（环境科学专业论文）阳澄湖围网养殖污染负荷计算及其污染效应研究.pdf

a b s t r a c t b eo ff a rr e a c h i n gi m p o r t a n c et or e s e a r c ht h ep r o b l e mo fa q u l c u l t u r ep o l l u t i o na n d d i s c u s st h ee f f e c to nt h e a q u a t i ce n v i r o n m e n tb r o u g h tb yf r e s h w a t e re c o l o # c a q u i c u l t u r e ，s ot h a tg a i nt h em a x i m a lb e n e f i tb e 铆e e nt h ee n v i r o n m e n ta n de c o n o m y , w h i c hi sa l s og o o dt od ot h ed e v e l o p m e n tp l a n n i n go ff i s h e r ya d v a n c e r e d u c et h e w a t e rc o n t a m i n a t i o nm o r e ，c o n t r o lt h ee u t r o p h i c a t i o no fw a t e ra 撇a n d p r e s e r v et h e u p s t a n d i n gw a t e r t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e di n t ot h ep r o b l e mo fa q u a t i ce n v i r o n m e n ti ny a n g c h e n gl a k e c a u s e db ya q u i e u l t u r eo fr i v e rc r a b ，w o r k e do u tt h ep o l l u t i o nl o a d ( p r i m a r i l yt h en y l o a d ) o ft h er i v e rc r a ba q u i c u l t u r ei ny a n g c h e n gl a k eb ym e a n so fe x p e r i m e n ta n d m o d e l i n g t h er e a s o n a b l ec u l t u r ec a p a c i t ya n da c r e a g ea r ea d v i s e d i td i s c u s s e dt h e f r e s hw a t e ra q u a c u l t u r eh o wd e e p l ya c t e do nt h ee n v i r o n m e n tu n d e rt h e p r e s e n t m a n a g ea n dr u n n i n gp a t t e r n , w h i c hi n c l u d et h ee f f e c to fa q u a t i ce n v i r o n m e n ta n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc a u s e db ye m i s s i o no fc u l t u r ew a s t e ，a n dr a i s e dt h er e l e v a n t a p p r o a c h t h er e s o l u t i o no f t h es t u d yd i s p l a y e d ： ( 1 ) t h ew a t e rq u a l i t yi na q u i c u l t u r ep e r i o di sw o r s et h a ni nn o na q u i c u l t u r e p e r i o d ( m a i n l yt h et n ) ，a n dt h e r ei sb a de f f e c to na q u a t i ce n v i r o n m e n t ( 2 ) i nt h er e s e a r c h i n gp e r i o d ，t h et o t a ln po fe a c hm o n i t o r i n gp o i n ti ne a s tl a k ew e r e a l lg r e a t e rt h a n1 6 ，t h i si n d i c a t e dt h el a k ei ss h o r to f p h o s p h o r , a n da r et o o kp a st h e l i m i