水产环境污染现状及治理策略

任晓亮，施羽露，廖河庭，杨晓曦，钱信宇，郑 尧,2，陈家长,2

（1南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡 214081；2中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏无锡 214081）

0 引言

良好的水体环境是水生动植物生存和繁衍的重要场所，是确保生态化养殖的基本前提[1]。国内之前的养殖大多是采用单向的资源利用模式，这种养殖模式会带来一系列的环境污染，随着水产行业规模的加速发展，水产养殖造成的环境污染会对周围的水环境和生态系统产生一定的影响，这既限制了其规模化发展，又不利于养殖业的可持续发展。因此，利用有效的治理方法限制污染源，保证水生动物养殖行业的稳步发展是重中之重。

1 水产养殖环境现状

2019 年，中国淡水养殖总产量为3013.74 万t，其中，鱼类总产量达到2548.03万t，占养殖总产的84.5%；海水养殖的总产量为2065.33万t，其中，贝类总产量达到1438.97 万t。中国水产养殖面积共710.8 万hm2，其中淡水养殖占511.6 万hm2，海水养殖占199.2 万hm2。养殖面积呈现减少的趋势，而养殖产量持续性增加，这就对养殖技术及养殖环境提出了更高的要求。

2020年6月10日发布的《第二次全国污染源普查公报》：关于水生动植物养殖产生的污染物，化学需氧量66.6万t，氨氮2.23万t，总氮9.91万t及总磷1.61万t，分别占中国整体水污染排放的3.1%、2.3%、3.2%、5.1%。其中，长江、珠江和淮河流域面积较大，途径省份较多，化学需氧量(cod)、总氮、氨氮等污染物排放较多。目前，中国可提供水产养殖的天然水域环境监测总面积为1609 万hm2，其中无机氮和磷酸盐、石油、化学需氧量、汞和铜超标面积占总监测面积分别为74.3%、67.2%、40.1%、17.3%、3.3%、3.1%[2]。

2 养殖环境的污染源分析

水产养殖业因其具有地区差异性，养殖水平并不是均衡的，粗放式养殖模式、养殖中药物的使用及监管不当、周边农业的有机磷污染[3]、船舶引发的污染[4-5]等对养殖水体的污染日益严重，危害了养殖水体的生态特性，这些都直接限制着水产养殖业的可持续发展[6]。养殖水体中的主要污染来源是残饵、鱼虾代谢物、用于消毒和处理的化学品以及水源带入的污染物质等，首要污染物是有机物、氮、磷等，内源性污染主要包括营养性、化学性和沉积性污染，外源性主要为工业废水、废弃物和农业生产和生活排污污染。

2.1 氮、磷污染是主要污染源

2019年《中国渔业生态环境公报》表示，中国渔业环境质量总体呈稳定状态，但局部养殖水体的污染形势依然严峻，主要污染物为氮和磷。无机氮是海水养殖区污染的主要因素，而总氮主要是河流、重要渔业水域污染的影响因素[7]。相比于2018年，挥发酚、总磷和高锰酸盐出现大幅度超标、而总氮、非离子氨、石油和金属超标呈现不同程度的下降趋势。养殖池塘中氮和磷的主要来源是肥料、饵料、养殖动物、降水、进水以及地表径流。90%左右的氮通过饲料输入，对虾池塘中57%和14%的氮分别排放和沉积在底泥中，绝大部分（斑节对虾最高67%）和少量(29%)磷分别沉积在底泥中和排放出去[8]。对养殖水体的监测方法主要从理化、生物和多样性等角度开展，其中计算氮磷收支主要有化学分析法、物质平衡法和竹内俊郎法[9-10]。

