海水围塘养殖生态系统氮磷负荷的研究

罗 辉，李廷友

海水围塘养殖生态系统氮磷负荷的研究

*罗 辉1，李廷友2

(1.井冈山大学医学院，江西，吉安 343009；2. 连云港师范高等专科学校生命科学系，江苏，连云港 22200)

通过对连云港市宋庄镇有机海水养殖基地围塘海水氮磷污染负荷的实验分析、比较和验证研究，提出了新的计算N、P污染负荷的方法—“新化学分析法”。研究表明，新化学分析法的计算结果更符合实际情况，且围塘海水养殖1公顷面积1个养殖周期的污染负荷分别为：混养组，氮42.1 kg，磷10.01 kg；单养组，氮85.4 kg，磷20.6 kg；同时证明海水混合养殖较单一养殖更能提高海水围塘生态系统的物质转换效率，减少环境污染。

氮磷负荷；海水养殖；围塘

在自然状况下，N、P的物质循环主要受生物活动、化学过程和物理因子的影响[1-2]，但在养殖水环境中，人为因素使得自然循环的某些环节发生变化，即构成新的N、P循环[3-4]。因此对水产养殖污染负荷估算几乎都是针对N、P负荷量进行计算的。随着海水养殖技术的不断提高，养殖方式逐渐从粗放型向集约化发展，出现了单纯追求经济效益，片面强调高产，忽视养殖水域的承载能力，超密度养殖的现象，导致养殖水环境严重污染，病害增加。因此，合理利用和研究养殖水域氮磷负荷，科学规划养殖已是迫在眉睫。关于氮磷污染负荷的主要研究方法主要有物质平衡法[5-6]、竹内俊郎法[7]和化学分析法[8]，舒廷飞[9]借助网箱养殖物质平衡方程和实地监测实验数据，利用物质平衡法建立了哑铃湾海水网箱养殖污染负荷数学模型；黄小平，温伟英[10]以竹内俊郎法为原型，对单个网箱内N， P污染负荷产生量进行了估算；张玉珍等[11]用这3种方法对淡水小流域水产养殖氮磷污染负荷进行了估算和分析。对于海水围塘养殖N、P 负荷的计算，目前国内外还没有很准确的方法，都只是某种程度上的近似模拟。本研究根据海水围塘养殖的特点，通过实验，在物质平衡原理和化学分析法基础上，提出了新的分析方法。

1 材料与方法

1.1 研究区域及实验设计

本研究实验在江苏省连云港市宋庄镇有机海水养殖基地进行，虾鱼贝混养池面积约66.67公顷，其中1.33公顷池20个，3.33公顷池10个，2.53公顷池2个，均按有机水产养殖方式管理，选择其中2个混养池实验(以T表示)，另外专门单设2个单养池(以C表示)做对照。混养池分别编号T1(1.33公顷)、T2(1.33公顷，为水平重复组)；2个有机对虾单养池为对照组，编号C1 (1.33公顷)、C2(1.33公顷，为水平重复组)。实验时间为2007年3月~2007年10月，2008年3月~2008年10月进行重复。一个养殖周期见表1。

表1 实验养殖周期及放养量

注：梭鱼苗22尾/kg，对虾苗1.7厘米/尾，约80000尾/kg，缢蛏苗1700只/kg，单养池对虾放养量为600000尾

1.2 海水水质的测定

每隔30 d测定1次水质，同时测定进、排水时的水质与进排水量，测定项目为CODMn、NO2--N、NO3--N、NH4+-N和TN、PO43--P、TP 。除NO3--N以铜镉还原法测定外，其余水质指标均按海洋调查规范中的方法测定。

1.3 饵料、生物体中N、P的测定

N的测定：凯式定氮法 (自动凯式定氮仪，瑞典，KUELTEC 1030)；

P的测定：先将有机物 (鱼体)用酸消化然后再用磷铝蓝法测定有机物中的 P。

1.4 底泥中N、P测定

在实验开始和结束时各测定1次底泥中N、P含量。泥样用内径为2 cm的有机玻璃柱采得(约10 cm深的底泥)，在60℃下烘干，经过研磨后过60目分样筛。泥样经H2SO4-K2CrO7消化后，以改良式凯氏定氮仪测定全N；经H2SO4-HClO4消化后，以钼锑抗坏血酸比色法测定全P。

