網箱養魚的氮磷排放

李學梅，孟子豪，胡飛飛，朱永久，楊德國

(中國水產科學研究院長江水產研究所, 農業農村部淡水生物多樣性保護重點實驗室,武漢 430223)

我國內陸水域漁業也稱大水面漁業，包括了江河、湖泊和水庫中的漁業捕撈及增養殖活動或生產方式。其中大水面養殖是我國內陸漁業生產采用的主要模式，它成本低、效益高、易管理，深受養殖戶的青睞[1]。據統計，2017年湖泊和水庫的養殖面積約占全國淡水養殖面積的52%，產量占到了全國淡水漁業產量的20%左右。全國有面積3.33 km2以上的大型天然宜漁水體約1 500個，其中水庫1 047個，湖泊421個，總面積占全國淡水養殖面積的9.32%。大水面漁業養殖模式主要有人放天養的傳統模式、圍欄、圍網、網箱等養殖模式，其中水庫網箱養魚是大水面漁業的主要養殖模式，占淡水養殖總面積的30.11%[2]。

隨著養殖技術的提高，養殖強度不斷擴大，魚類殘餌和糞便以及農業面源污染大大增加了大水面水體的氮、磷等有機物的輸入量，造成水質惡化和污染，加速了水體的富營養化過程，更增加了養殖魚類和土著魚類爆發魚病的風險[3-5]。近年來，我國生態文明建設和水環境保護力度加強，保護水環境、適度開發漁業以達到可持續利用的目的成為我國內陸水體的基本要求[6]。因此，針對網箱養魚污染嚴重的問題，了解其氮磷排放特點，并通過科學的養殖和管理方式加以改善，將為有效合理的利用水庫資源提供技術支撐。

1 網箱養魚的發展、現狀與問題

網箱養魚是一種高產高效的集約化養殖方式，能夠有效利用天然水體，節約土地資源和水資源。上世紀70年代，因受到資源匱乏、規模化經濟需求和單位面積高產等因素的沖擊，網箱養魚開始發展起來。水庫網箱養魚始于1973年，起初是為了解決大水面人工放養大規格魚種不足的問題，以飼養鰱、鳙等大規格魚種為主。湖泊的“三網”(即網攔、網圍、網箱)養殖技術始于上世紀80年代，主要以提高養殖產量為目的[7]。隨著“以養為主”發展方針的貫徹，綜合養殖成為湖泊漁業的主要方式，并出現了多種養殖模式和類型，如，網箱養殖、圍欄養殖、粗養、混養、精養等[6]。

網箱養魚快速發展的同時也帶來了很多問題，如投餌養殖造成的殘餌逸散、魚類糞便等排泄物沉積以及魚藥的使用等均會加劇養殖水域的有機污染，造成水體富營養化、生態環境惡化，直接影響到水域中天然生物類群的健康生長。隨著綠水青山就是金山銀山的綠色發展理念貫徹落實，2016年起網箱養殖開始逐漸退出。2017年，全國多個省區開始強化湖泊圍網圍欄、水庫網箱坼除工作，到2018年湖泊圍網圍欄養殖、水庫河溝網箱養殖大部分已退出。伴隨網箱養殖的退出，漁民被迫轉業，部分漁民沒有收益來源無法維持生計，導致貧困加劇。在建設生態文明和推進精準扶貧的新形勢下，降低水庫網箱養魚的氮磷排放，是保持水環境健康和維持水庫漁業可持續發展的重要途徑，助力庫區漁民脫貧。

2 網箱投餌養魚的氮磷排放

外源性飼料的投入，是網箱養殖水體營養物質的主要來源。網箱養殖氮磷排放因餌料類型、養殖種類等不同而有所差異(表1)。

表1 養殖魚類餌料利用率與氮磷排放的關系Tab.1 The fish species cultured,feed types used and N and P budgets from available literatures

