李麗芬，徐云強(qiáng)，蘇保林*，喬 飛，雷 坤，何璟嫕

（1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875；2.城市水循環(huán)與海綿城市技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012）

池塘養(yǎng)殖是我國(guó)淡水養(yǎng)殖的重要組成部分，約71.2%的水產(chǎn)品均來(lái)自池塘養(yǎng)殖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)淡水養(yǎng)殖總面積為5.36×106hm2，其中池塘養(yǎng)殖面積約占47.12%，為2.53×106hm2[1-2]。近年來(lái)，為提高養(yǎng)殖產(chǎn)量，追求經(jīng)濟(jì)利益，池塘養(yǎng)殖普遍采用高放養(yǎng)密度、高投餌量的集約化精養(yǎng)模式。集約化養(yǎng)殖模式的迅速推進(jìn)和發(fā)展，導(dǎo)致大量外源物質(zhì)輸入水生態(tài)系統(tǒng)造成水質(zhì)惡化，從而引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也提高了養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)，水產(chǎn)品質(zhì)量下降直接制約了池塘養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展[3-6]。因此，對(duì)池塘養(yǎng)殖水管理及污染負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確、定量的分析顯得尤為重要。

我國(guó)魚(yú)類產(chǎn)品主要來(lái)自以餌料投入的養(yǎng)殖模式，淡水池塘養(yǎng)殖會(huì)排放大量未消化的飼料和排泄物[7-9]，而傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方式在養(yǎng)殖捕撈收獲后會(huì)采用直排方式將養(yǎng)殖廢水和底泥排放到環(huán)境中，造成外部環(huán)境的污染?；诔靥琉B(yǎng)殖的諸多不良環(huán)境影響，本文對(duì)現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法進(jìn)行調(diào)研。目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負(fù)荷的估算方法主要有化學(xué)分析法、排污系數(shù)法、物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法和污染負(fù)荷率法等[10]，主要分為兩大類：第一，計(jì)算結(jié)果顯示的是養(yǎng)殖期間對(duì)外界環(huán)境造成的影響，主要是通過(guò)化學(xué)分析法和排污系數(shù)法進(jìn)行估算，但是這兩種方法均未考慮底泥的影響，計(jì)算結(jié)果偏低[8-9,11]；第二，計(jì)算結(jié)果顯示的是養(yǎng)殖期間對(duì)養(yǎng)殖池塘本身造成的影響，即留在養(yǎng)殖池溏中的污染物的量，主要計(jì)算方法有物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法和污染負(fù)荷率法，但是這類方法未對(duì)水質(zhì)和底泥作區(qū)分，此外，該類方法參數(shù)較多，且參數(shù)中涉及生物體的消化率，但該參數(shù)不確定性大，對(duì)估算結(jié)果的影響較大[12-19]。由此可見(jiàn)，目前池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算存在如下問(wèn)題：（1）養(yǎng)殖期間是否考慮污染排入外界環(huán)境，污染負(fù)荷為多少；（2）水產(chǎn)養(yǎng)殖末期養(yǎng)殖廢水與底泥的去向，分別對(duì)環(huán)境造成了多大影響。

本研究在對(duì)現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)分析法進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)研究區(qū)池塘養(yǎng)殖廢水及底泥中污染負(fù)荷進(jìn)行核算，期望定量反映池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理、再利用及餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。

1 研究區(qū)域

宜興市地處江蘇省西南端、滬寧杭三角中心，位于北緯31°07′～31°37′，東經(jīng)119°31′～120°03′，水域面積達(dá)532.6 km2（不含太湖）。該地區(qū)河流湖蕩密布，水資源豐富，降水充沛，是典型的江南水鄉(xiāng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積1.33萬(wàn)hm2，其中以池塘養(yǎng)殖為主（占比高達(dá)89%）[20-21]。以水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為依托的宜興市在加速發(fā)展?jié)O業(yè)的同時(shí)也面臨著養(yǎng)殖所造成的環(huán)境污染問(wèn)題，因此，如何進(jìn)行污染負(fù)荷核算和控源減排仍是一個(gè)難題。

