河南省池塘養殖水體氮磷元素污染現狀研究

夏杰

一、河南省池塘養殖現狀

河南省池塘養殖主要集中在鄭州市、洛陽市、開封市等沿黃地區，主要以高密度集約化養殖為主，產量較高。也有豫南及部分山區丘陵地帶利用堰壩進行養殖。河南省池塘養殖以混養為主，單產相對較低。河南省池塘養殖在長期的養殖過程中，早已形成了一套非常成熟的規?；B殖技術體系。細觀整個發展歷程，池塘養殖以產量高、生產靈活、風險小、投資少和經濟效益高等特點受到漁民大力歡迎。即使是在工廠化養殖蓬勃發展的今天，池塘養殖也是河南省水產養殖業特別是沿黃地區不可或缺的重要組成部分。河南省發展池塘養殖最初的目的是為了獲得更高的經濟效益而創建的一種人工飼養系統。因此，為了獲得更高的產量和收益，在有限的水面中不斷提高養殖密度成為了最便捷的手段。為了保證養殖品種能夠獲得生長所需的能量，養殖戶會在養殖過程中使用過量的飼料等投入品，其中一部分沒有轉化為能量，反而形成了過多的營養物質進入到養殖水體中。隨著時間的積累，這些營養物質一部分溶解在養殖水體中，一部分形成沉淀進入池塘底泥，池塘的養殖環境也會日益惡化。研究結果顯示，在對蝦精養池塘中，水體中的磷元素主要來源于日常的飼料投喂，占比可達72.57%，而進入到收獲物蝦體內的磷僅占總投喂量的20.90%。同樣，氮的輸入來源也是以飼料為主，占比達到59.87%，而進入到收獲物蝦體內的氮僅占27.40%，其余絕大部分的氮都溶解在了養殖水體中，占61.06%。絕大部分營養元素都會以化合物的形式沉積在底泥中或溶解于養殖水體。在養殖過程中，大量的飼料投喂定然會造成浪費以及對養殖水體的嚴重污染。

二、養殖池塘循環系統中氮磷元素循環情況

養殖水體中，藻類的生長需要消耗大量的氮磷等營養元素。因此，養殖水體中氮磷元素的含量也是養殖水體初級生產力的兩種主要營養元素。在養殖生態系統中物質循環以氮磷等營養元素為主，對養殖水體中浮游植物的群落構成起到重要作用。不斷的物質循環會使營養鹽形成不同的分布和累積而發生變化，進一步對生態系統中能量的利用和轉化造成影響?，F階段的生產養殖中，評價一種養殖模式先進與否，氮磷的利用效率和在養殖系統中的積累情況是很重要的一項指標。判斷養殖環境的變化狀況，最直觀的方法就是檢測水體中氮元素和磷元素的含量。因此，研究氮磷元素在養殖水體中的收支分布情況以及在養殖系統中的積累情況意義重大。研究氮磷元素在養殖水體中的收支情況，能夠很大程度反映出水體中氮磷元素的來源與歸宿，進一步深層次地揭示在養殖水體內部氮磷循環的具體過程以及養殖水環境與周邊水體環境是否存在氮磷元素的交流及交流程度。一部分研究結果顯示，輸入水體的大部分氮磷元素都未被魚體利用，這一部分養殖廢水氮磷含量超標，極易對周邊環境造成污染?！逗幽鲜〉诙稳珖廴驹雌詹楣珗蟆凤@示，河南省水產養殖業水污染排放量總氮2.96萬t、總磷0.68萬t。因此，養殖水體中氮磷的收支情況也成為目前諸多學者所廣泛關注的領域。

（一）池塘養殖的氮磷輸入

日常水產養殖中，肥水所用的肥料、養殖所用的飼料都會引起養殖水體中氮磷元素的含量升高。除此之外，養殖物種的排泄、水環境中微生物的固氮作用、空氣沉降等也會加劇氮磷元素的積累。循環水精養對蝦池塘的研究表明，人工投入所占的比例最高，飼料里的氮占總氮量的81.40%，飼料中的磷占總磷量的90.19%。齊振雄的研究顯示，在對蝦養殖池塘的氮磷收支情況為：投放的飼料、肥料里的氮分別占氮總輸入量的49.7%～54.4%和47.5%～50.1%，磷分別占磷總輸入量的30.0%～34.7%和65.1%～69.9%，而這其中35%的氮排放到了水體環境當中，僅有24%的餌料氮轉化為養殖對蝦的產量。半循環水精養池塘的營養鹽收支表明，其中，72%的氮元素隨循環水排放到外界環境中。常杰研究了凡納濱對蝦、青蛤和江蘺三種物種不同混養系統下氮磷元素收支情況，研究表明，在單養組中，飼料氮占氮總輸入量的75.5%，飼料磷占磷總輸入量的93.6%;混養組中飼料氮占氮總輸入量的54.7%～64.8%，飼料磷占磷總輸入量的81.6%～88.7%。單養組中，養殖物種氮磷元素吸收量分別占總氮量的0.66%和總磷量的0.20%，混養組中則分別占總氮量的12.74%～22.61%和總磷量的5.01%～12.65%。蘇躍朋研究了對蝦精養池塘中氮元素的來源，來源占比順序大小為：飼料（59.87%）>浮游動物（21.53%）>水體（17.16%）>雨水（1.06%）>蝦苗（0.32%）。

