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        中國水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境氮磷污染現(xiàn)狀及未來發(fā)展思路

        2018-03-07 06:50:34劉國鋒徐增洪徐剛春
        江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報 2018年1期

        劉國鋒, 徐 跑, 吳 霆, 徐增洪, 徐剛春

        (1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)和種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇 無錫 214081; 2.寶應(yīng)縣水產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)站,江蘇 寶應(yīng) 225800)

        1 中國水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)狀

        自改革開放以來,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)開始調(diào)整,水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)得到快速發(fā)展,養(yǎng)殖面積、養(yǎng)殖品種和水產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)26年居世界第一位,中國是全球唯一的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量大于捕撈產(chǎn)量的國家。據(jù)統(tǒng)計,2014年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá) 6.462×107t,漁業(yè)產(chǎn)值達(dá) 1.086×1011元,漁業(yè)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值超 2.000×1012元,水產(chǎn)品總產(chǎn)量約占全球水產(chǎn)品量的40.00%。全國淡水養(yǎng)殖總面積為 6.08×106hm2,其中池塘養(yǎng)殖面積為 2.66×106hm2,約占43.75%。池塘養(yǎng)殖是中國淡水養(yǎng)殖中最重要的組成部分,約71.20%的水產(chǎn)品來自池塘養(yǎng)殖,池塘養(yǎng)殖的平均產(chǎn)量為7 852.00 kg/hm2。中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的71.00%,占全國水產(chǎn)總產(chǎn)量的74.00%[1]。水產(chǎn)養(yǎng)殖已成為世界上增加蛋白質(zhì)來源最迅速、最可靠的方式之一[2]。在巨量的水產(chǎn)品中,來自淡水(池塘、湖泊、水庫)、海水和工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)等的養(yǎng)殖產(chǎn)品占據(jù)了重要的份額。但是,世界上水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)很大部分來自小規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展中國家,受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使,常采用高投入、高產(chǎn)出的方式來實(shí)現(xiàn)高收入,忽視了養(yǎng)殖水域的生態(tài)平衡和水環(huán)境的保護(hù),以致養(yǎng)殖水域環(huán)境出現(xiàn)快速污染的現(xiàn)象,導(dǎo)致水體出現(xiàn)以氮磷過量富集為主的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象,從而影響水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

        中國有1.80×104km的海岸線,24 800多個湖泊,面積達(dá)6.86×106km2,加上長江和黃河2大河流流域及溫暖的氣候條件,使得中國發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)具有得天獨(dú)厚的自然條件,目前中國內(nèi)陸可養(yǎng)殖水面積超過70 000.00 hm2,養(yǎng)殖了200多種魚類和300多種不同的水生物種。中國最常見的養(yǎng)殖品種是號稱中國四大家魚的鯉科魚類,即青魚、草魚、鰱魚和鳙魚。當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖品種包括傳統(tǒng)的四大家魚和鯉魚、鯽魚、鳊魚,并增加了羅非魚、優(yōu)質(zhì)鯽、加州鱸、鱘魚、羅氏沼蝦、青蝦、河蟹等新品種。2015年,中國羅非魚的產(chǎn)量為 1.77×106t,淡水蟹的產(chǎn)量為 8.00×105t,淡水小龍蝦的產(chǎn)量為 7.00×105t,黃鱔(亞洲沼澤鰻魚,Asianswampeel)的產(chǎn)量為 2.50×105t,日本鰻魚的產(chǎn)量為 3.50×105t,甲魚/鱉的產(chǎn)量為3.50×105t。養(yǎng)殖方式從傳統(tǒng)的粗養(yǎng)向精養(yǎng)、集約化、規(guī)模化方向發(fā)展,并建立了養(yǎng)殖基地、苗種基地和飼料基地,從單一養(yǎng)殖向混養(yǎng)、間養(yǎng)、套養(yǎng)、立體養(yǎng)殖和生態(tài)養(yǎng)殖方向發(fā)展[3-4]。

        鑒于當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖活動在為居民提供種類豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白和漁民增收等方面的重要地位,水產(chǎn)養(yǎng)殖仍是水產(chǎn)品輸出和漁民致富的主要渠道。然而,受水資源供應(yīng)有限和土地面積缺乏等先天因素以及養(yǎng)殖基礎(chǔ)設(shè)施差,水產(chǎn)品遺傳性狀退化,環(huán)境污染重,生產(chǎn)力下降,養(yǎng)殖成本上漲,養(yǎng)殖戶經(jīng)濟(jì)效益下降等多重因素影響,當(dāng)前中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn),尤其是隨著集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的迅猛推進(jìn)和發(fā)展,水質(zhì)惡化和廢水排放直接制約了養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。養(yǎng)殖過程中餌料的過量投入,殘餌的分解,排泄物的產(chǎn)生以及化學(xué)藥品和抗生素的使用等,使水體中營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)碎屑等嚴(yán)重超標(biāo),導(dǎo)致養(yǎng)殖水域生態(tài)系統(tǒng)失衡,病害滋生,加劇了水體環(huán)境的惡化[7]。為確保水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展,必須降低養(yǎng)殖廢水排放對周邊環(huán)境的污染,改善養(yǎng)殖水域環(huán)境。對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境污染的認(rèn)識、管理和治理措施引起了相關(guān)管理者、研究者和消費(fèi)者的深度關(guān)注[8]。

