湖北省水產養殖水質現狀及尾水排放管控標準研究

王 琪， 徐光志， 孫 剛， 劉針延

（1.湖北省生態環境科學研究院（省生態環境評估中心）， 湖北 武漢 430070；2.湖北省面源污染防治工程技術研究中心， 湖北 武漢 430070；3.污染損害評估與環境健康風險防控湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430070）

0 引言

中國水產品總產量占世界的1/4，其中水產養殖貢獻達5 079 萬t，占比為78%[1-2]。水產養殖業餌料中N 的利用效率僅為11.7% ～ 27.7%，P 的利用效率僅為8.7% ～ 21.2%[3]，多數營養物質則累積于水體或沉積物中，超過了水體自凈能力，給受納水體帶來了較大的污染負荷。 全國第二次污染普查表明[4]，水產養殖業的TN 和TP 的排放分別占農業源的7.0%和7.6%。

長江流域水資源豐富， 是我國淡水漁業發展的重要基礎條件。齊凌艷等[5]基于GIS 圖像精細化技術識別了長江流域內養殖池塘的類型與分布， 發現2021 年長江流域養殖池塘總面積為14 567 km2，估算出長江流域水產養殖的N，P 排放負荷分別為9.5萬，1.6 萬t。 鐘宇等[6]采集了湖南省水產養殖重點市州的71 處水樣的9 項污染物進行分析，并估算出湖南省N，P 污染負荷分別為1.1 萬，0.2 萬t。長江流域內巢湖[7]、鄱陽湖[8]、陽澄湖[9]和太湖[10]等重要淡水湖泊也因不合理的水產養殖模式、 養殖尾水處理率低等問題，面臨著較大的水體富營養化壓力。 同時，長江流域內養殖池塘及相關水體也面臨著諸多新型的污染問題，如微塑料[11]、抗生素[8]、有機藥劑[12]和有毒化合物[13]殘留等。

湖北省作為水產養殖業大省，2017 年水產養殖業COD，NH3-N，TN 和TP 等污染物的排放量分別為12.49 萬，0.19 萬，0.59 萬和0.04 萬t，分別占農業源污染的17%，12%，6%和3%[14]， 但省內僅有荊州市出臺了養殖尾水排放的相關標準[15]，相關標準缺失和行業管理不到位的問題仍然突出。目前，針對湖北省內水產養殖水質現狀和養殖尾水處理現狀的研究仍然較少， 水產養殖水質情況和尾水排放情況亟待查明，相關標準和政策的制定需加快推進。

因此， 本研究擬通過查明湖北省水產品產量及空間分布格局，篩選出水產養殖重點地區，并分析水產養殖進水和池水中的各關鍵水污染物濃度分布和綜合污染情況， 進而查明湖北省水產養殖水質基本現狀， 以期為湖北省水產養殖尾水排放管理和長江流域水資源保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 區域概況

湖北省地處亞熱帶濕潤季風氣候， 年平均氣溫15～17 ℃，各地年均降水量在800～1600 mm，地勢三面環山，中間低平，山地丘陵占比80%，平原湖區占20%。 湖北省水系發達，水資源充沛，現有湖泊755 個， 湖泊水域面積合計27 萬hm2，5 km 以上的河流總長6 萬km，水產產業自然條件豐厚。

湖北省各市州水產品產量情況見圖1。 2020 年全省水產品總產量為467.9 萬t，其中淡水養殖產量為438.6 萬t， 占全國14.2%， 養殖面積為52.6 萬hm2，占全國10.4%[16-17]，均居全國第一。 由圖1 可知，湖北省水產主要集中在江漢平原，其中荊州年產量占全省近1/4，荊州、荊門、黃岡和武漢等四市水產年產量累計占比超全省50%。

圖1 湖北省各市州2020 年水產產量統計

1.2 實驗設計

根據湖北省地形地理特征、水產產量分布情況，在江漢平原、鄂中丘陵、鄂東丘陵和鄂西山地選取水產養殖較發達縣市， 所選采樣點位在全省空間上盡可能分布均。 每縣市選取4～5 家淡水精養池塘，池塘進水、 池塘水各采集1 組樣品。 實驗共采集水樣170 組，涉及15 市州下20 縣市，養殖品種主要為四大家魚。 參考SC/T 9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》，選取9 項理化指標：pH 值，SS，CODMn，Zn，Cu，TP，TN，硫化物和總余氯。

