水產(chǎn)養(yǎng)殖氮磷排放成因及應(yīng)對(duì)策略

陳家龍， 陳衛(wèi)軍， 任洪濤， 黃 勇， 高小蟬， 高世陽＊

（河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 河南洛陽 471000）

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展歷程，也取得了巨大成就。20世紀(jì)50年代以前，由于野生魚類資源豐富，漁民們積極參與捕撈。 隨著野生漁業(yè)資源的枯竭，漁民們開始在湖泊或水庫中進(jìn)行養(yǎng)殖，漁民定期放養(yǎng)魚苗，養(yǎng)殖過程中不投喂飼料，因此對(duì)環(huán)境的干擾較少。 隨著市場對(duì)水產(chǎn)品需求的不斷增加，人們開始探索其他更有效的養(yǎng)殖方法。 在20世紀(jì)60年代中期到80年代中期，池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖逐漸發(fā)展，給養(yǎng)殖戶帶來了豐厚的利潤。 但是隨著市場競爭的愈演愈烈，集約化養(yǎng)殖（包括網(wǎng)箱養(yǎng)殖、圍欄養(yǎng)殖和循環(huán)水養(yǎng)殖等）逐步發(fā)展，健康、綠色、高效的水產(chǎn)養(yǎng)殖日益被人們所關(guān)注。

1 影響水產(chǎn)養(yǎng)殖氮磷排放的因素

如圖1所示，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年攀升，水產(chǎn)飼料的產(chǎn)量出現(xiàn)了不斷增長趨勢。 飼料業(yè)快速發(fā)展過程中存在一些問題，例如飼料的水穩(wěn)定性差，容易造成水質(zhì)污染；魚體對(duì)飼料的利用率較低時(shí)，魚體排泄物中氮含量增加，進(jìn)一步污染水質(zhì)。

圖1 我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量和水產(chǎn)飼料產(chǎn)量變化趨勢圖

1.1 飼料的水穩(wěn)定性

在水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖過程中， 飼料的投喂能夠提高產(chǎn)量， 但一定程度上增加水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中污染物的負(fù)荷，飼料廢物會(huì)破壞水質(zhì)，引起水體富營養(yǎng)化。 在養(yǎng)殖過程中， 飼料對(duì)水體的污染有以下幾個(gè)原因：1.飼料自身水穩(wěn)定性較差，在水中容易分散成小顆粒；2. 投喂策略不當(dāng)，過量的投喂飼料，會(huì)造成飼料廢物增多；3. 投喂前未篩去飼料中的粉末；4. 魚的攪動(dòng)或水泵的沖擊作用；5. 飼料適口性不好，魚的攝食量不高。 此外，飼料配方組成中粘性物質(zhì)較少，飼料原料的粉碎粒度不均勻， 飼料加工過程中溫度不適宜等因素都會(huì)造成飼料顆粒間的粘結(jié)不牢固， 增加飼料在水體中的溶失。

1.2 飼料利用效率

飼料利用效率與很多因素有關(guān)， 如飼料的可消化性、飼料品質(zhì)、投喂策略、養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖種類及動(dòng)物的食欲、水溫及水質(zhì)等。 飼料利用效率不高，將會(huì)有更多的飼料作為糞便被魚體排出體外， 這不僅會(huì)造成飼料的浪費(fèi)，也會(huì)造成水質(zhì)的污染。

飼料中常見的抗?fàn)I養(yǎng)因子有蛋白酶抑制因子、凝集素、植酸、皂苷、植物雌激素、抗維生素因子、抗原因子等； 飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在抑制腸道消化酶的活性，減少飼料的利用效率。 另外，為了增加產(chǎn)量，盲目的過量投喂飼料會(huì)造成飼料的過剩，降低飼料利用效率，引起水質(zhì)的破壞。

1.3 糞便污染

水產(chǎn)動(dòng)物所攝食的飼料中有80%或者更多的部分被機(jī)體所吸收利用，10%～20%轉(zhuǎn)化成糞便排到水體中。 部分未被水產(chǎn)動(dòng)物攝食的飼料和機(jī)體排出的糞便將會(huì)被細(xì)菌和一些微生物分解。 飼料的可消化性越高， 飼料中被魚體所吸收的營養(yǎng)成分的含量就越高， 魚體排泄物就會(huì)越少， 這不僅減少飼料的浪費(fèi)，也會(huì)減少糞便對(duì)水質(zhì)的污染。