        良好的水域生態(tài)環(huán)境是水生經(jīng)濟(jì)動植物賴以生存和發(fā)展的重要保證,是維持水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本前提[7-8]。因此,本文針對當(dāng)前中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,探討了因殘餌、糞便和動植物殘體等過量聚集到池塘底部,造成池塘水環(huán)境生態(tài)惡化的原因,因氮磷過量聚集造成水質(zhì)富營養(yǎng)化的原因,養(yǎng)殖水體治理方式以及新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,中國漁業(yè)養(yǎng)殖未來發(fā)展破除技術(shù)壁壘并進(jìn)行技術(shù)裝備升級等方面的發(fā)展需求。

        2 水產(chǎn)養(yǎng)殖對水環(huán)境的氮磷污染狀況

        2.1 養(yǎng)殖種類對水環(huán)境的氮磷污染及影響

        隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,中國目前形成了以人工養(yǎng)殖(海水養(yǎng)殖、內(nèi)陸淡水養(yǎng)殖)為主,海洋捕撈為輔的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。但在局部地區(qū)存在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局失衡的問題,沿海12個省市的海洋與內(nèi)陸水產(chǎn)品產(chǎn)量占全國養(yǎng)殖總產(chǎn)量的79%,占水產(chǎn)總產(chǎn)量的48%[12]。隨著淡水養(yǎng)殖面積的增加,養(yǎng)殖產(chǎn)量也呈逐年增加的趨勢,水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量多年位居世界首位(表1)。

        表12015-2016年中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量變化

        Table1China’saquacultureproductionin2015-2016

        指標(biāo) 養(yǎng)殖總產(chǎn)量(×104t)2015年2016年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量(×104t)2015年2016年淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量(×104t)2015年2016年魚類2845.772950.30130.76134.762715.012815.54甲殼類412.55440.88143.49156.46269.06284.42貝類1384.601447.361358.381420.7526.2226.61藻類209.81217.81208.92216.930.890.88其他85.1786.0334.0834.2351.0951.80總計4937.905142.381875.631963.133062.273179.25

        水產(chǎn)養(yǎng)殖對周圍環(huán)境的影響程度取決于養(yǎng)殖規(guī)模、種類和水平,不同類型水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)向周邊水域環(huán)境中排放廢物的種類(主要是氮磷及有機(jī)污染)和數(shù)量也不盡相同,其排放廢物不同成分的質(zhì)和量的差異主要與養(yǎng)殖系統(tǒng)的表現(xiàn)形式、養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖密度和餌料系數(shù)等有關(guān),但是殘餌和糞便依然是魚蝦池中氮磷等污染物的主要來源。

        2.1.1 魚類 現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)主要以追求高效益為目的,魚類養(yǎng)殖多采用高密度、高投入來獲取高收益,同時也因大量殘餌和糞便造成周邊水域環(huán)境污染加劇。淡水養(yǎng)殖中每生產(chǎn)1 kg的漁獲物可產(chǎn)生162 g有機(jī)廢物,其中包括50 g蛋白質(zhì),31 g脂質(zhì),81 g碳水化合物,其廢物將會產(chǎn)生30 g總氮,7 g總磷[10]。在網(wǎng)箱虹鱒養(yǎng)殖系統(tǒng)中,以餌料和魚苗形式人為輸入的氮只有 27%~28%,通過魚的收獲而回收,其中23%積累于沉積物中,固態(tài)廢物的沉積率為149.6 g/(m2·d)[13]。魚類精養(yǎng)一般采取高密度養(yǎng)殖方式,并大量投喂人工合成的外源性餌料,大量殘餌和排泄物進(jìn)入到水體后對水環(huán)境產(chǎn)生較大影響。如駱馬湖1998年度湖體內(nèi)網(wǎng)圍養(yǎng)殖入湖氮、磷量分別為339 t和57 t,占湖體滯留氮、磷總量的27%和33%[14]。孫云飛等[15]研究發(fā)現(xiàn),不同養(yǎng)殖模式下,餌料氮、磷輸入是養(yǎng)殖系統(tǒng)氮、磷輸入的主要途徑,分別占總輸入的85%~93%和83%~84%,而系統(tǒng)氮的輸出則以養(yǎng)殖生物為主,占62%~77%,其次是沉降到池底的底泥,占13%~15%,磷的輸出則以底泥為主,占76%~80%。根據(jù)以上的研究結(jié)果,建議采用草魚+鰱魚+鯉魚的混養(yǎng)模式,有效降低系統(tǒng)中氮、磷的積累量,提高其利用率。高密度、高投餌的網(wǎng)箱養(yǎng)殖系統(tǒng),更是一種持續(xù)的污染源。Braaten等[16]曾對鮭魚網(wǎng)箱養(yǎng)殖代謝負(fù)荷進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)投喂餌料中的20%不能被魚類利用,一個年產(chǎn)60 t的人工投餌網(wǎng)箱養(yǎng)殖鮭魚的養(yǎng)殖場,每年排放的有機(jī)廢物大約相當(dāng)于居住2 000~6 000人的建筑單元每年排放的有機(jī)廢物量。魚類養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的大量有機(jī)廢物和無機(jī)廢物的排放,尤其是在一些半封閉灣口水域中,常造成水域有機(jī)污染負(fù)荷加重,水體富營養(yǎng)化,進(jìn)而造成水體浮游生物和大型底棲動物的生物量、豐度和種類減少[17]。

