靳祖雷,許忠能,林小濤,馬葉勝,楊遠(yuǎn)航,2

(1.暨南大學(xué) 水生生物研究所 廣東省高校水體富營(yíng)養(yǎng)化與赤潮防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州,510632;2.山東科技職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 261053)

柘林灣是位于粵東的半封閉型海灣,1983 年開(kāi)始發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖,至今網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)的年總產(chǎn)量已超過(guò)16 000 t。養(yǎng)殖品種主要有斜帶石斑魚(yú)(Epinephelus coioides)、花尾胡椒鯛(Plectorhynchus cinctus)、眼斑擬石首魚(yú)(Sciaenops ocellatus)、花鱸(Lateolabrax japonicus)等30多種,已成為廣東省重要的海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖基地之一。

隨著海水養(yǎng)殖業(yè)和周邊地區(qū)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,柘林灣海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降。1997～1999年,該灣發(fā)生了多次棕囊藻赤潮,造成經(jīng)濟(jì)損失過(guò)億元,海水增養(yǎng)殖業(yè)和生態(tài)環(huán)境遭到沉重打擊[1]。目前,已經(jīng)有許多學(xué)者對(duì)柘林灣海域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了研究,如柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域水體和表層沉積物中的營(yíng)養(yǎng)狀況[2-4],柘林灣水體溶氧的分布特征和營(yíng)養(yǎng)鹽的關(guān)系[5],柘林灣細(xì)菌分布及其與環(huán)境因素的關(guān)系[6]等。但關(guān)于該灣海水養(yǎng)殖氮磷污染物環(huán)境負(fù)荷的來(lái)源和組成的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。作者主要研究柘林灣網(wǎng)箱魚(yú)類養(yǎng)殖過(guò)程中因投飼引起的氮磷負(fù)荷的數(shù)量及其來(lái)源,為探討網(wǎng)箱養(yǎng)殖自身污染的機(jī)制及其防控措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料方法

1.1 柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖情況調(diào)查

2007年11月～2008年3月對(duì)柘林灣網(wǎng)箱魚(yú)類養(yǎng)殖情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。分別走訪了當(dāng)?shù)厮a(chǎn)主管部門、海洋與漁業(yè)環(huán)境和質(zhì)量監(jiān)測(cè)部門、網(wǎng)箱養(yǎng)殖戶,實(shí)地調(diào)查了柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖的空間分布、面積、養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖產(chǎn)量、飼料種類和養(yǎng)殖管理措施等。

柘林灣主要網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域如圖1所示。網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)主要集中在汛洲島與西澳島周圍,其中兩島之間網(wǎng)箱分布最為密集。上述網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)間插有牡蠣養(yǎng)殖,面積約為網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)面積的 20%。除汛洲島與西澳島周圍,三百門也有一個(gè)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)。此外,沿岸線離岸1～2 km范圍內(nèi)約5%～10%的面積有零星網(wǎng)箱分布。

1.2 養(yǎng)殖魚(yú)類及飼料的氮磷含量

根據(jù)柘林灣主要養(yǎng)殖魚(yú)類品種和使用的飼料,參考作者和其他相關(guān)文獻(xiàn),得出其氮磷含量(表1)。

1.3 環(huán)境氮磷負(fù)荷及不同來(lái)源氮磷組成的估算模型

網(wǎng)箱魚(yú)類養(yǎng)殖系統(tǒng)中氮磷的輸入最主要來(lái)自投喂的飼料,針對(duì)由投喂飼料而產(chǎn)生的環(huán)境氮磷負(fù)荷可通過(guò)質(zhì)量平衡法根據(jù)投餌氮磷量(FNP)和魚(yú)體凈增氮磷量(GNP)估算[9-10]。

圖1 柘林灣主要網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域Fig.1 The main cage culture areas of Zhelin Bay

上式中,投餌氮磷量FNP可由飼料投入量及飼料氮磷含量(fNP)估算,而飼料投入量可通過(guò)養(yǎng)殖魚(yú)產(chǎn)量(W)和飼料系數(shù)(K)估算。柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要投喂冰鮮餌料魚(yú),僅在禁漁期或冰鮮餌料魚(yú)不足時(shí)使用人工配合飼料。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果結(jié)合李金秋等[8]、劉漢元等[11]對(duì)于冰鮮魚(yú)餌料和人工配合飼料的研究結(jié)論,本研究冰鮮餌料魚(yú)飼料系數(shù)K取8,人工配合飼料K取1.5。即:

