黃河三角洲海水池塘梯度利用水質狀況分析

高云芳，冷春梅，董貫倉，李秀啟

（山東省淡水漁業研究院，山東省淡水水產遺傳育種重點實驗室，山東 濟南 250013）

氮磷等營養物質不僅是養殖生態系統中物質循環的重要元素，其在水體中的含量還會引起浮游植物群落結構的差異，并會導致營養物質的沉積從而成為水產養殖自身污染的重要指標。傳統養殖方式排出的養殖污水中，氮磷的含量高，容易造成近海水域的水體富營養化[1]，特別是伴隨著海水養殖產業的快速發展，養殖廢水特別是營養物質的排放問題，已經引起人們的廣泛關注。海水養殖自身污染已成為我國近岸海域重要污染源之一[2]。養殖廢水的主要營養污染源為養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物質[3-4]。大量養殖廢水直接排放嚴重威脅了近海環境，也為赤潮生物提供了適宜的生態環境,使其繁殖加快,誘發赤潮[5，6]。雖然近年來，為降低養殖廢水排放，集約化、半集約化循環水養殖方式紛紛出現，通過理化及生物學方法對養殖尾水進行處理，但是處理不充分的養殖尾水循環利用不僅對養殖產生不良影響，降低了養殖產量和品質，且該處理過程造成了養殖成本的大幅增加。同時，技術上可行并不等同于經濟上有效。在技術上片面追求零污染、零排放，可能會因為成本過高而在生產作業領域無法真正實施[3，7]。

黃河三角洲高涂海水養殖過程中，南美白對蝦養殖盡管建立了完整的養殖技術體系，但絕大多數仍以大量換水來改善水質；海參池塘養殖雖取得“東參西養”的巨大突破也是以單養為主，但生境條件的不足及粗放養殖的低效，也有待生態養殖技術的進一步優化。總體而言，雖然黃河三角洲地區擁有豐富的高涂土地資源，但高涂鹽堿地池塘養殖目前仍存在產量不高、養殖種類單一和環境污染等問題，仍需進行混養模式及養殖環境調控技術研究。“一水多用”綜合利用鹽田及海水資源，有機結合海洋化工產業，實現海水綜合養殖、養殖廢水零排放[1]，能克服循環養殖方式的不足，對促進海洋經濟和海水養殖業的可持續發展具有重要的現實意義。為此，本研究選擇不同鹽度梯度下的進水渠、初級海水南美白對蝦養殖池、次級海水鹵蟲增養殖池塘、溴素提取調節池塘和曬鹽池塘以及高涂海參和蝦蟶養殖池塘，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查，旨在全面了解“一水多用”的梯度利用過程中水生態環境現狀，為今后科學規劃梯度養殖和生態調控提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 監測水體

于2016 年5 月、8 月、11 月在黃河三角洲北部沿海高涂池塘進行了3 次不同梯度的調查取樣，取樣池塘分別為進水渠（JS）、初級海水南美白對蝦養殖池（DX）、蝦蟶混養池塘（YC）、海參養殖池塘(HS)、次級海水鹵蟲增養殖池塘（LC）、溴素提取調節池塘（TX）、曬鹽池塘（ZY），海水梯度利用流程見圖1。進水渠引入的是海水進入蓄水庫沉淀后的水，經沉淀后，水質得到一定程度的凈化，同時降低病毒傳播的機會。初級海水養殖池包括南美白對蝦養殖池、蝦蟶混養池塘和海參養殖池塘是系統內三個平行養殖池。

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3 個采樣點，有機玻璃采水器在水面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）和化學需氧量（CODMn）。監測方法均參照《海洋監測規范》[8]和《養殖水環境化學實驗》[9]。

T、pH 值、Sal、DO 等指標現場用YSI－556 MPS型水質儀現場監測；Chl－a 采用熒光葉綠素法進行測定；TN、TP 采用QC8500 流動注射分析儀進行測定；CODMn采用高錳酸鉀氧化法進行測定。

1.3 數據分析

數據處理和統計分析使用Excel 進行，以P＜0.05作為差異統計學意義水平。

2 結果

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 差異具統計學意義（P＜0.01），變化范圍為1.03～6.02 mg/L，總體表現為JS>YC>DXI>DXII>HS>LCI>LCIII>LCII>TXII>TXI>ZYI>ZYII>ZYIII。其中，進水渠DO 含量最高為6.02 mg/L，隨著梯度利用，蝦蟶混養池和南美白對蝦養殖池水體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 含量呈現顯著的下降趨勢，鹵蟲養殖池、溴素提取調節池塘和曬鹽池塘水體DO 含量均顯著低于進水渠，水體DO 含量均低于3.5 mg/L，最低值出現在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。隨著海水利用次數增加，其Sal、pH 值均呈現出了顯著變化，各池塘Sal 差異極具統計學意義（P＜0.01），pH 差異具統計學意義（P＜0.05）。初級海水養殖過程中的海參養殖池、蝦蟶混養池、南美白對蝦養殖池乃至鹵蟲養殖池中海水pH 值與進水渠相差不大，而化工提溴后海水pH值明顯降低，雖然至曬鹽池有所升高，仍顯著低于進水渠海水的pH 值。而海水Sal 則呈現顯著地上升趨勢，其中蝦蟶混養池海水Sal 稍低于進水渠、海參養殖池Sal 稍高于進水渠，但均無統計學意義差異；對蝦養殖池Sal 開始顯著高于進水渠，也表明了研究區對蝦養殖為高鹽養殖；至鹵蟲養殖池Sal 更高，均超過了100；而進入濃縮池后，由于水分蒸發，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，蝦蟶混養和南美白對蝦養殖過程中投喂一定的餌料導致殘餌的存在，以及使用有機及無機肥肥水，使得水體Chl-a 含量顯著高于進水渠；伴隨水體鹽度的升高，高鹽海水中浮游生物種類和數量急劇減少，導致鹵蟲養殖池、溴素提取調節池塘和曬鹽池塘水體Chla 含量很低，大多低于進水渠，但其中溴素提取調節池塘TXII 水體Chl-a 含量較高，可能與水體有機物質的富集、pH 的調節及水體中攝食生物的缺失有關。

