水產環境污染現狀及治理策略

任曉亮，施羽露，廖河庭，楊曉曦，錢信宇，鄭 堯,2，陳家長,2

（1南京農業大學無錫漁業學院，江蘇無錫 214081；2中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇無錫 214081）

0 引言

良好的水體環境是水生動植物生存和繁衍的重要場所，是確保生態化養殖的基本前提[1]。國內之前的養殖大多是采用單向的資源利用模式，這種養殖模式會帶來一系列的環境污染，隨著水產行業規模的加速發展，水產養殖造成的環境污染會對周圍的水環境和生態系統產生一定的影響，這既限制了其規模化發展，又不利于養殖業的可持續發展。因此，利用有效的治理方法限制污染源，保證水生動物養殖行業的穩步發展是重中之重。

1 水產養殖環境現狀

2019 年，中國淡水養殖總產量為3013.74 萬t，其中，魚類總產量達到2548.03萬t，占養殖總產的84.5%；海水養殖的總產量為2065.33萬t，其中，貝類總產量達到1438.97 萬t。中國水產養殖面積共710.8 萬hm2，其中淡水養殖占511.6 萬hm2，海水養殖占199.2 萬hm2。養殖面積呈現減少的趨勢，而養殖產量持續性增加，這就對養殖技術及養殖環境提出了更高的要求。

2020年6月10日發布的《第二次全國污染源普查公報》：關于水生動植物養殖產生的污染物，化學需氧量66.6萬t，氨氮2.23萬t，總氮9.91萬t及總磷1.61萬t，分別占中國整體水污染排放的3.1%、2.3%、3.2%、5.1%。其中，長江、珠江和淮河流域面積較大，途徑省份較多，化學需氧量(cod)、總氮、氨氮等污染物排放較多。目前，中國可提供水產養殖的天然水域環境監測總面積為1609 萬hm2，其中無機氮和磷酸鹽、石油、化學需氧量、汞和銅超標面積占總監測面積分別為74.3%、67.2%、40.1%、17.3%、3.3%、3.1%[2]。

2 養殖環境的污染源分析

水產養殖業因其具有地區差異性，養殖水平并不是均衡的，粗放式養殖模式、養殖中藥物的使用及監管不當、周邊農業的有機磷污染[3]、船舶引發的污染[4-5]等對養殖水體的污染日益嚴重，危害了養殖水體的生態特性，這些都直接限制著水產養殖業的可持續發展[6]。養殖水體中的主要污染來源是殘餌、魚蝦代謝物、用于消毒和處理的化學品以及水源帶入的污染物質等，首要污染物是有機物、氮、磷等，內源性污染主要包括營養性、化學性和沉積性污染，外源性主要為工業廢水、廢棄物和農業生產和生活排污污染。

2.1 氮、磷污染是主要污染源

2019年《中國漁業生態環境公報》表示，中國漁業環境質量總體呈穩定狀態，但局部養殖水體的污染形勢依然嚴峻，主要污染物為氮和磷。無機氮是海水養殖區污染的主要因素，而總氮主要是河流、重要漁業水域污染的影響因素[7]。相比于2018年，揮發酚、總磷和高錳酸鹽出現大幅度超標、而總氮、非離子氨、石油和金屬超標呈現不同程度的下降趨勢。養殖池塘中氮和磷的主要來源是肥料、餌料、養殖動物、降水、進水以及地表徑流。90%左右的氮通過飼料輸入，對蝦池塘中57%和14%的氮分別排放和沉積在底泥中，絕大部分（斑節對蝦最高67%）和少量(29%)磷分別沉積在底泥中和排放出去[8]。對養殖水體的監測方法主要從理化、生物和多樣性等角度開展，其中計算氮磷收支主要有化學分析法、物質平衡法和竹內俊郎法[9-10]。

