Comprehensive application of biological control techniques for water purification in aquaculture
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摘要:
随着水产养殖业的快速发展以及集约化程度的不断加深，养殖水体的污染日益严重，由此造成的病害问题也越来越严重。文章综述了常见的几种生物控制方法—微生态制剂、光合细菌、大型藻类和水生植物在水产养殖水质净化中的调控作用。养殖业者应结合本身的养殖条件进行选择，不要盲目照搬，以求达到净化水质，促进水产养殖业快速发展的目的。
Abstract:With the rapid development of aquaculture and its intensive extensively expansion, resulting in large-scale occurrence of aquatic animals′ diseases, the water polluted is one of the most important reasons. This paper reviewed several kinds of bio-control techniques, such as microecological agents, photosynthetic bacteria, hydrophyte and macroalga, displayed their respective water purificational effects in aquaculture. Culturists can select randomly on the basis of aquaculture conditions and make good use of it, in order to achieve water purification and improve the further development of healthy aquaculture.
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Keywords:
- biological control /
- microecological agents /
- photosynthetic bacteria /
- hydrophyte
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2004年同安湾和大嶝岛海域海水养殖年产量为128 498 t，分别占厦门市水产品总量和全市海水养殖总产量的73.13%和95.69%，系全市海洋捕捞产量的6.95倍，为全市淡水养殖产量的5.70倍。由此可见，海水养殖为厦门市提供了相当数量的蛋白食品，繁荣了市场。此外，同安湾和大嶝岛海域海水养殖总产值9.85亿元，占该市同安区、翔安区、集美区和湖里区大农业总产值的50%以上。解决了近8 000个劳力的出路，养活了48 500个渔业人口，极大减轻了社会就业压力。养殖户劳动力人均收入12.3万元，是农业劳动力人均收入的30倍。提早进入“小康”。因此，海水养殖业具有明显的经济、社会效益。
然而，水产养殖也存在不少负面影响，比如可能造成海域污染，与港口运输业和海上旅游业等争夺空间，影响海域主导或兼容功能的发展；现有养殖设施不规范，有的破旧不堪，杂乱无章，影响景观。水产养殖污染对环境的影响已成为厦门市有关部门和广大市民关切的问题。本文进行实地调查和测算了2000和2004年同安湾的水产养殖、沿湾工业、港船舶运输业、农业和居民生活污水及东、西溪径流等排入湾内的污染物，分析水产养殖污染物占总污染物的分量，专题评估水产养殖对环境污染的影响程度，旨在让养殖经营者正视水产养殖污染的存在和业外人们对水产养殖污染有正确的认识和评价。
1. 不同养殖系统的污染
1.1 网箱养殖系统
网箱鱼类养殖系人工营养型养殖系统，其残饵和排泄物对环境污染较为严重，该污染属有机污染，会引起水域溶解氧(DO)下降，化学耗氧量(COD)、5 d生物耗氧量(BOD5)、氮(N)、磷(P)及硫化物等含量提高[1]。采用竹内俊郎的水产养殖污染物排放量估算式，网箱养殖鱼类氮平均排放量为160.44 kg·t-1，磷平均排放量为37.80 kg·t-1[2]。
网箱养殖的鱼类通过食物链关系吸收一定的N、P等营养盐积蓄在鱼体内，收成时随鱼体带离水域，因此养殖鱼类实际污染物应该扣除吸收量。
1.2 海水池塘养殖系统
海水池塘鱼、虾、蟹也属于人工营养型养殖系统，据报道，鱼类、对虾和蟹类的排泄物及残饵的氮平均排放量为83.60、102.29和45.15 kg·t-1。平均磷排放量分别为29.39、39.40和8.61 kg·t-1[2]。
1.3 贝类养殖系统
贝类养殖属于天然营养型养殖系统，它们以海水中的浮游植物和有机碎屑为食，在滤食过程中通过食物链的传递将水体中部分的氮、磷等积蓄在自己体内。待到贝类收获时又将这些物质带离水域，起到净化水体的作用。据检测[2, 6]①贝类鲜组织N、P含量如表 1。
① 农业部渔业局中国水产品质量监督检验中心. 水产品标准与法规汇编[G].北京：农业部，1996.
