海湾扇贝养殖自身污染对养殖海区生态环境的影响

2018-08-24沈雨欣李书杰李希磊杨俊丽崔龙波

渔业研究 2018年4期

沈雨欣，李书杰，李希磊，于潇，杨俊丽，崔龙波

(烟台大学生命科学学院，山东烟台 264005)

海湾扇贝(Argopectenirradias)原产于美国东海岸，自1982年由张福绥引进养殖以来，发展迅速，取得了巨大的经济效益、社会效益和生态效益[1]，并形成了我国独具特色的海水养殖产业。据统计，到1998年我国海湾扇贝养殖面积接近7 000 hm2，养殖产量约30×104t[1]。近年来，由于国外优良海湾扇贝品种的引进和育种技术的改进，海湾扇贝养殖规模迅速扩大。但随着养殖年限的增加，养殖病害越发严重，其中最重要的原因之一是养殖自身污染问题。在我国近海海域，浮筏养殖的海湾扇贝粪便每年都大量堆积于海底，年复一年，养殖自身污染逐渐加剧，养殖环境不断恶化，因而海湾扇贝养殖病害也就时有发生[2]。海水养殖正成为近岸海域的重要污染源，生态环境遭到一定的破坏。目前很多国内外的研究[3]，通过科学化、合理化养殖结构及控制养殖规模，希望改善养殖海区生态环境，实现海湾扇贝养殖的可持续发展。本文分析了海湾扇贝自身污染原因及其对养殖海区生态环境的影响，以期为生态环境的改善提供理论基础。

1 海湾扇贝养殖自身污染

1.1 生物沉降

贝类的生物沉降作用和由此引起的养殖水域营养物滞留，会导致该养殖区及邻近海域水体的底质缺氧、水质恶化[4]。海湾扇贝是一种滤食性动物，通过过滤水体摄取浮游植物和有机颗粒，但并非水体中全部颗粒物都被其过滤，其中未被过滤的部分产生假粪，而被过滤却无法消化的部分通过粪便排出，假粪与粪便统称为生物沉积物，它们的的沉降即为生物沉降[5-6]。

海湾扇贝多为筏式养殖，在生物量大的养殖区域，贝类摄食量大、排泄物多[2]，通过生物沉降将大量悬浮物包括本应悬浮的有机物运至水体底层，这些有机物在水底的堆积加强了微生物的分解活动，使底质对氧的需求增加，一旦沉积物累积到一定程度，超出了水体环境的最大容纳量，就会产生无氧或缺氧环境[5]，促进脱氨和硫还原过程，进而导致无机营养盐从底质到水体的加速释放[6]，极大地增加了海水富营养化的可能。

1.2 养殖密度

梁玉波等[2]对海湾扇贝的研究表明，来源于贝类代谢物(主要为粪便)的有机氮和无机氮会造成养殖的自身污染[4]。在有限的养殖范围内，若增加生物投量，意味着养殖密度增大，海湾扇贝排泄物随之增加，加上其筏式养殖的方式改变了水体流速和水流方向，使水体交换与物质循环的速度大大减慢[3]，导致海水不能实现及时的自身净化，无法把海水里的粪便及多余的营养盐等污染物带走，使养殖区域内悬浮物的淤积更加严重，长此以往便会导致附近水域水质恶化，滋生大量繁殖性病原微生物弧菌，引起自身污染。有研究证实，某些海湾地区由于高密度养殖而产生的残饵和粪便等废物很可能刺激近海赤潮发生[3，7]。

养殖密度过大势必导致部分海湾扇贝摄食不足或无食可取，其体质下降在所难免，一旦环境不适，患病或死亡的可能性便会加大，部分扇贝的死亡也可能诱发大批扇贝的死亡，造成养殖水域的污染并诱发病原生物繁殖，产生恶性循环，故合理控制养殖密度对防治海湾扇贝养殖自身污染具有一定的作用。

2 海湾扇贝养殖对养殖海区生态环境的影响

2.1 海湾扇贝养殖对养殖海区水质的影响

2.1.1 溶解氧(DO)含量降低

溶解氧(DO)是溶解于水中的分子态氧，水中DO含量的多少是衡量水体自净能力的一个指标。水质良好的水体DO含量应维持在5～10 mg/L，海湾扇贝养殖所需DO含量不应低于5 mg/L。一旦水体的耗氧速度超过氧的补给速度，水体中的DO含量就会不断减少[3]，就难于恢复到初始状态。在高密度养殖区，海湾扇贝呼吸要消耗大量的DO，散失在水体中的排泄物也需要消耗大量的DO而氧化分解；在养殖生态系统中，有机污染物主要来源于养殖贝类的粪便和未及时摄食掉的饵料，自身有机污染越严重，耗氧量也就越大[2]，陶平等[8]的模拟研究也证明了这一点，因此，养殖水体中的DO含量通常低于非养殖区[3]。