        2.1.2 蝦類 蝦類養(yǎng)殖對周圍環(huán)境的污染及影響程度取決于生產(chǎn)水平和養(yǎng)殖規(guī)模。在精養(yǎng)蝦池中,人工餌料輸入的氮占總輸入氮的90%,其中僅19%被蝦吸收利用,8%~12%以顆粒態(tài)、可溶性有機(jī)氮和無機(jī)氮等形式存在水體中,62%~68%積累于塘底[18]。陳東興等[13]通過對3種蝦類養(yǎng)殖池塘的氮磷污染排放情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),青蝦、南美白對蝦和羅氏沼蝦養(yǎng)殖池塘TN的實(shí)際排放強(qiáng)度分別為37.20 kg/hm2、181.00 kg/hm2、148.00 kg/hm2,TP的實(shí)際排放強(qiáng)度分別為7.78 kg/hm2、46.80 kg/hm2、34.50 kg/hm2,高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的實(shí)際排放強(qiáng)度分別為216.00 kg/hm2、812.00 kg/hm2、575.00 kg/hm2,總懸浮物(TSS)的實(shí)際排放強(qiáng)度分別為464.00 kg/hm2、2 277.00 kg/hm2、1 730.00 kg/hm2,而且實(shí)際測算的排放強(qiáng)度均超過估算的排放強(qiáng)度,此研究結(jié)果要高于其他研究所得結(jié)果,這可能是由于南美白對蝦和羅氏沼蝦屬于高密度養(yǎng)殖,其代謝排泄物和在養(yǎng)殖過程中的部分餌料溶入水中變?yōu)閼腋∥?,造成水體污染所致[19]。

        2.1.3 貝類 貝類作為濾食性經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)動物,其排泄的糞便中含有較高的有機(jī)質(zhì)。相關(guān)研究結(jié)果表明,貝類養(yǎng)殖水體每年可產(chǎn)生氮8.5 kg/m2[20]。貝類養(yǎng)殖通常是以筏式養(yǎng)殖為主,這種養(yǎng)殖方式常會改變水體流速、流向,減緩水體交換和物質(zhì)循環(huán),導(dǎo)致養(yǎng)殖水域懸浮物大量淤積。大量淤積的底泥中含有未礦化分解的有機(jī)質(zhì),會增強(qiáng)微生物活性,增大養(yǎng)殖塘底部耗氧量,造成缺氧或無氧環(huán)境,使得底泥中產(chǎn)生大量有害氣體。

        水產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的獲取,主要是通過高投入追求高產(chǎn)量而達(dá)到的,大量投入的人工餌料有相當(dāng)大的一部分直接進(jìn)入水體中,加之水產(chǎn)養(yǎng)殖物的排泄物和水產(chǎn)品的殘體等多種物質(zhì)進(jìn)入水體后,發(fā)生一系列生物化學(xué)反應(yīng),均將導(dǎo)致水域的溶解氧(DO)和pH值發(fā)生變化[21]。水體pH下降,影響水產(chǎn)養(yǎng)殖物的呼吸、代謝、生長等,從而影響水產(chǎn)養(yǎng)殖物的代謝活性、攝食能力和抗病力。楊慶霄等[22]研究發(fā)現(xiàn),過量的蝦餌大部分沉淀于池底,殘餌的分解使池底海水中DO含量和pH值迅速下降。