研究池塘位于宜興殷村港地區(qū)，整體呈不規(guī)則梯形體，養(yǎng)殖面積約為2.53 hm2，在養(yǎng)殖期間，池塘平均水位約為2.21 m。研究區(qū)養(yǎng)殖水體主要來(lái)源于附近河道，池塘養(yǎng)殖需要不定時(shí)進(jìn)行人工補(bǔ)水或人工排水，年末會(huì)進(jìn)行養(yǎng)殖廢水排放和淤泥清理，其中，養(yǎng)殖廢水排向附近河道，底泥排向附近廢棄田塊。研究池塘配有增氧機(jī)（KD325-9）和投飼機(jī)，池塘曝氣一般不固定，晴好天氣一般不會(huì)增加曝氣，陰雨天則視天氣情況延長(zhǎng)開(kāi)機(jī)時(shí)間，餌料的投喂主要以顆粒型飼料為主，投喂時(shí)主要遵循“四定”原則，即定時(shí)、定位、定質(zhì)和定量，日投喂3次，投餌量在養(yǎng)殖初期為水產(chǎn)品總量的3%～5%，養(yǎng)殖中后期為5%～7%，餌料具體信息詳見(jiàn)表1。

本研究的監(jiān)測(cè)期為2017年6月—2019年2月，期間池塘的主要養(yǎng)殖品種為鳊魚(yú)、鯽魚(yú)、草魚(yú)、青魚(yú)和鳙魚(yú)，投入幼魚(yú)均＜1年齡，采用一年制進(jìn)行養(yǎng)殖，年末進(jìn)行成魚(yú)收獲，總放養(yǎng)密度約為3.2萬(wàn)尾·hm-2，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。魚(yú)類根據(jù)其生活習(xí)性有上、中、下層之分，不同種類魚(yú)占據(jù)不同“生態(tài)位”，其中，鳙魚(yú)多生活在上層，草魚(yú)、鳊魚(yú)多生活在中層，鯽魚(yú)、青魚(yú)多生活在下層，采用不同生態(tài)位的混養(yǎng)模式有助于水體垂直對(duì)流，加速水中污染物的沉淀和分解，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用，同時(shí)也可增加水產(chǎn)品的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益。

表1 淡水魚(yú)配合飼料詳細(xì)信息（%）Table 1 The detailed information table of freshwater fish formula feed（%）

表2 研究區(qū)養(yǎng)殖品種及投入產(chǎn)出匯總（kg）Table 2 The summery of aquaculture varieties and input-output in research area（kg）

2 研究方法

2.1 樣品采集和分析方法

為全面了解池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷情況，對(duì)研究期內(nèi)水樣和底泥進(jìn)行了采集，水樣的初次取樣時(shí)間為2017年6月26日，以后每周取樣一次，若有特殊情況（養(yǎng)殖期間補(bǔ)排水和年末養(yǎng)殖廢水排放）則適當(dāng)增加采樣頻次。采樣點(diǎn)位于池塘排水口處，采樣中應(yīng)確保采集到所有排向外界環(huán)境和進(jìn)入池塘的養(yǎng)殖水體，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后4℃保存，24 h內(nèi)測(cè)定。水樣的測(cè)定指標(biāo)包括總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH+4-N）、硝酸鹽氮（NO-3-N）、COD。其中，TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，NH+4-N采用納氏試劑比色法，COD采用重鉻酸鹽法，NO-3-N采用酚二磺酸比色法[22-26]。

池塘底泥樣品的采集是在年末養(yǎng)殖廢水排放后，共3個(gè)采樣點(diǎn)，分別位于投飼機(jī)的正下方及兩側(cè)，采樣點(diǎn)離岸約2 m，采樣深度為10～20 cm，樣品采集后4℃保存。底泥測(cè)定指標(biāo)包括TN、TP和有機(jī)質(zhì)。TN采用土壤氮的測(cè)定方法，TP采用土壤磷的測(cè)定方法，有機(jī)質(zhì)采用森林土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定及碳氮比的計(jì)算方法進(jìn)行測(cè)定[27-29]。