表 1 贝类鲜组织氮磷含量Table 1. The concentration of nitrogen and phosphrus in fresh tissue of shellfish种类
species氮/%
N磷/%
P牡蛎 oyster 0.86 0.11 菲律宾蛤仔 Ruditapes pholippinarum 1.23 0.126 缢蛏 Sinoncvacula constricta 1.25 0.161 泥蚶 Tegillarca granosa 1.60 0.103 翡翠贻贝 Perna viridis 0.74 0.120 贝类还有排泄污染物的一面，据研究，壳长为50~90 mm的长牡蛎粪便排放量为100.07 mg·(ind·d)-1[3]，扇贝粪便排放量为5.1~7.7 mg·(ind·d)-1[4]。贝类粪便有机氮含量平均为1.20%，有机碳含量为11.3%，有机磷含量为0.13%。
1.4 大型藻类养殖系统
大型藻类(主要指海带Laminaria japonica、紫菜Porphyra haitaueusis等)养殖属于天然营养型养殖系统，它在光合作用过程中大量吸收水域中的无机物，如碳、氮、磷及微量元素，合成为有机物质营造自身机体。在收成时就将这些有机物带离水域，起到净化水域环境作用。它们系海域第一道清道工，且属没有污染物排泄的水生生物，并在光合作用时产生氧，增加水域DO的含量。据报道[2, 6]①，干海带和干紫菜N、P含量分别为1.34%，0.20%和4.51%，0.42%。
① 农业部渔业局中国水产品质量监督检验中心. 水产品标准与法规汇编[G].北京：农业部，1996.
2. 同安湾的污染源
经实地调查，并参照张洛平的计算标准和依据②，测算2000年和2004年同安湾N、P及有机污染物的排放量。
② 张洛平. 同安湾水质环境－同安湾水产养殖与沿岸工业协调发展研究报告[R]. 厦门：厦门大学, 1998.
2.1 生活污染源
2000年同安湾周边人口约28.1万人。生活污水量同安区和翔安区取120 L·(人·d)-1，集美区和湖里区取150 L·(人·d)-1。生活污水水质参照城市污水水质，取COD为300 mg·L-1，BOD5为150 mg·L-1，总氮(T-N)为40 mg·L-1，总磷(T-P)为5 mg·L-1。2000年排入同安湾各项生活污染物见表 2。
表 2 2000和2004年同安湾的生活污染负荷量Table 2. The pollution load of domestic waste water in Tongan Bay in 2000 and 2004海域分区
sea area年份
year人口/×104
population污水排放量/×104 t·a-1
discharging amount of waste water污染物排放量/t·a-1
the discharging pollutant amount化学耗氧量
COD生物耗氧量
BOD5总氮
T-N总磷
T-P丙洲水域
Bingzhou water area2000 15.6 683.7 2 051 1 025 205 34 2004 16.1 1 409.0 4 228 2 113 563 70 后垵水域
Houan water area2000 8.0 438.0 1 314 675 131 21 2004 5.9 1 277.0 766 255 255 25 湾口水域
mouth of the bay2000 4.5 226.6 679 339 67 11 2004 2.8 245.0 735 367 96 12 合计
total2000 28.1 1 348.3 4 044 2 039 403 66 2004 24.8 2931.0 5 729 2 735 916 107 2004年直接向同安湾排污人口约24.8万人。生活污水量同安区和翔安区取240 L·(人·d)-1，其生活污水水质参照城市污水水质，取COD为300 mg·L-1，BOD5为150 mg·L-1，总氮为40 mg·L-1，总磷为5 mg·L-1。集美区日处理4.5万t的污水处理厂已投入使用，因此2004年集美区以日排污水3.5万t计，这些污水经过二级生化处理，污水水质参考《污水综合排放标准》GB8978-1995中的一级标准，及参考城市污水处理厂排水水质，取COD为60 mg·L-1，BOD5为20 mg·L-1，总氮为10 mg·L-1，总磷为2 mg·L-1。湖里区的污水2004年以进入石胃头污水处理厂后，向同安湾外排放，不进入同安湾。2004年排入同安湾各项生活污染物见表 2。