1.3 樣品采集與檢測

樣品采集時間為2022 年春夏季，用0.3 m 高的取水器，采集養殖池或補水池中的混合水樣，確保采樣深度大于0.3 m。 為避免邊坡底泥擾動影響，采樣盡可能靠近池塘中部， 取水器拋出距離至少大于2 m。樣品按10%的比例隨機采取平行雙樣，進行質量控制。除余氯指標用棕色玻璃瓶裝外，其余指標均用聚乙烯瓶裝，加入保護劑后，存于置有冰袋的保溫箱中，并盡快送入實驗室。 樣品存儲與運輸參照HJ/T 91—2002《地表水和污水監測技術規范》，分析方法參照HJ/T 92—2002《水污染物排放總量監測技術規范》和SC/T 9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》中的推薦方法，pH 值采用玻璃電極法現場監測，SS采用重量法測量，COD 采用酸性高錳酸鉀法測量，硫化物、TN、TP 和總余氯采用分光光度法測量，Cu和Zn 采用原子吸收法測量。

1.4 數理統計與分析

采用綜合污染指數法對池塘養殖水水質整體情況進行評估[18]，公式如下：

式中：A 為綜合污染指數；Ai為第i 項污染物綜合污染指數；n 為污染物總數；Ci為第i 項污染物的濃度；Si為第i 項污染物的評價標準值，取值參照SC/T9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》的一級標準。

統計與繪圖軟件主要為Excel，SPSS 和Origin。 采用Shapiro-Wilk（S-W）法進行數據正態檢驗，對于正態樣本采用單因素方差分析（ANOVA），非正態分布的雙變量樣本采用Mann-Whitney（M-W）方差分析，非正態分布的多變量樣本采用Kruskal-Wallis（K-W）方差分析。 相關分析選用非參數法相關，置信水平為0.05。

2 池塘養殖水質分析

2.1 進水水質分析

進水水質9 項指標監測數據基本情況見表1。由表1 可知，除Zn，Cu 和總余氯3 項指標部分檢出外，其余6 項指標均全部檢出。 除總余氯外，其余8項指標的均值大于中位數， 表明樣本濃度呈現右偏態分布特征， 即多數樣本點位監測結果小于整體均值。SS，Zn，Cu 和TP 等4 類指標變異系數均大于1，平均變異系數為1.05， 表明這4 類指標濃度離散程度較大，各地區養殖水塘進水水質差別較大。水質評估發現CODMn，Zn，Cu 和硫化物等4 類指標均100%達到Ⅲ類水標準，pH 值，TP 和TN 這3 類指標達標率分別為98.8%，68.2%和51.8%，其中TP 和TN 的Ⅴ類或劣Ⅴ類水占比均超過20%。 綜上可知，抽查水體的進水水質情況整體較好，但TN 和TP 超標問題較突出，應重點防控。

表1 養殖進水水質基本情況

2.2 池水水質分析

2.2.1 池水水質基本情況統計

統計池水水質各項指標基本情況見表2。由表2可知，除Zn，Cu 和總余氯3 項指標部分檢出外，其余6 項指標均全部檢出。除Cu 外，其余8 項指標中位數均小于均值，表明樣本濃度呈現右偏態分布特征；除SS 指標外，其余8 項變異系數均大于0.5，平均變異系數為1.15，表明數據離散程度極大，各地區養殖水的水質差別較大，這與進水水質特征基本一致。采用SC/T 9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》中的一級、二級標準進行評估。Cu，Zn 和硫化物一級標準達標率均為100%，pH 值，CODMn和總余氯一級標準達標率大于90%，SS，TN 和TP 相對略差；Cu，Zn，CODMn和硫化物等4 項指標二級達標率100%，SS，TN，TP 和總余氯二級達標率均大于90%。 綜上可知，抽查的85 處池塘水水質情況整體較好。

表2 養殖池水水質基本情況

2.2.2 池水水質超標情況分析

池水水質9 項指標的頻數-頻率變化見圖2。 由圖2 可知，pH 值平均為7.1， 有56.5%的樣本pH 值小于7.0，有74.1%的樣本pH 值小于8.0，而天然水弱堿性pH 值通常在7.38～7.95。 與之相比抽檢養殖水pH 整體略偏酸。SS 質量濃度整體分布在2～124 mg/L，50%的檢測結果分布在15.7～57.0 mg/L，80%檢測結果小于64 mg/L， 一級標準超標率為29.4%，超標情況突出。 CODMn質量濃度分布在0.9～16.11 mg/L，有40%的檢測結果小于4.99 mg/L，60%的檢測結果小于6.34 mg/L， 僅有16 組數據抽查結果大于8.0 mg/L。