2.2 池塘水量監(jiān)測(cè)及計(jì)算

為全面了解池塘在研究期間的水量變化，補(bǔ)給量、消耗量等均通過(guò)池塘水位變化進(jìn)行計(jì)算。因此，對(duì)研究池塘的水位和降雨信息進(jìn)行了全過(guò)程采集（整個(gè)研究期：2017年6月—2019年2月）。水位信息通過(guò)壓力式水位自動(dòng)記錄儀（U20）獲取，設(shè)置儀器記錄時(shí)間為15 min；降雨信息通過(guò)雨量計(jì)獲取，設(shè)置儀器記錄時(shí)間為10 min。裝置安裝完畢后需要定期檢查以防止探頭阻塞而影響記錄或數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

研究魚(yú)塘為不規(guī)則梯形體，為方便對(duì)魚(yú)塘水管理進(jìn)行研究，在水產(chǎn)養(yǎng)殖期間，利用水位、降雨信息結(jié)合池塘構(gòu)造（邊坡及面積等）對(duì)研究區(qū)蓄水量進(jìn)行了計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

式中：ΔV為池塘蓄水的變化量；h、h1均表示水位，h的范圍為0～1.87 m，h1的范圍為1.87～3.22 m。

2.3 污染負(fù)荷核算方法

基于池塘養(yǎng)殖對(duì)水環(huán)境的諸多不良影響，關(guān)于池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷的研究也日益增多。目前，池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負(fù)荷的估算方法主要有化學(xué)分析法、竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、排污系數(shù)法和污染負(fù)荷率法等方法[10，30]。

2.3.1 化學(xué)分析法

化學(xué)分析法[7-9]是估算污染負(fù)荷的基礎(chǔ)方法，一般作為輔助方法。該方法的主要原理是基于池塘養(yǎng)殖總排水量對(duì)進(jìn)排水水質(zhì)的分析，進(jìn)行氮和磷污染負(fù)荷估算，其計(jì)算公式如下：

式中：P為污染物排放負(fù)荷量；Q為排出池塘水量；Cout、Cin分別為出水和進(jìn)水中污染物濃度。

化學(xué)分析法最初是基于比較封閉的池塘養(yǎng)殖提出的，一般只采集水樣，因此所測(cè)結(jié)果只包含了氮磷污染物的可溶態(tài)和懸浮態(tài)兩者之和，底泥中營(yíng)養(yǎng)含量沒(méi)有考慮在內(nèi)，所以該方法計(jì)算的污染負(fù)荷量通常比實(shí)際偏小。

2.3.2 排污系數(shù)法

污染物產(chǎn)生系數(shù)（產(chǎn)污系數(shù)）是指在正常養(yǎng)殖生產(chǎn)條件下，養(yǎng)殖生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品在水體中所產(chǎn)生的污染物量，污染物排放系數(shù)（排污系數(shù)）是指在正常生產(chǎn)條件下，養(yǎng)殖生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染物量中，經(jīng)不同排放渠道直接排放到外部水體環(huán)境中的污染物量[11]。因此，排污系數(shù)計(jì)算出的產(chǎn)排污量只包含養(yǎng)殖水體，未考慮底泥影響，因此計(jì)算結(jié)果偏低。但是，該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，涵蓋了我國(guó)目前主要的養(yǎng)殖品種及養(yǎng)殖類型，對(duì)計(jì)算養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)排污量具有很好的借鑒意義。

污染物產(chǎn)生量=產(chǎn)污系數(shù)×（養(yǎng)殖產(chǎn)量-養(yǎng)殖投放量）

2.3.3 物料平衡法

物料平衡法[13-14，31-33]是根據(jù)食物用量、生物量和營(yíng)養(yǎng)物在生物體內(nèi)TN含量進(jìn)行污染負(fù)荷計(jì)算，該方法認(rèn)為食物是養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)直接產(chǎn)生污染物的唯一來(lái)源，因而可通過(guò)投喂食物的總量與被生物體所利用部分的差值來(lái)計(jì)算總污染物量，并且可以通過(guò)一系列物質(zhì)平衡關(guān)系式計(jì)算污染物排放量。物料平衡法被認(rèn)為是一種與實(shí)際較符合的方法，使用范圍較廣，具體計(jì)算公式如下：

