水产养殖水体污染的生物修复技术

■ 广东省海洋与渔业技术推广总站 罗国武 翁如柏/文

水产养殖水体污染的生物修复技术

■ 广东省海洋与渔业技术推广总站 罗国武 翁如柏/文

水体是鱼虾蟹贝等水产动物生存生长所必须依赖的环境，水质好坏是水产养殖成败的关键因素。长期以来，我国水产养殖的面积和产量都位居世界第一。然而随着水产养殖业的迅速发展，养殖水环境的水质污染也越来越严重。有效地修复受污染的养殖水环境，是水产养殖业可持续发展和水产品质量安全的关键保障。

一、生物修复技术的由来与概念

环境修复技术有物理修复、化学修复及生物修复。物理修复主要是通过清淤、沉淀、过滤等物理过程去除污染物。化学修复主要是施用化学试剂（如强氧化剂）使污染物质发生一定的化学变化转化为无害物质。物理修复、化学修复速度快但费用较高，且二次污染的可能性较大。

生物修复技术是在自然条件或可控条件下，利用各种土著生物、外来生物或强化生物（突变体和基因工程转化体）将环境中的污染物降解转化为无毒无害物质的工程技术。生物修复具有费用低廉、处理操作简单和安全性较高的优点。

按照生物修复技术实施的场所，可分为原位修复、异位修复和联合生物修复；按照修复的污染种类，可分为有机污染生物修复、重金属污染生物修复和放射性污染生物修复等；按照人工干预与否，可分为生物自净功能生物修复和强化生物净化功能生物修复；按照修复的环境对象，可以分为土壤修复、海洋修复、湖泊水库修复、池塘修复和地下水修复等。

水产养殖水域面临的污染问题

养殖水体环境污染是指由于人类活动（生产、生活等）、养殖对象自身的分泌物和排泄物、残饵、药物残留等因素造成水体破坏、水质因子平衡失调的现象。

（一）水产养殖内源性污染

1．营养物污染。残饵和代谢产物造成污染。水产养殖中常进行过量的施肥投饵，大量残饵、渔用肥料、养殖动物排泄物和生物残骸等含有的营养物质氮、磷、硫化物以及悬浮物和耗氧有机物等是主要污染物，并且这些营养物成为水体富营养化的污染源，导致养殖水体的自净能力严重下降。有研究证明，所投饲料有10%～20%并没有被养殖动物所摄食，而是存留于水体环境中；被摄食的饲料氮约有20%～25%用于生长，75%～80%以粪便和代谢物形式进入水体；被摄食的饲料磷，约有25%～40%用于生长，60%～75%排入水体。海水网箱养殖区大部分位于风平浪静的内湾，水体交换条件差，易产生累积性污染。淡水湖泊粗放型养殖，人工投饵利用率仅为30%，剩余的饵料直接进入水体，沉入湖底。

2．药物污染。在水产养殖过程中经常使用杀菌药物、杀寄生虫药物等防治水产动物疾病；使用杀虫剂、杀螺剂等消除敌害生物；使用杀藻剂、除草剂控制水生植物；此外还使用消毒剂、环境改良剂等投入品。相关药物的使用量越来越大，造成抗药性、残留、毒性等生态风险越来越高。同时，水产养殖疾病防治技术的滞后及养殖户用药知识匮乏，导致大部分养殖户不能仔细分析病因，难以对症下药，滥用药和不规范用药，使养殖水域出现药物残留进而对水域生态系统造成危害。

3．底泥恶化造成二次污染。养殖水体既是水生动物的生长环境，也是其分泌物、排泄物的处理场所。伴随着养殖过程，残饵和水生动物的粪便、尸体和死亡藻类不断增加而又无法排出，沉积于水体底部形成一层黑色的淤泥。淤泥中的有机物质在缺氧的条件下发酵分解产生大量的中间产物，如氨、硫化氢、甲烷、氢有机酸等，这些物质会恶化水生动物生存环境，影响水生动物生长，导致饲料系数增大，养殖成本上升，甚至引起水生动物中毒死亡和泛塘；此外，这些物质在适当条件下会释放氮、磷到周围水体中，引起水体富营养化。

（二）外源性污染

1．生活污水污染。近年来，由于城镇人口不断增加和人民生活水平的大幅提高，生活污水的排放量和有机物的含量日益增加。生活污水中的铁、锰、氢氧化物悬浮物引起了浑浊度的增加，尽管对水体不产生直接危害，但水体浑浊度，升高减少了太阳辐射，使水体初级生产力下降。生活污水产生的恶臭会导致养殖水生动物回避及中毒死亡，食用价值也大为下降。生活污水中有机物大量富集，造成水体色度加深，出现富营养化。