2.2 餌料殘留

當前的集約化養殖使得大量餌料殘留物污染水體，從而出現水體富營養化。在對白洋淀水產養殖的調查中，發現只有25%左右的餌料被魚類吸收，其余餌料以另外的形式進入養殖水體中[11]。當餌料中氮、磷含量分別為2.5%和1.0%時，則每年投入水中的總氮、總磷分別為210 t 和84 t。在江浙地區成魚養殖塘中，每年投入氮磷分別為1545 kg/hm2和580.5 kg/hm2，向環境中排放總氮、總磷和有機污染物的量分別為97.5、5.55 kg/hm2和236.7 kg/hm2，投喂量與總氮和亞硝酸鹽含量呈現正相關[12]。沉積物-水界面主要是存儲、轉移和循環氮、磷等營養物質的場所，在該界面，氮磷等含量的變化幅度可直接反映該水域的富營養化狀況。底質對磷的吸附能力更強，池塘底質中磷的積累量達到2.3～3.0 t/hm2。溶解性散態磷很容易釋放到間隙水中供藻類利用[13]。

Penczak 等[14]和Braaten 等[15]研究了淡水網箱養殖中虹鱒魚和鮭魚的飼料消耗，研究表明魚類進食后仍有20%～30%的干飼料殘留物留在網箱中。隨著養殖時間的延長，餌料、糞便和生物殘渣積累越多，底層有機物含量增加越多，這些有機物又被異養細菌分解和轉化，產生CO2、H2S和NH3-N等，從而使水體酸堿度下降。

2.3 養殖物代謝

在養殖過程中，代謝所產生的污染較為普遍，且較為正常。在正常情況下，約20%～30%的餌料被魚吃掉后會轉化為糞便，對蛋白質含量為36%的鯽魚飼料進行氮和磷的去向分析，結果僅有31.89%的氮進入到魚組織內，62.3%的氮和22%的磷通過尿液和糞便進入水體，每噸魚投喂1.4 t 餌料所產生的干糞便就達0.45 t[16]。除氮磷外，有機物污染可造成水體中氧債和有毒物質增加、酸堿度失衡、引起藻類種群變化、動物免疫力下降易感疾病等[17]。

2.4 養殖模式及藥劑使用的雙重效應

工廠化、集約型的養殖模式會水產動物的排泄物在水池內無法及時清理，很容易滋生細菌，加上底質惡化所帶來的氧債，增大魚病的風險，從而影響水體動植物的生長。所以在養殖過程中，不得不采取相應的藥劑治療，例如，當水生生物患病時，漁民將使用化學物質來控制疾病，這樣做不僅會污染水環境，而且還會在水中和魚體內長時間存留，最終導致水產品的質量和安全得不到保證。研究表明，被施用的抗生素只有20%～30%能被養殖動物吸收，剩下的基本都進入了水體環境中[18]，要想減少環境污染，就要做到科學用藥，即對漁藥的使用劑量和使用標準進行規范[19]。

2.5 工業重金屬物質

據研究，由于長江上游工業廢水的排放，致使水體環境污染日益加劇，部分重金屬污染物未經科學處理而排放，嚴重影響生物的健康和安全，太湖和松花湖重金屬污染也呈逐漸上升趨勢[11]。自然界中的大多數重金屬都是無法生物降解的化合物。隨著時間的推移，這些重金屬污染物的影響會越來越大。許多重金屬使生物體無法生存，并直接危及生命，原因是重金屬本身會導致體內與酶結合的蛋白質分子丟失，使它們失去活性。如今，海鮮已成為餐桌上的主食，許多重金屬進入人體。在食物鏈中，這些重金屬毒素積累到可怕的水平，最終進入人體，破壞腎臟、神經系統和造血系統[20]。因此在防污過程中，嚴格控制重金屬的排放與監測是關鍵。對于重金屬的去除主要有離子交換法、化學沉淀法、電解法和生物吸附等[21]。