2.2 饵料残留

当前的集约化养殖使得大量饵料残留物污染水体，从而出现水体富营养化。在对白洋淀水产养殖的调查中，发现只有25%左右的饵料被鱼类吸收，其余饵料以另外的形式进入养殖水体中[11]。当饵料中氮、磷含量分别为2.5%和1.0%时，则每年投入水中的总氮、总磷分别为210 t 和84 t。在江浙地区成鱼养殖塘中，每年投入氮磷分别为1545 kg/hm2和580.5 kg/hm2，向环境中排放总氮、总磷和有机污染物的量分别为97.5、5.55 kg/hm2和236.7 kg/hm2，投喂量与总氮和亚硝酸盐含量呈现正相关[12]。沉积物-水界面主要是存储、转移和循环氮、磷等营养物质的场所，在该界面，氮磷等含量的变化幅度可直接反映该水域的富营养化状况。底质对磷的吸附能力更强，池塘底质中磷的积累量达到2.3～3.0 t/hm2。溶解性散态磷很容易释放到间隙水中供藻类利用[13]。

Penczak 等[14]和Braaten 等[15]研究了淡水网箱养殖中虹鳟鱼和鲑鱼的饲料消耗，研究表明鱼类进食后仍有20%～30%的干饲料残留物留在网箱中。随着养殖时间的延长，饵料、粪便和生物残渣积累越多，底层有机物含量增加越多，这些有机物又被异养细菌分解和转化，产生CO2、H2S和NH3-N等，从而使水体酸碱度下降。

2.3 养殖物代谢

在养殖过程中，代谢所产生的污染较为普遍，且较为正常。在正常情况下，约20%～30%的饵料被鱼吃掉后会转化为粪便，对蛋白质含量为36%的鲫鱼饲料进行氮和磷的去向分析，结果仅有31.89%的氮进入到鱼组织内，62.3%的氮和22%的磷通过尿液和粪便进入水体，每吨鱼投喂1.4 t 饵料所产生的干粪便就达0.45 t[16]。除氮磷外，有机物污染可造成水体中氧债和有毒物质增加、酸碱度失衡、引起藻类种群变化、动物免疫力下降易感疾病等[17]。

2.4 养殖模式及药剂使用的双重效应

工厂化、集约型的养殖模式会水产动物的排泄物在水池内无法及时清理，很容易滋生细菌，加上底质恶化所带来的氧债，增大鱼病的风险，从而影响水体动植物的生长。所以在养殖过程中，不得不采取相应的药剂治疗，例如，当水生生物患病时，渔民将使用化学物质来控制疾病，这样做不仅会污染水环境，而且还会在水中和鱼体内长时间存留，最终导致水产品的质量和安全得不到保证。研究表明，被施用的抗生素只有20%～30%能被养殖动物吸收，剩下的基本都进入了水体环境中[18]，要想减少环境污染，就要做到科学用药，即对渔药的使用剂量和使用标准进行规范[19]。

2.5 工业重金属物质

据研究，由于长江上游工业废水的排放，致使水体环境污染日益加剧，部分重金属污染物未经科学处理而排放，严重影响生物的健康和安全，太湖和松花湖重金属污染也呈逐渐上升趋势[11]。自然界中的大多数重金属都是无法生物降解的化合物。随着时间的推移，这些重金属污染物的影响会越来越大。许多重金属使生物体无法生存，并直接危及生命，原因是重金属本身会导致体内与酶结合的蛋白质分子丢失，使它们失去活性。如今，海鲜已成为餐桌上的主食，许多重金属进入人体。在食物链中，这些重金属毒素积累到可怕的水平，最终进入人体，破坏肾脏、神经系统和造血系统[20]。因此在防污过程中，严格控制重金属的排放与监测是关键。对于重金属的去除主要有离子交换法、化学沉淀法、电解法和生物吸附等[21]。