t i n gf a c t o ro fp l a n k t o ng r o w t h b e c a u s eag r e a td e a lo fb a i tw g l - ep u ti n t ot h e w a t e rd u r i n gt h ep r o c e s so fa q u i c u l t u r e ，t h ep h o s p h o rw a si n c r e a s e di nt h ew a t e r , a n d f o rt h es e d i m e n t a t i o na n d r e s u s p e n s i o no ft h er e s tb a i t , t h ec o n c e n t r a t i o no fi n o r g a n i c p h o s p h o r u si n c r e a s e di nw a t e r , t h a tm e a n st h e r ei st h et e n d e n c yt op o l y p h o s p h a t e d u r i n gt h ea q u i c u l t u r e b e s i d e s ，t h e r ei sat r e n dt h a tt n t pi sg o i n gt ol o w e ri n c o m p a n y 、i t l lt h ea q u a t i ct i m e ( 3 ) d u r i n gt h ep r o c e s so f a q u i c a l t u r e , t h eb a i to rt h em e t a b o l i t eo f o r g a n i s md i s s o l v e d i nt h ew a t e r p a r t l y , a n da f t e rt h e ys e d i m e n to nt h em u dp a r t l y , w h i c hr e l e a s e di n t ot h e w a t e rb yt h ea c t i o no f b i o c h e m i s t r y t h ec o n t e n to f t n ，t po f m u di nr e l a t i o nt oal o t 摘要 o fe l e m e n t , i n c l u d et h ed e m a n do fb a i tf o rc r a b ，t h er e l e a s i n ga m o u n to fm u d , t h e t e m p e r a t e ，a n dt h ec o n d i t i o no f h y d r o d y n a m i cf o r c ee t c ( 4 ) t h em o d e lo f p o l l u t i o nl o a de s t i m a t eo nt n 即o f b a l i e rn e tc u l t u r ei ny a n g c h e n g l a k ew a sb u i l t , t h e ni t f i g u r e do u tt h et nl o a d ( 6 7 0 6 0 4 5 k g ) a n dt h et pl o a d ( 4 9 4 8 3 2 3 k g ) w h i c hb r o u g h tb yb a i l e rn e tc u l t u r ea u n u 机t l l i ss t u d yi n d i c a t et h a t t h eb a i l e rn e tc u l t u r eh a v eb r o u g h ts o m ep o l l u t i o n w h i c hi sm a i n l yb e c a u s et h et n l o a da l et o om u c h ( 5 ) t h i ss t u d yc h o o s et h et pl o a da sg u i d e p o s t st oe s t i m a t et h ec u l t u r ec a p a c i t yo f b a i l e rn e t i th a sc a l c u l a t e dt h a tt h em a x i u l u n la c r e a g eo fb a l i e rn e tc u l t u r ei s6 2 3 4 m o u , a n di tn e e dt h et h e o r e t i ca m o u n to fg r o u n db a i ta b o u t1 8 0 2 3 1 t af o rt h e p r o d u c t i o no f1 4 5 1 6 