圖2 池水水質頻數-頻率變化

Zn 與Cu 整體呈現極右偏態分布特征，Zn 質量濃度均達到地表水一類標準 （0.05 mg/L），80%檢測結果均小于0.002 8 mg/L；Cu 質量濃度均達到地表水二類標準 （1.0 mg/L），80%檢測結果均小于0.002 2 mg/L，表明抽查水樣的重金屬指標整體情況良好。

硫化物質量濃度在0.002～ 0.098 mg/L，60%和80%頻率的質量濃度分別為0.026 和0.055 mg/L，均符合一級標準。 總余氯質量濃度在0.01～0.46 mg/L之間，90%的檢測結果均小于0.09 mg/L，僅有7 組樣品檢測結果超一級標準，占比9.9%，整體污染情況較輕。

TN 和TP 檢測值分別分布在0.03～2.65 mg/L，0.11～2.7 mg/L， 整體呈現右偏態分布特征。 TN 有60%的質量濃度小于1.24 mg/L，80%樣本小于2.25 mg/L；TP 有60%的樣本質量濃度小于0.19 mg/L，80%樣本小于0.36 mg/L；TN 和TP 質量濃度超一級標準的分別為13 和11 組， 占比分別為15.3%和13.0%，較其他指標突出，應進行重點監管。

此外，Spearman 相關分析發現， 池水中的pH值，CODMn，TP，TN， 總余氯，Cu，Zn 與池水中相應指標等均存在顯著正相關（p<0.05），相關系數為0.32～0.96，養殖進水水質直接關系到尾水水質，因此，良好的養殖水源是尾水達標排放的保證。

2.3 綜合水質分析

基于湖北省地形特征，將調查的15 個市州劃分為4 類地區：江漢平原、鄂中丘陵、鄂東丘陵和鄂西山地。 選取一級標準（SC/T 9101—2007）為評價標準值，基于各縣市魚塘池水、進水除pH 值外的8 項污染物，計算各市州綜合污染指數見圖3。 由圖3 可以看出， 各地區池水水質污染程度情況與進水基本一致， 其中江漢平原地區養殖池水污染情況較進水突出。分析發現，各地市的池水與進水綜合污染指數均不完全服從正態分布（S-W 檢驗），其綜合污染指數均值呈顯著正相關（p<0.05，Kendall 相關），相關系數為0.45，且池水顯著高于進水（p < 0.05，M-W 檢驗）。不同縣市的進水綜合污染指數值均無顯著差異（p>0.05，K-W 檢驗），但不同縣市池水水質差異顯著（p<0.05，K-W 檢驗），且不同縣市間差異極顯著（p<0.01，K-W 檢驗）。 綜上，湖北省各地區水產養殖水質情況差異較大， 其中江漢平原地區池水水質污染情況最突出，其次為鄂中丘陵地區。

圖3 各地區綜合污染指數

3 討論

3.1 已出臺標準對比

2007 年原農業部出臺推薦性行業標準SC/T 9101—2007《淡水池塘養殖水排放要求》，已無法滿足漁業環境執法要求， 考慮到全國不同區域水產養殖特征、水環境質量的改善要求也都各不相同。2023年國家出臺HJ 1217—2023 《地方水產養殖業水污染物排放控制標準制訂技術導則》 推動地方水產養殖尾水排放標準的制定， 目前已有部分省市相繼出臺地方標準，見表3。 由表3 可以看出，各地區水產養殖標準性質、管控項目和標準值限定各有不同，這與各地區水產養殖條件、行業水平、產業特點和管理基礎密切相關[19]。 與農業部標準相比較而言，荊州市除常規的9 項監測項目外，還納入了甲基對硫磷，敵敵畏，氟化物等指標，這或與荊州市普遍存在的種養結合模式的養殖特點有關，如稻蝦養殖。

表3 淡水水產養殖尾水排放標準對比mg·L-1

各省級標準較農業部標準相比均為強制性標準，管控指標均為SS，pH，CODMn，TP，TN 等5 項，且均收嚴了對SS 和TP 的管控。 同時，湖南收緊了對TN 一級標準的管控，海南省收緊了對CODMn的管控，但江蘇放寬了對TN 的二級標準管制，為6 mg/L。 但各標準對pH 值要求均為6～9， 這或是地表水水質標準的延續[20]。 總體來看，在相同分級下，各省級標準中的SS，CODMn，TN 和TP 差異較大， 且基本等于或嚴于農業部出臺的標準。