3 水產養殖環境防治措施

3.1 發展綠色健康養殖

利用生態調節劑-微生態制劑來改善水質是一種切合綠色漁業生態漁業發展方向的生物治理策略。微生態制劑，也叫“有益微生物”，它能改善宿主及生存環境中的微生物菌群，增強宿主免疫力，提高餌料系數，并且明顯改善水質，從而對宿主產生有益作用的活微生物[22]。常見的微生態制劑可以顯著改善水質，阻止有害微生物的繁殖，迅速降解有機物，增加水中的溶解氧，減少NH3-N 和NO2--N，還可為單細胞藻類供給養分，促進水生植物的繁殖，主要包括光合細菌、酵母菌、乳酸菌、硝化/反硝化菌以及枯草芽孢桿菌[23]。此外，水草（如種植沉水植物）對水中沉積物中多余的營養物質和其他有害物質、重金屬物質有很強的吸收能力[24-25]，但需要深入研究其品種選擇和植物搭配，比如在養殖池中，夏季和秋季可種植喜溫耐熱的植物，如苦草和黑藻類，冬季和春季可種植耐寒畏熱的植物，如菹草或伊樂藻，以保證沉水植物全年的凈水能力。

3.2 優化升級養殖模式

近年來，中國的蓮田、稻田養蝦蟹和“回”形魚塘取得了良好的養殖效果。在此基礎上，應深入研究如何完善結構，如何開展具體的捕撈操作，從而創造一種生態養殖與經濟功能并重的新興養殖模式。實施標準化水產養殖建設，統一規劃和安排“散、小、雜、亂”的養殖模式，完成清淤、加深、塘口整形、加固基底等規范性改造和基礎設施統一性建設，如道路、電力、進水口、排水設施、飼養設施、氧化設備等，從而建立一個養殖設施完備、規范化的現代水產示范園區[26]。

3.3 發展綜合水產養殖模式

通過把不同生活習性的魚類混養在同一池塘中，進而盡可能利用池塘各層及食物鏈的作用，對保持良好的水質起到一定的作用。目前，多元化養殖的種類不僅限于魚類，蝦蟹、蚌螺和鱉類等已成為重要的多元養殖對象。在此基礎上，總結出的“80:20 池塘養殖模式”在全國有廣泛的應用[27-28]。目前，中國池塘的多品種復合養殖仍采用傳統的高密度、高投入的方法，并伴隨著生態效果差等問題，池塘混養技術應控制養殖密度，滿足水體的養殖容量下，依托大量可靠的基礎研究的基礎上，進行現代魚類生態混養，同時對水質也起到一定的恢復作用[29]。常規魚混養名優魚，特色魚套養普通魚，盡最大努力挖掘生產潛力來提檔升級。針對每個品種，市場價格會有高低之分，也會有好壞之分，應及時做出適當調整，充分利用各品種的特點，充分發揮水體的層次和深度，充分發掘育種空間的價值。

3.4 建立養殖尾水處理系統

水產養殖廢水污染控制已經引起了人們的高度關注，并且在政策層面上提出了必須達到排放標準的要求。設立養殖模范區，將養殖過程中的尾水集中處理、集中排放，已成為推進傳統漁業向現代漁業發展的根本要求。創新設計思想、提高技術手段，嚴格按照技術標準，進行池塘清淤，給排水系統及凈化區的建設、生態化護坡設施、電力工程等，經過規范性的改造后，池塘容積能擴大20%，單位產量增加20%，病死率降低了30%以上[30]，產量大大提高，與此同時，水質改善后，水產品的質量更好，經濟效益更明顯。積極推廣生態化養殖技術和模式，完成好池塘的生態化改造和養殖尾水的綠色治理。

如今，針對池塘養殖環境有兩種類型的生態修復技術。第一種是原位修復技術[31-33]，主要原理是在生物浮床上種植水生蔬菜或其他水生植物，給微生態制劑進行硝化作用提供附著的場所，促進其大批量繁殖，從而在一定程度上提高氮循環[34]。在養殖水底層放養一些螺絲和貝類，可以促進池塘養分的多層次利用，這些方法的主要目的是為池塘水中的剩余養分提供一個新的目的地，穩定池塘的水質，并進一步降低水產養殖的生產和排放系數。另一種是異位修復技術[35-36]，其主要原理是將養殖池中的養殖廢水排放到凈化裝置中進行凈化處理。處理之后的水還可再次用于水產養殖。