t a ( 6 ) t h ec o u n t e r m e a s u r eo fa q u i c u l t u r ec o n t a m i n a t i o nc o n t r o lm a i n l yc o n c l u d e s ：c r e a t e t h eh e a l t ha q u i c u l t u r ep a r e m ；c a r l yo u tt h ec l e a n i n gp r o d u c t i o no fa q n l c u l t u r e ； d 1 h a n c et h er e s e a r c ho fp r o c e s s i n gt h ed i s c h a r g ew a t e ro fa q u i c u l t u r e ；d r a wt h e e n v i r o n m e n t a ls t a n d a r do fa q u i c u l t u r e ；a n dr e h a bt h ee n t i r o n m e n to ft h ea q u i c u l t u r e w a t e r k o - w o r d s ：p o l l u t i o nl o a dc a l c u l a t i o n , b a l i c rn e ta q u i c u l t u r e ，c a p a c i t yo fa q u i c u l t u r e ， y a n g c h e n gl a k e ，c o n t a m i n a t i o nc o n t r o lo f a q u i c u l t u r e 学位论文独御性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 学位论文使用授权说明 2 0 0 7 年名月灯阳 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理 论文作者( 签名) ：2 0 0 7 年乡月护日 第一章绪论 第一章绪论 从2 0 世纪8 0 年代开始，专家从生态学观点出发，把淡水养殖系统作为一 个人工生态系统来研究，对系统的结构和功能，能量交换和物质循环进行了深入 的研究，认为它是一个具有良好的生态、经济、社会效益的综合体。在近十几年 来，随着商品经济的发展，不论从养殖类型还是从养殖方法手段上都发生了较大 的变化，系统内部的物质循环也受阻，外源( 饲料) 输入的猛增使得养殖水体的 生态环境发生了深刻的变化。大规模淡水养殖，增加了溶解态和悬浮态物质的输 出，在一定范围内，会引起湖水的变化。尽管从总体上看，淡水养殖对湖泊环 境的影响与工农业废水、生活污水的排放影响相比微不足道，但越来越多的人们 关注于淡水养殖对局部湖泊环境的影响。国内外许多学者对淡水养殖可能对水环 境产生的影响进行了研究，归纳起来有这样几个方面：氮、磷等营养物的释放， 造成局部水富营养化；各类化学药品和抗生素的使用污染了水域环境；一些生物 栖息地遭到破坏，干扰了野生种群的繁衍和生存，使生物多样性减少【l 捌。本研 究依托昆山水环境综合整治项目进行，旨在探讨在现今的管理和运行模式下淡水 养殖对环境的作用程度及解决方法。在本章里，主要提出了本论文的研究目的和 意义，概述了本课题在国内外的研究现状，以及简要的介绍了研究目标和内容。 1 1 问题的提出与课题研究意义 自八十年代以来，我省湖泊围网养殖业快速发展，围网养殖为农业增收，农 民致富做出巨大的贡献。但近十年来，关于围网养殖污染与环境保护相冲突的观 点越来越受到各方面的关注，行业之间的争论也有逾来逾烈的趋势。我省各地人 大、政协有关要求削减围网养殖保护水环境的提案屡屡出现。尤其在经济发达地 区，政府和群众对环境保护更为关注。 本研究区域是阳澄湖，其水产养殖是苏州昆山的一大特色产业及经济支柱， 同时，阳澄湖湖水也是苏州市区、昆山市以及沿湖村镇近百万人的重要饮用水水 源地。另外，阳澄湖湖水还具有工业用水、农业灌溉、旅游度假、交通航运和水 利防汛等多种功能。保护好阳澄湖水源水质，不仅关系到沿湖地区经济、社会的 可持续发展，更关系着沿湖近百万人民群众的身体健康。阳澄湖的水源水质在上 世纪8 0 年代达到i i 类水标准，9 0 年代达i i i 水标准。目前，阳澄湖湖体水质有 河海大学硕士学位论文 机污染有上升趋势，总磷、总氮富营养化指标长期超标，特别是总氮超标严重。 氨氮达到了地表水的标准，化学需氧量和总磷达到了v 类标准，总氮超过了 v 类标准，其余2 0 项指标全部达到地面水i i i 类标准。阳澄湖湾里和傀儡湖两个 饮用水源水质潜伏着危机。保护和改善阳澄湖水源水质刻不容缓删。 随着淡水虾蟹养殖业的快速发展，养殖面积和生产规模的不断扩大，养殖产 量的急剧增加和集约化程度的不断提高，许多潜在的技术与管理问题也逐步暴露 出来。主要是盲目追求养殖效益，过多投入造成恶性循环；二是养殖环境恶化， 病害日趋严重，药物滥用，严重影响淡水虾蟹产品的品质；三是水质污染严重， 限制养殖业的整体发展。