生物固氮作用也是養殖水體中氮元素的來源之一。齊振雄通過固氮酶活性實驗測定了對蝦養殖池塘中生物固氮的輸入，羅非魚、對蝦、縊蟶混養每個圍隔固氮輸入（19.63 g）>對蝦單養（17.72 g）>對蝦、羅非魚混養（10.59 g）>對蝦、縊蟶混養（9.05 g）>對蝦、羅非魚、縊蟶混養（7.99 g）。研究結果顯示，水體中藻類及細菌的固氮作用十分顯著，為15 mg（N）/（m2 d），但相比于飼料投喂，藻類的固氮作用可以忽略不計。因此，對于養殖性水體來說，水體環境中氮元素的主要來源是養殖生物的代謝及過剩的飼料與施肥。

（二）池塘養殖的氮磷輸出

人工養殖水環境中，氮磷元素的最終去處主要有下列幾種途徑：底泥沉積物的積淀，養殖生產過程結束時的收獲物，通過水體的交換進入周圍環境及揮發、反硝化作用。研究表明，養殖水體中的氮磷主要以收獲物和底泥的形式積累下來。高彬通過對不同混養模式的研究，總結了氮磷元素的收支情況。結果顯示，底泥沉積物是主要的氮磷輸出方式，占氮元素總輸出量的69.6%～73.4%和磷元素總輸出量86.7%～93.5%。收獲的養殖生物僅占氮元素總輸出量的20.4%～34.1%和磷元素總輸出量15.5%～24.8%。常杰研究了凡納濱對蝦、青蛤、江蘺三種物種的混養系統下氮磷元素收支情況，數據顯示，底泥沉積物中積累的氮磷元素分別占氮元素總輸出量的30.0%～32.5%和磷元素總輸出量的50.3%～57.1%，收獲的養殖生物對應數值分別為44.4%～51.5%和21.5%～31.8%。在草鰱、蝦混養模式飼養過程中，分析底泥沉積物氮磷元素數據發現，其中，氮磷元素分別占氮元素總輸出量的17.49%～27.56%和磷元素總輸出量的76.8%～92.38%，然后是收獲的養殖生物，分別占氮元素總輸出量的43.82%～57.99%和磷元素總輸出量的6.05%～9.83%。通過近年各項研究結果分析，可以得出結論，氮元素與磷元素最終主要以底泥沉積物積累和養殖生物收獲為主要的輸出途徑。

（三）池塘的氮磷循環

自然環境中，氮元素主要通過無機氮和有機氮兩種方式存在于水體中，其中，無機氮主要有氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氮氣等幾種化合物;有機氮主要有氨基酸、蛋白質、腐殖酸等幾種化合物。在自然環境中，水體中氮元素構成了一個復雜的循環，它以不同的形態在生物與非生物之間轉換遷移。在這個轉換遷移過程中，藻類的同化作用、微生物的氨化作用、硝化作用和脫氮作用都是非常重要的轉化作用。

磷元素是影響水體生態系統初級生產力的主要營養元素之一，存在形式主要有3種：一是溶解在水體中，二是以生物大分子的形式存在生物體內，三是底泥沉積物中的化合物。淡水養殖水體中，磷循環機制是一種非常復雜的過程，其中，底泥沉積物是最重要的影響因素。磷元素受底泥沉積物的吸附作用、釋放作用和底泥與池水之間的擴散作用的控制，底質微生物的活動能釋放大部分的磷。養殖生態系統中磷元素的循環受多種因素影響，如養殖生物的代謝作用、有機質的分解和礦化以及被水生生物吸收利用等。但是，水體環境中的磷元素主要還是以底泥沉積物的形式積累下來。

目前，河南省池塘養殖面臨的問題中，水體富營養化是很嚴重的一項，大部分研究者的目光都集中在這個方面。大量研究顯示，水體富營養化現象中磷是最主要引發因素。因此，深入研究磷元素如何循環，對養護水環境資源、維持生態系統穩定、促進綠色可持續發展具有重要作用。