胡庚東等[37]建造了一個淡水循環水池塘養殖模型，包括水源、養殖池、一級凈化（生態溝）、二級凈化池（氧化塘）和三級凈化池（曝氣塘），并研究了對廢水中氮、磷的去除效果，發現該模型可以有效減少過量的氨氮、亞硝酸鹽氮、總氮和總磷及葉綠素a。2016年開始對全國范圍內的池塘進行生態化改造，提出蝦蟹塘、常規經濟魚類和鱸魚等污染負荷較重的凈化區面積一般分別占養殖水面的8%，10%和15%以上，但較難以實現對龜鱉類養殖尾水的處理，人工濕地相比凈化池塘可能更加符合其污染水體的特征，我們認為認為濕地面積一般占養殖水面的10%～20%左右為宜[38]。而宋嬌等[39]提出的池塘工程化循環水養殖模式，將靜態池塘變為動態流水，創新了尾水處理方式，但水質監測設備、技術等缺乏。對人工溝渠水質凈化材料和模式研究表明，凹凸棒土和火山石可作為水質凈化的材料，能實現資源化利用[40-42]。

3.5 發展魚菜共生模式，創新中草藥凈水技術

有研究表明稻田能除去32%的總氮和24%的總磷，蓮藕能去除N 300 kg/(hm2·a)和P 43 kg/(hm2·a)[43-44]。從節水和管理層面來看，魚菜共生（含工程設施化）是未來的發展方向，采用LED 技術能模擬自然光，實現對蔬菜生長和病蟲害的精細化管理。魚菜共生體系對池塘水質凈化的研究已經取得了較好的效果，結果顯示空心菜可顯著降低鯽魚養殖池塘中水體TP、COD 含量，而水芹能改善水體中TN、NH3-N、NO3--N、TP 等指標，對水體中TN 去除率達到了79.9%，TP 去除率為92.5%[45]。同時，利用中草藥浮床(如魚腥草Houttuynia cordataThunb)，不僅可調控吉富羅非魚(Oreochromis niloticusGIFT)養殖池塘水質，還起到增強吉富羅非魚免疫能力的功效[46]。若對池塘底質進行全面清淤或改造，則需耗費一定的人力和財力，增加養殖成本。魚菜共生模式利用植物的不同生長季節，通過選擇不同的植物配比，可實現全年對池塘水質的凈化處理，中草藥浮床可以增強水生動物的免疫能力，提高水產品產量。

3.6 實施重大漁業創新工程

增加漁業創新項目的投資，實現智能漁業環境監測、評估和預警項目，新污染物的識別和控制項目，節能和環保養殖模式升級項目，受損的生態系統功能恢復重建項目，近海漁業海洋牧場建設和生物資源可持續利用項目，并對水產養殖生態環境調控與修復技術進行整合與論證。處理漁業污染事故的技術集成和示范、生態災難應急監測和生物資源損害評估，和主要漁業資源保護和環境修復等創新項目，促進漁業轉型升級和生態文明建設，促進漁業強國戰略和可持續化戰略的實施，確保國民經濟和漁業經濟的更大發展。基于LoRa無線通信的水產養殖監測系統，可對水的溶解氧、電導率、酸堿度、氨氮、溫度等5種參數同時進行監測，通過多種傳感器對水質的各項指標進行采集獲取，充分實現對水質監測的智能化，是漁業工程方面的重大突破[47]。

4 總結與展望

中國當前人民日益增長的生活需求同發展不平衡的矛盾促使水產養殖業向技術升級、模式轉變的生態養殖方向發展。從長遠的角度看，生態循環水養殖具有節約資源、保護生態、操作簡便、生產可控、效益顯著等優勢，將成為水產養殖業發展的主導方向[48]。綠色、生態、健康、可持續發展是水產養殖未來發展的根本趨勢。養殖本身在一定程度上都會對生態環境有一定的影響，我們可以采取相應的措施來減少或消除內部污染。通過先進技術對養殖水體的污染進行凈化和循環利用，促進水產養殖的高質量和可持續發展。總之，有必要根據污染源和具體國情制定科學標準的防控措施，為促進水生動植物的可持續養殖提供新思路[49]。