然而，由于养殖密度高、投饵量大，鱼类进食后留下的 残饵以及排泄物的量也大，尽管围网内水质因不断同外面交换而保持良好，但排 出的污染物总量却很大，长期的养殖生产对附近水体质量影响很大，特别是一些 地方只考虑短期的利益而盲目发展，严重超过养殖容量，造成大面积水域污染， 已严重影响到当地居民生活与生产用水【4 ，“。 苏州市渔业管理工作条例( 2 0 0 4 年9 月2 3 日苏州市人大常务委员会会 议通过，2 0 0 4 年l o 月2 2 日江苏省人大常务委员会批准) 第八条规定“利用资 源增殖水域发展网围、网箱养殖应当在保护水域生态环境，不影响水利，航运的 前提下，由所在地、渔业行政主管部门分别会同交通、水利、环保等有关部门统 一规划，根据不同的养殖品种确定养殖面积，养鱼不得超过总水面面积的1 0 ； 养蟹、虾等品种，不得超过总水面面积的4 0 ；兼养鱼和蟹、虾等品种的，应当 按照比例折算面积。” 值得关注的是，目前我省围网养殖对水环境污染缺少必要的研究，渔业、 环境部门在决策时均缺乏必要的理论支撑。河海大学在“昆山市水环境综合整治 方案论证”研究时，关于网围养殖污染研究的依据源于9 0 年代初太湖流域的研 究成果。然而时过境迁，该模型应用于苏南地区现有围网模式下的水污染预测， 缺乏充分的理论依据，以此做出的水污染整治和农业规划，难以实现农业资源的 最合理配置与发展。 因此，研究水产养殖污染问题，探讨淡水生态养殖模式对水环境的影响程 度，以达到环境与经济效益最大化，对提前做好水产业发展规划，进一步减少水 域污染，防治大面积水域富营养化现象的发生，保持良好的水质，具有重要意义。 同时，建立淡水养殖对水污染负荷的评价方法与模型，并据此研究养殖过程中营 2 第一章绪论 养物的迁移转化规律，及其输入与输出的平衡，合理评价水产养殖对水体中有机 物、氮、磷物质负荷量的贡献及其对水环境的影响，进而确定合理养殖容量和制 定有效控制养殖污染的措施，为规划农业资源与环境资源的合理配置与发展，实 现水污染有效防治和饮用水水源保护提供科学依据。 1 2 阳澄湖围网养殖状况调查 阳澄湖位于苏州市区的东北，跨苏州市区、常熟市、昆山市、相城区及工业 园区，是江苏省重要的淡水湖泊之一，也是苏州市的重要饮用水水源地之一。在 正常水位2 9 0 米时，水面面积1 1 3 平方公里，平均水深1 4 3 米，湖体蓄水容积 为1 7 亿立方米。阳澄湖可分为阳澄西湖、阳澄中湖、阳澄东湖三个部分。阳澄 湖担负着苏州市区、昆山市及沿湖乡镇近百万人的饮用水供给任务，同时兼有渔 业养殖、工业用水、灌溉、旅游、航运及防汛等多种功能。近几年来，随着沿湖 地区乡镇工农业生产的迅猛发展，排放污染物显著增多，而治理措施相对滞后， 导致了阳澄湖湖体水质总体呈下降趋势。 1 2 1 阳澄湖自然状况及社会功能 阳澄湖为吞吐性湖泊，其流型分为顺流型和逆流型，两种流型共有五种流态： 顺流型有西进东出、西进南出和西进北出为主的三种流态，其中又以前两种流态 最为常见；逆流型有北进南出和三面进南面出为主的两种流态。流型与流态的变 化与引排长江水密切相关。当伏汛期( 或长江落潮) 阳澄湖水位高于长江水位时， 可通过沿江的浏河、杨林塘、七浦塘、白茆塘、浒浦河和望虞河六大闸门自流排 江；当伏旱期( 或长江涨潮) 阳澄湖水位低于长江水位时，也可通过六大闸门自 流引江，通过引排长江水来调节和控制阳澄湖的水位。阳澄湖共有6 3 条出入湖 河道，其中：西线2 3 条；北线7 条；东线1 3 条；南线2 0 条。阳澄湖入湖口大 多集中在西线和北线，其中又以西线为主，出湖口多集中在东线和南线。 阳澄湖是苏州市的主要饮用水源地之一，它担负着苏州市区、常熟市、昆山 市、相城区等沿湖乡镇近百万人的饮用水供给任务，同时还具有渔业养殖、灌溉、 旅游、航运、防汛等多种功能。近几年来，随着沿湖地区工农业生产的迅速发展 和过快的人口增长，污染湖泊的因素不断增多，尤其是大量未经处理的生活污水 及部分工业污水就近排入入湖河道；农田化肥、农药大量流失；水产养殖规模的 不断扩大，极大地增加湖体的污染物质及营养物水平；入湖口及重要功能区域的 河海大学硕士学位论文 沉积物多年未曾清淤，致使阳澄湖的水质污染日趋严重，富营养化水平日益加重。 直接影响城市供水和周围地区工农业的进一步发展，特别是威胁到沿湖地区近百 万人饮水安全，因此，保持阳澄湖水环境质量及生态环境的良性循环，对苏州市 经济、社会的可持续发展有着十分重要的意义【6 】。 1 2 2 阳澄湖水环境污染现状及趋势 阳澄湖目前最突出的环境问题是湖泊的富营养化问题，其次是有机污染问 题。 ( 1 ) 富营养化 在2 0 0 0 年以后，政府加大阳澄湖的保护力度，污染有所缓和，从图中可知， 0 5 0 6 年 i n 值基本在2 m g l 以下，可以达到i i i i v 类水质标准，见图1 1 、1 2 。 图1 1 总氮水质图 图1 2 总磷水质图 ( 2 ) 有机污染 2 0 0 6 年，c o d m l i 基本在5 0 6 0 m g l 之间波动，基本达到i i i 类水质标准，较 往年比较水质还是有所下降，见图1 3 。 