2.1 餌料類型

網箱養魚投喂的餌料不同，排放的氮磷含量差異較大(圖1)。Leung 等[8]指出重色石斑魚(Epinephelus areolatus)網箱養殖系統中，投喂冰鮮餌料的餌料系數為6.52，每生產 1 t魚，每年會產生320.6 kg N。靳祖雷等[9]報道廣東柘林灣的網箱養魚，當投喂冰鮮餌料時，年產生氮排放量2 760.39 t、磷排放量679.11 t;當投喂配合飼料時，年氮磷排放量分別為1 370.37 t和413.08 t。另有研究指出網箱養殖鱖(Sinipercachuatsi)、鳊(Parabramispekinensis)和斑點叉尾鮰(IetalurusPunetaus)，投喂餌料魚和配合飼料，生產 1 t的魚產物，每年將有159.7 kg N和35.3 kg P排放到水體[10]。由此可見，冰鮮餌料相比配合飼料，對養殖環境將產生更多的氮磷排放。另外，實驗室條件下投喂冰鮮餌料氮磷排放量明顯下降，如用冰鮮餌料喂養美國紅魚(Sciaenopsocellatus)、花尾胡椒鯛(Plectorhynchuscinctus)、點帶石斑魚(Epinepheluscoioides)、平鯛(Rhabdosargussarba)等，每生產1 t魚時，分別有8.65～24.37 kg N 和3.5～10.31 kg P排放到水體中[11]。這可能由于實驗室條件下，投餌量可根據殘餌量進行實時調整。冰鮮餌料魚的肌肉和內臟等殘餌軟組織是氮的主要來源，骨骼、鱗片等是磷的主要來源。據估計，野外高頻率大量投餌下產生的殘餌大概是實驗室條件的30倍[12]。

圖1 網箱養殖中不同餌料類型氮磷排放量Fig.1 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed types in cage culture

2.2 養殖品種

網箱養殖過程中，除殘餌外，魚類排泄物是水生生態系統營養物質重要來源之一。魚類的氮排泄物是蛋白質代謝的最終產物，大部分通過鰓排出體外，少量隨尿排出，魚類氮排泄物的主要成分為氨和尿素，多數情況下是氨[5]。對真鯛(pagrosomusmajor)、黑鮶(Sebastodesfuscescens)、黑鯛(Sparusmacrocephlus)、建鯉(CyprinuscarpiovarJian)、異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)、斑點叉尾鮰、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)等研究均表明排泄是真骨魚類氮支出的最重要途徑[21-23]。不同魚類排泄氮的試驗結果差距較大，研究表明魚類排泄氮占攝食氮的比例最低為13.3%，最高大于90%，多數在60%左右。

由于白銀貨幣化，整個社會對白銀的需求量日益增長，許多人為白銀四處奔走。一些后開發地區的銀礦被發現，并因此帶來了人流、物流、資金流、技術流，社會資源被重組，山區被開發。在狂熱追逐白銀的情況下，白銀不僅是社會財富的直接化身，而且成為物質世界和精神世界統轄者。于是，白銀文化應運而生。主要表現如下：

圖2 網箱養殖中不同養殖品種氮磷排放量Fig.2 Nitrogen and phosphorus emissions of different species in cage culture

2.3 飼料蛋白含量

餌料系數是評價不同餌料的營養價值和經濟效果的指標，提高餌料效率，降低餌料系數，可以減少網箱養魚的氮磷排放量。如網箱養殖鮭，在上世紀70年代，餌料系數為2.01，生產1 t的魚，水體的氮磷排放分別為129 kg和31 kg；到90年代，餌料系數降低到1.75，生產1 t的魚，水體的氮磷排放量分別為78 kg和9.5 kg[14]；到2005年，網箱養殖鮭魚的餌料系數降到1.1，生產1 t的魚，水體氮磷排放分別為33 kg和4.9 kg[20]。類似的現象在網箱養殖虹鱒中也存在(表1)。

魚類對營養元素的利用率和轉化率受飼料質量的影響較大。據統計，隨著飼料質量的明顯提高，鮭魚、虹鱒、海鯛等魚類的餌料系數降低，魚類的氮磷排放量也明顯的下降，氮從129 kg/t下降到45.8 kg/t，磷從31 kg/t下降到1.73 kg/t(表1)。Abimorad等[34]的研究報道，飼料中添加賴氨酸或蛋氨酸，可以降低細鱗肥脂鯉的餌料系數，提高蛋白貯存率，減少氮元素向水體的排放。另外，利用脂肪對蛋白質的節約效應的營養學原理，適量增加飼料中脂肪含量，可提高魚類生長率和蛋白質利用率，減少養殖水體中氮的排放量[35]。