式(1)中魚(yú)體凈增氮磷量GNP可通過(guò)魚(yú)養(yǎng)殖產(chǎn)量(W)減去魚(yú)苗質(zhì)量(Y)再乘以魚(yú)體氮磷含量(bNP)計(jì)算。根據(jù)調(diào)查結(jié)果和參考陸奎賢等[12]對(duì)魚(yú)苗大小與網(wǎng)箱養(yǎng)殖關(guān)系的研究,本研究中魚(yú)苗質(zhì)量:養(yǎng)殖產(chǎn)量=1:10。

表1 柘林灣養(yǎng)殖魚(yú)類和飼料的含水量及氮磷含量Tab.1 Contents of moisture ,nitrogen,and phosphorus of farmed fish and feed in the Zhelin Bay

另一方面,由投餌產(chǎn)生的網(wǎng)箱環(huán)境氮磷負(fù)荷的來(lái)源可以分為3部分:(1)來(lái)源于殘餌的氮磷(RNP),即餌料投喂后未被魚(yú)攝食的部分;(2)魚(yú)排出的糞便,即排糞所產(chǎn)生的氮磷(ENP);(3)排泄的氮磷(UNP)。即:

氮磷負(fù)荷 3個(gè)組成部分中,殘餌氮磷量(RNP)可通過(guò)投餌氮磷量(FNP)減去養(yǎng)殖魚(yú)類攝食氮磷量(CNP)估算;排糞氮磷量(ENP)可通過(guò)魚(yú)類攝食氮磷量(CNP)和魚(yú)類氮磷消化吸收率(ANP)估算;排泄的氮磷量(UNP)從式(4)通過(guò)差減法估算。即:

本研究魚(yú)類對(duì)餌料魚(yú)的氮、磷消化吸收率分別取 85%和 50%[7,13-16]。

由于實(shí)際生產(chǎn)中投入的餌料魚(yú)中有多少被養(yǎng)殖魚(yú)類所攝食難以測(cè)定,本研究利用餌料轉(zhuǎn)化率(RFC)、魚(yú)體凈增質(zhì)量(W-Y)和餌料氮磷含量(FNP)計(jì)算出攝食氮磷量(CNP)。常見(jiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)類投喂冰鮮魚(yú)餌料時(shí)的餌料轉(zhuǎn)化率約為0.20～0.35[7],取平均值FCR=0.26。攝食氮磷量可通過(guò)下式計(jì)算。

1.4 冰鮮魚(yú)殘餌中源自不同組織或器官的氮磷比例

用冰鮮魚(yú)餌料所產(chǎn)生的殘餌中包含魚(yú)體不同組織或器官,如殘餌軟組織、殘餌骨、殘餌鱗、溶解的殘餌。殘餌氮磷中源自不同組織的比例按下式[7]計(jì)算:

1.5 環(huán)境氮磷負(fù)荷中固態(tài)與溶解態(tài)氮磷的數(shù)量及比值

環(huán)境氮磷負(fù)荷都分別以溶解態(tài)和固態(tài)兩種形式存在。其中溶解態(tài)氮磷組成相對(duì)簡(jiǎn)單,包括溶解的殘餌、溶解態(tài)糞便和尿;固態(tài)氮磷的組成為固態(tài)殘餌、固態(tài)糞便和脫落鱗片等。根據(jù)Xu等[7]測(cè)定的常見(jiàn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)類排出4 h內(nèi)的糞氮狀態(tài),溶解態(tài)糞氮:固態(tài)糞氮=1:5;溶解態(tài)糞磷:固態(tài)糞磷=1:6, 結(jié)合公式(9)和(10)可以按如下公式計(jì)算出溶解態(tài)與固態(tài)的氮磷負(fù)荷:

2 結(jié)果與分析

2.1 柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境氮磷總負(fù)荷

2006年柘林灣海水網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)的總產(chǎn)量為16 843 t。運(yùn)用公式(1)計(jì)算出如果全部投喂冰鮮魚(yú)餌料將年產(chǎn)生氮負(fù)荷2 760.39 t、磷負(fù)荷679.11 t;如果全部投喂配合飼料則會(huì)產(chǎn)生氮負(fù)荷1 370.37 t、磷負(fù)荷413.08 t。