        隨著市場上對水產(chǎn)品需求量和品種多樣化需求的增加,目前中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖依然處于高密度、集約化的狀態(tài),并向規(guī)?;?、名優(yōu)化方向發(fā)展,形成了高密度、高投入、高產(chǎn)出、高污染的養(yǎng)殖現(xiàn)狀和格局,導(dǎo)致水產(chǎn)品生物量超過水體可承載的容量。大量殘餌、肥料、生物代謝廢物在養(yǎng)殖水域中過量累積,水體自凈能力下降,養(yǎng)殖環(huán)境污染日益嚴(yán)重[23]。氮、磷收支研究結(jié)果表明,僅有31.89%的氮進(jìn)入機(jī)體后轉(zhuǎn)化為魚體組織,52.50%隨尿液(以氨、尿素和尿酸的形式)排出,15.61%隨糞便排出,進(jìn)入水體環(huán)境;進(jìn)入水體環(huán)境中磷的比例超過了氮,達(dá)到投飼量的70.20%,其中的5.10%和65.10%分別隨尿和糞便排出體外[8]。表明餌料是養(yǎng)殖塘中氮、磷輸入的主要來源,占到總輸入的 68.00%~92.00%和 73.00%~91.00%,餌料中的氮、磷僅有 14.00%~21.00%和 7.00%~10.00%轉(zhuǎn)化為魚蝦的生物量[24-27]。Alabaster[28]對虹鱒魚池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),固體排泄物占投餌量的 40.00%~50.00%。楊逸萍等[29]在研究人工投餌蝦池固體廢棄物代謝負(fù)荷時發(fā)現(xiàn),30.00%的飼料因不能被蝦利用而沉淀于池底。以上研究結(jié)果說明,投入到蝦塘中的餌料有 60.00%~80.00%將會進(jìn)入水體,成為養(yǎng)殖水體污染物的主要來源之一。因此,未來必須著眼于提高餌料中氮磷的生物保留率,從而減少養(yǎng)殖水體的污染負(fù)荷,同時這也是提高餌料利用效率,降低養(yǎng)殖成本的重要措施。

        2.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖沉積物有機(jī)質(zhì)的富集及環(huán)境效應(yīng)

        當(dāng)前的養(yǎng)殖活動,無論是傳統(tǒng)的四大家魚品種還是名特優(yōu)品種,無論是傳統(tǒng)的養(yǎng)殖,還是集約化、規(guī)?;B(yǎng)殖,均需向養(yǎng)殖塘中投入大量的人工餌料,而投入的餌料經(jīng)過養(yǎng)殖生物的代謝排入水中,以碎屑物、溶解性物質(zhì)、次生物質(zhì)、生物殘體及降解有機(jī)物等形式通過各種途徑進(jìn)入到水體并沉降到塘底,成為沉積物有機(jī)質(zhì)的來源。有研究認(rèn)為,魚塘有機(jī)質(zhì)的年沉積速率為5 cm[30]。養(yǎng)殖場顆粒有機(jī)碳沉積通量的主要來源是幼魚餌料,表層沉積物有機(jī)碳含量與養(yǎng)殖場養(yǎng)殖密度和餌料投加量的變化趨勢相同[31]。富含蛋白質(zhì)和淀粉的人工餌料,進(jìn)入水體后以殘餌、魚類排泄物等形式與衰亡藻類一起成為魚塘沉積物有機(jī)質(zhì)的主要來源[32-33]。通過魚蝦、水流等擾動,經(jīng)過再懸浮、礦化分解、釋放等過程,養(yǎng)殖塘底部沉積物中的碳、氮、磷等物質(zhì)會回到水體環(huán)境中,增加水體環(huán)境的負(fù)荷。因此,池塘底質(zhì)環(huán)境常成為養(yǎng)殖環(huán)境中污染物的聚集地,形成養(yǎng)殖環(huán)境污染的源和匯。有研究結(jié)果表明,非開放式養(yǎng)殖系統(tǒng)(如網(wǎng)箱、池塘等)底質(zhì)中氮、磷和耗氧物的含量要明顯高于周圍水體[34]。Smith等[35]對精養(yǎng)蝦池中物質(zhì)平衡的研究結(jié)果表明,只有10%的氮和7%的磷在蝦類養(yǎng)殖過程中被利用,其余都以各種形式進(jìn)入沉積物中。在工廠化高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中,每天所投餌料(干物質(zhì))的25%以上是以固體廢棄物的形式排入水體中,并最終沉降到池底[36]。中國80%以上的工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖主要靠大量換水來改善水質(zhì),每天頻繁的水體交換量,加劇了環(huán)境污染[37]。網(wǎng)箱養(yǎng)殖下排出的廢棄物中氮、磷含量分別為23%和 51%~59%,每養(yǎng)殖1 t魚,排入環(huán)境中的氮、磷達(dá)161 kg和32 kg[38]。據(jù)統(tǒng)計,中國黃渤海養(yǎng)殖區(qū)1985-2002年氮、磷和COD的平均濃度與該區(qū)歷年水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量的相關(guān)分析結(jié)果表明,氮含量、磷含量、COD含量與水產(chǎn)品產(chǎn)量成正相關(guān),其中無機(jī)氮平均濃度與蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[39]。