4 第一章绪论 图1 32 0 0 6 年c o d 水质图 1 2 3 阳澄湖围网养殖现状 长期以来，阳澄湖无序网围养殖情况十分严重，无序养殖既侵占航道，又造 成污染。近年来，市政府、沿湖各级政府及有关部门围绕苏州市阳澄湖水源水 质保护条例和苏州市渔业管理条例，开展了大量的工作。一方面加大依法 行政力度，对湖区养殖户进行审核、登记，劝退养殖大户，清理外来农户，拆除 无证网围，做好航道、养殖、饮用水等功能区的标志性设置工作，大大压缩了网 围养殖面积，阳澄湖的养殖面积从1 1 7 4 万亩降到了目前的4 9 万多亩。湖内以 往密密匝匝的网围状况已得到了较大的改观，网围侵占航道也有了明显的好转。 与此同时政府利用阳澄湖大闸蟹标准化示范区，引导渔民进行生态养殖和科学管 理，全面实施标准化养殖。但至今仍有部分群众认为增加网围养殖面积并无大碍， 局部地区私自扩展养殖水面、偷圈水面养殖等行为仍时有发生。少数养殖户随意 提高放养密度，盲目增加投放饵量，采取施肥育草等不良生产方式，加剧了湖区 的富营养化。近两年，阳澄湖出、入湖水系均遭到了不同程度的破坏【7 】。 随着淡水虾蟹养殖业的快速发展，养殖面积和生产规模的不断扩大，养殖产 量的急剧增加和集约化程度的不断提高，许多潜在的技术与管理问题也逐步暴露 出来。主要是盲目追求养殖效益，过多投入造成恶性循环；二是养殖环境恶化， 病害日趋严重，药物滥用，严重影响淡水虾蟹产品的品质；三是水质污染严重， 限制养殖业的整体发展。然而，由于养殖密度高、投饵量大，鱼类进食后留下的 残饵以及排泄物的量也大，尽管围网内水质因不断同外面交换而保持良好，但排 出的污染物总量却很大，长期的养殖生产对附近水体质量影响很大，特别是一些 地方只考虑短期的利益而盲目发展，严重超过养殖容量，造成大面积水域污染， 河海大学硕士学位论文 己严重影响到当地居民生活与生产用水。因此，研究水产养殖污染问题，对于提 前做好水产业发展规划，进一步减少水域污染，防治大面积水域富营养化现象的 发生，保持清澈的水质，具有深远的意义。 表1 2 昆山市围网养殖情况 水域名称水域面积( 亩)围网面积( 亩)围网所占百分比( )养殖类型 阳澄湖 2 7 0 0 0 8 4 2 03 1 养蟹 淀山湖2 7 0 0 01 0 0 0 53 7 家鱼 巴城湖1 4 0 04 5 03 2 家鱼 杨氏甸1 4 6 5 1 4 0 0 9 6家鱼 白莲湖6 3 0 04 0 4 7 6 4 家鱼 长自荡5 9 9 62 9 8 75 0 家鱼 明镜荡 5 6 2 02 1 4 63 8 家鱼 白蚬湖 3 0 0 01 3 2 04 4 家鱼 北栅荡 2 5 0 0 7 9 03 2家鱼 陈墓荡2 6 5 6 51 3 6 25 1家鱼 天花荡 1 2 0 09 0 07 5 家鱼 汪洋潭 2 4 0 01 5 7 66 6 家鱼 合计8 6 5 3 7 53 5 4 0 34 1 1 2 4 阳澄湖围网养殖模式 阳澄湖水产养殖主要以养蟹为主，从最初的自然放养，到后来的无规划大面 积围网养殖，再到现在的有规划的围网养殖。其养殖模式也在随之变化，自然放 养并不投加任何动植物饵料，大面积围网养殖时则投入大量动植物饲料，导致水 环境急剧恶化，有关方面为遏制污染趋势，对大面积围网养殖进行了综合治理， 特别是提出了轮作养殖的概念，现今养殖模式就是基于生态养殖的前提下推广实 施的。现在普遍采用的主要技术概述如下f 8 】： ( 1 ) 放蟹密度 为减少投饲量，控制水质的富营养化，规定网围养殖区每h m 2 放蟹种4 5 0 0 只 5 2 5 0 只，比原放密度降低4 2 左右。 ( 2 ) 生态环境 6 第一章绪论 适宜的水苹是河蟹理想的生长场所、适口的天然饵料，水草又能净化水质， 消除水中的过剩营养，因此，网围区内除了控制河蟹密度，还移栽河蟹喜食的轮 藻、伊乐藻等水草修复生态，使湖区水草的覆盖率达到2 3 左右。 ( 3 ) 投放螺蛳 网围养殖区要求于清明前后，每h m 2 投放活螺蛳3 0 0 0 一3 7 5 0 k g ，以吸附、沉淀 水中悬浮颗粒，净化水质。 ( 4 ) 轮作养殖 为维持阳澄湖草型湖泊形态，在网围区内还采取“品”字型的轮作养殖，即 以每年每只围网1 2 面积护草休整，1 2 水面养殖河蟹相互轮作，加速渔业资源的 恢复、再生，增强湖泊的水体自净功能。 ( 5 ) 饲料结构 在保护种植水草、投放螺蛳，为河蟹提供适口的天然饵料的基础上，生长旺 季的6 月8 月，辅以动物性饲料螺蛳、蚌肉、小杂鱼等以及植物性饲料玉米、大 麦、南瓜、马铃薯等，保证河蟹的食物需求及营养需求。 ( 6 ) 病害防治 养殖区采取生物预防为主，重点应用生物活性剂一水质改良剂。养殖高峰期， 以大蒜素，碘制剂等药物拌饲每月投喂一疗程，预防河蟹细菌性病害及颤抖病。 ( 7 ) 收获和产量 网围区总产阳澄湖大闸解2 4 3 万蚝，平均亩产2 7 埏，总产青虾6 7 5 万埏，平 均亩产7 5 k g 。河蟹平均价格8 2 元k g ，青虾平均价格3 0 元瓜g ，总产值2 1 9 5 1 万元。 效益投入物化总成本5 9 7 7 8 万元，效益1 5 9 7 3 2 万元，平均亩效益为1 7 7 4 8 元。 