2.2 投喂冰鮮魚(yú)所產(chǎn)生環(huán)境氮磷負(fù)荷的來(lái)源組成

運(yùn)用公式(5)～公式(7)分別計(jì)算出環(huán)境氮磷負(fù)荷中源自殘餌、排糞和排泄的氮磷數(shù)量及其比例(圖2)。

氮負(fù)荷主要以殘餌氮(1 695.24 t)為主,占61.4%,其次為排泄氮,而糞氮(227.76 t)所占比例最小為8.3%;磷負(fù)荷主要由殘餌磷(441.36 t)組成,占65.0%,其次為糞磷,而排泄磷(40.05 t)所占的比例最小僅為5.9%。

2.3 冰鮮魚(yú)殘餌的成分組成

殘餌是環(huán)境氮磷負(fù)荷的最主要來(lái)源,進(jìn)一步根據(jù)公式(9)和(10)得出殘餌氮和殘餌磷源自冰鮮餌料魚(yú)不同組織或器官的數(shù)量(圖3)。

在殘餌氮中來(lái)源于殘餌軟組織的量最大為768.62 t,其次為殘餌骨、殘餌鱗片,而不明組織溶解性殘餌量最少為167.66 t。而殘餌磷中數(shù)量最大的是殘餌骨241.73 t,其次是殘餌鱗、殘餌軟組織,數(shù)量最少的是溶解的殘餌為15.67 t。

圖2 柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖不同來(lái)源氮磷負(fù)荷的數(shù)量及比例Fig.2 The amounts and percentage of different sources of nitrogen and phosphorus in Zhelin Bay

圖3 柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖源自餌料魚(yú)不同組織或器官的殘餌氮磷數(shù)量Fig.3 Nitrogen and phosphorus loadings from different tissues and organs of trash fish in Zhelin Bay

2.4 環(huán)境負(fù)荷中溶解態(tài)與固態(tài)氮磷的數(shù)量和比例

由公式(11)～公式(14)得出溶解態(tài)與固態(tài)氮磷的數(shù)量和比值如圖4所示。

環(huán)境氮磷負(fù)荷主要以固態(tài)形式存在,其中固態(tài)氮的量為 1 717.38 t,占總氮負(fù)荷的 62.2%,溶解態(tài)氮的量為 1 043.01 t,占總氮負(fù)荷的 37.8%;固態(tài)磷為 595.15 t,占總磷負(fù)荷的 87.6%,溶解態(tài)磷的量為83.96 t,占總磷負(fù)荷的12.4%。

圖4 柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖氮磷負(fù)荷中溶解態(tài)與固態(tài)氮磷的數(shù)量和比例Fig.4 The amounts and percentage of dissolved and solid nitrogen and phosphorus loadings in Zhelin Bay

3 討論

3.1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境氮磷總負(fù)荷

網(wǎng)箱養(yǎng)殖過(guò)程中,由投飼引起的養(yǎng)殖環(huán)境氮磷負(fù)荷可以通過(guò)質(zhì)量平衡法進(jìn)行估算。本研究在測(cè)出收獲魚(yú)的氮磷總量及投入飼料氮磷總量的基礎(chǔ)上,求出柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)產(chǎn)生的環(huán)境氮磷總負(fù)荷。柘林灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要投喂冰鮮餌料魚(yú),但在禁漁期或者冰鮮餌料魚(yú)供給不足時(shí)使用人工配合飼料。本研究分別估算了使用兩種餌料所產(chǎn)生的氮磷負(fù)荷,假如全部投喂冰鮮魚(yú)餌料會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生氮2 760.39 t、磷679.11 t的負(fù)荷,其氮、磷負(fù)荷比全部投喂配合飼料時(shí)分別增加2.0倍和1.6倍。與配合飼料相比,冰鮮魚(yú)價(jià)格便宜,但其營(yíng)養(yǎng)不平衡,殘餌多,易污染水質(zhì),是造成養(yǎng)殖海區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因[16-17]。目前對(duì)各種網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚(yú)類的營(yíng)養(yǎng)需求研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng),配合飼料的質(zhì)和量還不能滿足網(wǎng)箱養(yǎng)殖生產(chǎn)的需要,且價(jià)格較高,養(yǎng)殖戶往往出于經(jīng)濟(jì)上考慮會(huì)使用大量冰鮮魚(yú)作為餌料。因此今后高效環(huán)保的網(wǎng)箱養(yǎng)殖配合飼料的研制和推廣應(yīng)用是控制養(yǎng)殖海區(qū)水體自身污染的可行措施之一[18]。

