基于水產養殖廢水凈化的生態濕地修復工程：以江蘇東臺市沿海淡水養殖區為例

陳 浩 朱敦學 蔡翰林 安樹青 史新星 朱正杰*

(1 南京大學建筑規劃設計研究院有限公司，江蘇 南京，210024；2 南京大學常熟生態研究院，南京大學(常熟)研究院有限公司，江蘇 蘇州，215500；3 南京大學生命科學學院，江蘇 南京 210046)

我國是世界上唯一養殖水產品總量超過捕撈總量的漁業國家。2018年，我國水產養殖總量超過5 000萬t，占水產品總量的78%以上(汪鵬合, 2021)。水產養殖廢水的主要來源有肥料、飼料、藥物等使用所產出的固液態廢棄物,如殘餌、殘藥、排泄物、固態物質的溶出成分以及藥物反應剩余物質(吳偉, 2014)，主要污染成分為懸浮顆粒物(SS)、氨氮(NH4+-N)、有機氮和磷酸鹽等。據2017年國家生態環境部、國家統計局、農業農村部聯合發布的《第二次全國污染源普查公報》顯示，水產養殖業所排放的化學需氧量(COD) 66.60萬t、NH4+-N 2.23萬t、總氮(TN)9.91萬t以及總磷(TP)1.61萬t(生態環境部, 2017)。水產養殖尾水排放量如此之高，若不經妥善處理直接排放，不僅危害水環境質量，甚至危害人體健康安全，水產養殖尾水的治理迫在眉睫。

傳統水產養殖尾水的處理方式主要有物理法包括機械過濾、泡沫分離、膜分離等，化學法包括臭氧氧化法、絮凝技術、電化學處理法等，生物法有生物膜法、微生物制劑法、人工濕地技術等(楊明舉等, 2020; Chávez-Crooker, 2010; Mook et al, 2012)。其中，物理法對N、P去除效率較低，化學法處理費用高且易造成二次污染，而生物法因其具有去除廢水中污染物效率高、成本低，無二次污染等優點而被廣泛應用于水產養殖廢水的治理(吳衛飛等, 2019)。

本文以江蘇東臺市沿海淡水養殖區為例，針對研究區存在的養殖尾水水質超標、濕地生境破壞嚴重以及植被多樣性喪失等問題，分別采取水質凈化工程、生境修復工程以及植被修復工程，以滿足研究區生態需求，恢復研究區原始生境，從而為水產養殖領域的尾水濕地生態修復工程技術的研發提供理論價值與實踐參考。

1 研究區概況與問題分析

研究區位于江蘇省鹽城市東臺市沿海淡水養殖區，位于東經120°54′～120°57′，北 緯32°43′～32°46′之間。研究區北側臨近江蘇鹽城濕地珍禽國家級保護區的實驗區和中國黃(渤)海候鳥棲息地(第一期)世界自然遺產地及緩沖區，屬于生態敏感區域。

研究區總面積為1 870 hm2，其中包括淡水養殖區1 420 hm2和生態濕地區444 hm2(圖1)。淡水來源為三倉河引水，通過三倉河引水渠引入各養殖塘，魚類養殖包含青魚(Mylopharyngodon piceus)、草魚(Ctenopharyngodon idella)、鰱(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)等。養殖區每年清塘一次，清塘養殖廢水通過排水渠排入生態濕地區，經排海閘排入黃海海域，排水量約37.7×104m3/d。通過現場調查與查閱資料可知，目前江蘇省東臺市主要存在以下生態問題。

圖1 研究區域現狀圖Fig.1 Current status of the research area

1.1 尾水水質超標

東臺市沿海淡水養殖區大多為開放型養殖模式，養殖廢水中通常含有大量的殘餌、養殖產物排泄物、漁藥等，而這些物質中富含的高濃度N、P等營養物質和其他有機物是造成水體富營養化的主要原因。據監測數據顯示：研究區內養殖尾水水質超出海水受納水域養殖尾水排放限值Ⅰ級標準要求：其中SS濃度超標2.45倍，COD濃度超標1.09倍，TN濃度超標0.2倍，TP濃度超標0.768倍。

1.2 尾水濕地生境破壞嚴重

東臺市沿海養殖區部分水產養殖戶的養殖專業知識匱乏，環保意識薄弱，一味地追求水產產量，而忽略了其帶來的巨大環境壓力。久而久之，養殖尾水污染物排放量遠超環境容量，環境承載力不足，尾水濕地生境遭到嚴重破壞，生態功能逐漸喪失。

1.3 植被多樣性喪失

隨著養殖廢水中高濃度N、P的排放導致植被群落組成與結構改變，甚至抑制了植被非優勢種的生長，導致優勢種植被逐漸喪失。此外，濕地生境的嚴重破壞，也導致養殖區尾水濕地的植物愈發稀少，植被多樣性逐漸喪失。