圖3 網箱養殖中不同飼料蛋白含量的氮磷排放量Fig.3 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed protein content in cage culture

2.4 餌料系數

飼料蛋白質含量不同，氮磷物質的排放量不同(圖3)。網箱養殖虹鱒系統中，當飼料蛋白含量為48.1%，生產1 t的魚，氮磷排放量分別為71.1 kg和15.2 kg；飼料蛋白含量為41.0%，生產1 t的魚，氮磷排放量分別為52.6 kg和7.9 kg；飼料蛋白含量為40.6%，生產1 t的魚，氮磷排放量分別為47.3 kg和7.5 kg[19]?？梢?，喂養同一種魚，飼料蛋白質含量越高，氮磷排放量越高。

不同魚類物種因其攝食行為、攝食率、餌料轉換率的不同，氮磷廢物排放量占總氮磷輸入量的比例不同。通過大量已有文獻數據假設飼料中N 含量為6.5%，P含量為1.4%，餌料轉換率為2.0，魚體N含量為3%，P為1%。飼料有80%被利用，20%變成殘餌，可形成簡化的理論性營養物質平衡模型[12]，適用于網箱養殖N、P營養物質排放的估算(圖4)。

3 網箱養魚氮磷營養物質簡易估算方法

本試驗條件下，施用配方肥在氮肥減量25%時，辣椒不減產、品質有一定改善，氮肥利用率提高3.2%百分點。配方施肥對期末土壤理化性狀的影響不明顯。

圖4 網箱養殖魚氮磷營養物質估算Fig.4 Estimation of N、P nutrients in cage fish cultrue

通過估算，當網箱養魚餌料系數為2.0時，生產1 t魚時，排放到水體的氮磷含量分別占飼料氮磷含量的76.9%和64.2%。該方法中未考慮養殖魚類的輸入氮和通過死亡的輸出氮，通常情況下它們的比例很小約占總營養物質的2%，在此方法中被忽略。另外，魚種輸入的總營養物質可通過養殖過程中死魚來達到平衡。實際生產中可根據具體的餌料系數進行調整和估算。

4 影響魚體氮磷排泄的因子

網箱養殖的品種不同，排放到系統中氮磷含量也不同(圖2)。投喂商品飼料，生產1 t銀鱸，每年將排放130 kg N 和24 kg P[13]；生產1 t的鮭(Salmosalar)，每年排放78～129 kg N和9.5～31 kg P[14]；生產1 t的虹鱒，每年排放83.11～124.2 kg N和16.66～25.6 kg P[15,16]。這可能是因為不同魚類其生長速率和消化吸收能力不同，造成了氮磷排放量的差異，但鮭鱒的氮磷排放量較為相近。在實驗室條件下，投喂商品飼料，生產1 t海鯛，排放到水體的N、P分別有45.85～61.07 kg和1.46～7.28 kg[17]；生產 1 t鯉，分別有34.6～43.1 kg N和8.3～11kg P排放到水體中[18]， 可見海鯛的氮排放量高于鯉，但磷排放量遠低于鯉。

影響魚類氮磷排泄率的因子主要有養殖密度、種類、大小、生長速度、溶氧、溫度、飼料質量等。Verant等[24]指出魚類養殖密度和餌料的營養成分是影響魚類氮磷排泄率的主要因子，在預測氮磷排泄率的各種模型中，魚類的養殖密度和餌料的營養成分與其關聯性最強，分別解釋了96%和92%變量差異。Schaus 等[25]報道稱魚體重量和溫度對氮、磷排泄率均有顯著影響，大魚的排泄率要低于小魚，高溫可導致魚體磷的排泄率大于氮的排泄率，夏季N∶P明顯降低，進而引發藻類大量生長。另外，魚體自身營養成分含量也會直接影響其氮磷的排泄[26]。相比于體成分，餌料營養成分組成對魚體氮磷排放率影響更大。Yang 等[27]在對虹鱒飼料進行研究時指出，飼料中豆粕代替魚粉會增加氨氮的排泄率，且當豆粕在飼料中含量>50%時，磷的排泄率顯著降低。類似的結果在歐洲鱸(Dicentrarchuslabrax)[28]和亞洲黑鱸(Latescalcarifer))[29]中也有發現。磷的排泄率降低可能跟飼料中魚粉含量減少有關，魚粉中富含磷。