圖4 “一水多用”梯度利用下海水Chl-a 變化情況

2.4 營養鹽含量

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，梯度利用過程中經由水產養殖利用，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，表現為ZYIII>ZYI>ZYII>TXI>TXII>LCI>LCII>LCIII>YC>DXII>DXI>JS>HS。其中，海參養殖池為3.31 mg/L稍低于進水渠的3.38 mg/L。隨著海水的蒸發濃縮，鹵蟲養殖池5.92-6.95 mg/L、溴素提取調節池塘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。也表現出經由水產養殖利用導致水體TP 含量有一定程度的提高，以及隨海水的蒸發濃縮水體TP 含量顯著增加，但在不同利用環節內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，海參養殖池0.14 mg/L 依然稍低于進水渠0.15 mg/L。而隨著海水的蒸發濃縮，鹵蟲養殖池0.30～0.36 mg/L、溴素提取調節池塘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，調查水體CODMn濃度變化范圍為：4.95～24.17 mg/L，水體有機質含量偏低。其中，海參養殖池塘CODMn含量4.95 mg/L 稍低于進水渠5.54 mg/L，但差異并不明顯；而蝦蟶混養池、南美白對蝦養殖池乃至鹵蟲養殖池中海水CODMn含量均高于進水渠，其中南美白對蝦養殖池和蝦蟶混養池與進水渠差異不顯著，而鹵蟲養殖池水體CODMn含量顯著高于進水渠；隨后，隨著水體的進一步濃縮，溴素提取調節池塘和曬鹽池塘水體CODMn含量進一步升高，水體CODMn含量均顯著高于進水渠。

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特征分析

從水質監測結果來看，3 個平行初級海水養殖池：蝦蟶混養池、南美白對蝦養殖池和海參養殖池在進水渠之后的設置均是可行的，在不降低水質的同時，還可根據上市需求在不同養殖池養殖不同水產品，以達到水的循環利用。

3 個平行初級海水養殖池水體DO 含量均大于3 mg/L，符合漁業水質標準[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。進水渠、海參養殖池、蝦蟶混養池、南美白對蝦養殖池乃至鹵蟲養殖池中海水pH 值基本符合漁業水質標準，而經由提溴化工后至曬鹽過程中，海水酸化現象嚴重，超出了漁業水質的適宜標準。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與逐級利用，調查中海水中N、P 含量均顯著高于進水渠，水體中營養物質的含量呈現顯著的逐漸增加趨勢，在一定程度上表明了養殖過程中外源營養物質的積累問題，但含量基本屬于II 類水質標準。TN、TP 含量的梯度差異，表明水體TN、TP 收到外源營養物質的投入、水體中生物的利用移除（如海參、鹵蟲）和水分蒸發的濃縮等因素的共同制約，濾食性貝類作為清潔型養殖方式，對養殖環境的確具有調節和修復的作用[13]。海水利用梯度下，本調查中監測的CODMn含量比較高，造成這個結果的原因可能是海水在利用之前需提水靜置蒸發和海水自凈能力降低[14]引起，同時也可能是隨著養殖池塘水體中不斷投餌以及養殖動物排泄積累等原因。

3.2 海水池塘梯度利用下的經濟效益

海水池塘梯度利用模式中，海水水質變化對于養殖生物及海化產業具有重要影響。隨著鹵水濃縮過程不斷進行，濃度進一步提高，高濃度的N，P 會導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效果，繼而影響海鹽的產量和質量[15，16]。但該研究中并沒有出現此優勢藻[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，有效提升結晶鹽的品質[15，18]。另外，鹵蟲增殖還可以使鹽田的生態趨于平衡[19]。因此，應在鹵蟲養殖池中進行適當的鹵蟲增殖，以提升鹽的產量和品質，從而增加經濟效益。在海參養殖池中，全程不投餌的生態養殖模式，基本無外源營養物質的投入，加之海參對水生生物的利用，海參養殖池的水質指標TN、TP、COD、Chl-a 含量都是最低的[20]。淺海貝藻養殖不僅能提供大量優質、健康的藍色海洋食物，同時又對控制水域富營養化、二氧化碳減排做出了很大的貢獻。

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