1 3 国内外研究现状 国内外许多学者从生态学观点出发，把淡水养殖系统作为生态系统来研究， 利用水产养殖生态系统内生物与环境因素之间，以及生物与生物之间的物质循环 和能量转换关系，加以有目的的人工调控，建立起新的生态平衡，使自然资源得 到有效利用，以充分发挥其淡水养殖生态效益、经济效益和社会效益，使淡水养 殖系统成为具有良好的生态、经济、社会效益的综合体。国内外学者针对养殖户 片面追求高产，采用高密度养殖，投放过量的饵料的养殖方式对水环境产生的影 响进行了研究，主要成果有3 个方面： 7 河海大学硕士学位论文 1 ) 对水质的影响 围网、网箱养殖对水质的主要影响是增加水体悬浮物和营养盐，减少围网( 网 箱) 区和周围溶解氧。由于投饵、网内鱼、蟹类的呼吸作用和排泄废物中有机物 质的分解，网( 箱) 区的总悬浮物、t p 、t n 、t c 、b o d 、c o d 一般均高于非养殖 区，p h 、透明度和d o 明显低于非养殖区。一定程度的增加了水体营养物的总浓 度，导致水体的富营养化1 9 - 1 2 】。 2 ) 对沉积物环境的影响 围网( 网箱) 区中由于未食的部分饵料和鱼、蟹排泄物，沉积到水体底层， 底泥中有机物增加导致底质理化指标的改变，主要表现在：沉积残饵使底泥沉积 物有机质增加最为显著，同时底泥中的硫化物、t o c 、t n 、t p 、c o d 、无机氮和无 机磷比非养殖区呈现明显偏高的特征。 3 ) 对水生生物的影响 由于围网( 网箱) 区投喂饵料后水体中营养物质逐渐增多，浮游植物开始大 量繁殖，随着养殖时间的延伸和规模的不断扩大，水体中的营养物质富集，水质 恶化，光照下降，浮游植物的数量减少。除此之外，围网( 网箱) 对浮游动物、 底栖动物及鱼类数量都有很大的影响 1 3 - 1 5 l 。 基于水产养殖对水环境有诸多方面的不良影响，对水产养殖污染负荷计算的 研究也目益增多，国内外的研究主要有以下几方面。 1 3 1 污染负荷估算方法研究现状 在淡水养殖过程中，大部分养殖户为追求高产，往往投放过量的饵料，过量 的营养成分导致水中氮磷浓度偏高，氮、磷大量进入环境，这些营养物质的主要 形态为溶解态和非溶解态。前者最终表现为水体中某些环境因子含量的增加，后 者最终表现为在养殖区水底的沉积。水体营养物总浓度的增加，降低了水体的透 明度，致使水体一定程度的富营养化。这使得养殖水体中n 、p 的各种存在形态和 转化与自然状况下相比发生了很大的改变 1 6 a 7 】。在自然状况下，氮、磷的物质循 环主要受生物活动、化学过程和物理因子的影响i l s , 1 9 】，但是，在养殖水环境中， 由于人为的介入，使得这种自然循环在某些环节发生了变化，构成一种新的循环， 这主要是由养殖过程中增氮、增磷作用与耗氮、耗磷作用这对矛盾决定的 2 0 , 2 。 因此对淡水养殖污染负荷的估算模型几乎都是针对计算氮和磷的负荷量，目前国 内外学者采用的方法主要是化学分析法、竹内俊郎及其同类方法、物料平衡法、 8 第一章绪论 湖泊水库箱式模型法及污染负荷率计算法。 1 ) 化学分析法 化学分析法圈根据比较封闭的池塘养殖的营养物负载结果来类推网箱或围 网养殖，营养物负载可以通过长期昼夜测定进出水源中各营养物的浓度之差再乘 以流量来直接测定，也可通过营养物的平衡方程来间接推算，其一般的平衡方程 为： 营养物负载= 输入饲料中的营养物数量一输出鱼体中的营养物数量 张玉珍，洪华生1 2 3 1 等以福建省九龙江五小川小流域水产养殖为例，用化学分 析法是对排出鱼塘的养殖污水进行水质分析，然后根据鱼塘总排水量、物质进行 废物氮磷估算。其公式为： p = q ( c 。一c 。) p 一污染物排放负荷量；q 一排出鱼塘的水量；c 。，c 。一出水和进水 的污染物浓度。 化学分析法一般只采集水样，测的t n 和t p 浓度只包含了氮磷污染物的可溶态 和悬浮态两者之和，对底泥中的营养含量没有考虑在内，用此方法计算的污染负 荷量往往是比实际偏小的。但化学分析法作为估算污染负荷的基础方法，是必不 可少的，分析监测的数据将可应用于多种负荷估算模型中，所以化学分析法一般 可作为辅助方法。 2 ) 竹内俊郎法及其同类方法 竹内俊郎法根据养殖过程中物质的输入输出平衡方程来间接推算，其原理即 是“所投喂的营养成分，扣除积蓄在养殖物体中的量，剩余的就是环境负荷量”。 计算公式为： n 负荷量：t n = ( c n f n b ) x1 0 3 ( k g t ) p 负荷量：t p = ( cxp ，一p b ) x1 0 3 ( k g t ) 式中：c 为增肉系数；n ，、p f 为饵料中n 、p 含量( ) ；n h 、p b 为生物体内n 、 p 含量( ) 。 以竹内俊郎法为原型，许多学者又发展了多种类似的计算污染负荷的方法： 黄小平和温伟英 2 4 1 在研究上川岛公湾海域环境对其网箱养殖容量的限制程 度时，提出了网箱养鱼的氮、磷污染负荷量f p 、f ，的估算模型，公式如下： 9 河海大学硕士学位论文 f h = e b y y w( k g t ) f p = e e 。一y y 。