        池塘營養(yǎng)物質(zhì)中氮、磷的輸入飼料分別占 90%~98%和 97%~98%,氮、磷的輸出中,漁獲物僅占總輸出的 20%~27%和 8%~24%,沉積的氮、磷占54%~77%和72%~89%,表明飼料中氮、磷除小部分供給養(yǎng)殖魚類的生長外,大部分沉積于池底,沉降在池底的殘餌、糞便及動植物殘體中,在微生物的分解過程中,驅(qū)動營養(yǎng)物質(zhì)的吸附、解析,從而引起營養(yǎng)鹽的釋放。有研究發(fā)現(xiàn),水產(chǎn)養(yǎng)殖沉積物營養(yǎng)鹽釋放的速率最大[40],瀉湖水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)有機(jī)質(zhì)多富集于沉積物表層,間隙水中的營養(yǎng)鹽濃度比對照高10~20倍[41]。與1年軟體動物養(yǎng)殖區(qū)相比,連續(xù)2年的養(yǎng)殖區(qū)中沉積物有機(jī)質(zhì)含量較高,并且水-沉積物界面硅、氨和硫酸鹽的釋放速率明顯較高[42]。養(yǎng)殖塘底泥釋放的營養(yǎng)鹽以NH4+-N、NO3--N、NO2--N等為主[43-45]。有機(jī)質(zhì)分解后,會有效調(diào)節(jié)池塘水體中生物可利用性營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、形態(tài)及其比例,進(jìn)而從根本上影響初級生產(chǎn)力以及水產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[46]。沉積物多由殘餌、糞便和動植物殘體等組成,富含易降解的有機(jī)質(zhì)成分。通過對池塘沉積物中有機(jī)質(zhì)分解的機(jī)制進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)微生物以異養(yǎng)菌為主,具有較強(qiáng)水解淀粉能力的芽孢桿菌較為多見[32,47]。此外,高溫季節(jié)底層缺氧,氨化細(xì)菌會劇增,導(dǎo)致水體中氨氮和亞硝酸鹽含量過高,從而對水產(chǎn)品產(chǎn)生毒害作用[48-49]。

        有機(jī)質(zhì)富集的重要環(huán)境效應(yīng)是易造成底層缺氧,從而帶來一系列不良影響和后果,如產(chǎn)生氨氮、硫化氫和亞硝酸鹽,從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖物抗性下降,易發(fā)病。大量沉降在塘底的殘餌、排泄物和動植物殘體等在分解過程中產(chǎn)生大量有毒的氨氮,其在高濃度時對水產(chǎn)養(yǎng)殖物有毒害作用,即使在安全閾值下,也會影響水產(chǎn)養(yǎng)殖物的功能,如破壞滲透調(diào)節(jié)能力,增加身體耗氧量,阻礙體內(nèi)氮的排泄等,進(jìn)而導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖物的抵抗力下降,易發(fā)生病害[36,50]。2004年,因病害造成全國水產(chǎn)品產(chǎn)量大幅下滑,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.50×1010元[51]。水體氨氮對日本對蝦幼體毒性作用明顯,其各期幼體死亡率隨著氨氮濃度升高明顯上升[52]。亞硝酸鹽對草魚的急性脅迫試驗發(fā)現(xiàn),在亞硝酸鹽脅迫下草魚的紅細(xì)胞(RBC)形態(tài)和功能均會產(chǎn)生顯著變化[53]。

        魚類會攝食底棲動物,從而影響其群落數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)。通過研究富營養(yǎng)化對底棲群落的影響,發(fā)現(xiàn)隨著底棲氧飽和度的改變,底棲生物類群不斷發(fā)生演替。由于殘餌、排泄物和生物殘體等在池底不斷積累,底泥細(xì)菌和浮游細(xì)菌生物量均有所上升[54-55]。

        3 養(yǎng)殖水體環(huán)境污染的凈化與養(yǎng)殖模式的轉(zhuǎn)變

        集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式發(fā)展迅猛,但水質(zhì)惡化和廢水排放直接制約了養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。養(yǎng)殖過程中餌料和排泄物的排放與分解,化學(xué)藥品和抗生素的使用等,使水體中營養(yǎng)物質(zhì)和有害物質(zhì)等嚴(yán)重超標(biāo),嚴(yán)重?fù)p害了水體的自凈和恢復(fù)能力[5,56]。而在政府主導(dǎo)、養(yǎng)殖業(yè)自身發(fā)展需求等多種因素的作用下,無論是物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù),還是原位修復(fù)和異位修復(fù),養(yǎng)殖水體尤其是排放尾水的凈化,對養(yǎng)殖水域生態(tài)環(huán)境的改善起到了較顯著的作用。在確保水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的同時,減少養(yǎng)殖廢水對周邊環(huán)境的污染,突出水產(chǎn)生態(tài)健康養(yǎng)殖,加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖減藥減排,繼續(xù)推動重點(diǎn)流域水產(chǎn)養(yǎng)殖污染治理,加快池塘標(biāo)準(zhǔn)化改造,大力推廣深水抗風(fēng)浪養(yǎng)殖網(wǎng)箱和池塘循環(huán)水養(yǎng)殖等生態(tài)健康養(yǎng)殖新模式,是確保水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