2.2 工业污染源
2000年同安区工业废水排放量479×104 t，其中直接排入同安湾28.6×104 t；集美区工业废水排放量66×104 t，直接排入同安湾17.5×104 t；湖里区工业废水422×104 t，直接排入同安湾的42×104 t。2000年同安湾沿岸工业直接排入同安湾的各项污染物数量见表 3。
表 3 2000和2004年同安湾的工业有机污染负荷量Table 3. The pollution load of industry organic pollution in Tongan Bay in 2000 and 2004海域分区
sea area年份
year工业废水/104t·a-1
industrial sewage化学耗氧量/t·a-1
COD丙洲水域 2000 28.6 155.7 Bingzhou water area 2004 88.6 482.3 后垵水域 2000 38.5 43.0 Houan water area 2004 / / 湾口水域 2000 21.0 28.8 mouth of the bay 2004 / / 合计 2000 88.1 227.6 total 2004 88.6 482.3 2004年因集美区工业废水引入污水处理厂，湖里区的污水也进入污水处理厂后不排入同安湾。仅有同安区和翔安区的工业废水直接进入丙洲水域，其工业废水排海量88.6万t，各项污染物排放量见表 3。
2.3 海上船泊污染源
2000年同安湾共有客、货、渔轮和小船814艘。按《福建省海岸带环境质量调查》采用的海上污染源计算方法，客、货、渔轮生活污水以20~50 L·(人·d)-1。2000年同安湾海上船泊排污量见表 4。
表 4 2000和2004年同安湾海上船泊污染负荷量Table 4. The pollution load of shipping in Tongan Bay in 2000 and 2004项目
item年份
year客轮
passenger liner货轮
cabin liner渔轮
hooker小船
boat合计
total船泊数/艘 2000 4 230 80 500 814 shipping 2004 8 300 78 300 686 功率/kW 2000 588 8 453 14 700 1 103 24 844 power 2004 1 176 1 1025 18 375 661 31 237 生活污水/104t·a-1 2000 0.11 0.66 0.48 0.50 1.75 municipal waste water 2004 0.22 0.86 0.47 0.30 1.85 化学耗氧量/t·a-1 2000 0.37 2.31 1.68 1.75 6.11 COD 2004 0.81 3.02 1.64 1.05 6.52 2004年同安湾共有客、货、渔轮和小船686艘。其生活污水和COD数量见表 4。
2.4 农业污染源
2000年同安湾周边耕地施用化肥计有氮肥1.18×104 t，磷肥0.72×104 t。据有关报道农业使用的化肥约50%流失，其中以25%流入同安湾，即2000年同安湾农业排入的污染负荷量见表 5。
表 5 2000年农业对同安湾水域污染负荷量Table 5. The pollution load of agriculture in Tongan Bay in 2000海域分区
sea area污染负荷量/t
pollution load氮
N磷
P化学耗氧量
COD湾口
mouth of the bay44.08 3.38 127.90 后垵水域
Houan water area2.39 0.17 5.17 丙洲水域
Bingzhou water area13.16 0.96 42.61 合计 total 59.63 4.51 175.68 2004年由于加大翔安区的开发，工业的发展，环同安湾的耕地约减少23%，以此计算农田流入同安湾的N为51.9 t，P为3.9 t，COD为152.8 t。
2.5 东、西溪径流入海污染源
同安湾入海主要溪流有东溪和西溪，2溪在大同镇南合流，之后又分成埔头支流和石浔支流。为了解东、西溪污染物入海通量，于2000年3月和2004年9月对埔头支流和石浔支流进行各项水质要素和流量监测，并逐一计算2000和2004年东、西溪的污染物入海通量，计算结果见表 6。