( k g t ) 式中：e 为相应产鱼量所需投饵量( 产鱼量和投饵量之比为1 ：2 ) ；y 为产 鱼量；b 、已为饵料中n 、p 含量，饵料中蛋白质含n 量平均为3 0 8 7 ，饵料中 p 的含量为0 7 0 ；h 、y 。为鱼体内n 、p 含量，鱼体内( 湿重) 蛋白质含量平均 约1 5 ，蛋白质中含n 量约1 6 ，鱼体内( 湿重) 的含p 量0 5 8 。 日本m d s h a h i d u li s l a m 以f c r 值为基础的营养负荷模型则认为淡水养 殖对水环境的负荷主要源于养殖体未食饲料、排粪及排泄，因此，只要测出生物 体的摄食率及消化率，就可以确定网箱养殖对水环境的负载。通常来说，对于生 产给定数量的养殖生物体，f c r 值越高就意味着需要更多量的饵料。因此，高f c r 值与高营养负荷是密切联系的。当营养负荷值与其相应的f c r 值作用时，可以看 到显著的线性关系，这个线性关系表达式为： 流失率= ( f c r 投喂饲料量) 一生物体中营养量 在这里，流失率= 每出产出l 千克吨收获生物体所流失的营养负荷；投喂 饲料量= 每千克吨饲料所含的营养负荷量；生物体中营养量= 每千克吨生物 体中营养物含量。 若投饵料方式比较单一，用竹内俊郎法会方便实用些。然而通过以上方程来 计算营养负荷量，其中的f c r 值是最易导致误差的参数之一。加上种群的差异， 计算f c r 值的误差可能会由没有考虑自然界食物的供应而产生。假如f c r 值计算 是正确的，而饲料和生物体中营养物质的含量信息又充足的话，那么，这个简单 的营养负荷模型对预测营养负荷量是很有用的。但是，由于围网、网箱养殖中未 食饲料很难直接测定，养殖体的消化率的确定也有一定难度，同时，对养殖水体 水质的影响除了饲料以外，还有底泥的释放以及动力的输送等，所以，该方法可 能与实际的结果有较大出入。 3 ) 物料平衡法 物料平衡法是根据食物用量、生物量和营养物在生物体内的总氮含量来计算 污染负荷的，该方法认为食物是养殖系统内直接产生废物的唯一来源，因而通过 投喂食物的总量与被生物体所利用部分的差值来计算总的废物量，并且可以通过 一系列的物质平衡关系式计算废物排放量。 1 0 第一章绪论 f u n g e s m i t h 嘲以及p a e z 唧分别对精养虾池的氮收支做了细致的估算，在 f u n g e 的模式中，氮的收支方程为： 饵料( 7 8 9 6 ) + 底泥释放( 1 6 ) + 肥料( 1 8 ) + 换水输入( 4 ) + 降雨( 0 1 2 ) + 地面流入( 0 0 3 ) + 放养幼虾( 0 0 2 ) = 底泥沉积( 2 4 ) + 换水输出( 1 7 ) + 成虾收获( 1 8 ) + 收获排水( 1 0 ) + 渗析( 0 1 ) + 去氮作用和氨挥发( 3 0 9 6 ) 。 t e i c h e r t 等 2 8 1 也对h o n d u r a s 半精养虾池进行模拟实验，得出在该虾池中，氮 的主要输入是引入水( 6 3 ) 和饵料( 3 6 ) ，主要输出是交换排水损失( 7 2 ) 和 成虾收获( 1 4 ) ，约有7 的输入氮被虾池中其它生物所固定或吸收。对于虾池来 说，不同的养殖地点和养殖方式其磷的输入与输出各项大小是不同的，有时甚至 大相径庭，m a r t i n 2 9 和l e f e b v r e l 3 。 等在研究不同养殖密度对虾池中的物质平衡 方程也证明了这一点。 舒廷飞，温琰茂等对哑铃湾网箱养殖环境容量进行了研究，借助网箱养殖物 质平衡方程和实地监测实验数据，建立了哑铃湾网箱养殖污染负荷数学模型，并 在模型中首次考虑了底泥累积污染影响。其原理是借助于水产养殖物质平衡方 程，通过实验建立了哑铃湾海域网箱养殖氮、磷污染负荷计算数学模型，某单个 网箱养殖对周围水环境造成的污染负荷可简单表示为： p ( x ，t ) = q ( x ) + c ( x ，t ) 上式：p 为污染负荷；q 为恒定污染源，是养殖规模( 产量) x 的函数；c 为可变污染源，是养殖规模( 产量) x 的函数和养殖时间t 的函数。恒定污染 源是“饵料+ 幼鱼一成鱼收获一底泥沉积”，这部分是养殖规模函数，在规模 一定的情况下，随着养殖年限增加而基本不变；可变污染源是“底泥释放”，这 一部分是随着养殖年限的增加和底泥富集而不断增加，既是养殖规模的函数，也 是养殖时间的函数。 该模型不仅考虑了养殖污染和养殖规模的关系，而且通过养殖的底泥累积 污染计算，考虑了养殖污染和养殖时间的关系。模型不仅计算方便，而且相对比 较科学合理。但此模型是针对海水网箱养殖提出的，对于淡水养殖来说，养殖模 式并非高度一致，另外淡水环境也没有潮汐作用，即使有水流的流动和冲击，水 流在网箱内的停留时间还是比较长。如要把此模型运用到淡水养殖污染计算中， 就必须考虑不同养殖模式下的网箱污染负荷计算，以及网箱底泥中营养物质的沉 河海大学硕士学位论文 积量。 张玉珍等运用竹内俊郎法、化学分析法和物料平衡法对福建省九龙江五小川 流域水产养殖的n 、p 污染负荷的估算结果发现，n 、p 污染负荷估算值大小次序为： 竹内俊郎法 物料平衡法 化学分析法。