（四）水體中磷元素的控制

控制水體中的磷元素含量是控制中緯度地區水體富營養化及藻類水華的有效手段，也是衡量人口飲用水和用水安全的重要指標。近年，科研人員普遍認為，磷元素是中緯度地區藍藻水華最重要的限制因子，大多數科研項目都集中在關注如何有效控制水體中磷元素的含量。目前公開的資料顯示，近20年來，中國水體環境富營養化污染狀況十分嚴重，有研究顯示，富營養化湖泊的比例在20世紀70年代到20世紀90年代近30年中從54%上升到61%，至20世紀末這個比例己經達到77%。養殖水體的富營養化主要是藍藻在水體中發生嚴重的水華現象，造成養殖水體中溶解氧的急速降低，水體腥臭味嚴重，水體中的水生生物很難正常發育和生長，嚴重時甚至會造成養殖水體中生物的大量死亡，同時水體也被污染，難以利用。養殖過程中，為了使養殖品種能夠充分生長，大量的飼料等投入品極易引發養殖水體中磷元素含量的升高，造成水環境污染。目前，磷元素含量過高已經成為限制我國漁業產業又快又好發展的因素之一，急需重點解決。周勁風和溫琰茂研究了珠江三角洲流域水產養殖中面臨的環境問題，利用營養物質之間轉換平衡計算出養殖水體中來源于飼料的磷元素占磷元素總輸入量的97%～98%，而這其中真正被養殖物種吸收利用的磷元素僅占8%～24%，其余的都沉積于底泥之中，占74%～89%。結果表明，養殖過程中投喂的飼料有很大一部分最終轉化為底泥沉積物在池底積累，進而造成水資源浪費和水體污染。

（五）河南省的磷排量

目前，河南省池塘養殖因受地理環境等因素影響很大一部分養殖廢水是直接排放。根據第二次全國污染源普查統計，目前，河南省池塘養殖面積約16.8萬hm2，

全省水產養殖總磷排放量0.68萬t，基本上都是由池塘養殖廢水排放造成的。雖然相比第一次全國污染源普查數據有很大下降，但是與第一次全國污染源普查后，河南省池塘養殖面積有所縮小，與大水面水庫網箱養殖的取締和更加精準科學的普查技術方法有很大的關系。由此可見，河南省池塘養殖水體磷排放量多少的問題不容小覷。隨著水產業的蓬勃發展，大量的池塘養殖廢水怎樣去處理也是目前急需解決的問題。同時，隨著國家出臺《關于加快推進水產養殖綠色發展的若干意見》，今后面臨的最重要問題就是水環境保護問題。因此，河南省應在尋求科學養殖模式的基礎上，大力發展人工養殖生態系統中磷元素的高效利用，進一步降低磷的排放量，才能最終實現對磷污染的控制。

三、浮游生物在水體中氮磷元素控制方面的作用

（一）浮游植物

浮游植物是一個生態學的概念，近年在水環境調控領域受到諸多科學家的關注。目前，世界上已經被發現的淡水浮游植物品種約25 000種，其中，中國發現約9000種。浮游植物作為水生態系統中的初級生產者，其通過光合作用合成有機物質，為系統內其他生物提供餌料來源。不僅如此，浮游植物通過光合作用產生大量的氧，為水生態系統提供重要的氧氣來源。浮游植物的生長狀況與群落指標可以很好地反映出水體營養鹽含量的高低。因此，目前在水環境監測領域，浮游植物是水質監測的重要指標之一。常用的方法是從水體中采集浮游植物，之后通過樣品不同的處理方式，最后用顯微鏡鏡檢確定其物種組成、優勢種名稱、密度分布和生物量大小。經數據分析后，可以得出其群落結構以及物種多樣性等指標。綜合分析浮游植物與其他生物之間的變化關系，可以進一步為調控水質、魚類生態養殖提供基礎支撐。

（二）浮游動物

浮游動物是一種懸浮于水體中間的小型水生生物，種類很多，其主要以原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類為主。水環境系統中，浮游動物作為食物鏈中的一環，在能量流動、信息傳遞和物質轉化過程中都起著至關重要的作用。同時，不同種類的浮游動物對水環境變化敏感性不同，因此，監測水體環境好壞的重要指標也包括浮游動物群落結構變化和生物量的變化。如輪蟲，不僅是重要的監測指標，還是魚、蝦等很多水產動物的開口餌料。很多研究表明，浮游動物在食物鏈中處于浮游植物的上端，因此，浮游動物可以通過控制浮游植物的含量，進一步調控水體中氮磷元素含量。

四、前景與展望

控制池塘水體富營養化的因素，如浮游動物以及浮游植物的數量，對水產品的養殖具有很大的意義。在以往水體控藻技術的基礎上（經典生物操縱法和非經典生物操縱法）再繼續延伸，不僅在水產養殖上意義重大，而且在景觀水體富營養化的控制方面也有很好的效果。而這一切的實現需要廣大科研人員的不懈努力和一線工作人員的辛勤勞動。