表 6 2000和2004年东、西溪污染物入海通量Table 6. The pollutant flux from Dong-Xi river to Tongan Bay in 2000 and 2004污染物
pollutant年份
year埔头 Putou branch 石浔 Shixun branch 合计入海通量
total flux含量
content入海通量
flux含量
content入海通量
flux化学耗氧量 2000 2.43 3 832 2.23 457 4 289 COD 2004 5.2 7 544 7.3 1 376 8 920 5 d生物耗氧量 2000 1.40 2 208 1.06 217 2 425 BOD5 2004 2.8 4 063 4.4 829 4 892 总氮 2000 0.98 1 546 0.94 192 1 738 T-N 2004 4.09 5 936 5.43 1 020 6 956 总磷 2000 0.063 99.3 0.066 13.5 112.8 T-P 2004 0.23 333.5 0.19 35.8 369.3 2.6 水产养殖污染源
据报道，海水池塘养殖生物排放氮0.075 t·hm-2·a-1，磷0.0165 t·hm-2·a-1，COD 0.15 t·hm-2·a-1，养殖贝类排放氮0.42 t·hm-2·a-1，磷0.0255 t·hm-2·a-1，COD 5.16 t·hm-2·a-1①。2000年同安湾海水池塘和网箱养殖面积分别为1 378.3和40 hm2，贝类养殖面积3 851 hm2，其污染物排放量见表 7。可见，2000年同安湾水产养殖排泄的N、P和COD分别为1 184.7、88.9和2 199.7 t，占该湾N、P、COD总输入量的35.00%、32.66%和20.10%。
① 张洛平. 同安湾水质环境－同安湾水产养殖与沿岸工业协调发展研究报告[R]. 厦门：厦门大学, 1998.
表 7 2000年同安湾水产养殖污染负荷量Table 7. The pollution load of aquaculture in Tongan Bay in 2000 and 2004类别
sort年份
year养殖面积/hm2
area养殖时间/月
period污染物/t pollutant 氮 N 磷 P 化学耗氧量 COD 海水池塘
briny pond2000 1 378.3 12 103.4 22.7 206.7 2004 1 675 125.6 27.6 251.3 网箱
net cages2000 40 12 3.0 0.7 6.0 2004 164 12.3 2.7 24.6 贝类
seashell2000 3 851 8 1 078.3 65.5 1 987 2004 3 472 972.2 59.1 1 791 合计
total2000 4 980.3 1 184.7 88.9 2 199.7 2004 5 311 1 110.1 89.4 2 066.9 2004年同安湾海水池塘和网箱养殖面积分别为1 675和164 hm2，贝类养殖面积3 472 hm2，其N、P和COD污染物的排放量分别为1 184.7，89.4和2 066.9 t(表 7)。可见，2004年同安湾水产养殖排泄的N、P和COD分别占该湾N、P和COD总输入量的12.29%、15.70%和11.91%。
然而，养殖生物还有吸收N、P的一面，在收成时这些积蓄的N、P被带离海域，因此，海水养殖也有对环境有益的一面，如养殖海带和紫菜等大型藻类不对海域排泄污染物，它在生长过程中大量吸收N和P等营养物质，并在收成时从水域中带走这些N、P等。养殖贝类有净化水体功能，通过其滤食过程，将大量过滤水中的悬浮物。同时，在滤食浮游植物和有机碎屑、吸收部分N和P等于机体内，最后在养殖贝类收成时带走这些N和P等物质，起到减轻海域N、P含量的作用。养殖的鱼，虾，蟹虽然它们不是滤食性动物，不能直接净化水体，然而，却通过食物链间接关系，吸收一定数量N和P等物质。
据文献[6]和①检测的各种养殖生物N、P的含量标准，测算2000和2004年同安湾各种养殖生物N和P的携带量见表 8。
① 农业部渔业局中国水产品质量监督检验中心. 水产品标准与法规汇编[G].北京：农业部，1996.
