水产养殖氮磷排放成因及应对策略

陈家龙， 陈卫军， 任洪涛， 黄 勇， 高小蝉， 高世阳＊

（河南科技大学动物科技学院， 河南洛阳 471000）

我国水产养殖经历了一个漫长的发展历程，也取得了巨大成就。20世纪50年代以前，由于野生鱼类资源丰富，渔民们积极参与捕捞。 随着野生渔业资源的枯竭，渔民们开始在湖泊或水库中进行养殖，渔民定期放养鱼苗，养殖过程中不投喂饲料，因此对环境的干扰较少。 随着市场对水产品需求的不断增加，人们开始探索其他更有效的养殖方法。 在20世纪60年代中期到80年代中期，池塘水产养殖逐渐发展，给养殖户带来了丰厚的利润。 但是随着市场竞争的愈演愈烈，集约化养殖（包括网箱养殖、围栏养殖和循环水养殖等）逐步发展，健康、绿色、高效的水产养殖日益被人们所关注。

1 影响水产养殖氮磷排放的因素

如图1所示，我国水产养殖产量逐年攀升，水产饲料的产量出现了不断增长趋势。 饲料业快速发展过程中存在一些问题，例如饲料的水稳定性差，容易造成水质污染；鱼体对饲料的利用率较低时，鱼体排泄物中氮含量增加，进一步污染水质。

图1 我国水产养殖产量和水产饲料产量变化趋势图

1.1 饲料的水稳定性

在水产动物养殖过程中， 饲料的投喂能够提高产量， 但一定程度上增加水产养殖环境中污染物的负荷，饲料废物会破坏水质，引起水体富营养化。 在养殖过程中， 饲料对水体的污染有以下几个原因：1.饲料自身水稳定性较差，在水中容易分散成小颗粒；2. 投喂策略不当，过量的投喂饲料，会造成饲料废物增多；3. 投喂前未筛去饲料中的粉末；4. 鱼的搅动或水泵的冲击作用；5. 饲料适口性不好，鱼的摄食量不高。 此外，饲料配方组成中粘性物质较少，饲料原料的粉碎粒度不均匀， 饲料加工过程中温度不适宜等因素都会造成饲料颗粒间的粘结不牢固， 增加饲料在水体中的溶失。

1.2 饲料利用效率

饲料利用效率与很多因素有关， 如饲料的可消化性、饲料品质、投喂策略、养殖模式、养殖种类及动物的食欲、水温及水质等。 饲料利用效率不高，将会有更多的饲料作为粪便被鱼体排出体外， 这不仅会造成饲料的浪费，也会造成水质的污染。

饲料中常见的抗营养因子有蛋白酶抑制因子、凝集素、植酸、皂苷、植物雌激素、抗维生素因子、抗原因子等； 饲料中抗营养因子的存在抑制肠道消化酶的活性，减少饲料的利用效率。 另外，为了增加产量，盲目的过量投喂饲料会造成饲料的过剩，降低饲料利用效率，引起水质的破坏。

1.3 粪便污染

水产动物所摄食的饲料中有80%或者更多的部分被机体所吸收利用，10%～20%转化成粪便排到水体中。 部分未被水产动物摄食的饲料和机体排出的粪便将会被细菌和一些微生物分解。 饲料的可消化性越高， 饲料中被鱼体所吸收的营养成分的含量就越高， 鱼体排泄物就会越少， 这不仅减少饲料的浪费，也会减少粪便对水质的污染。

粪便的水稳定性会影响水质， 水稳定性差的粪便在受到鱼体的搅动或是水泵的冲击作用时， 会更容易分散到水中， 造成水中氮磷等有机物含量的升高。化学耗氧量、总氮和总磷的含量是反映水质污染的主要指标。包膜完整的粪便在水中的溶解较少，能够有效的进行移除，减少水体负荷。

2 减少水产养殖氮磷排放的主要方法

2.1 提高饲料利用效率

水产养殖过程中的养殖模式、饲料的营养价值及投喂策略等均会对饲料的利用效率产生影响。 另外，饲料加工方式也能在一定程度上影响饲料的利用。

采用单养模式时，饲料残渣不能被其它水产养殖品种所利用， 饲料残渣被水体中生物化学过程所分解，或者排放到水体中。 采用适当的混养模式能够提高饲料残渣的利用率，增加产量，减少环境污染。 此外，针对不同养殖品种和养殖阶段，应当制备适宜营养含量的饲料，以避免营养不足或者营养过剩造成饲料利用效率的下降。 另外，投喂策略也会影响饲料的利用。在养殖过程中，应当精准投喂，减少养殖过程中的饲料过剩， 以提高饲料的利用率。 饲料的可消化性与饲料中的抗营养因子的含量有关， 适当的挤压加工能够减少饲料中抗营养因子的含量[1]，进一步提高饲料利用效率。 加工过程中加工参数也会影响饲料水稳定性， 水稳定性高的饲料利用效率较高。 因此，饲料制备过程中，应当采用适当的加工参数和加工方式来改善饲料的水稳定性和可消化性。

