水产养殖对红树林湿地水质影响评价

谭振

海南东寨港国家级自然保护区管理局，海南海口571158

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的一种特殊的植物群落[1]，它提供了多种多样的森林产品、水生物种栖息地、碳库和重要的天然海岸防御，以及减轻海岸带侵蚀和台风活动造成的影响等[2]。然而，随着红树林湿地开发的不科学和水产养殖业的迅猛发展，红树林遭到越来越严重的破坏[3]。20世纪50 年代初至90 年代，中国红树林消失率达68.7%。东寨港国家级自然保护区红树林面积自1959年以来减少了近50%[4]。

近年来，中国对红树林的研究主要集中在红树林生态系统、红树林恢复、红树林生物多样性、遗传学和分子生物学等方面。红树林生态系统是由红树林、细菌和藻类组成的多级净化系统，能有效净化污水，吸收重金属、有机物、氮、磷等营养物质[5，6]。此外，有研究表明[7]，人工红树林系统可以降解虾池中的COD 和TO，红树林污泥的降解速率与有机污染物链长有关[8]。

虽然红树林对污水的净化能力很强，但有研究显示，红树林的自净能力有限。虾池中过量的悬浮固体导致红树林存活率低[9]，沉积物会释放一些耗氧物质，通过消耗溶解氧而导致水质恶化[6]。但是，有研究却表明，污水造成的养分积累不一定会对红树林本身造成负面影响，一定浓度的污水可以促进红树林的生长[7]。

根据这些结论，可能会提出一个问题：哪些养殖类型对红树林湿地的水质有更严重的影响？在所有其他养殖中，对虾养殖的污染物排放量似乎最高，因为饲料利用率低可能导致更多的氮和磷溶解到水中[10]。因此，生态水产养殖是水产养殖的一条创新之路。例如，厦门大学的陈桂珠在红树林地区找到了一种可持续发展的水产养殖方法[11]。

红树林湿地生态服务价值的研究主要集中在评价红树林碳库、净化功能等生态功能所产生的生态效益和经济效益。在水质评价方法上，国内学者采用模糊数学计算模型对水质进行评价，阐述了影子价格模型、边际机会模型和供需价格模型的优缺点，提出了合理水价应包含水资源价值的水价概念[12]。然而，目前水价只包括利润和生产成本。该文将包含水资源价值的模糊数学计算模型应用于水资源价格评估研究。

文章主要通过对比不同研究区域的COD、TN、TP、pH 等水质指标，并以红树林湿地水产养殖的水资源价格与水资源价格进行比较，研究红树林湿地水产养殖对红树林湿地水质的影响。

1 研究区概况

1.1 自然条件

东寨港国家级自然保护区位于海南省海口市(19°57′N～20°01′N，110°32′E～110°37′E)，平均气温23.3℃～23.8℃，年平均降水量为1664mm，总面积为3337.6hm2[13]。东寨港国家级自然保护区红树林是中国唯一一个最原始、最具代表性的热带天然红树林湿地生态系统。保护区内有红树林19 科35 种，伴生种18 科33 种。东寨港国家自然保护区于1992 年被列入拉姆萨尔国际重要湿地公约[14]。

1.2 社会经济描述

21 世纪初期，东寨港红树林国家级自然保护区附近居民经济来源主要依靠养殖业、农业和旅游业。东寨港红树林国家级自然保护区内有25hm2养殖池。据介绍，保护区养鸭可产鸭50 万只，年产量333.35hm2/a。每年从虾、鸭养殖等养殖业中受益近250 万元。

2 方法

2.1 采样点选择

研究选取6 个取样点（分别为2 个虾池、2 个鸭塘及2 个非养殖区的红树林湿地）。

2.2 取样方法

每月从6 个采样点（2012 年9 月～2013 年9月）连续采集54 个水样，每个采样点有3 个重复样本及1 个对照样，取样深度为0cm～20cm。

2.3 分析方法

2.3.1 水质分析方法

化学需氧量（COD）用碱性高锰酸钾测定；总氮（TN）和总磷（TP）分别为GB11893-89 和GB11894-89的方法[15]。用手持式pH 测试仪、温度计测量pH、温度。