2 濕地修復目標與策略

2.1 濕地修復目標

養殖尾水水質滿足《池塘養殖尾水排放標準DB32/4043-2021》中海水受納水域養殖尾水排放限值Ⅰ級標準，生態環境得到明顯改善，恢復區域多樣生境，豐富區域生物多樣性，構建區域鳥類棲息地，提升區域總體生態景觀。

2.2 濕地修復策略

應用濕地生態凈化技術，構建濾食性魚類區、底棲和浮游動物區、水生植物區，分別對養殖廢水中大中小型餌料、水產生物排泄物及其他有機物進行降解，凈化魚塘尾水水質。通過地形改造與植被恢復等措施，恢復湖泊濕地、灌叢沼澤、蘆葦沼澤、淺灘濕地等不同生境，為雁鴨類、鷺類、鶴類、鸻鷸類等鳥類提供棲息環境。根據濱海濕地鹽堿化的特征及水質凈化需求，綜合考慮濕地植物耐鹽性與凈化效果，開展植被修復工程。

3 濕地生態修復主要措施

3.1 水質凈化工程

水質凈化工程設計處理養殖廢水量37.7×104m3/d，經3個排水渠分別導流至生態濕地區，再依次經過濾食性魚類區、底棲和浮游動物區、水生植物區凈化，SS、COD、TN、TP排放滿足《池塘養殖尾水排放標準DB32/4043-2021》中海水受納水域養殖尾水排放限值Ⅰ級標準要求，尾水通過排海閘排入黃海海域(圖2)。

圖2 濕地凈化工程平面布置圖Fig.2 Floor plan of wetland purification project

3.1.1 濾食性魚類區濾食性魚類是一類用鰓耙過濾水中微小的浮游生物、細菌、有機碎屑等的魚類。該區域主要針對尾水中剩余大中型餌料進行定向去除，通過魚類的濾食作用，捕食尾水中剩余的大中型餌料，能夠顯著降解有機氮、有機磷。陳家長等(2007)利用蚌、魚混養處理池塘養殖尾水，COD、TN、TP的 平 均 去 除 率 分 別 為32.49%、34.75%、26.93%。參照設計濾食性魚類區有效面積65.3 hm2，水力停留時間2.6 d，水深1.5～2.0 m，主要放殖鯽(Carassius auratus)、鯰(Silurus asotus)、黃顙(Pelteobagrus fulvidraco)等濾食性魚類。

3.1.2 底棲和浮游動物區底棲動物是指生活史的全部或大部分時間生活于水體底部的水生動物群。浮游動物是一類經常在水中浮游，本身不能制造有機物的異養型無脊椎動物和脊椎動物幼體的總稱，在水中營浮游性生活的動物類群。該區域主要針對尾水中剩余小型餌料及大分子有機物進行定向去除，底棲動物和浮游動物可以通過濾食作用，捕食尾水中剩余的小型、中型餌料，進一步降解有機氮、有機磷。參照陳家長等(2007)的研究數據，設計底棲和浮游動物區有效面積76 hm2，水力停留時間2.0 d，平均水深1.0 m。主要放殖貝類、螺螄等底棲動物，水蚤蟲、食藻蟲等浮游動物。

預計濾食性魚類區、底棲和浮游動物區能夠削減SS、COD、TN、TP至少分別為50%、30%、30%和20%。

3.1.3 水生植物區水生植物區主要針對尾水中可溶性污染物進行定向去除，通過水生植物的吸收和微生物的降解作用，凈化尾水中的SS、COD、無機氮和無機磷。李懷正等(2011)針對上海松江五庫農業園區水產養殖污染問題，利用水生植物塘集成技術進行處理，獲得了較好的TN、TP處理效果。參照《污水自然處理工程技術規程》(國家住房和城鄉建設部, 2017)，設計水生植物區有效面積98.8 hm2，水力停留時間2.1 d，分為挺水植物區、沉水植物區和灘地植物區。挺水植物區設計水深0.3～0.5 m，主要種植蘆葦(Phragmites australis)、千屈菜(Lythrum salicaria)、香 蒲(Typha orientalis)等耐鹽挺水植物；沉水植物區設計水深1.0～1.5 m，主要種植篦齒眼子菜(Stuckenia pectinata)、金魚藻(Ceratophyllum demersum)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)等耐鹽沉水植物；灘地植物區主要設計在灘地，主要種植檉柳（Tamarix chinensis）和堿蓬(Suaeda glauca)。

3.2 生境修復工程

在地形改造的同時，考慮區域濱海鳥類的棲息地需求，對區域進行生態修復，恢復湖泊濕地、蘆葦沼澤、淺灘濕地、灌叢沼澤等不同生境，增加區域生境的多樣性，豐富區域動植物種類和數量，恢復區域生態系統功能，增強區域抗污染沖擊能力(圖3)。