2．工业废水污染。工业废水对养殖水体环境的污染是毁灭性、灾难性的。造纸废水中的硫化物可使所有鱼类中毒死亡；冶金矿山电镀废物中的重金属会毒死一切水生动植物；皮革厂、肉类加工厂废水排入水体可使水色加深，浊度加重，干扰鱼类的正常活动与摄食。工业废水还能引起水温骤升，引发水体生物种群的变化与更迭，破坏水生生态平衡。工业废水的恶劣气味可导致水生动物死亡，丧失实用价值。据媒体报道，75%的突发大规模死鱼事件是由工业废水污染造成。

3．农业面源污染。农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入养殖水体而形成的面源污染。这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及农村居民。与其他污染源相比，农业面源污染范围更广，位置、途径、数量的不确定性更大，成份、过程更复杂，更难以控制。

三、污染养殖水体的生物修复技术

池塘、水库、湖泊、河流、稻田、滩涂、海湾等不同养殖水域环境的污染，其生物修复技术也不尽相同。

（一）微生物修复

微生物修复是目前污染环境生物修复的主要方式。微生物在废水处理和固体废弃物处理等环境污染防治方面具有广泛的应用。微生物净水的原理是：水体中的有益微生物依靠分解有机物作为碳源和能源而生活，有机物在微生物酶的作用下，在厌氧或好氧的条件下，被降解为无害物质。

1．投加有益微生物或微生物制剂

（1）光合细菌。这是一类能进行光合作用的原核生物，目前在水产养殖上普遍应用的有红假单胞菌，其特点是在菌体内含有光合色素，可在厌氧、光照条件下进行光合作用，利用太阳光获得能量，但不产生氧气。其在养殖水体内，可利用硫化氢或小分子有机物作为供氢体，同时也能将小分子有机物作为碳源加以利用，将氨盐、氨基酸等作为氮源利用。因此，将其施放在养殖水体后可迅速消除氨氮、硫化氢和有机酸等有害物质，改善水体，稳定水质，平衡水体pH。但光合细菌对进入养殖水体的大分子有机物如残饵、排泄物及浮游生物的残体等无法分解利用。

（2）芽孢杆菌。为革兰氏阳性菌，是一类好气性细菌。该菌无毒性，能分泌蛋白酶等多种酶类和抗生素。在水产养殖上运用的主要是枯草芽孢杆菌，其利用芽孢繁殖，芽孢位于菌体中央，由于其芽孢繁殖的特性，芽孢对高温、干燥、化学物质有强大的抵抗性，因此十分便于生产、加工和保存。枯草芽孢杆菌菌群进入养殖水体后，能分泌丰富的胞外酶系统，及时降解水体有机物，如排泄物、残饵、浮游生物残体及有机碎屑等，使之矿化成单细胞藻类生长所需的营养盐类，避免有机废物在养殖水体中的沉积。同时有效减少池塘内的有机物消耗氧，间接增加水体溶解氧，保证有机物氧化、氨化、硝化、反硝化的正常循环，保持良好的水质。此外，枯草芽孢杆菌在代谢过程中可以产生一种抑制或杀死其他微生物作用的枯草杆菌素，此种抗生素为一种多肽类物质，可将养殖池底沉积物中发光弧菌的比例降低，抑制水体中致病菌的繁殖。

（3）硝化细菌。硝化细菌是指利用氨或亚硝酸盐作为主要生存能源，能利用二氧化碳作为主要碳源的一类细菌，为化能自养菌。硝化细菌是一种好氧菌，是降解水体中氨和亚硝酸盐的主要细菌之一。硝化细菌有2个属，其中一个属是把氨氧化成亚硝酸盐，从而获得能量，另一个属则是把亚硝酸盐氧化成硝酸盐而获得能量。在pH值和温度较高的情况下，分子氨和亚硝酸盐对水生生物的毒性较强，而硝酸盐对水生生物无毒害。养殖过程中产生的亚硝酸盐是阻碍养殖发展的关键因素。通过施用硝化细菌，人为提高水体中硝化细菌的浓度，促进有益菌群的平衡，及时降解亚硝酸盐，达到改善水质的作用。

（4）EM菌。为一类有益微生物菌群，EM菌是采用适当的比例和独特的发酵工艺将筛选出来的有益微生物混合培养，形成复合的微生物群落，并形成有益物质及其分泌物质，通过共生增殖关系组成了复杂又相对稳定的微生态系统。由光合细菌、乳酸菌、酵母菌等5科10属80余种有益菌种复合培养而成。EM菌中的有益微生物经固氮、分解和光合作用，可使水中的有机物质形成各种营养元素，供自身和饵料生物的生长繁殖，同时增加水中的溶解氧，降低氨、硫化氢等有毒物质的含量，提高水质。

（5）酵母菌。为真核生物，在有氧条件下，酵母菌将溶于水中的糖类（单糖和双糖）、有机酸作为自身所需的碳源，供合成新的原生质及自身生命活动能量之用，其对糖类的分解，可完全氧化为二氧化碳和水。在缺氧条件下，酵母菌利用糖类（单糖和双糖）作为碳源，进行发酵和繁殖酵母菌体。因此，酵母菌能有效分解溶于池水中的糖类，迅速降低水中生物耗氧量，在池内繁殖出来的酵母菌又可以作为鱼虾的饲料蛋白利用。