式中：L為池塘養(yǎng)殖中總污染負(fù)荷量；Lin為輸入池塘的TN或TP量；Lfish為魚(yú)體內(nèi)氮或磷含量。

2.3.4 竹內(nèi)俊朗法

竹內(nèi)俊朗法[12，15-16，34]是物料平衡法的簡(jiǎn)化方法，是依據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中物質(zhì)的輸入輸出平衡方程來(lái)間接推算，其原理主要是“從所投喂的餌料營(yíng)養(yǎng)成分中，扣除蓄積在養(yǎng)殖生物體內(nèi)的量，剩余即是環(huán)境負(fù)荷量”。該方法主要用于氮和磷的估算，簡(jiǎn)便實(shí)用，其計(jì)算公式如下：

式中：TN、TP分別為氮負(fù)荷和磷負(fù)荷；C為餌料用量；Nf、Pf分別為餌料中氮、磷的含量，%；Nb、Pb分別為生物體內(nèi)氮和磷的含量。

竹內(nèi)俊朗法適用于餌料投喂比較單一的養(yǎng)殖模式，在利用此方法估算污染負(fù)荷時(shí)要求飼料及生物體中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量信息充足。此外，餌料系數(shù)、種群差異是最易導(dǎo)致誤差的參數(shù)之一，同時(shí)，對(duì)養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響除了飼料以外，還有底泥的釋放以及動(dòng)力的輸送等，所以，該方法可能與實(shí)際的結(jié)果有較大出入。

2.3.5 污染負(fù)荷率法

污染負(fù)荷率法[16-17，35]最初是根據(jù)網(wǎng)箱養(yǎng)殖所提出的，是指生產(chǎn)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染負(fù)荷量。其理論計(jì)算值為餌料中含有的某元素的量減去魚(yú)體中該元素含量，因此，總污染負(fù)荷量等于污染負(fù)荷率乘以水庫(kù)網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)凈產(chǎn)量。具體計(jì)算公式如下：

式中：WT為總污染物負(fù)荷量；f為污染負(fù)荷率；Y為水庫(kù)網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)凈產(chǎn)量，包括固體態(tài)和溶解態(tài)；Cf為餌料系數(shù)；Pfood為餌料的磷質(zhì)量比；Pfish為凈產(chǎn)魚(yú)的磷質(zhì)量比。

此方法考慮因子齊全，應(yīng)用較廣泛。在使用該方法時(shí)水產(chǎn)養(yǎng)殖凈產(chǎn)量包括固體態(tài)和溶解態(tài)，同時(shí)還考慮了底泥的污染貢獻(xiàn)，這是目前大多數(shù)方法所欠缺的，而且其公式比較簡(jiǎn)單，計(jì)算起來(lái)很方便。然而，該方法所涉及的參數(shù)較多，其中有些單個(gè)參數(shù)的律定也比較難把握，如餌料系數(shù)、餌料中氮磷質(zhì)量比等參數(shù)值通常很難與實(shí)際相一致，這也會(huì)使得此方法的估算結(jié)果有所偏差。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算

本研究利用不同污染負(fù)荷核算方法對(duì)研究區(qū)2017—2018年池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷進(jìn)行了核算、對(duì)比和分析，結(jié)果詳見(jiàn)表3。

從研究區(qū)污染負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負(fù)荷率法的計(jì)算結(jié)果均高于化學(xué)分析法和排污系數(shù)法，這是由于化學(xué)分析法和排污系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)的是由于養(yǎng)殖污水未經(jīng)處理直接排放到外部水環(huán)境中的污染物量（排污量），而前3種方法的計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)的是對(duì)池塘本身的影響[輸入（養(yǎng)殖水+水產(chǎn)品/餌料）-輸出（水產(chǎn)品）]，即產(chǎn)污量，主要包括水體和底泥兩部分。從表3數(shù)據(jù)可看出，排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果整體大于化學(xué)分析法，主要原因是排污系數(shù)法結(jié)果體現(xiàn)的是池塘養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理直接排放到外界環(huán)境中所造成的污染，而化學(xué)分析法計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)的是池塘排水與池塘進(jìn)水中污染量之差。此外，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負(fù)荷率法的計(jì)算結(jié)果很接近，但是這3種計(jì)算方法結(jié)果間存在一定誤差，產(chǎn)生誤差的主要原因是參數(shù)考慮方面的差異。物料平衡法認(rèn)為食物是池塘系統(tǒng)內(nèi)直接產(chǎn)生廢物的唯一來(lái)源；竹內(nèi)俊朗法認(rèn)為輸入池塘污染物量扣除生物體量剩余的即是環(huán)境負(fù)荷量，本研究在計(jì)算時(shí)輸入池塘污染物量包括餌料和投入的水產(chǎn)品兩部分；污染負(fù)荷率法和竹內(nèi)俊朗法相似，均考慮了水產(chǎn)品投放帶入池塘系統(tǒng)內(nèi)的污染物量，但是在計(jì)算時(shí)污染負(fù)荷率是通過(guò)凈產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，未考慮成魚(yú)和幼魚(yú)間的差異。從研究指標(biāo)來(lái)看，化學(xué)分析法測(cè)定指標(biāo)較全面，可根據(jù)研究?jī)?nèi)容靈活測(cè)定所需指標(biāo)，而其他方法均是基于對(duì)池塘氮磷污染負(fù)荷的計(jì)算，排污系數(shù)法還可對(duì)COD和部分重金屬污染負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，在指標(biāo)選擇方面具有一點(diǎn)局限性。