圖3 生態修復平面布置圖Fig.3 Layout of ecological restoration

3.2.1 湖泊濕地區雁鴨類偏向選擇具有開闊水域、充足食物供給和相對較低植被覆蓋的生境(潘家琳等, 2019)。依托現有濾食性魚類塘、底棲和水生動物塘、沉水植物塘構建湖泊濕地區，營造雁鴨類棲息地，建設總面積為144 hm2。通過設置大面積深水區寬敞水面，投放魚類和底棲動物，種植沉水植物，為雁鴨類提供覓食環境；設置生態島，種植挺水植物和草本植物，為雁鴨類提供避險區；設置泥灘地為雁鴨類提供休憩區。

3.2.2 蘆葦沼澤區鶴類的主要棲息地類型為蘆葦沼澤(王成等, 2018)。在湖泊濕地邊緣設計淺水區，水深0.3～0.5 m，通過種植蘆葦，形成蘆葦沼澤區，總面積為112 hm2。重點營造鶴類棲息地，為鶴類提供筑巢與覓食環境，同時也為雁鴨類提供避險環境。

3.2.3 淺灘濕地區大中型鸻鷸類適宜棲息、覓食于10 cm以下的淺水生境，小型鸻鷸類更適合棲息在濕潤的泥灘生境中(李艷英等, 2020)。在蘆葦濕地和湖泊濕地岸邊，通過自然放坡，坡度1:5～1:10，可自然形成淺灘濕地區，總面積為85 hm2。淺灘濕地以大面積光灘為主，重點營造鸻鷸類棲息地，為鸻鷸類提供休憩環境，同時為雁鴨類提供覓食環境。

3.2.4 灌叢沼澤區白鷺適宜棲息在海島低灌草叢中(朱曦等, 2001)。依托生態島和灘地植被恢復設計灌叢沼澤區，總面積為103 hm2，恢復檉柳(Tamarix chinensis)等灌木。通過恢復生態島和灌叢沼澤，重點營造鷺類棲息地，為鷺類提供筑巢環境。

3.3 植被修復工程

由于鹽堿化的影響，研究區氯化物濃度約為3 000～4 000 mg/L，植被修復選擇應考慮植物的耐鹽性要求。

3.3.1 挺水植物劉小川等(2013)研究表明，在10‰的鹽度下，千屈菜(Lythrum salicaria)、蘆葦(Phragmites australis)和香蒲(Typha orientalis)可作為挺水植物中的先鋒植物，在其他研究中也有相似結論(趙卉琳等, 2014)。馬牧源等(2006)研究微咸水條件下植物的修復效果，在鹽度為6‰時，黃花鳶尾(Iris wilsonii)和美人蕉(Canna indica)都能夠正常生長。結合研究分析，挺水植物選擇以蘆葦、千屈菜和香蒲等最為適宜。

3.3.2 沉水植物劉文竹等(2019)發現，小茨藻(Najas minor)和篦齒眼子菜(Stuckenia pectinata)能在15‰和8‰的鹽度條件下存活，金魚藻(Ceratophyllum demersum)最高耐受6‰的鹽度。唐運平等(2008)通過實驗發現，川蔓藻(Ruppia maritima)和篦齒眼子菜(Potamogeton pectinatus)具有較強的耐鹽能力，當水體含鹽量為7 000 mg/L時，依然能夠生長良好。王衛紅等(2007)通過耐鹽實驗得到類似結論，沉水植物耐鹽性表現為：川蔓藻＞篦齒眼子菜＞狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)＞金魚藻。結合研究分析，沉水植物選擇以蓖齒眼子菜、狐尾藻、金魚藻等最佳。

3.3.3 灘地植物堿蓬(Suaeda glauca)及其與土著微生物協同修復海水養殖廢水的比較研究結果表明，堿蓬對養殖廢水中N、P具有較好的去除能力，同時可以滿足耐鹽性的要求(蔡魯祥, 2020)。結合研究分析，灘地植物選擇以檉柳和堿蓬最為適宜。

4 預期成效

(1)經過濕地生態處理，養殖尾水中SS能夠削減70%以上，COD能夠削減50%以上，TN能夠削減30%以上，TP能夠削減40%以上；

(2)排海口水質達到海水受納水域養殖尾水排放限值Ⅰ級標準要求；

(3)構建豐富的生境，提高生物多樣性，恢復健康水生態系統，為濱海鳥類提供棲息環境。

5 結論

針對淡水養殖廢水中有機氮磷超標問題，通過生態濕地修復工程設計，構建濾食性魚類區、底棲和浮游動物區、水生植物區分別對養殖廢水進行降解，凈化魚塘尾水水質。同時通過地形改造與植被恢復等措施實施濕地生態修復，恢復不同生境，為濱海鳥類提供棲息環境。預期通過生態濕地修復，養殖廢水凈化效果顯著，SS、COD、TN、TP分別削減70%、50%、30%、40%以上，排放水質達到海水受納水域養殖尾水排放限值Ⅰ級標準要求，并恢復健康的水生態系統，為不同鳥類提供棲息環境。