2.3.2 水资源价格评估方法

水价受多因素影响。在模糊数学计算模型中，把所有的影响因素都纳入分析是不现实的。文章选取COD、TN、TP、pH 等水质指标对水资源价格进行评价。计算水资源价格的公式：

W：水资源价格；V：水资源价值模糊评价；S：水资源价格向量

水资源价格向量由水资源价格上限决定[16]。根据2010 年海口市的数据，海口市人口为120 万，年人均收入19730 元，年用水量14215 万t，选择0.03作为水价承载力指数。供水成本最低为1.9 元。

P：水资源价格上限；A：水价承受能力指数；E：年人均收入；C：年人均用水量；D：供水成本

将P 分为4 个等距部分，间隔为1.032。因此，水资源价格向量为：

3 结果与分析

3.1 COD 的差异

化学需氧量（COD）是反映水体受有机物污染程度的水质指标，图1 显示了虾池、鸭塘和红树林不同月份水体的COD。

图1 2012 年10 月～2013 年9 月不同样地COD 浓度结果Fig.1 COD Concentration Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

从图1 可以看出，红树林地区的COD 保持稳定，而水产养殖池塘的COD 保持最大的变化范围。差异分析结果表明，红树林地区与养殖池塘的COD 差异显著（P＜0.01）。可见，摄食有机饲料、藻类光合作用和动物残体分解是导致COD 上升的主要原因。另外，海水中的有机物随潮汐而来，是COD 上升的一个不可忽视的原因。受雨季影响，9 月份三个研究区COD 浓度均呈下降趋势，总体上COD 浓度的变化顺序为：虾池＞鸭塘＞红树林区。

3.2 TN 的差异

从图2 可以看出，鸭塘TN 最高，平均为1.89mg/L，最高值出现在5 月份。虾塘的TN 低于鸭塘，而更接近红树林地区。根据差异分析结果，8 个月内虾池TN 与红树林无显著差异（p＞0.05），鸭塘TN 与红树林有极显著差异（p＜0.01）。结果表明，虾池和鸭塘的TN 排放量不同。养殖中的高氮可能来自高蛋白饲料；养殖密度不同是另一个原因；此外，动物残体和粪便（尤其是鸭塘）也会引起TN 的升高。

图2 2012 年10 月～2013 年9 月不同样地TN 浓度结果Fig.2 TN Concentration Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

3.3 TP 的差异

从图3 可以看出，两种养殖类型的TP 均高于红树林。两个养殖池塘的TP 无显著性差异（P＞0.05），但与红树林的TP 有显著性差异（P＜0.01）（或显著性差异（P＜0.05））。这说明两种养殖方式有效磷的输入都能导致TP 的提高，这已成为水产养殖业的普遍现象。另一个原因是动物粪便及其尸体的分解也能使TP 升高。此外，生活污水排入红树林湿地也可能对红树林地区的TP 浓度的升高作出贡献。

图3 2012 年10 月～2013 年9 月不同样地TP 浓度结果Fig.3 TP Concentration Results at Different Sampling Plots From October 2012 to September 2013

3.4 pH 的差异

一般情况下，红树林地区海水的正常pH 略高于7（7.8 至8.5）。pH 易受温度、压力、盐度等因素的影响，其中最重要的因素是养殖过程中产生的某些物质可能引起水体酸化。从图4 可以看出，养殖池塘的pH 变化范围为5.19～8.29，鸭塘的pH 最低（8 月pH=5.19），虾池的pH 最高，5 月的平均值为8.29。在研究过程中，养殖池塘的pH 有一半以上低于7。除7月和9 月外，红树林区的pH 一直接近于7，说明水产养殖降低了海水pH。ANVON 学者发现，养殖池塘pH 与红树林地区高频率存在极显著差异（P＜0.01）（或显著差异（P＜0.05））。另外，在半个研究周期内，两个养殖池塘之间也存在极显著差异（P＜0.01）（或显著差异（P＜0.05））。结果表明，不同的养殖类型导致水体酸化程度不同。该文得出养鸭更容易使水酸化的结论。

