘進水水質(zhì)差別較大。水質(zhì)評估發(fā)現(xiàn)CODMn，Zn，Cu 和硫化物等4 類指標(biāo)均100%達到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，pH 值，TP 和TN 這3 類指標(biāo)達標(biāo)率分別為98.8%，68.2%和51.8%，其中TP 和TN 的Ⅴ類或劣Ⅴ類水占比均超過20%。 綜上可知，抽查水體的進水水質(zhì)情況整體較好，但TN 和TP 超標(biāo)問題較突出，應(yīng)重點防控。

表1 養(yǎng)殖進水水質(zhì)基本情況

2.2 池水水質(zhì)分析

2.2.1 池水水質(zhì)基本情況統(tǒng)計

統(tǒng)計池水水質(zhì)各項指標(biāo)基本情況見表2。由表2可知，除Zn，Cu 和總余氯3 項指標(biāo)部分檢出外，其余6 項指標(biāo)均全部檢出。除Cu 外，其余8 項指標(biāo)中位數(shù)均小于均值，表明樣本濃度呈現(xiàn)右偏態(tài)分布特征；除SS 指標(biāo)外，其余8 項變異系數(shù)均大于0.5，平均變異系數(shù)為1.15，表明數(shù)據(jù)離散程度極大，各地區(qū)養(yǎng)殖水的水質(zhì)差別較大，這與進水水質(zhì)特征基本一致。采用SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》中的一級、二級標(biāo)準(zhǔn)進行評估。Cu，Zn 和硫化物一級標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)率均為100%，pH 值，CODMn和總余氯一級標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)率大于90%，SS，TN 和TP 相對略差；Cu，Zn，CODMn和硫化物等4 項指標(biāo)二級達標(biāo)率100%，SS，TN，TP 和總余氯二級達標(biāo)率均大于90%。 綜上可知，抽查的85 處池塘水水質(zhì)情況整體較好。

表2 養(yǎng)殖池水水質(zhì)基本情況

2.2.2 池水水質(zhì)超標(biāo)情況分析

池水水質(zhì)9 項指標(biāo)的頻數(shù)-頻率變化見圖2。 由圖2 可知，pH 值平均為7.1， 有56.5%的樣本pH 值小于7.0，有74.1%的樣本pH 值小于8.0，而天然水弱堿性pH 值通常在7.38～7.95。 與之相比抽檢養(yǎng)殖水pH 整體略偏酸。SS 質(zhì)量濃度整體分布在2～124 mg/L，50%的檢測結(jié)果分布在15.7～57.0 mg/L，80%檢測結(jié)果小于64 mg/L， 一級標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)率為29.4%，超標(biāo)情況突出。 CODMn質(zhì)量濃度分布在0.9～16.11 mg/L，有40%的檢測結(jié)果小于4.99 mg/L，60%的檢測結(jié)果小于6.34 mg/L， 僅有16 組數(shù)據(jù)抽查結(jié)果大于8.0 mg/L。

圖2 池水水質(zhì)頻數(shù)-頻率變化

Zn 與Cu 整體呈現(xiàn)極右偏態(tài)分布特征，Zn 質(zhì)量濃度均達到地表水一類標(biāo)準(zhǔn) （0.05 mg/L），80%檢測結(jié)果均小于0.002 8 mg/L；Cu 質(zhì)量濃度均達到地表水二類標(biāo)準(zhǔn) （1.0 mg/L），80%檢測結(jié)果均小于0.002 2 mg/L，表明抽查水樣的重金屬指標(biāo)整體情況良好。

硫化物質(zhì)量濃度在0.002～ 0.098 mg/L，60%和80%頻率的質(zhì)量濃度分別為0.026 和0.055 mg/L，均符合一級標(biāo)準(zhǔn)。 總余氯質(zhì)量濃度在0.01～0.46 mg/L之間，90%的檢測結(jié)果均小于0.09 mg/L，僅有7 組樣品檢測結(jié)果超一級標(biāo)準(zhǔn)，占比9.9%，整體污染情況較輕。

TN 和TP 檢測值分別分布在0.03～2.65 mg/L，0.11～2.7 mg/L， 整體呈現(xiàn)右偏態(tài)分布特征。 TN 有60%的質(zhì)量濃度小于1.24 mg/L，80%樣本小于2.25 mg/L；TP 有60%的樣本質(zhì)量濃度小于0.19 mg/L，80%樣本小于0.36 mg/L；TN 和TP 質(zhì)量濃度超一級標(biāo)準(zhǔn)的分別為13 和11 組， 占比分別為15.3%和13.0%，較其他指標(biāo)突出，應(yīng)進行重點監(jiān)管。