2.2 提高饲料和粪便的水稳定性

2.2.1 添加粘合剂

饲料的水稳定不仅能够提高饲料的利用效率，对水质的保护也有重要的作用。 适当的添加粘合剂能够改善饲料水稳定性，延长动物摄食饲料的时间，确保尽可能多的饲料被鱼体所摄食。 关于粘合剂添加对饲料水稳定性的研究较多， 不同粘合剂对饲料的水稳定性影响不同。 粪便的水稳定性有利于提高粪便的移除效率， 减少粪便在水中的溶解， 改善水质。 研究表明，瓜尔豆胶的补充能够提高虹鳟粪便的水稳定性，增加其粪便的移除效率。 目前关于其它水产动物粪便水稳定性的研究较少。

2.2.2 改善饲料加工参数

饲料加工条件对饲料的水稳定性有一定的影响，不同加工条件对饲料的水稳定性影响不同。 研究表明， 通过挤压膨化工艺所生产的膨化料的水稳定性优于颗粒料。 饲料原料粉碎粒度的大小也影响饲料的水稳定性。 另外，随着挤压温度的升高，饲料的水稳定性显著增强， 这可能是由于升高的加工温度提高了饲料中淀粉糊化度[2]。

鱼体摄食不同加工工艺的饲料后，鱼体肠道食糜的粘性不同，会影响粪便的水稳定性。 在虹鳟的研究中，饲喂膨化料的虹鳟肠道内容物排空速度较颗粒料组慢，这可能是由于膨化料中的淀粉糊化度高，食糜粘性增加的原因，食糜粘性的增加有利于提高粪便的水稳定性。

2.3 废物移除

集约化养殖过程中，投放的鱼种和饲料量较多，产生的废物相应增多。 饲料投喂所带来的废物包括固体废物和溶解性废物。 固体废物包括没有摄食或者没有消化的饲料， 其中未消化的饲料通过肠道排放形成粪便； 溶解性的废物是指水产动物代谢的副产物，如氨、尿素、磷酸等，这些产物主要由水产动物的鳃和肾脏排出。 据报道，生产1 t鱼将会产生0.8 kg的氮和0.1 kg的磷，相当于73个人每天所产生的废物的量。 可见采取措施减少废物产生，并对已经产生的废物合理移除，对于水产养殖可持续发展至关重要。

减少水产养殖废物产生的主要解决方法是饲料管理。研究表明，饲料效率提高30%，将会减少20%的废物。 前期报道了一些减少水产养殖中废物产生的方法：（1）注明饲料的消化率和废物的产生量，包括固体、氮和磷，以及在理想的系统条件下测得的饲料转化效率，以指导生产；（2）了解所养殖鱼类的健康和生理状况； （3）了解所养殖鱼类的生物量；（4）保证鱼体规格尽量统一， 同样颗粒大小的饲料利用率较高；（5）饲料投喂之前筛去粉尘；（6）精准投喂减少饲料的浪费。

水产养殖环境中的废物移除方法有两种： 包括池塘养殖和循环水系统养殖。

传统的池塘养殖是静态的， 没有特殊的水处理方法。 池塘系统中，固体废物沉淀在池塘底部，并随着时间积累而增多。 从池塘养殖中去除固体废物的唯一方法是在养殖两轮或两轮以上的成鱼后， 清除池塘淤泥。 由于池塘养殖系统中缺乏足够的废弃物处理技术，只能采用半集约化养殖。在不会恶化水质的前提下， 池塘的生产能力取决于每天可以投喂的饲料量和池塘的废物容纳量[3]。

循环水养殖系统（Recirculating aquaculture system，RAS） 是一个能重复利用养殖水体的养殖系统。RAS通过沉淀和过滤等方法去除固体废物。 水体中的大部分固体废物可以通过RAS的沉降作用去除，但去除小颗粒固体物质效果并不明显，因此，需要沉砂池、颗粒介质和泡沫分馏塔等装置或生物过滤器等辅助小颗粒固体废物的移除，固体废物的有效移除可确保养殖水体中的氮、磷和有机质等废物的减少[4]。

水产养殖水体中的固体废物悬浮颗粒的大小和水稳定性对于这些废物的机械移除效率有很重要的影响。 许多不能被滤除的固体颗粒来源于粪便的溶解。 粪便的分解多是由于鱼的搅动和水泵产生的冲击力的影响。 粪便抗冲击能力的提高能够抑制粪便的溶解，进而提高粪便的移除效率。 研究表明，粘合剂可以用来提高粪便的粘性和水稳定性， 改善粪便的完整性。 饲料中的粘合剂会在肠道食物消化过程中浓缩， 因此少量的不可消化的粘合剂就足以改善粪便的水稳定性。

3 结语

2021年，《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》指出，要切实推进水产绿色健康养殖， 水产养殖氮磷排放严重影响养殖水体水质，不利于水产养殖可持续发展，在未来饲料生产和投喂的过程中， 有几个方面值得关注：（1）通过在饲料中添加粘合剂改善饲料和粪便的水稳定性；（2）通过改善加工工艺参数提高饲料和粪便水稳定性，同时降低饲料中抗营养因子含量，提高饲料利用效率；（3）大力推进循环水养殖模式，通过物理、生物等过滤技术移出养殖废物，减少氮磷排放。