出现这种结果的原因，主要是因为竹内 俊郎法是从较保守角度来考虑污染负荷，因此结果偏大；化学分析法只包含氮、 磷污染物的可溶态和悬浮态两者浓度之和，而没有考虑底泥中n 、p 含量，因此结 果偏小；而物料平衡法遵循输入鱼塘的t n ( t p ) 量为投入中各种物质t n ( t p ) 量 与鱼体内n ( p ) 含量之和，从理论上讲，这种方法较符合实际，因此介于竹内俊 郎法与化学分析法之间。 4 ) 湖泊、水库的箱式模型法 对于水体中磷的物质平衡已进行了较多的研究。1 9 7 0 年，r t v o l l e n w e i d e r d l 】提出了湖泊、水库的完全混合箱式模式； v ( d p d t ) = w + q + q ( p i n p ) + k s v p + k r a s 。 该模型把湖泊、水库作为一个均匀混合水体，从宏观上研究湖泊、水库中营 养平衡的输入与产出的关系。1 9 7 5 年，s n o d g r a s s 等提出了湖泊、水库的分层箱 式模型d 2 1 ： 匕层：v e ( d p e d t ) = w e + q + w i n q p e + k t h v h ( p h p e ) 一k s v e p e 下层：v h ( d p h d t ) = w h + k t h a t h ( p e - p h ) + k s v h ( p e - p h ) + l ( r a s 姜世中3 3 1 依据湖泊、水库的箱式模型理论，分别用分层箱式模型和完全混合 箱式模型来描述三岔湖水库夏季水质分层状况和冬季水质状况，建立了简阳三岔 湖水库网箱养鱼总磷模型和溶解氧模型。并利用这一模型对不同网养面积下三岔 湖水库总磷浓度和溶解氧进行了模拟实验。结果计算出了水库的污染负荷与网养 面积。 三岔湖水库总磷数值模型是取时间步长为1 个月，将三岔湖水库每一年各参 数值代入总磷模型，推导出了三岔湖水库总磷数值模型。如夏季分层总磷数值模 型： 己“= o 6 7 6 , , + o 0 4 p h , + 4 7 4 x 1 0 - 6 ( 彬+ g ) + 4 2 6 x i 0 - 7 + 2 o g x l o - 3 e ，+ l = 0 3 2 p , ，+ 0 6 2 6 p h + 9 0 4 5 x 1 0 7 ( 呒+ g ) + 1 7 3 x 1 0 5 降- + 4 3 6 x 1 0 - 3 第一章绪论 初始条件：p ，除p 式中：下标i 代表时间( 月份) ；i + 1 代表i 月的下一个月。 湖泊、水库箱式模型法是数学模型与水动力学相结合的方法。涉及到水体的 动力学特性使得模型较为复杂，而其输出结果是否可靠往往还取决于参数值的准 确与否，许多参数值经常与实际值有较大的偏差，如水体的总磷浓度p ，网养投 饵造成的总磷输入总量w ，降水和地表径流进入水体的总磷负荷q ，通过温跃层竖 向扩散系数k t h ，总磷的沉淀速度常数k s 等等。所以运用此模型的关键是参数的 率定，使之尽量与实际相符，否则会导致整个输出结果的失败。 5 ) 污染负荷率计算法 梁荫，施为光口4 】运用此法计算了黑龙滩水库网箱养鱼的污染负荷量。网箱养 鱼污染负荷率的定义是指生产l k g ( 或i t ) 鱼产生的某元素的污染负荷。其理论 计算值等于饵料中含有的某元素量减去鱼体中该元素含量。现以磷为例，网箱养 鱼总磷负荷量t p 等于污染负荷率p 。乘以水库网箱养鱼的净产量w 。 ( 1 ) 水库网箱养鱼总磷负荷量t p ： t p = p ，。w ( p ，。= c f p 。一 p ，。) 式中：c f 一饵料系数； p 。一每吨饵料的磷含量， 或( k g t ) ； p ，。一每吨净产鲤鱼的磷浓度， 或( k g t ) 。 ( 2 ) 网箱养鱼磷负荷沉积量 在( 1 ) 中描述的是总磷污染负荷值，它不可能都溶解在水里，而是包括了 溶解态和固体态的磷污染负荷。网箱养鱼磷负荷沉积量p s 为： p s = t p r f i n = p t o o d w r n n 式中：t p 一网箱养鱼的总磷负荷量( t a ) ；r f i 。一网箱养鱼磷负荷沉积系 数；w 一网箱养鱼净产量( t a ) 。 此方法应用是比较广泛的，主要是因为其考虑的因子比较齐全，最重要的是 它考虑了底泥的污染贡献，这是目前大多数方法所欠缺的，而且其公式比较简单， 计算起来很方便。但是，与湖泊、水库箱式模型法一样，污染负荷率法中的参数 比较多，参数越多将会使误差变得越大，同时，其中有些单个参数的律定也比较 难把握，如饵料系数、网箱养鱼磷负荷沉积量p s 等参数值往往很难与实际相一致， 这也会使得此方法的估算结果有所偏差。 河海大学硕士学位论文 1 3 2 淡水养殖容量估算 关于养殖容量的概念，李德尚于1 9 9 4 年把水库对投饵网箱养鱼的养殖容量定 义为：不至于破坏相应水质标准的最大负荷量。董双林把养殖容量定义为：单位 水体在保护环境、节约资源和保证应有效益的各个方面都符合可持续性发展要求 的最大养殖量。综合前人的表述，刘剑昭等将养殖容量定义为：特定的水域，单 位水体养殖对象在不危害环境、保持生态系统相对稳定、保证经