        3.1 養(yǎng)殖水體傳統(tǒng)凈化技術(shù)措施

        3.1.1 物理與化學(xué)措施 普通養(yǎng)殖廢水和養(yǎng)殖尾水的凈化處理有物理措施、化學(xué)措施和生物措施,每種處理措施都有其優(yōu)勢,并在一定范圍內(nèi)取得了較好的效果。物理修復(fù)措施多是利用各種人工材料,或利用機(jī)械對養(yǎng)殖環(huán)境施加物理影響,諸如換水、曝氣、篩網(wǎng)過濾、潑灑沸石粉和石灰等,來吸附或消除有毒有害物質(zhì)。但這類措施通常需要較高的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用,其持續(xù)周期短,效果有限,常作為水體治理的一種輔助手段[57]。化學(xué)修復(fù)措施多是把化學(xué)制劑投放到水體中,通過與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、絡(luò)合/聚合等反應(yīng),使污染物從養(yǎng)殖水體中分離、降解、沉淀。如采用高分子吸附劑等,把生物降解部分作為固體基質(zhì)包被為生物膜后,進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)的高含量氮的去除[58]。有研究用聚合水凝膠去除養(yǎng)殖廢水中的氮磷,磷酸鹽去除率可達(dá)95%,亞硝酸去除率可達(dá)85%,硝酸鹽去除率達(dá)52%,有效減輕養(yǎng)殖廢水排放氮磷的負(fù)荷[59]。目前已有多種水質(zhì)改良劑和水質(zhì)消毒劑,并得到了廣泛應(yīng)用。但其大量應(yīng)用易產(chǎn)生次生產(chǎn)物,加重水體自身凈化負(fù)擔(dān),也易引起水產(chǎn)品品質(zhì)退化。

        在污水處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型水處理技術(shù),逐漸應(yīng)用到養(yǎng)殖廢水凈化中,并取得了較好的效果,比如泡沫分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、再生粉末活性炭水處理技術(shù)以及新材料(如新型光催化材料、陽離子表面活性劑、絮凝劑等)。但這些措施存在投資大,應(yīng)用環(huán)境要求高,成本高昂等問題,或者因應(yīng)用后殘留在水體中的物質(zhì)對魚類有副作用,限制了其推廣和應(yīng)用。

        3.1.2 生物措施 生物修復(fù)是利用具有生命活力的生物代謝活動減少或去除養(yǎng)殖水體中的有害物質(zhì)。這種措施多是通過工程措施為生物(動物、植物、藻類、微生物)生長和擴(kuò)繁提供必要條件,對污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化、降解和去除。與物理、化學(xué)等技術(shù)手段相比,生物修復(fù)方法具有耗時短、費(fèi)用低、可持續(xù)應(yīng)用、無次生污染物且不危害水產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)勢。在具體應(yīng)用中,生物修復(fù)目前已形成多種形式,如生物浮床(水面上種植以空心菜、水芹菜等經(jīng)濟(jì)植物)、濾食性水生動物、人工濕地系統(tǒng)等,并取得了較好的效果[7,60-67]。如陳春云等[68]利用小球藻去除對蝦養(yǎng)殖廢水中的氮磷,水體氨氮、磷酸根的去除率達(dá)到了80%和85%,具有較好的水體凈化效果,并且小球藻的生物量有較大提高。龔宏偉等[69]利用構(gòu)建的三級凈化循環(huán)水養(yǎng)殖河蟹,水體中氮、磷含量均有明顯下降。張少軍等[70]利用濾食性貝類牡蠣和紫貽貝去除養(yǎng)殖廢水中的懸浮物,取得了較好效果,并且貝類還能吸收利用懸浮物中的有機(jī)物。