2 结果与验证

2.1 方法的提出

前人对水产养殖N、P污染负荷的计算，主要考虑的输入输出项，即投饵和成鱼的收获，这种估算相对来说是比较粗略的，它考虑的只是养殖对水环境造成的外源污染，实际上，在养殖过程中，由于残饵和养殖体排泄物的沉积，释放出来的污染物质又会对水环境造成二次污染，我们可以称为内源污染。在养殖规模不变的情况下，内源污染会随着养殖时间的增加而不断增大。如果我们把某个围塘当作一个污染源，那么，在一个养殖周期内，该围塘养殖对周围水环境造成的真正污染负荷应该是它向外输送的污染物质净通量。有鉴于此，在海水围塘养殖中，在养殖地点相同而且养殖管理方式基本一样的情况下，不仅要考虑养殖海水中的N、P输送，还应该考虑底泥中N、P的释放或沉积。那么，在海水中的N、P可能包含了饵料中和底泥中的N、P释放，养殖围塘中的底泥可能包含了饵料和海水中的N、P沉积，但不管是释放还是沉积，我们将养殖后的海水和围塘中的底泥中的N、P含量减去养殖前海水和围塘中的底泥中的N、P含量(不管中间过程，类似于灰箱原理)，就是海水围塘养殖的N、P负荷。

根据这个原理，本文在化学分析法的基础上，增加了底泥项，提出海水围塘养殖氮磷污染负荷方法，本文称为“新化学分析法”，计算公式如下：

（式1）

P：污染物排放负荷量

Q1：排出围塘的水量

Q2：年产围塘底泥量

Cout、Cin：出水和进水的污染物浓度

Sd、Sc：养殖后和养殖前围塘底泥浓度

表2　入塘海水和养殖排水化学指标均值

T：混养池实验；C：对照实验（对虾单养池）

2.3 结果

养殖期间进出围塘的海水中N、P浓度和排水量变化见表2。实验前后围塘底泥干物质及氮磷含量变化见表3。

在养殖区，每年要挖出围塘底3-10 cm，实验中，单养组产淤泥较混养组多，我们取5 cm作为混养组每年淤积的底泥量，取10 cm为单养组每年淤积的底泥量。经测算，底泥的密度为1.5 g/cm3。根据新化学分析法公式，就可以得到一个养殖周期内1公顷面积的围塘养殖对周围环境的氮磷负荷：

表3　实验前后围隔底泥干物质及氮磷含量

T：混养池实验；C：对虾单养池对照

2.4 氮磷污染负荷方法的比较与验证

由于在投饵料方式比较单一时，用竹内俊郎法较为方便实用[11]。实验中由于混养组的饵料系数比较难以加权确定，本实验仅用物料平衡法进行比较。

2.4.1 物料平衡法计算氮磷污染负荷

根据“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”的物料平衡定义，可通过营养物的物质平衡方程来间接推算，其一般的平衡方程为：

营养物负荷= 输入饲料中的营养物数量- 输出鱼体中的营养物数量

根据实验数据，得到海水围塘（1公顷）氮磷的污染负荷(表4)。

表4　不同实验围塘氮磷负荷(kg/ha)

T：混养池实验；C：对虾单养池对照

2.4.2 验证

我们以2种方法计算分别估算连云港市2007和2008年度的污染负荷，得到两个年度海水养殖的N、P总污染负荷（混养面积占20%，单养面积占80%计，据连云港市渔业统计年鉴），与环境统计的氮磷排放量数据值作为参照，结果见表5。

表5 2007~2008年连云港市海水养殖N、P污染负荷比较

3 讨论

3.1 氮磷污染负荷2种计算方法的比较

由表5看出，用结果分析用计算出的连云港市海水养殖N、P污染负荷与环境统计的数据较为接近；而物料平衡法则相去较远。主要原因是物料平衡法没有考虑到养殖海水换水过程中的N、P变化和养殖底泥中的释放或沉积，因此，算出的污染负荷偏大。而新化学分析法中海水围塘监测的总氮、总磷的浓度实际上只包含了氮磷污染物的可溶态和悬浮态两者浓度之和，对围塘底泥中的氮、磷含量计算值可能偏小；另外，在本次计算中，氮磷浓度为采集的3次鱼塘水样的平均浓度，由于采集围塘水样次数也偏少，不能很好的反映全年围塘海水氮磷浓度变化，因此，计算的氮磷污染负荷量偏小的可能性较大。

物料平衡法遵循输入围塘的总氮(总磷)量为投入中各种物质总氮(总磷)量和产品体内氮(磷)含量之和，新化学分析法遵循的是产生的污染负荷和原有的污染量之差，从理论上讲均是科学的，但从具体的操作上，用新化学分析法计算的氮磷污染负荷量更符合实际。