2.1.2 酸碱度(pH)降低

2.1.3 总氮(TN)浓度和总磷(TP)浓度升高

2.1.4 营养盐的再生

杨红生等[9]认为滤食性贝类通过生物性沉积，导致有机沉积物的增加，以及养殖过程中死亡生物体的沉降分解，加速了底质氧的消耗，减少间隙水中氧的含量，加速硫的还原和脱氮作用，产生H2S和NH3等有害物质[10]。一方面，扇贝摄取浮游植物后直接排出代谢中产生的氨氮和磷酸盐等废物，供浮游植物生长利用；另一方面，由于微生物活动增强，扇贝的排泄物进入底层后被分解，向水中释放营养盐或脱氮产生N2[11]，加速了贝床沉积物中营养盐的再生。杨卫华等[12]认为扇贝养殖期形成的生物沉积长期存在，并对养殖海区水体的营养盐浓度和循环产生一定的影响。

2.1.5 叶绿素a含量减少

叶绿素a通过光合作用将无机碳转化为基本有机物质，是判断海区水域可养育生物资源能力的直接指标之一[13]，决定着所能承载海湾扇贝的养殖量。董双林等[14]对海湾扇贝在海水池塘中的研究，发现放养海湾扇贝的围隔(密度在1.0、2.0、3.0、4.0个/m2)中叶绿素a含量均有不同程度的下降，最多达6 %。在10月，养殖海区扇贝个体长大、摄食量增加，叶绿素a降到全年最低值；在扇贝收获后的11月，叶绿素a的含量有所提高[13]。海湾扇贝的摄食对叶绿素a的含量有一定的影响。

2.2 海湾扇贝养殖对养殖海区浮游植物的影响

2.2.1 浮游植物多样性指数

海湾扇贝对浮游植物进行滤食性摄食，产生下行控制，使养殖海区的浮游植物生物量减少[14]。另外，扇贝养殖时间的增加和养殖面积的扩增，使养殖海区水体富营养化、水质恶化、光照相应减少，浮游植物的生长受到抑制[15]。据文献报道[16]，滤食性贝类只摄食含有特种形式脂肪酸的藻类，而少摄食或不摄食含有毒素或不易消化的藻类，而且不同种类和不同大小的滤食性贝类所选择滤食的藻类也不同。浮游植物的摄食压力和生长受制，使浮游植物多样性指数逐年降低。

2.2.2 浮游植物的群落结构

赵宇等[15]对河北昌黎扇贝养殖区浮游植物进行研究，发现扇贝养殖面积不同，每年的优势种和优势度也各不相同，高密度贝类养殖还会改变浮游生物的群落结构[11]。不同大小的海湾扇贝对浮游植物的摄食规格选择性不同[17]；在扇贝生长的不同时期，养殖海区的营养盐的浓度和比例不同，以及每种浮游植物生物量不同，因此浮游植物的群落结构也随之改变。研究发现浮游微型植物对高浓度的氨盐、硝酸盐和有机氮具有一定的适应性，通常高浓度的氨会抑制浮游藻类对其它氮盐的吸收，而微型浮游植物的氨抑制阈值大于小型藻类，能够吸收其它的含氮营养盐，如硝酸盐和尿素等[6]，因此微型浮游植物得以生长，在群落中占据的比例也就相应增大。

2.3 海湾扇贝养殖对养殖海区水动力特征的影响

海湾扇贝是浮筏式养殖，其养殖结构减缓海水表层流速，降低养殖区水体的交换率，而且其自身也对水流产生阻力，当养殖面积和养殖密度达到一定规模，其对水体流动的影响累积增大，从而降低海流速度，使养殖海区水动力特征发生改变[18]。

3 海湾扇贝养殖的可持续发展及沿海生态环境的保护

海湾扇贝养殖过程中产生的自身污染，造成了其养殖水域水质恶化，对沿海生态环境产生了一定的负面影响，针对这些问题，必须采取科学合理的方式和有效的措施来防止或减少海湾扇贝养殖引起的污染，保护沿海生态环境。

3.1 海湾扇贝养殖自身污染防治措施

3.1.1 科学合理规划，控制养殖规模

密集养殖必然导致海湾扇贝摄取营养不均，且超出水体自身的净化能力，因此必须对养殖水域进行科学规划，在已有的生态研究基础上，根据调查水域的各项指标，确定养殖水体对营养元素的负载能力；确定水体的养殖容量[3]；在水域达到水质指标要求及良好水动力条件下，确定合理的养殖密度，控制养殖规模，进一步提出不同类型海区的养殖模式，对养殖种类和养殖密度提出科学根据[19]，使水域承受得起所能达到的最大养殖纳污量，或者说使养殖自身污染能够控制在水体自净的能力范围之内，以保障海湾扇贝养殖的可持续发展。

3.1.2 优化养殖结构，改进养殖技术

进行藻类间养，利用大型藻类可以吸收多余营养盐的特性，降低水体的有机物和其他营养物质负荷，同时提高养殖的经济效益和生态效益[6]；发展海底增养殖，利用养殖过程中沉降的代谢产物，作为底栖类生物的营养物质，既清洁了水体环境，又能减少底层的自身污染。

海湾扇贝的生活习性是喜静不喜动，在其壳高0.8～1.0 cm时足丝脱落，就失去了自我附着能力，在养殖吊笼中随着风浪颠簸而不能保持平衡和稳定，从而产生聚堆现象，增加了扇贝间相互咬合的机会，咬合后的扇贝轻者出现畸形，影响生长，重者导致死亡，所以增强网笼在水中的稳定性十分重要[20]。

此外，还要根据生物与环境的辩证关系，因地制宜开辟新的、更多的养殖种类。在实践中不断改进养殖技术，使海水贝类养殖稳定、健康地发展[19]。