表3 研究區(qū)池塘污染負(fù)荷核算結(jié)果對(duì)比表（kg）Table 3 The results of pollution load in ponds by different methods（kg）

3.2 池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法可行性分析

基于上述水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負(fù)荷方法的研究調(diào)查及實(shí)例計(jì)算，本文從數(shù)據(jù)的可得性與方法的適用性兩方面進(jìn)行了討論分析，并以此得到池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷方法可行性分析，具體見(jiàn)表4。

池塘養(yǎng)殖不同污染負(fù)荷核算方法有所不同，從數(shù)據(jù)獲取途徑來(lái)看，化學(xué)分析法在應(yīng)用時(shí)需要對(duì)研究區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水樣采集、監(jiān)測(cè)；竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負(fù)荷率法和排污系數(shù)法只需要進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)研，但是計(jì)算原理及考慮參數(shù)方面有所差別。其中，竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負(fù)荷率法是基于物質(zhì)守恒規(guī)律進(jìn)行計(jì)算的方法，在數(shù)據(jù)需求中均涉及餌料及生物體內(nèi)含氮或含磷率，這部分?jǐn)?shù)據(jù)較難獲取且由于餌料/生物品種多樣，攝食率、消化率等的不一致而導(dǎo)致計(jì)算誤差較大；排污系數(shù)法方法簡(jiǎn)便，可根據(jù)研究區(qū)所處區(qū)域位置直接查詢對(duì)應(yīng)的產(chǎn)排污系數(shù)，但是僅局限于第一次污染源普查區(qū)域。

從數(shù)據(jù)可得性方面來(lái)看，化學(xué)分析法和排污系數(shù)法的數(shù)據(jù)最易獲得，獲得方法主要是通過(guò)野外試驗(yàn)采樣監(jiān)測(cè)和產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)；竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負(fù)荷率法所需數(shù)據(jù)量較多，對(duì)于數(shù)據(jù)的可得性較難，主要原因在于養(yǎng)殖品種不唯一、水產(chǎn)品攝食率及消化率、收獲時(shí)間等都會(huì)對(duì)生物體內(nèi)氮磷含量產(chǎn)生影響。

從方法適應(yīng)性來(lái)看，由表4可知，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法都有其各自的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。其中，化學(xué)分析法、排污系數(shù)法是基于對(duì)養(yǎng)殖水體的分析，計(jì)算結(jié)果僅包含由于養(yǎng)殖水體排放所造成的環(huán)境污染，此類方法有兩大共性：其一，沒(méi)有考慮底泥對(duì)環(huán)境的危害，導(dǎo)致污染負(fù)荷核算結(jié)果偏低；其二，計(jì)算結(jié)果只包含了年末養(yǎng)殖廢水排放對(duì)環(huán)境造成的污染，關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖期間是否對(duì)環(huán)境造成污染未作具體分析和計(jì)算。竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法和污染負(fù)荷率法的原理均是基于物質(zhì)守恒來(lái)進(jìn)行計(jì)算，所需參數(shù)中均包含生物體和餌料中氮磷含量，參數(shù)率定較復(fù)雜，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大，這3種方法不同之處在于物料平衡法認(rèn)為食物是唯一污染源，污染負(fù)荷率法是對(duì)單位質(zhì)量水產(chǎn)品所產(chǎn)生的污染負(fù)荷進(jìn)行了定義，但是其計(jì)算原理基本相同。