此外，Spearman 相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)， 池水中的pH值，CODMn，TP，TN， 總余氯，Cu，Zn 與池水中相應(yīng)指標(biāo)等均存在顯著正相關(guān)（p<0.05），相關(guān)系數(shù)為0.32～0.96，養(yǎng)殖進水水質(zhì)直接關(guān)系到尾水水質(zhì)，因此，良好的養(yǎng)殖水源是尾水達標(biāo)排放的保證。

2.3 綜合水質(zhì)分析

基于湖北省地形特征，將調(diào)查的15 個市州劃分為4 類地區(qū)：江漢平原、鄂中丘陵、鄂東丘陵和鄂西山地。 選取一級標(biāo)準(zhǔn)（SC/T 9101—2007）為評價標(biāo)準(zhǔn)值，基于各縣市魚塘池水、進水除pH 值外的8 項污染物，計算各市州綜合污染指數(shù)見圖3。 由圖3 可以看出， 各地區(qū)池水水質(zhì)污染程度情況與進水基本一致， 其中江漢平原地區(qū)養(yǎng)殖池水污染情況較進水突出。分析發(fā)現(xiàn)，各地市的池水與進水綜合污染指數(shù)均不完全服從正態(tài)分布（S-W 檢驗），其綜合污染指數(shù)均值呈顯著正相關(guān)（p<0.05，Kendall 相關(guān)），相關(guān)系數(shù)為0.45，且池水顯著高于進水（p < 0.05，M-W 檢驗）。不同縣市的進水綜合污染指數(shù)值均無顯著差異（p>0.05，K-W 檢驗），但不同縣市池水水質(zhì)差異顯著（p<0.05，K-W 檢驗），且不同縣市間差異極顯著（p<0.01，K-W 檢驗）。 綜上，湖北省各地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)情況差異較大， 其中江漢平原地區(qū)池水水質(zhì)污染情況最突出，其次為鄂中丘陵地區(qū)。

圖3 各地區(qū)綜合污染指數(shù)

3 討論

3.1 已出臺標(biāo)準(zhǔn)對比

2007 年原農(nóng)業(yè)部出臺推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T 9101—2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》，已無法滿足漁業(yè)環(huán)境執(zhí)法要求， 考慮到全國不同區(qū)域水產(chǎn)養(yǎng)殖特征、水環(huán)境質(zhì)量的改善要求也都各不相同。2023年國家出臺HJ 1217—2023 《地方水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》 推動地方水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)的制定， 目前已有部分省市相繼出臺地方標(biāo)準(zhǔn)，見表3。 由表3 可以看出，各地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)、管控項目和標(biāo)準(zhǔn)值限定各有不同，這與各地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖條件、行業(yè)水平、產(chǎn)業(yè)特點和管理基礎(chǔ)密切相關(guān)[19]。 與農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)相比較而言，荊州市除常規(guī)的9 項監(jiān)測項目外，還納入了甲基對硫磷，敵敵畏，氟化物等指標(biāo)，這或與荊州市普遍存在的種養(yǎng)結(jié)合模式的養(yǎng)殖特點有關(guān)，如稻蝦養(yǎng)殖。

表3 淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)對比mg·L-1

各省級標(biāo)準(zhǔn)較農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)相比均為強制性標(biāo)準(zhǔn)，管控指標(biāo)均為SS，pH，CODMn，TP，TN 等5 項，且均收嚴了對SS 和TP 的管控。 同時，湖南收緊了對TN 一級標(biāo)準(zhǔn)的管控，海南省收緊了對CODMn的管控，但江蘇放寬了對TN 的二級標(biāo)準(zhǔn)管制，為6 mg/L。 但各標(biāo)準(zhǔn)對pH 值要求均為6～9， 這或是地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)[20]。 總體來看，在相同分級下，各省級標(biāo)準(zhǔn)中的SS，CODMn，TN 和TP 差異較大， 且基本等于或嚴于農(nóng)業(yè)部出臺的標(biāo)準(zhǔn)。

此外， 各省級標(biāo)準(zhǔn)均按尾水受納水域使用功能和保護目標(biāo)，將相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)分為一級和二級，并對禁排水域進行了明確規(guī)定。然而，部分尾水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 也可能會導(dǎo)致養(yǎng)殖尾水排放達標(biāo)而地表水水質(zhì)不達標(biāo)的情況發(fā)生[21]。 標(biāo)準(zhǔn)閾值并非越低越好，適宜的C，N，P 化學(xué)計量比對生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)需求和初級生產(chǎn)力也有積極作用[22]。