3.2 環(huán)境氮磷負(fù)荷組成

目前,在研究投飼產(chǎn)生的環(huán)境營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷時(shí)最常用的是質(zhì)量平衡法[9-10]。但這種方法只能了解氮磷負(fù)荷總量,無(wú)法了解負(fù)荷中源自殘餌、糞便和排泄的氮磷數(shù)量及其比例。生產(chǎn)實(shí)踐中,如能掌握環(huán)境負(fù)荷中不同來(lái)源、不同形式氮磷的數(shù)量及其比例,可針對(duì)性地采取措施從源頭上控制養(yǎng)殖過(guò)程中輸入環(huán)境的氮磷量。本研究在估算出柘林灣網(wǎng)箱魚(yú)類養(yǎng)殖環(huán)境氮磷總負(fù)荷的同時(shí),通過(guò)分析和估算養(yǎng)殖魚(yú)類的攝食量、消化率,結(jié)合氮磷負(fù)荷構(gòu)成模型,計(jì)算出總負(fù)荷中源自殘餌、糞便和排泄的氮磷數(shù)量及比例,發(fā)現(xiàn)氮負(fù)荷構(gòu)成比例由大到小順序?yàn)闅堭D氮、排泄氮、糞氮,而磷負(fù)荷則為殘餌磷、糞磷、排泄磷。投喂冰鮮魚(yú),無(wú)論氮負(fù)荷或磷負(fù)荷最主要均來(lái)自殘餌,而占第二位的在氮負(fù)荷中是排泄,磷負(fù)荷中卻是糞便。這一結(jié)果一方面說(shuō)明餌料魚(yú)的實(shí)際利用率不高,尤其是磷負(fù)荷絕大部分來(lái)源于未被攝食的殘餌,另一方面較高比例的糞便磷說(shuō)明養(yǎng)殖魚(yú)對(duì)餌料魚(yú)中的磷的消化吸收率也不高。

3.3 殘餌中不同組織器官來(lái)源

由于餌料魚(yú)殘餌占環(huán)境氮磷負(fù)荷中比例最大,有必要了解其成分組成,按魚(yú)體不同組織器官來(lái)源劃分,殘餌氮的構(gòu)成比例最大的是餌料魚(yú)的軟組織,其次是骨和鱗片,比例最小的是溶解性殘餌。冰鮮魚(yú)殘餌軟組織主要為肌肉和內(nèi)臟中各組織,這些組織蛋白質(zhì)含量高,故成為殘餌氮的主要來(lái)源。而殘餌磷中占比例最大的組織器官為骨骼,其次為鱗片,軟組織和溶解性殘餌很少。冰鮮魚(yú)體內(nèi)磷主要存在于骨骼中,由于骨骼質(zhì)硬,口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差,很容易為養(yǎng)殖魚(yú)類所遺棄,構(gòu)成殘餌磷的主要來(lái)源。另一方面,由于殘餌中不同組織器官的水溶性和分解速度差異不一,從而影響到氮磷負(fù)荷的物理性質(zhì)以及在養(yǎng)殖水體中的分布特征。

3.4 環(huán)境負(fù)荷的固態(tài)與可溶態(tài)氮磷

由于固態(tài)和溶解態(tài)氮磷具有不同的物理性質(zhì),按存在形式估算溶解態(tài)和固態(tài)氮磷,有助于了解養(yǎng)殖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征及進(jìn)行區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽的定量分析[19]。作者把一定時(shí)間內(nèi)的氮磷負(fù)荷分為溶解態(tài)和固態(tài),發(fā)現(xiàn)固態(tài)的氮和磷分別占其總量的62.2%和87.6%,證明網(wǎng)箱養(yǎng)殖水環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷尤其是磷負(fù)荷主要以固態(tài)為主,這與環(huán)境氮磷負(fù)荷最主要來(lái)自殘餌有關(guān)。投餌后未被養(yǎng)殖魚(yú)攝食的部分即成為殘餌,由于餌料魚(yú)投喂時(shí)是整條或加工成塊狀的,未被攝食的殘餌不會(huì)馬上溶解或分解,大部分以固態(tài)形式沉入海底,成為養(yǎng)殖海區(qū)沉積物中的一部分,這也是網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物中氮磷含量較高的原因之一[16,20]。

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