糞便的水穩(wěn)定性會(huì)影響水質(zhì)， 水穩(wěn)定性差的糞便在受到魚體的攪動(dòng)或是水泵的沖擊作用時(shí)， 會(huì)更容易分散到水中， 造成水中氮磷等有機(jī)物含量的升高。化學(xué)耗氧量、總氮和總磷的含量是反映水質(zhì)污染的主要指標(biāo)。包膜完整的糞便在水中的溶解較少，能夠有效的進(jìn)行移除，減少水體負(fù)荷。

2 減少水產(chǎn)養(yǎng)殖氮磷排放的主要方法

2.1 提高飼料利用效率

水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的養(yǎng)殖模式、飼料的營養(yǎng)價(jià)值及投喂策略等均會(huì)對(duì)飼料的利用效率產(chǎn)生影響。 另外，飼料加工方式也能在一定程度上影響飼料的利用。

采用單養(yǎng)模式時(shí)，飼料殘?jiān)荒鼙黄渌a(chǎn)養(yǎng)殖品種所利用， 飼料殘?jiān)凰w中生物化學(xué)過程所分解，或者排放到水體中。 采用適當(dāng)?shù)幕祓B(yǎng)模式能夠提高飼料殘?jiān)睦寐剩黾赢a(chǎn)量，減少環(huán)境污染。 此外，針對(duì)不同養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖階段，應(yīng)當(dāng)制備適宜營養(yǎng)含量的飼料，以避免營養(yǎng)不足或者營養(yǎng)過剩造成飼料利用效率的下降。 另外，投喂策略也會(huì)影響飼料的利用。在養(yǎng)殖過程中，應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)投喂，減少養(yǎng)殖過程中的飼料過剩， 以提高飼料的利用率。 飼料的可消化性與飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量有關(guān)， 適當(dāng)?shù)臄D壓加工能夠減少飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量[1]，進(jìn)一步提高飼料利用效率。 加工過程中加工參數(shù)也會(huì)影響飼料水穩(wěn)定性， 水穩(wěn)定性高的飼料利用效率較高。 因此，飼料制備過程中，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)募庸?shù)和加工方式來改善飼料的水穩(wěn)定性和可消化性。

2.2 提高飼料和糞便的水穩(wěn)定性

2.2.1 添加粘合劑

飼料的水穩(wěn)定不僅能夠提高飼料的利用效率，對(duì)水質(zhì)的保護(hù)也有重要的作用。 適當(dāng)?shù)奶砑诱澈蟿┠軌蚋纳骑暳纤€(wěn)定性，延長動(dòng)物攝食飼料的時(shí)間，確保盡可能多的飼料被魚體所攝食。 關(guān)于粘合劑添加對(duì)飼料水穩(wěn)定性的研究較多， 不同粘合劑對(duì)飼料的水穩(wěn)定性影響不同。 糞便的水穩(wěn)定性有利于提高糞便的移除效率， 減少糞便在水中的溶解， 改善水質(zhì)。 研究表明，瓜爾豆膠的補(bǔ)充能夠提高虹鱒糞便的水穩(wěn)定性，增加其糞便的移除效率。 目前關(guān)于其它水產(chǎn)動(dòng)物糞便水穩(wěn)定性的研究較少。

2.2.2 改善飼料加工參數(shù)

飼料加工條件對(duì)飼料的水穩(wěn)定性有一定的影響，不同加工條件對(duì)飼料的水穩(wěn)定性影響不同。 研究表明， 通過擠壓膨化工藝所生產(chǎn)的膨化料的水穩(wěn)定性優(yōu)于顆粒料。 飼料原料粉碎粒度的大小也影響飼料的水穩(wěn)定性。 另外，隨著擠壓溫度的升高，飼料的水穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)， 這可能是由于升高的加工溫度提高了飼料中淀粉糊化度[2]。

魚體攝食不同加工工藝的飼料后，魚體腸道食糜的粘性不同，會(huì)影響糞便的水穩(wěn)定性。 在虹鱒的研究中，飼喂膨化料的虹鱒腸道內(nèi)容物排空速度較顆粒料組慢，這可能是由于膨化料中的淀粉糊化度高，食糜粘性增加的原因，食糜粘性的增加有利于提高糞便的水穩(wěn)定性。