3 水产养殖环境防治措施

3.1 发展绿色健康养殖

利用生态调节剂-微生态制剂来改善水质是一种切合绿色渔业生态渔业发展方向的生物治理策略。微生态制剂，也叫“有益微生物”，它能改善宿主及生存环境中的微生物菌群，增强宿主免疫力，提高饵料系数，并且明显改善水质，从而对宿主产生有益作用的活微生物[22]。常见的微生态制剂可以显著改善水质，阻止有害微生物的繁殖，迅速降解有机物，增加水中的溶解氧，减少NH3-N 和NO2--N，还可为单细胞藻类供给养分，促进水生植物的繁殖，主要包括光合细菌、酵母菌、乳酸菌、硝化/反硝化菌以及枯草芽孢杆菌[23]。此外，水草（如种植沉水植物）对水中沉积物中多余的营养物质和其他有害物质、重金属物质有很强的吸收能力[24-25]，但需要深入研究其品种选择和植物搭配，比如在养殖池中，夏季和秋季可种植喜温耐热的植物，如苦草和黑藻类，冬季和春季可种植耐寒畏热的植物，如菹草或伊乐藻，以保证沉水植物全年的净水能力。

3.2 优化升级养殖模式

近年来，中国的莲田、稻田养虾蟹和“回”形鱼塘取得了良好的养殖效果。在此基础上，应深入研究如何完善结构，如何开展具体的捕捞操作，从而创造一种生态养殖与经济功能并重的新兴养殖模式。实施标准化水产养殖建设，统一规划和安排“散、小、杂、乱”的养殖模式，完成清淤、加深、塘口整形、加固基底等规范性改造和基础设施统一性建设，如道路、电力、进水口、排水设施、饲养设施、氧化设备等，从而建立一个养殖设施完备、规范化的现代水产示范园区[26]。

3.3 发展综合水产养殖模式

通过把不同生活习性的鱼类混养在同一池塘中，进而尽可能利用池塘各层及食物链的作用，对保持良好的水质起到一定的作用。目前，多元化养殖的种类不仅限于鱼类，虾蟹、蚌螺和鳖类等已成为重要的多元养殖对象。在此基础上，总结出的“80:20 池塘养殖模式”在全国有广泛的应用[27-28]。目前，中国池塘的多品种复合养殖仍采用传统的高密度、高投入的方法，并伴随着生态效果差等问题，池塘混养技术应控制养殖密度，满足水体的养殖容量下，依托大量可靠的基础研究的基础上，进行现代鱼类生态混养，同时对水质也起到一定的恢复作用[29]。常规鱼混养名优鱼，特色鱼套养普通鱼，尽最大努力挖掘生产潜力来提档升级。针对每个品种，市场价格会有高低之分，也会有好坏之分，应及时做出适当调整，充分利用各品种的特点，充分发挥水体的层次和深度，充分发掘育种空间的价值。

3.4 建立养殖尾水处理系统

水产养殖废水污染控制已经引起了人们的高度关注，并且在政策层面上提出了必须达到排放标准的要求。设立养殖模范区，将养殖过程中的尾水集中处理、集中排放，已成为推进传统渔业向现代渔业发展的根本要求。创新设计思想、提高技术手段，严格按照技术标准，进行池塘清淤，给排水系统及净化区的建设、生态化护坡设施、电力工程等，经过规范性的改造后，池塘容积能扩大20%，单位产量增加20%，病死率降低了30%以上[30]，产量大大提高，与此同时，水质改善后，水产品的质量更好，经济效益更明显。积极推广生态化养殖技术和模式，完成好池塘的生态化改造和养殖尾水的绿色治理。

如今，针对池塘养殖环境有两种类型的生态修复技术。第一种是原位修复技术[31-33]，主要原理是在生物浮床上种植水生蔬菜或其他水生植物，给微生态制剂进行硝化作用提供附着的场所，促进其大批量繁殖，从而在一定程度上提高氮循环[34]。在养殖水底层放养一些螺丝和贝类，可以促进池塘养分的多层次利用，这些方法的主要目的是为池塘水中的剩余养分提供一个新的目的地，稳定池塘的水质，并进一步降低水产养殖的生产和排放系数。另一种是异位修复技术[35-36]，其主要原理是将养殖池中的养殖废水排放到净化装置中进行净化处理。处理之后的水还可再次用于水产养殖。