合理設置網箱養殖規模與水體養殖容量密切相關。網箱養殖容量是由Carver 和Mallet于1990年在對海水貝類養殖時提出的，主要基于生態學概念容納量，指生長率不受負面影響并獲得最大產量的單位放養量[30]。隨著養殖對環境造成的污染越來越嚴重，養殖環境逐漸被重視，生態效益、經濟效益和社會效益的內容被引入了養殖容量的概念中，指在特定的水域和單位水體中，養殖對象在不破壞環境、保持水域生態系統相對穩定、實現經濟效益最大，并且符合可持續發展要求下的最大產量[31]。目前國內對湖庫養殖容量評估的方法主要集中在氮磷排放量的研究上[32]，這是因為養殖容量估算主要指標不是該水域養殖面積和生產量，而是養殖活動過程中不斷輸入水體的氮、磷等營養物質總含量，受到養殖模式、養殖品種、管理方法等因素制約，具體內容參考丁娜[33]的研究。概述為當氮磷比低于浮游植物光合成作用要求的N∶P比為7.2∶1，磷是水體初級生產力的限制因子，估算原理是根據養殖物質平衡方程環境，Qf=PMAC/Pfood，Qf為理想漁產量(t/a)，PMAC為水域能接受的最大磷負荷(kg/a)，Pfood為養殖過程中散失到水體的磷含量(kg/t)。PMAC=Lfish·A，Pfood=C·f·([P]food-[P]fish)，C·f=年投餌量/養殖產量，Cp=Lp(1-R)/(Z·p)，R=1-Wout/Win。其中Lfish為水體允許最大磷負荷(g/m2·a)，A有效養殖面積(m2)，C·f表示餌料系數，[P]food表示餌料磷含量[%或‰(kg/t)]，[P]fish表示養殖品種磷含量[%或‰(kg/t)]，Cp為水體中總磷含量(mg/L)；Lp為水體單位面積磷負荷(g/m2·a)，R為滯留系數，Z為平均水深(m)，p為水庫年交換率。另外，也可根據養殖水域初級生產量之間的關系來評估水體的自然容納量，即水體的魚產潛力F(kg/hm2)，F=F浮游動物+F浮游植物+F底棲動物+F有機碎屑。通過養殖容量的評估可以了解網箱養殖對水環境的影響，對于確定網箱養殖規模具有重要的指導意義。

5 降低網箱養殖對環境影響的措施

5.1 評估養殖容量，控制養殖規模

由此可見，在網箱養魚系統中，高溫、高密度養殖幼魚時，魚類氮磷排泄率會增大，排放到水體的有機營養物質含量增加，水質更易破壞。

5.2 提高飼料質量，實行精準投喂

所謂應用軟件，主要是為了實現用戶的特定目的和用途，進而編制計算機的應用軟件，主要是通過利用計算機來解決具體實際問題。應用軟件實際上就屬于一系列功能進行組合，并且做到程序集合相互協作，具有特定程序，對人們的日常生活解決問題有著比較普遍的應用。

選擇合適的投喂量、投喂時間和投喂頻率等精準投喂策略，可提高飼料的利用率，減少網箱養殖對環境的污染。過量的投喂飼料不但造成浪費，未食殘餌還會污染環境，但投喂量不足，會導致養殖魚類競爭，影響生長率和飼料利用率，所以深入認識魚類的攝食行為，選擇合適的投喂量進行精準投喂是十分必要的[36]。