2.3 廢物移除

集約化養(yǎng)殖過程中，投放的魚種和飼料量較多，產(chǎn)生的廢物相應(yīng)增多。 飼料投喂所帶來的廢物包括固體廢物和溶解性廢物。 固體廢物包括沒有攝食或者沒有消化的飼料， 其中未消化的飼料通過腸道排放形成糞便； 溶解性的廢物是指水產(chǎn)動(dòng)物代謝的副產(chǎn)物，如氨、尿素、磷酸等，這些產(chǎn)物主要由水產(chǎn)動(dòng)物的鰓和腎臟排出。 據(jù)報(bào)道，生產(chǎn)1 t魚將會(huì)產(chǎn)生0.8 kg的氮和0.1 kg的磷，相當(dāng)于73個(gè)人每天所產(chǎn)生的廢物的量。 可見采取措施減少廢物產(chǎn)生，并對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的廢物合理移除，對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

減少水產(chǎn)養(yǎng)殖廢物產(chǎn)生的主要解決方法是飼料管理。研究表明，飼料效率提高30%，將會(huì)減少20%的廢物。 前期報(bào)道了一些減少水產(chǎn)養(yǎng)殖中廢物產(chǎn)生的方法：（1）注明飼料的消化率和廢物的產(chǎn)生量，包括固體、氮和磷，以及在理想的系統(tǒng)條件下測得的飼料轉(zhuǎn)化效率，以指導(dǎo)生產(chǎn)；（2）了解所養(yǎng)殖魚類的健康和生理狀況； （3）了解所養(yǎng)殖魚類的生物量；（4）保證魚體規(guī)格盡量統(tǒng)一， 同樣顆粒大小的飼料利用率較高；（5）飼料投喂之前篩去粉塵；（6）精準(zhǔn)投喂減少飼料的浪費(fèi)。

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中的廢物移除方法有兩種： 包括池塘養(yǎng)殖和循環(huán)水系統(tǒng)養(yǎng)殖。

傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖是靜態(tài)的， 沒有特殊的水處理方法。 池塘系統(tǒng)中，固體廢物沉淀在池塘底部，并隨著時(shí)間積累而增多。 從池塘養(yǎng)殖中去除固體廢物的唯一方法是在養(yǎng)殖兩輪或兩輪以上的成魚后， 清除池塘淤泥。 由于池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)中缺乏足夠的廢棄物處理技術(shù)，只能采用半集約化養(yǎng)殖。在不會(huì)惡化水質(zhì)的前提下， 池塘的生產(chǎn)能力取決于每天可以投喂的飼料量和池塘的廢物容納量[3]。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（Recirculating aquaculture system，RAS） 是一個(gè)能重復(fù)利用養(yǎng)殖水體的養(yǎng)殖系統(tǒng)。RAS通過沉淀和過濾等方法去除固體廢物。 水體中的大部分固體廢物可以通過RAS的沉降作用去除，但去除小顆粒固體物質(zhì)效果并不明顯，因此，需要沉砂池、顆粒介質(zhì)和泡沫分餾塔等裝置或生物過濾器等輔助小顆粒固體廢物的移除，固體廢物的有效移除可確保養(yǎng)殖水體中的氮、磷和有機(jī)質(zhì)等廢物的減少[4]。

水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中的固體廢物懸浮顆粒的大小和水穩(wěn)定性對(duì)于這些廢物的機(jī)械移除效率有很重要的影響。 許多不能被濾除的固體顆粒來源于糞便的溶解。 糞便的分解多是由于魚的攪動(dòng)和水泵產(chǎn)生的沖擊力的影響。 糞便抗沖擊能力的提高能夠抑制糞便的溶解，進(jìn)而提高糞便的移除效率。 研究表明，粘合劑可以用來提高糞便的粘性和水穩(wěn)定性， 改善糞便的完整性。 飼料中的粘合劑會(huì)在腸道食物消化過程中濃縮， 因此少量的不可消化的粘合劑就足以改善糞便的水穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

2021年，《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》指出，要切實(shí)推進(jìn)水產(chǎn)綠色健康養(yǎng)殖， 水產(chǎn)養(yǎng)殖氮磷排放嚴(yán)重影響?zhàn)B殖水體水質(zhì)，不利于水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展，在未來飼料生產(chǎn)和投喂的過程中， 有幾個(gè)方面值得關(guān)注：（1）通過在飼料中添加粘合劑改善飼料和糞便的水穩(wěn)定性；（2）通過改善加工工藝參數(shù)提高飼料和糞便水穩(wěn)定性，同時(shí)降低飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高飼料利用效率；（3）大力推進(jìn)循環(huán)水養(yǎng)殖模式，通過物理、生物等過濾技術(shù)移出養(yǎng)殖廢物，減少氮磷排放。