胡庚东等[37]建造了一个淡水循环水池塘养殖模型，包括水源、养殖池、一级净化（生态沟）、二级净化池（氧化塘）和三级净化池（曝气塘），并研究了对废水中氮、磷的去除效果，发现该模型可以有效减少过量的氨氮、亚硝酸盐氮、总氮和总磷及叶绿素a。2016年开始对全国范围内的池塘进行生态化改造，提出虾蟹塘、常规经济鱼类和鲈鱼等污染负荷较重的净化区面积一般分别占养殖水面的8%，10%和15%以上，但较难以实现对龟鳖类养殖尾水的处理，人工湿地相比净化池塘可能更加符合其污染水体的特征，我们认为认为湿地面积一般占养殖水面的10%～20%左右为宜[38]。而宋娇等[39]提出的池塘工程化循环水养殖模式，将静态池塘变为动态流水，创新了尾水处理方式，但水质监测设备、技术等缺乏。对人工沟渠水质净化材料和模式研究表明，凹凸棒土和火山石可作为水质净化的材料，能实现资源化利用[40-42]。

3.5 发展鱼菜共生模式，创新中草药净水技术

有研究表明稻田能除去32%的总氮和24%的总磷，莲藕能去除N 300 kg/(hm2·a)和P 43 kg/(hm2·a)[43-44]。从节水和管理层面来看，鱼菜共生（含工程设施化）是未来的发展方向，采用LED 技术能模拟自然光，实现对蔬菜生长和病虫害的精细化管理。鱼菜共生体系对池塘水质净化的研究已经取得了较好的效果，结果显示空心菜可显著降低鲫鱼养殖池塘中水体TP、COD 含量，而水芹能改善水体中TN、NH3-N、NO3--N、TP 等指标，对水体中TN 去除率达到了79.9%，TP 去除率为92.5%[45]。同时，利用中草药浮床(如鱼腥草Houttuynia cordataThunb)，不仅可调控吉富罗非鱼(Oreochromis niloticusGIFT)养殖池塘水质，还起到增强吉富罗非鱼免疫能力的功效[46]。若对池塘底质进行全面清淤或改造，则需耗费一定的人力和财力，增加养殖成本。鱼菜共生模式利用植物的不同生长季节，通过选择不同的植物配比，可实现全年对池塘水质的净化处理，中草药浮床可以增强水生动物的免疫能力，提高水产品产量。

3.6 实施重大渔业创新工程

增加渔业创新项目的投资，实现智能渔业环境监测、评估和预警项目，新污染物的识别和控制项目，节能和环保养殖模式升级项目，受损的生态系统功能恢复重建项目，近海渔业海洋牧场建设和生物资源可持续利用项目，并对水产养殖生态环境调控与修复技术进行整合与论证。处理渔业污染事故的技术集成和示范、生态灾难应急监测和生物资源损害评估，和主要渔业资源保护和环境修复等创新项目，促进渔业转型升级和生态文明建设，促进渔业强国战略和可持续化战略的实施，确保国民经济和渔业经济的更大发展。基于LoRa无线通信的水产养殖监测系统，可对水的溶解氧、电导率、酸碱度、氨氮、温度等5种参数同时进行监测，通过多种传感器对水质的各项指标进行采集获取，充分实现对水质监测的智能化，是渔业工程方面的重大突破[47]。

4 总结与展望

中国当前人民日益增长的生活需求同发展不平衡的矛盾促使水产养殖业向技术升级、模式转变的生态养殖方向发展。从长远的角度看，生态循环水养殖具有节约资源、保护生态、操作简便、生产可控、效益显著等优势，将成为水产养殖业发展的主导方向[48]。绿色、生态、健康、可持续发展是水产养殖未来发展的根本趋势。养殖本身在一定程度上都会对生态环境有一定的影响，我们可以采取相应的措施来减少或消除内部污染。通过先进技术对养殖水体的污染进行净化和循环利用，促进水产养殖的高质量和可持续发展。总之，有必要根据污染源和具体国情制定科学标准的防控措施，为促进水生动植物的可持续养殖提供新思路[49]。