        然而,受實(shí)施場地和外界環(huán)境條件的限制,生物修復(fù)措施的應(yīng)用和推廣受到諸多限制,尤其是以栽種水生植物為主的生物凈化和人工構(gòu)建的仿濕地生態(tài)系統(tǒng)措施,受實(shí)施場地和氣溫影響較大,其在北方養(yǎng)殖水體中的凈化時間要遠(yuǎn)小于南方。在長江以南地區(qū),受土地面積的限制,構(gòu)建的濕地系統(tǒng)和水生植物凈化面積無法達(dá)到設(shè)計要求。在生物修復(fù)的基礎(chǔ)上,又形成了魚蝦蟹菜-水稻/菱、魚菜-果樹、稻-麥-蝦-經(jīng)濟(jì)作物、魚-畜/禽等復(fù)合循環(huán)立體生態(tài)種養(yǎng)殖技術(shù),在進(jìn)行水產(chǎn)品養(yǎng)殖的同時,通過食物鏈作用,控制水體中營養(yǎng)鹽和浮游生物等的過量增殖,不僅可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收,也同步實(shí)現(xiàn)了水體原位凈化的目的。

        3.2 新型水產(chǎn)養(yǎng)殖模式將成為未來發(fā)展的主導(dǎo)方向

        隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,未來水產(chǎn)品生產(chǎn)必將加快轉(zhuǎn)型升級,產(chǎn)量增速將有所放緩。未來中國將持續(xù)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度,隨著資源約束趨緊,水產(chǎn)品產(chǎn)量增長空間將受到限制,加之勞動力成本不斷上升,生產(chǎn)比較收益下降,調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式、提質(zhì)增效已成為水產(chǎn)品生產(chǎn)關(guān)注的重點(diǎn)。在“以養(yǎng)為主、養(yǎng)捕結(jié)合”方針的指導(dǎo)下,水產(chǎn)養(yǎng)殖仍將是中國漁業(yè)生產(chǎn)增長的主要動力,養(yǎng)殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的比重將持續(xù)增加。當(dāng)前,全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇乏力,國外水產(chǎn)品進(jìn)口需求持續(xù)不振,加之國內(nèi)加工成本不斷上升,部分加工企業(yè)向周邊國家轉(zhuǎn)移,給中國水產(chǎn)品進(jìn)出口帶來了巨大的下行壓力。據(jù)研究,到2030年,為滿足現(xiàn)有人均水產(chǎn)品的消費(fèi)水平,水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量需增長5×107t,水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品總供應(yīng)量的60%以上,未來水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長潛力巨大,但也將面臨更大的挑戰(zhàn)[71]。在2017年全國漁業(yè)漁政工作會議中,農(nóng)業(yè)部于康震副部長提出要抓住“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”主線,咬定“提質(zhì)增效、減量增收、綠色發(fā)展、富裕漁民”總目標(biāo),堅持“穩(wěn)中求進(jìn)、進(jìn)中求好”工作總基調(diào),持續(xù)深化漁業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,著力培育新動能,打造新業(yè)態(tài),扶持新主體,拓寬新渠道,加快推進(jìn)漁業(yè)轉(zhuǎn)型升級的總體目標(biāo)[72]。因此,水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)未來發(fā)展必將著眼于在保持穩(wěn)步增長的同時,通過轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)、促產(chǎn)量、提品質(zhì)等技術(shù)進(jìn)步來提高水產(chǎn)品的品質(zhì),必須通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模式轉(zhuǎn)變和技術(shù)升級等措施實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提質(zhì)增效和可持續(xù)健康發(fā)展的目的。

        4 展 望

        隨著社會發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和人民群眾日益提高的生活需求,水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)面臨著技術(shù)升級、模式轉(zhuǎn)變、提質(zhì)增效的迫切發(fā)展需求。從未來發(fā)展方向來看,工業(yè)化循環(huán)水養(yǎng)殖因其具有資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、技術(shù)先進(jìn)型、養(yǎng)殖集約型、操作便易型、生產(chǎn)可控型、效益倍增型、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)型的八個優(yōu)勢,將成為養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向[73]。從理論發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的角度看,未來將在物質(zhì)能量收支理論-營養(yǎng)要素的精準(zhǔn)供給與氮磷減排,生物濾器凈化機(jī)理-生物濾器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、評價標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范,環(huán)境與生理互作機(jī)制生產(chǎn)過程的智能控制和精準(zhǔn)養(yǎng)殖工藝,疫病與宿主病原的環(huán)境關(guān)系-安全產(chǎn)品和疫病預(yù)防預(yù)警管理等方面有所突破,形成標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化、產(chǎn)業(yè)化并普及推廣,才能保證循環(huán)水養(yǎng)殖業(yè)走出一條健康的發(fā)展之路。

        4.1 技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是漁業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路