3.2 湖北省尾水排放管控標(biāo)準(zhǔn)建議

研究發(fā)現(xiàn)，TN，TP，CODMn，Cu 和Zn 等是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的主要污染物，污染源于殘餌、代謝物和水產(chǎn)藥物的使用[23]。 而加強對懸浮物的管控，能有效削減養(yǎng)殖水體的有機質(zhì)，進而間接實現(xiàn)對CODMn，N，P 的削減，控制污染輸出負荷。 本研究表明，TN，TP 和SS 是湖北省水產(chǎn)養(yǎng)殖中主要污染物， 而湖北所在的中部地區(qū)已被證明是整個長江流域內(nèi)水產(chǎn)N，P 污染負荷最大的地區(qū)[5]，因此，加強湖北省尾水排放管理勢在必行。

江漢平原地區(qū)養(yǎng)殖水質(zhì)綜合污染程度相對較大，也是湖北省水產(chǎn)品主要養(yǎng)殖區(qū)域?；谖廴疚锟偭靠刂坪头诸惞芾淼脑瓌t， 建議對江漢平原地區(qū)養(yǎng)殖尾水排放進行重點監(jiān)管。同時，建議根據(jù)尾水排放受納水體的使用功能和保護目標(biāo)，明確執(zhí)行禁排、一級、二級標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)水域，完善標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管體系。

Cu，Zn 制劑曾廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的病蟲害防治和水質(zhì)調(diào)控，隨著行業(yè)發(fā)展，已逐漸被一些綠色生態(tài)、 可降解的生物制劑替代。 本次研究也發(fā)現(xiàn)Cu，Zn 污染物濃度極低，水質(zhì)達標(biāo)率100%。 硫主要來源于餌料中的蛋白質(zhì)，而在養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖戶通常都會將溶解氧保持在5 mg/L 以上， 避免魚類缺氧，所以產(chǎn)生硫化物的幾率很小，本次調(diào)查中池水硫化物達標(biāo)率也為100%。 總余氯主要來源于含氯消毒劑，但含氯消毒劑降解較快，環(huán)境危害較小。因此，在養(yǎng)殖尾水排放管理標(biāo)準(zhǔn)制定中， 建議不再設(shè)置總余氯、硫化物、Cu、Zn 等4 項濃度普遍較低、達標(biāo)率良好的指標(biāo)。

基于已出臺的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和本研究中的頻率統(tǒng)計結(jié)果，針對達標(biāo)情況較好的指標(biāo)，建議延續(xù)已有的排放標(biāo)準(zhǔn)限值，即pH 值仍為6～9，CODMn的一、二級標(biāo)準(zhǔn)仍為15，25 mg/L。 針對TN，TP 和SS 等3 項污染問題突出的指標(biāo)，可以由90%和80%累計頻率的濃度分別作為一級和二級標(biāo)準(zhǔn)的參考， 即一級標(biāo)準(zhǔn)參考值分別為2.25，0.36 和64 mg/L， 二級標(biāo)值參考值分別為4.35，0.64 和94 mg/L。此外，基于湖北省尾水排放特征， 完善對養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)和處置設(shè)施的規(guī)范化建設(shè)，積極促進尾水處理效果的提升，也是切實推動養(yǎng)殖尾水治理和達標(biāo)排放重要內(nèi)容之一。

4 結(jié)論與建議

（1）湖北省養(yǎng)殖池塘進水水質(zhì)整體情況較好，CODMn，Zn，Cu 和硫化物等指標(biāo)地表水Ⅲ類水達標(biāo)率均為100%，但N，P 污染問題相對突出，TP 和TN 的Ⅲ類水達標(biāo)率僅68.2%和51.8%， 且各縣市間進水水質(zhì)差異較大。

（2）湖北省養(yǎng)殖池塘水水質(zhì)情況整體較好，Cu，Zn 和硫化物一級標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)率均為100%，pH 值，CODMn和總余氯一級標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)率均大于90%，SS，TN，TP 相對略差；Cu，Zn，硫化物和CODMn等4 項指標(biāo)二級達標(biāo)率均為100%，SS，TN，TP 和總余氯二級達標(biāo)率均大于90%。

（3）除SS 和硫化物外，池水中各項污染物均與進水呈顯著正相關(guān)， 其綜合污染指數(shù)也顯著大于進水。各城市池水綜合污染情況差異顯著，其中江漢平原地區(qū)綜合污染程度相對較大， 建議對江漢平原地區(qū)養(yǎng)殖尾水排放進行重點監(jiān)管。

（4）基于已有的相關(guān)尾水排放標(biāo)準(zhǔn)和本研究中的頻率統(tǒng)計結(jié)果，建議分規(guī)模、分品種開展湖北省尾水調(diào)研，加快推進湖北省尾水排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺，分級分類設(shè)置管控指標(biāo)， 并重點加強對TN，TP 和SS 的管控，推動養(yǎng)殖尾水治理和達標(biāo)排放。