表 8 2000和2004年同安湾水产养殖生物N和P的吸收、携带量Table 8. The amount of nitrogen and phosphrus absorbed and carried by aquiculture animals in Tongan Bay in 2000 and 2004种类
species年份
year产量/t
output含氮/%
content of N含磷/%
content of P携带量/t N and P carried 氮 N 磷 P 鱼类
fish2000 1 269 2.86 0.63 36.3 8.0 2004 2 506 71.7 15.8 虾类
shrimp2000 1 222 2.97 0.26 36.3 3.2 2004 2 180 64.7 5.7 蟹类
crab2000 337 2.34 0.26 7.9 0.9 2004 503 11.8 1.3 牡蛎
oyster2000 53 335 0.140 0.018 74.7 9.6 2004 47 675 66.8 8.6 缢蛏
S.constricta2000 1 690 0.296 0.038 5.0 0.6 2004 1 504 4.5 0.6 菲律宾蛤仔
R.philippinarum2000 3 156 0.245 0.025 7.7 0.8 2004 2 850 7.0 0.7 泥蚶
T.granosa2000 1 514 0.319 0.021 4.8 0.3 2004 1 753 5.6 0.4 合计
total2000 62 532 172.7 23.4 2004 58 971 232.1 33.1 3. 综合评估
综合以上各行业排入湾内N、P和有机污染物见表 9。可见，2000年排入同安湾的污染物总量为19 063.6 t，其中：(1)东、西溪径流排入的污染物居首，占总排污量的44.93%；(2)居民生活污水排污量占34.37%；(3)水产养殖排污量占18.22%，以下依次为农业排污量占1.26%，沿岸工业排污量占1.19%，海上船泊污染物占0.03%。2004年排入同安湾的污染物总量为34 588.1 t，其中：(1)东、西溪径流排入的污染物占总排污量的61.11%；(2)居民生活污水排污量占27.43%；(3)水产养殖业排污量占9.44%，以下依次为沿岸工业排污量占1.39%，农业排污量占0.60%，海上船泊污染物占0.02%。
表 9 2000和2004年同安湾污染物的排放量和养殖生物吸收量Table 9. The pollutant amount discharging and absorbing in Tongan Bay in 2000 and 2004t 污染源
pollution source年份
year化学耗氧量
COD5 d生物耗氧量
BOD5总氮
T-N总磷
T-P总计
total生活污染源 2000 4 044 2 039 403 66 6 552 domestic waster water 2004 5 729 2 735 916 107 9 487 工业污染源 2000 227.6 － － － 227.6 industry pollution 2004 482.3 － － － 482.3 海上船泊污染源 2000 6.1 － － － 6.1 shipping pollution 2004 6.5 － － － 6.5 农业污染源 2000 175.7 － 59.6 4.5 239.8 agriculture pollution 2004 152.8 － 51.9 3.9 208.6 东、西溪径流污染源 2000 4 289 2 425 1 738 112.8 8 564.8 Dong-Xi river runoff 2004 8 920 4 892 6 956 369.3 21 137.3 海水养殖污染源 2000 2 199.7 － 1 184.7 88.9 3 473.3 aquaculture pollution 2004 2 066.9 － 1 110.1 89.4 3 266.4 合计 2000 7 082 4 464 3 385.3 272.2 19 063.6 total 2004 17 357.5 7 627 9 034.0 569.6 34 588.1 养殖占总污染/% 2000 31.06 0.0 35.00 32.66 18.22 pollution load of aquaculture 2004 11.91 0.0 12.29 15.70 9.44 养殖生物吸收量 2000 － － －172.7 －23.4 －196.1 amount absorbed by animals 2004 － － －232.1 －33.1 －265.2 2000和2004年各行业对同安湾排污量的排序均呈现东、西溪径流排入的污染物量>居民生活污水>水产养殖排污量>沿岸工业排污量>农业排污量>海上船泊排污量。