（6）蛭弧菌。是寄生在某些细菌上并导致其裂解的一类细菌，目前国内应用较普遍的是嗜水气单胞菌蛭弧菌。将其泼洒到养殖水体后，可迅速裂解养殖水体主要的条件致病菌--嗜水气单胞菌，减少水体致病微生物数量，能防止或减少鱼、虾、蟹病害的发生和蔓延，同时对于氨氮有一定的去除作用。可改善水产动物体内外环境，促进其生长，增强免疫力。

（7）放线菌。目前水产上应用的主要是嗜热放线菌，对于养殖水体中的氨氮降解及增加溶氧和稳定pH均有较好效果。尤其是在温棚养殖中应用效果更佳。

生态基固化微生物培育

生态基是一种经过处理的比表面积高（≥150）的载体材料，是适合微生物生长的“床”，也就是一种微生物固定化的惰性载体。生态基放置于水中，在水体动力条件下会迅速吸附水中各种水生生物到其表面，随着时间的推移，附着生长在生态基上的微生物和藻类非常丰富，并形成主要由细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等构成的复杂生态系统，这些微生物和藻类对于富营养化水体起到生物过滤和生物转换的关键作用。固定化微生物体系通过自身的新陈代谢分解水中的有机物，生态基上生长的微生物可吸附水体中的富营养成分，如氮、磷、硫、碳等物质，并将这些富营养成分富集，通过不同的微生物作用，转化成为二氧化碳、水和氮气等，从而夺取了蓝绿藻生长所需的营养物质，抑制了蓝绿藻的滋生，水质逐渐得到改善。

水生植物修复

按发挥作用的方式，可以将水生植物对污染水环境的修复功能划分为以下三个方面：

一、控制底泥营养盐释放。已有通过人工模拟的方法，利用狐尾藻和凤眼莲两种水生植物来控制湖泊底泥营养盐的研究。结果表明，水生植物尤其是沉水植物能有效抑制底泥中总氮、总磷、硝态氮和氨态氮的释放，降低水中营养盐的浓度。

二、吸收水体中过剩的营养物质。芦苇、菱角、凤眼莲、茭白和满江红等水生植物可以有效吸收富营养化湖泊中的氮、磷等过剩营养物质。红树林吸氮能力很强，可减弱鱼、虾过度养殖造成的富营养化程度，起到海水生物净化作用。大型海藻能吸收养殖动物释放到水体中多余的营养盐，产生氧气，调节水体的pH值，从而达到对养殖环境的生物修复和生态调控作用。这些藻类主要有角叉菜、石莼、江蓠、卡帕藻、紫菜、龙须菜和红皮藻等。一些大型海藻具有极高的生产力，快速生长的同时，能从周围环境中大量吸收氮和磷。例如，鞠花心江蓠具有耐高温、高盐、生长快等优点，能有效提高海水中DO浓度，降低无机氮和无机磷浓度，可明显减轻网箱养殖区自身污染程度。在网箱养殖密集的海湾栽培大型藻类有可能是解决近岸海区富营养化的有效手段。

三、克藻。高等水生植物与浮游藻类有相互克制的特性，它们主要通过资源竞争和化感作用等影响浮游藻类的生长。例如，石菖蒲抑制藻类的机制除了对光和氮、磷等矿质营养的竞争外，主要是由于石菖蒲根系向水体分泌的化学物质能伤害和清除藻类（化感作用）。不同类型的高等水生植物发挥化感作用的方式也不尽相同，沉水植物通过茎、叶直接释放化感物质有效抑制周围浮游藻类的生长，而挺水植物和浮叶植物对藻类的化感作用主要是通过根部释放化感物质来实现的。

水生动物修复

水生动物修复用得较多的是“生物操纵”理论。“生物操纵”理论是研究用于富营养化湖泊治理的一项技术，即通过改变鱼类的组成和密度来调整湖泊的营养结构，减少以浮游动物为主要饵料的鱼类种群密度，从而促使浮游植物生物量的下降，达到改善水质、增加透明度的目的，主要措施是增加凶猛性鱼类的放养。“生物操纵”在湖泊养殖水体富营养化防治中应用主要在两个方面：

1．利用滤食性食藻鱼。常见的滤食性食藻鱼有鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼和草鱼等，这些滤食性食藻鱼以浮游植物（蓝绿藻等）为主要食物，可以有效控制水体富营养化。若滤食性食藻鱼在水中达到50g/m3，就能有效防止蓝藻（微囊藻）水华的产生。

2．利用植食性浮游动物。大型植食性浮游动物可降低藻类生物量，提高水体透明度，因此具有良好的生物修复功能；有些微型浮游动物（枝角类）可以直接以藻类为食，可以通过投加这些微型浮游动物抑制藻类的生长。