5.3 利用組合式生態網箱

通過組合式網箱，養殖不同食性魚類，可以有效利用網箱養殖中的殘餌。如濾食性魚類和某些雜食性魚類可以利用水體中天然餌料和養殖過程產生的殘餌、糞便等，提高飼料利用率，減少投餌對環境的不良影響。在印尼的鯉網箱養殖系統中，采用組合網箱在外箱養殖羅非魚，取得較好的養殖效益和生態效益，在當地被廣泛的應用[37]。Sudirman等[38]報道在海水漂浮網箱中養殖不同種類石斑魚時，網箱周圍會聚集野生魚類，據統計有25個屬的29種魚類，他們有的魚攝食網箱的殘餌，有的攝食糞便，可消耗27%的殘餌，直接減少了營養物質向水體中的擴散。Yi等[39]對網箱池塘養殖系統的研究發現，在網箱內外均養殖羅非魚可以提高產量和飼料轉化率，改善水質。在養殖對蝦的池塘網箱系統外養殖羅非魚也得到類似的結果[40]。朱永久等[41]在鱘養殖網箱外套掛大規格網箱不投餌養殖鳙、青魚等，提高了網箱養殖經濟效益的同時，也減少了養殖廢物向水體的排放。因此，在網箱外設置外箱養殖濾食性或雜食性魚類的組合式網箱養殖是一種提高網箱養殖收益、減少養殖污染的重要措施。

如果電動機選用變頻調速方案，Tt和Tr都取常數，在電動機啟動時，Tt可取電動機的額定轉矩倍數為1.7[5]。建模分析中，取彈性軸的彈性系數k=10N，然后分以下幾種情況討論。

只能這樣了，何良諸繞到車那面，蹲在踏板上，小勺沒有發現。就是看見了，車門外掛大肉，也不是司機買的?？ㄜ嚻饎樱铀伲L呼嘯，出街口后，道路孬，車沒命地顛簸，何良諸摳車門的手，凍得粘住了，挺起脖子，看見趙集直勾勾前視，嘴角掛著暖和的笑。何良諸憤怒了，這家伙，怎么會笑！車沒有停下的意思，叫車豁子涮了！何良諸又急又恨，心里明白，卻不敢亂動，舉了幾次，終于把凍僵的手像棍子似豎起來，梆梆梆敲玻璃。趙集嚇了一跳，才想起門外掛塊肉，急煞車。趙集扭身推車門，何良諸蹲在踏板上。趙集貼住車窗，叫嚷：“下去?！?/p>

5.4 網箱養殖廢棄物收集技術

降低網箱養殖對水體污染的直接方法是對養殖廢棄物的收集處理。國外為提高養殖水產品的品質，對養殖水環境實現可控管理，并通過簡單的排放前處理達到廢棄物的減排[42]。國內學者對此也展開了一系列的研究工作。吳宗文等[43]針對水庫網箱養殖過程中魚體排泄物污染問題做了多方面的探討，包括魚體排泄物和殘餌的收集、生物凈化、放養模式等，并提出了對沉積物機械收集與處理的設想。具體方法是在網箱底部安裝集糞斗及在斗壁安裝振動裝置、篩動裝置，以提高集糞斗對魚體排泄沉積物的收集效率。在養殖對比試驗中每天提取魚糞1～2次，將收集的魚糞進行水、糞快速分離，運用現代生產工藝，研制加工成綠色有機生物肥，提高魚糞的利用率。該集糞裝置減少了有機質的排放量，避免了水體的富營養化，為魚類的生存、生長創造了有利的生態環境，獲得了更好的生態、經濟、社會效益。江濤等[44,45]通過對大水面網箱設施進行專業化改造，構建了從廢棄物收集、固液分離以及分離后的養殖尾水通過生態浮床掛膜技術進行物理及生態處理的一整套系統，將網箱養殖過程中產生的飼料殘餌、排泄物進行快速收集、固液分離，并對分離后的養殖尾水進行生態處理，大幅降低經處理后的尾水含總磷、氨氮、化學需氧量的排放濃度，減小對養殖水域的污染，以實現淡水網箱養殖的可持續發展。王濤等[46]對加裝集污裝置的水庫投餌網箱養殖框鱗鏡鯉的生長及氮、磷排放情況進行研究，結果顯示集污網箱中N、P的利用率顯著高于傳統網箱，加裝集污裝置后氮、磷排放量顯著減少，減輕了網箱養殖對環境的富營養化影響。