2000和2004年养殖生物吸收累积的N、P分别占其N、P排泄量的14.58%、26.32%和21.34%、38.22%。因此，2000和2004年养殖生物对同安湾的污染实际仅占总污染物的17.37%和8.74%。可见水产养殖污染并不是海域的污染大户。
4. 讨论与建议
4.1 科学规划，合理布局，实现生态养殖
2004年同安湾浅海养殖面积1 233 hm2(其中吊养贝类1 069 hm2，网箱164 hm2)，滩涂贝类养殖2 403 hm2，垦区海水池塘鱼、虾、蟹养殖面积2 876 hm2。据研究，同安湾贝类养殖容量为65 629 t，228 964×104 ind，适宜养殖面积3 712 hm2①。随着社会和经济建设发展，各行各业的用海用地的需要，同安湾海洋功能区划留给水产养殖功能区大大缩小，而且刘五店至枫林连线以南海域作为港口运输业、滨海旅游业等所用，将来水产养殖业只能集中在湾中部至湾顶海域。然而，湾顶周边几乎集中了同安湾沿岸所有的垦区海水池塘养殖面积，且湾顶直接接纳东、西溪径流的大量污染物，水产养殖面临严峻的环境威胁。因此，同安湾的养殖规划必须限制网箱鱼类养殖的增加，最多控制在7 000箱(40 hm2)。近20年来同安湾没有大型藻类的养殖，大量排海的N、P等营养盐过剩，富营养化，不时发生赤潮。因此，规划时必须在网箱区套养或间养大型藻类，在垦区海水池塘的排水口附近布设一定的大型藻类养殖区，估计湾内大型藻类养殖区应不少于241 hm2，实现生态养殖，保护生态与环境。另外，将来陆基、海水池塘养殖应逐步实现集约化、工厂化无公害养殖，网箱推广使用配合饲料，使用规范的渔药和消毒制剂，尽量减少养殖自身的污染，最终实现养殖污染物“零”排放。
① 卢振彬，杜崎，方民杰，等.同安湾、大GE1D8岛海域水产养殖容量研究报告[R].厦门：福建省水产研究所，2002.
随着同安区和翔安区城市化建设及同安湾沿岸工业的发展，生活、工业、港口运输、径流等各方排放的污染物，尤其N、P等不断增加，海域富营养化更加明显，赤潮更加频繁、严重。因此，同安湾还必须增加大型藻类和贝类的养殖量，以解决这一生态环境危机。
4.2 加强对周边污染源治理，提高同安湾环境质量
从以上对同安湾污染源的综合分析可知，2000和2004年各行业排放的污染物占同安湾污染物总量的比例排序呈现一致的趋势，即东、西溪径流的排污量>生活污水>水产养殖业>沿岸工业>农业>港口运输业，其中，东、西溪径流的污染物(主要是流域两岸的工业和生活污水)和同安湾周边生活污水的排放是同安湾的主要污染源，该2项污染物占排入同安湾污染物总量的79.27%~88.54%，成为同安湾最主要的污染源。因此，减少对同安湾的排污关键在于治理东、西溪径流的入海污染源和同安湾周边的生活污水，杜绝东、西溪流域和同安湾周边的工业污水、生活污水直接排放，应建立污水处理厂先进行处理，达标后方可排放，这样就能可保证同安湾的水质环境维持在2类海水水质，以优质的环境供野生和养殖生物栖息、生长，最终为市民提供清洁、健康、安全的水产食品。
4.3 强化无公害养殖，提高养殖生物品质
生物有吸收、累积N、P的特点，能清除海域的部分污染物，起着净化水体的作用。然而，对人类来说，食用携带污染物的生物体有害人体健康。在人民生活水平和质量不断提高的当今，健康食品倍受青睐，因此，水产养殖应(1)实施健康、无公害养殖，严格按规定使用合格的饲料和渔药，减少或不用鲜冻杂鱼为饲料，生产健康、安全的生物食品；(2)加强对上市的养殖生物的卫生检验和污染物含量检测，不符合食品卫生和食品安全的养殖生物，上市前应先进行一段时间的净化过程，达到要求时才可上市，坚决杜绝不符合食品卫生和食品安全的养殖生物上市。
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