3.3 池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法改進(jìn)

基于上述池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算的不同方法適應(yīng)性評(píng)價(jià)及實(shí)例計(jì)算，可發(fā)現(xiàn)池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算目前存在兩大問(wèn)題：在計(jì)算池塘養(yǎng)殖對(duì)外界環(huán)境造成的影響時(shí)未考慮底泥因素，且只計(jì)算了養(yǎng)殖末期所產(chǎn)生的污染，養(yǎng)殖期間是否有污染排出未作分析；基于物質(zhì)守恒原理方法的計(jì)算結(jié)果可認(rèn)為是整個(gè)養(yǎng)殖期間對(duì)外界環(huán)境所產(chǎn)生的總污染，但是未對(duì)水體和底泥進(jìn)行分別考慮?；诖?，本研究對(duì)化學(xué)分析法中的池塘排水量Q進(jìn)行細(xì)化分析，并基于物質(zhì)守恒原理對(duì)池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法進(jìn)行改進(jìn)。

表4 池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖污染負(fù)荷方法可行性分析Table 4 Feasibility analysis of pollution load method in pond aquaculture

本研究采用改進(jìn)后的方法對(duì)池塘養(yǎng)殖全過(guò)程的污染負(fù)荷進(jìn)行核算，計(jì)算過(guò)程中所需數(shù)據(jù)主要有池塘養(yǎng)殖面積、養(yǎng)殖水位、降雨等。養(yǎng)殖面積通過(guò)對(duì)養(yǎng)殖水域進(jìn)行實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)寬高及邊坡等計(jì)算得到，養(yǎng)殖水位和降雨量通過(guò)壓力式水位自動(dòng)記錄儀（HOBOU20）和翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行野外監(jiān)測(cè)獲取。在核算過(guò)程中通過(guò)對(duì)池塘水位數(shù)據(jù)分析判斷在養(yǎng)殖期間是否向外界環(huán)境排污；此外，本研究在核算過(guò)程中考慮了底泥貢獻(xiàn)，通過(guò)核算可獲得在養(yǎng)殖期間池塘對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響。

3.3.1 方法構(gòu)建

化學(xué)分析法一般只采集水樣，不需考慮底泥影響，適用于比較封閉的池塘，在計(jì)算時(shí)認(rèn)為進(jìn)、出池塘水量相等。但是，在實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，池塘進(jìn)、出水量不盡相同，且水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中并非完全不與外界環(huán)境進(jìn)行水體交換，養(yǎng)殖廢水主要來(lái)自季節(jié)性補(bǔ)水和養(yǎng)殖結(jié)束后的排水。此外，池塘底質(zhì)環(huán)境通常是養(yǎng)殖期間污染物的聚集地，是養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)污染的源和匯，在養(yǎng)殖末期養(yǎng)殖廢水的排放對(duì)外界環(huán)境影響較大。因此在本研究中對(duì)Q進(jìn)行了細(xì)化分解，且將底泥影響考慮在內(nèi)，改進(jìn)后的計(jì)算公式如下：

式中：Cout為池塘排水污染物濃度；Cin為池塘進(jìn)水污染物濃度，通常為本底值；i表示魚(yú)塘進(jìn)排水的次數(shù)；m、n分別為池塘總進(jìn)水/排水頻次；Sc為底泥中污染物濃度；Qc為底泥排放量；Pfood為餌料中污染物量；Pfish,1為幼魚(yú)中污染物量；Pfish,2為成魚(yú)中污染物量。

3.3.2 污染負(fù)荷核算

為準(zhǔn)確判斷池塘養(yǎng)殖期間向外界水環(huán)境的排污頻次及排污量，本研究對(duì)研究區(qū)池塘養(yǎng)殖進(jìn)行了全過(guò)程水位和降雨監(jiān)測(cè)。在養(yǎng)殖過(guò)程中，引起池塘水量變化的主要有降水、人工補(bǔ)水、人工排水、蒸發(fā)和下滲4項(xiàng)。池塘水量平衡是指在任意時(shí)間段內(nèi)，池塘排入水量（降水、人工補(bǔ)水）與排出水量（人工排水、蒸發(fā)和下滲）的差額等于該時(shí)段池塘蓄水的變化量。