3.2 混养和单养氮磷污染负荷的比较

物料平衡法和新化学分析法所计算的氮磷污染负荷中，混养组的氮磷负荷均小于单养组。以新化学分析法计，单独养殖产生的N、P污染负荷均是混合养殖的2倍（N污染负荷为202.9%，P污染负荷为204%）。说明对虾、缢蛏和梭鱼之间的合理搭配混养可以多层次分级合理利用资源，促进物质的转化，提高海水围塘生态系统的物质转换效率，显示出良好的环境效果。

目前，江苏省连云港市海水养殖中，混合养殖面积仅占海水养殖面积的20%左右，若海水混合养殖面积扩大，能占到海水养殖面积的50%，以海水养殖面积40000公顷计，则一年可以减少N污染负荷819.6吨，减少P污染负荷126吨，仅从减少环境污染的角度看，提倡海水混合养殖就十分有意义。

[1] Cooper L.The nitrogen cycle in the sea[J].J Mar Bial Asso,1977,22 (7):183-204.

[2] Acosta C, Morell J,Corredor J. The nitrogen budget of a tropical semi-intensive freshwater fish culture pond[J].J World Aqua Soc,1994,25 (2):261-270.

[3] Boyd C.Water quality in ponds for aquaculture[M].AL USA,Alabama Agricultural Station:Auburn University, 1990.

[4] Krom M,Erez J,Porter C.Phytoplankton nutrient uptake dynamics in earthen marine ishponds underwinter and summer conditions[J]. Aquaculture, 1989,76(4): 237-253.

[5] Schroeder G, Alkon A, Laher M. Nutient flow in pond aquaculture systems[A].In: Brune D E,Tomasso J R. Aquaculture and Water Quality[C].Baton Rouge: World Aquaculture Society, 1991:489-505.

[6] 齐振雄,李德尚,张曼平,等. 对虾养殖池塘氮磷收支的实验研究[J].水产学报,1998, 22(2):124-128.

[7] 竹内俊郎[日].网箱养殖N, P负荷估算[J].国外渔业, 1997(3): 24-26.

[8] 舒廷飞,温琰茂,周劲风,等.哑铃湾网箱养殖环境容量研究Ⅰ:网箱养殖污染负荷分析计算[J].海洋环境科学,2005(2):21-23.

[9] 舒廷飞,温琰茂,陆雍森,等.网箱养殖N、P物质平衡研究—以广东省哑铃湾网箱养殖研究为例[J].环境科学学报,2004,24(6):1046-1052

[10] 黄小平，温伟英.上川岛公湾海域环境对其网箱养殖容量限制的研究[J].热带海洋,1998,17(4): 57-64.

[11] 张玉珍,洪华生,陈能汪,等.水产养殖氮磷污染负荷估算初探[J].厦门大学学报:自然科学版,2003,(42)2: 223-226.

Research on Estimating Nitrogen and Phosphorus Pollution Loads in Seawater Pond Cultural Ecosystem

*LUO Hui1， LI Ting-you2

(1. School of Medicine ，Jinggangshan University, Ji’an，Jiangxi 343009，China； 2. Department of Life Science, Lianyungang Teacher′College, Lianyungang，Jiangsu 222006, China）

A new calculation method of N, P pollution loads –“new chemical analysis method” was proposed through the experimental analysis, comparison and validation studies about seawater nitrogen and phosphorus pollution loads of organic seaculture base in Song Zhuang town. The results suggested that the reckoning of the new method is more realistic, and the pollution loads of seawater enclosed pond aquaculture one ha area one culture period are as follow: polyculture group with nitrogen of 42.1kg, phosphorus of 10.01 kg; monoculture group with nitrogen of 85.4 kg, phosphorus of 20.6kg. and it is proved that seawater polyculture is more efficient than monoculture in material conversion and environmental pollution reduction.

nitrogen and phosphorus pollution loads; seaculture; enclosed pond

X 503.225

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.02.011

1674-8085(2012)02-0041-04

2011-10-15；

2012-01-08

江苏省教育厅“青蓝工程”项目(201027);连云港市“521”计划项目(200903)

*罗 辉(1971-)，男，江西吉安人，副教授，硕士，主要从事生物学研究(E-mail: luohui9898@163.com);

李廷友(1968-)，男，江苏连云港人，副教授，博士后，主要从事养殖生态学研究(E-mail: tingyou1@hotmail.com)