此外， 各省級標準均按尾水受納水域使用功能和保護目標，將相應的排放標準分為一級和二級，并對禁排水域進行了明確規定。然而，部分尾水污染物排放標準低于地表水環境質量標準， 也可能會導致養殖尾水排放達標而地表水水質不達標的情況發生[21]。 標準閾值并非越低越好，適宜的C，N，P 化學計量比對生態系統的營養需求和初級生產力也有積極作用[22]。

3.2 湖北省尾水排放管控標準建議

研究發現，TN，TP，CODMn，Cu 和Zn 等是我國水產養殖尾水中的主要污染物，污染源于殘餌、代謝物和水產藥物的使用[23]。 而加強對懸浮物的管控，能有效削減養殖水體的有機質，進而間接實現對CODMn，N，P 的削減，控制污染輸出負荷。 本研究表明，TN，TP 和SS 是湖北省水產養殖中主要污染物， 而湖北所在的中部地區已被證明是整個長江流域內水產N，P 污染負荷最大的地區[5]，因此，加強湖北省尾水排放管理勢在必行。

江漢平原地區養殖水質綜合污染程度相對較大，也是湖北省水產品主要養殖區域。基于污染物總量控制和分類管理的原則， 建議對江漢平原地區養殖尾水排放進行重點監管。同時，建議根據尾水排放受納水體的使用功能和保護目標，明確執行禁排、一級、二級標準的相關水域，完善標準監管體系。

Cu，Zn 制劑曾廣泛用于水產養殖過程中的病蟲害防治和水質調控，隨著行業發展，已逐漸被一些綠色生態、 可降解的生物制劑替代。 本次研究也發現Cu，Zn 污染物濃度極低，水質達標率100%。 硫主要來源于餌料中的蛋白質，而在養殖過程中，養殖戶通常都會將溶解氧保持在5 mg/L 以上， 避免魚類缺氧，所以產生硫化物的幾率很小，本次調查中池水硫化物達標率也為100%。 總余氯主要來源于含氯消毒劑，但含氯消毒劑降解較快，環境危害較小。因此，在養殖尾水排放管理標準制定中， 建議不再設置總余氯、硫化物、Cu、Zn 等4 項濃度普遍較低、達標率良好的指標。

基于已出臺的相關標準和本研究中的頻率統計結果，針對達標情況較好的指標，建議延續已有的排放標準限值，即pH 值仍為6～9，CODMn的一、二級標準仍為15，25 mg/L。 針對TN，TP 和SS 等3 項污染問題突出的指標，可以由90%和80%累計頻率的濃度分別作為一級和二級標準的參考， 即一級標準參考值分別為2.25，0.36 和64 mg/L， 二級標值參考值分別為4.35，0.64 和94 mg/L。此外，基于湖北省尾水排放特征， 完善對養殖尾水處理技術和處置設施的規范化建設，積極促進尾水處理效果的提升，也是切實推動養殖尾水治理和達標排放重要內容之一。

4 結論與建議

（1）湖北省養殖池塘進水水質整體情況較好，CODMn，Zn，Cu 和硫化物等指標地表水Ⅲ類水達標率均為100%，但N，P 污染問題相對突出，TP 和TN 的Ⅲ類水達標率僅68.2%和51.8%， 且各縣市間進水水質差異較大。

（2）湖北省養殖池塘水水質情況整體較好，Cu，Zn 和硫化物一級標準達標率均為100%，pH 值，CODMn和總余氯一級標準達標率均大于90%，SS，TN，TP 相對略差；Cu，Zn，硫化物和CODMn等4 項指標二級達標率均為100%，SS，TN，TP 和總余氯二級達標率均大于90%。

（3）除SS 和硫化物外，池水中各項污染物均與進水呈顯著正相關， 其綜合污染指數也顯著大于進水。各城市池水綜合污染情況差異顯著，其中江漢平原地區綜合污染程度相對較大， 建議對江漢平原地區養殖尾水排放進行重點監管。

（4）基于已有的相關尾水排放標準和本研究中的頻率統計結果，建議分規模、分品種開展湖北省尾水調研，加快推進湖北省尾水排放標準的出臺，分級分類設置管控指標， 并重點加強對TN，TP 和SS 的管控，推動養殖尾水治理和達標排放。