由圖1可知，在無(wú)降雨影響時(shí)，池塘水位若出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，則是由于人工補(bǔ)水或人工排水導(dǎo)致的水位突然上升或下降；降雨時(shí)，若降雨量超過(guò)蒸發(fā)和滲漏損失量，水位會(huì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖1a），反之，水位仍會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖1b）；在無(wú)降雨或人工補(bǔ)排水措施的影響時(shí)，池塘水位由于蒸發(fā)和下滲的影響會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，可根據(jù)池塘水位變化情況對(duì)池塘養(yǎng)殖期間的補(bǔ)排水頻次及量進(jìn)行分析。

圖1 降雨或人工補(bǔ)水條件下的水位變化Figure 1 Change of water level under the rainfall or artificial recharge conditions

池塘養(yǎng)殖水管理是核算池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷的基礎(chǔ)，根據(jù)公式6可知，池塘補(bǔ)排水會(huì)造成池塘污染物的引入或排出，因此在計(jì)算研究池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷時(shí)需明晰養(yǎng)殖期間補(bǔ)排水頻次和補(bǔ)排水量。由數(shù)據(jù)分析可得，池塘補(bǔ)水主要在集中在4—8月份。由圖2可知，池塘水位快速下降的拐點(diǎn)有3個(gè)，可判斷為研究期間向外界水環(huán)境共排水3次，其中9月份是在養(yǎng)殖期間排水，剩余兩次為年末養(yǎng)殖廢水的排放，因此，這部分對(duì)外界環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在水環(huán)境方面。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，2017年和2018年都進(jìn)行了淤泥的清理，因此底泥也對(duì)外界環(huán)境造成了一定影響。通過(guò)對(duì)研究區(qū)養(yǎng)殖期間水位狀況的分析為池塘養(yǎng)殖期間污染負(fù)荷核算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

利用改進(jìn)后核算方法結(jié)合研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理對(duì)池塘養(yǎng)殖期間所產(chǎn)生的污染負(fù)荷進(jìn)行核算，計(jì)算結(jié)果主要包括水體和底泥兩部分（表5）。

改進(jìn)方法中研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理是通過(guò)野外監(jiān)測(cè)獲得，污染濃度數(shù)據(jù)是基于野外實(shí)驗(yàn)測(cè)得，因此以改進(jìn)方法核算的污染負(fù)荷為準(zhǔn)確值，對(duì)現(xiàn)有池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法的結(jié)果進(jìn)行了誤差分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

從表5、表6可看出，改進(jìn)后污染負(fù)荷核算結(jié)果（產(chǎn)污量）與物料平衡法、竹內(nèi)俊朗法與污染負(fù)荷率法計(jì)算結(jié)果相近，相對(duì)誤差較小，說(shuō)明在池塘養(yǎng)殖中餌料是產(chǎn)生污染的主要來(lái)源，水產(chǎn)品的影響相對(duì)較??；水體中污染負(fù)荷數(shù)據(jù)與化學(xué)分析法和排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差較大，主要原因是化學(xué)分析法、排污系數(shù)法核算結(jié)果直接反映的是由于養(yǎng)殖水體排放所造成的污染，因此池塘養(yǎng)殖水管理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)這兩種方法的污染負(fù)荷核算結(jié)果有直接影響。改進(jìn)方法水量計(jì)算結(jié)果考慮了養(yǎng)殖末期及養(yǎng)殖期間由于未處理水直接排放對(duì)外界水環(huán)境所造成的污染，而化學(xué)分析法計(jì)算時(shí)還需扣除池塘來(lái)水量，且未考慮養(yǎng)殖期間排水量，排污系數(shù)法是直接基于數(shù)據(jù)調(diào)研，未進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)，因此誤差均較大。另外，改進(jìn)方法計(jì)算結(jié)果與排污系數(shù)法的相對(duì)誤差還會(huì)受當(dāng)前養(yǎng)殖條件與第一次全國(guó)污染源普查期間養(yǎng)殖條件差異的影響，這種差異主要體現(xiàn)在養(yǎng)殖面積、養(yǎng)殖密度、餌料類型及投放量等方面，這些養(yǎng)殖條件的不同都會(huì)對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放產(chǎn)生影響。