图4 2012 年10 月～2013 年9 月不同样地pH 分析结果Fig.4 pH Analysis Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

3.5 N/P 的差异

氮磷比能反映赤潮发生时水体营养状况。这也是藻类受到氮和磷限制的一个重要因素[18]。此外，养殖水体中氮、磷的含量可以反映水体的富营养化程度。氮、磷是藻类的营养成分，氮磷比对藻类的生长有一定的限制作用。Darley 说，高N/P 比（＞30）意味着藻类的数量可能受到磷的限制，当低于5 时，藻类受到氮的限制[19]。从表1 可以看出，各研究区的水质均未出现磷限制现象，而氮限制出现的频率较高。这表明三个研究地点的TP 含量极为丰富。三个研究区的N/P 也有相同的差异，只是两个养殖池的N/P 有时都略高于红树林区。总的来说，养殖池塘的水质比红树林地区更容易爆发藻类，而红树林地区的水质也受到威胁。

表1 不同样地氮磷比结果Tab.1 Results of Different Nitrogen Phosphorus Ratios

3.6 NQI 的差异

NQI=CCOD/C！COD+CT-N/C！T-N+CT-P/CT-P

CCOD：COD实测值（mg/L）

CT-N：总氮实测值（mg/L）

CT-P：TP 实测值（mg/L）

C！COD(3.0mg/L)，C！T-N(0.6mg/L) 和 C！T-P(0.03mg/L)参照相应的COD、TN、TP 评价标准。

营养质量指数（NQI）可以反映水体的富营养化程度。从表2 可以看出，两个养殖池塘的水质大部分时间处于富营养化状态（NQI＞3），尤其是鸭塘，而红树林地区也有一半时间处于富营养化状态。鸭塘水质富营养化最严重，其次是虾池。一半时间内，红树林地区处于中营养状态或贫营养化状态。

表2 不同样地NQI 结果分析Tab.2 Analysis of NQI Results Differently

4 水产养殖与红树林湿地水资源价格对比

4.1 采用模糊数学计算模型进行水质评价

表3 红树林湿地水质情况Tab.3 Water Quality of Mangrove Wetland 单位：mg/L

表4 各单因素标准水平[20]Tab.4 Standard Levels of Each Single Factor 单位：mg/L

经计算，水质因子隶属度形成的矩阵如下：

采用专家经验法确定4 个水质指标的权重（A）。5 位专家的A 值为：A（COD、TN、TP、pH）=A（0.35，0.35，0.25，0.05）。

红树林湿地水资源价格为：

同样的方法计算水产养殖区域的水资源价格：

Ws为1.994 元/m3和Wd为1.930 元/m3，特别是红树林地区，由于赋予了水资源价值，其价格远远高于目前的水价（2010 年为1.55 元/m3）。

5 结论

经过分析，从研究中得出如下结论：

（1）总体来看，养殖池塘的COD 远高于红树林地区，养殖产生的有机污染物较多。

（2）两种养殖方式的TP 含量在相当长的时间内均高于红树林地区，说明两种养殖方式都能提高TP的浓度。

（3）在大部分的研究周期里，养殖池塘的pH 均低于7，而红树林湿地水质pH 除7 月和9 月外一直接近7，养殖降低了水体的pH。此外，不同类型的养殖导致水体酸化程度不同。在该研究中，鸭养殖更容易使水质酸化。

（4）氮磷比表明，各样地水质均不受磷的限制，但受氮限制的频率较高，尤其是在两种养殖池塘中。NQI 结果表明，鸭塘水体富营养化程度最高，虾池次之。在研究中，大部分时间里红树林湿地水质处于中营养或者贫营养状态。

（5）通过模糊数学模型对水资源价格进行评价，发现红树林湿地水资源价格最高，为2.688 元/m3，虾池和鸭塘分别为1.994 元/m3和1.930 元/m3。