        針對當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的需求與目標(biāo),必須通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式的形式來促進(jìn)漁業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。需要從以下幾方面著手:(一)抓漁業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,走特色水產(chǎn)發(fā)展之路。以江蘇省水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為例,到2016年,全省特種水產(chǎn)養(yǎng)殖面積占比接近70%,其中河蟹養(yǎng)殖面積 2.67×105hm2左右,產(chǎn)值 3×1010元左右,小龍蝦、青蝦、羅氏沼蝦、南美白對蝦等蝦類養(yǎng)殖面積也逐年擴(kuò)大,蝦類產(chǎn)值約 2×1010元,河蟹和蝦類產(chǎn)值占總產(chǎn)值的比例超過40%,蝦蟹經(jīng)濟(jì)的特色日益鮮明。(二)抓技術(shù)研發(fā)應(yīng)用,走科技興漁之路。要求強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè),加大漁業(yè)核心品種與關(guān)鍵技術(shù)科技攻關(guān)力度,構(gòu)建漁業(yè)科技創(chuàng)新平臺。如江蘇省在“十二五”期間,全省新品種、新技術(shù)及新模式累計推廣面積達(dá) 3.33×105hm2,而在新品種選育方面,形成了以太湖1號青蝦、江豐1號斑點(diǎn)叉尾鮰、長江1號/2號河蟹等為主的新品種,不但為水產(chǎn)品添加了新種類,而且為漁民增收致富帶來了切實(shí)效益。(三)抓發(fā)展方式轉(zhuǎn)變,走生態(tài)健康之路。江蘇省積極推進(jìn)各地不同模式池塘工業(yè)化生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行,提高池塘綜合利用率,養(yǎng)殖運(yùn)動魚、生態(tài)魚、沖浪魚,建立多種建設(shè)模式、運(yùn)營模式,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、產(chǎn)出高效、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好的綜合目標(biāo)。(四)抓設(shè)施裝備建設(shè),走轉(zhuǎn)型升級之路。要求漁業(yè)主管部門強(qiáng)化政策導(dǎo)向,從解決漁民群眾最關(guān)心、最直接、最現(xiàn)實(shí)、最需要的實(shí)際問題入手,加大對重點(diǎn)漁區(qū)和漁業(yè)專業(yè)村的財政資金投入,不斷增加漁業(yè)發(fā)展公共基礎(chǔ)設(shè)施供給,切實(shí)提高公共服務(wù)共建能力和共享水平。(五)抓體制機(jī)制創(chuàng)新,走融合發(fā)展之路。漁業(yè)主管部門積極推進(jìn)新型漁業(yè)經(jīng)營主體建設(shè),通過引進(jìn)外部資本,以支持漁業(yè)科技、模式、品種、保險等進(jìn)行有益的嘗試與創(chuàng)新,并積極促進(jìn)漁業(yè)一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,積極探索水產(chǎn)品的大流通新模式(互聯(lián)網(wǎng)+可追溯水產(chǎn)品等)。

        4.2 全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)更新與體制、機(jī)制的創(chuàng)新是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的保障

        漁業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的結(jié)構(gòu),主要是通過調(diào)整漁業(yè)區(qū)域布局、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和要素配置來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展的調(diào)整調(diào)優(yōu)。堅持控制總量并提高質(zhì)量效益,將發(fā)展重心由注重數(shù)量增長轉(zhuǎn)到提高質(zhì)量和效益上來。根據(jù)漁業(yè)資源稟賦、市場需求和生態(tài)環(huán)境狀況,科學(xué)確定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn),秉承生態(tài)優(yōu)先的原則,強(qiáng)化資源養(yǎng)護(hù),科學(xué)有序利用漁業(yè)資源,依靠科技創(chuàng)新,強(qiáng)化科技支撐。既要推進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營方式創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和制度創(chuàng)新,也要發(fā)揮現(xiàn)代科技對漁業(yè)的引領(lǐng)和支撐作用。據(jù)此,未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展必將在以下方面有所突破:一是工業(yè)化和信息化深度融合。要求生產(chǎn)全過程(育種、育苗、營養(yǎng)飼料、病害防控)的科學(xué)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,養(yǎng)殖管理的自動化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化和信息化,養(yǎng)殖設(shè)施工程技術(shù)的普及化、大型化和產(chǎn)業(yè)化。二是要求有嚴(yán)格的法律法規(guī)來保障產(chǎn)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。三是必須在核心技術(shù)方面有所突破,才能支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展長久不衰。目前,中國水產(chǎn)養(yǎng)殖科技發(fā)展水平(設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)管理、飼料營養(yǎng)、疫病防控、廢水資源化利用等)與國外仍有較大差距,尤其是在工程設(shè)計、自動化控制和水處理工藝等方面,導(dǎo)致中國水產(chǎn)養(yǎng)殖成本居高不下。未來需要在新品種選育(如基因選育、基因改良等)、新型疫苗、新型抗病藥、新型飼料等方面進(jìn)行挖掘,形成完全自有的知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù),才能保證產(chǎn)業(yè)發(fā)展享受改革紅利和技術(shù)進(jìn)步帶來的利好,從而保障漁民利益和行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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