表5 改進(jìn)方法對(duì)研究區(qū)池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷計(jì)算結(jié)果（kg）Table 5 The pollution load in pond calculated by improved method（kg）

圖2 池塘養(yǎng)殖期間水位與降雨變化Figure 2 Water level and rainfall variation during pond culturing period

表6 研究區(qū)池塘污染負(fù)荷核算結(jié)果相對(duì)誤差（%）Table 6 Comparisons of relative errors of pond pollution load accounting results in research areas（%）

利用改進(jìn)后核算方法結(jié)合研究區(qū)池塘養(yǎng)殖水管理，可計(jì)算得到池塘補(bǔ)、排水以及底泥中污染物含量，此外，利用物料平衡法可明晰生物體內(nèi)污染物含量，由此可得到研究區(qū)池塘養(yǎng)殖中每一部分源匯中污染物含量，具體信息如表7所示。由此說(shuō)明，餌料是池塘養(yǎng)殖中主要的污染源，這與前述結(jié)論一致；另外可看出，改進(jìn)后污染負(fù)荷核算方法的突出優(yōu)點(diǎn)在于將池塘養(yǎng)殖過(guò)程中水體與底泥中污染負(fù)荷進(jìn)行了區(qū)分，科學(xué)、準(zhǔn)確、定量地分析了池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為今后池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷的準(zhǔn)確核算提供參考。當(dāng)只關(guān)注池塘養(yǎng)殖廢水排污量時(shí)，必須保證養(yǎng)殖水管理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，即全面考慮養(yǎng)殖期間與養(yǎng)殖末期排水量；當(dāng)關(guān)注池塘養(yǎng)殖產(chǎn)污量（水體+底泥）時(shí)，餌料是最重要的污染源，該數(shù)據(jù)直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此必須保證餌料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其他源匯項(xiàng)對(duì)結(jié)果影響較小，但考慮越全面結(jié)果準(zhǔn)確度越高，可根據(jù)實(shí)際需求完善污染負(fù)荷源匯項(xiàng)；在保證養(yǎng)殖廢水排污量、養(yǎng)殖產(chǎn)污量結(jié)果核算的準(zhǔn)確性時(shí)，底泥排污無(wú)需實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，可直接做差獲得。此外，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可明晰養(yǎng)殖廢水排放、淤泥清理及成魚(yú)收獲時(shí)帶出池塘的營(yíng)養(yǎng)物占比情況（底泥/成魚(yú)/排水占比=底泥/成魚(yú)/排水÷總營(yíng)養(yǎng)物含量），通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，在小型池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)中底泥中TN約占總排污的60%，TP占比高達(dá)85%，成魚(yú)收獲時(shí)帶出的TN約占40%，TP約占15%，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖的合理化及養(yǎng)殖模式等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，尤其為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理及回收再利用，及池塘養(yǎng)殖餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。

表7 研究區(qū)池塘養(yǎng)殖源匯中污染物含量（kg）Table 7 Information of pollutant content in sources and sinks of pond culture in research area（kg）

4 結(jié)論

（1）不同池塘養(yǎng)殖污染負(fù)荷核算方法數(shù)據(jù)需求、適用性、優(yōu)缺點(diǎn)等有所差異，在核算時(shí)可根據(jù)種群差異、自然水體中氮磷含量信息、結(jié)果需求等進(jìn)行方法選擇。

（2）池塘水管理過(guò)程及底泥考慮與否對(duì)污染負(fù)荷核算結(jié)果的準(zhǔn)確性有直接影響，其中，水管理過(guò)程對(duì)排污系數(shù)法和化學(xué)分析法影響較大，底泥對(duì)竹內(nèi)俊朗法、物料平衡法、污染負(fù)荷率法影響較大。

（3）改進(jìn)化學(xué)分析法的突出優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)養(yǎng)殖水體和底泥中污染負(fù)荷分別進(jìn)行核算，準(zhǔn)確反映池塘養(yǎng)殖總產(chǎn)污量及水體和底泥排放分別對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響，為后續(xù)池塘養(yǎng)殖底泥排放處理、再利用及餌料投喂結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供參考。