池塘環(huán)境修復(fù)探索

1、池塘環(huán)境修復(fù)探究 宋超 陳家長 裘麗萍 孟順龍 范立民 胡庚東 單位：中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心生態(tài)修復(fù)是自從20世紀(jì)80年代以來，隨著城市化進(jìn)程的加快和城市生態(tài)環(huán)境的一步步惡化，漸漸的成為生態(tài)學(xué)一個重要的研究分支。目前，生態(tài)修復(fù)仍然是國內(nèi)外各國一個重要的研究熱點，許多國家都近年來由于水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴(yán)重，大水面圍網(wǎng)養(yǎng)殖、圍欄養(yǎng)殖等的取締及退魚還湖;等政策的執(zhí)行，使得池塘養(yǎng)殖在中國淡水養(yǎng)殖業(yè)中占有極其重要的地位(Caoetal，2022)。據(jù)?2022年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒?數(shù)據(jù)，池塘養(yǎng)殖面積占淡水養(yǎng)殖面積(還包括湖泊、水庫、河溝、稻田及其他養(yǎng)殖面積)的43%(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局，2022

2、)，這一數(shù)據(jù)隨著中國環(huán)境保護(hù)政策執(zhí)行力度的加強(qiáng)將會得到大幅度的進(jìn)步。然而，傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖本身也不可防止地對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染(Peteretal，1997)。中國的池塘養(yǎng)殖形式開展于20世紀(jì)70年代，至今仍以進(jìn)水渠+養(yǎng)殖池塘+排水渠;為主要形式。隨著養(yǎng)殖程度的不斷進(jìn)步，單位水體的漁獲量也隨之增加，但是大量的飼料投入和魚類代謝產(chǎn)物的積累導(dǎo)致池塘內(nèi)源性污染加重，養(yǎng)殖廢水的排放也大大加劇了周圍水體的富營養(yǎng)化程度。因此，池塘養(yǎng)殖的環(huán)境問題已成為制約中國淡水養(yǎng)殖開展的重要因素之一(胡庚東等，2022)，池塘養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究日益受到重視。目前，池塘養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要分為兩類，一個是原位修復(fù)技

3、術(shù)(邴旭文等，2001;Lietal，2022;陳家長等，2022;宋超等，2022)，也可稱為立體修復(fù)。其原理主要是在養(yǎng)殖池塘水體上層通過生物浮床栽種水生蔬菜或其他超積累植物，在水體中層投放生物刷為可以進(jìn)展硝化作用的有益微生物提供固著場所，促其大量繁殖，從而進(jìn)一步增強(qiáng)養(yǎng)殖水體的氮循環(huán)，在水體下層投放螺絲、貝類等水生動物，促進(jìn)池塘營養(yǎng)物質(zhì)的多級利用等，這些方法的主要目的是為池塘水體中多余的營養(yǎng)物質(zhì)提供新的歸趨，使池塘水質(zhì)得以穩(wěn)定，并進(jìn)一步降低養(yǎng)殖的產(chǎn)排污系數(shù)。另一個是異位修復(fù)技術(shù)(陳家長等，2022;武俊梅等，2022)，亦可稱為平面修復(fù)。其原理主要是把養(yǎng)殖廢水排出養(yǎng)殖池塘，引入凈化單元對其進(jìn)

4、展凈化處理，處理后的水也可被循環(huán)用來養(yǎng)魚。就中國目前的池塘養(yǎng)殖生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展來看，原位修復(fù)技術(shù)主要以魚-菜共生養(yǎng)殖形式為代表(吳偉等，2022;陳家長等，2022;李文祥等，2022;宋超等，2022)，異位修復(fù)技術(shù)主要以循環(huán)水養(yǎng)殖形式為代表(劉興國等，2022;胡庚東等，2022;Zhangetal，2022)。本文從池塘水體富營養(yǎng)化的角度，以池塘水體的氮循環(huán)為切入點，評述了這兩種養(yǎng)殖池塘環(huán)境生態(tài)修復(fù)形式。1池塘養(yǎng)殖的內(nèi)部污染與外部污染氮失衡是池塘環(huán)境問題之一。池塘養(yǎng)殖產(chǎn)生污染主要來源于殘餌和魚體排泄物，根據(jù)池塘養(yǎng)殖水體的氮循環(huán)過程(圖1)可以看出，由于硝化細(xì)菌硝化速度很低，而使亞硝

5、酸鹽、銨氮濃度過高;另一方面，浮游生物生長所需要的硝酸鹽含量較少。因此養(yǎng)殖中后期池塘水質(zhì)狀況相對于前期較差。氮失衡對池塘養(yǎng)殖造成內(nèi)部污染和外部污染的影響也是不同的。池塘水體內(nèi)部污染問題主要集中在銨氮和亞硝酸鹽氮，一般在9、10月時濃度到達(dá)一個養(yǎng)殖周期的最高值(宋超等，2022)。水體中濃度過高的氨對魚蝦體內(nèi)酶的催化作用和細(xì)胞膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并破壞排泄系統(tǒng)和浸透平衡，導(dǎo)致魚類極度活潑或抽搐，失去平衡，無生氣或昏迷等(Spenceetal，2001;Randalletal，2002)。而過高濃度的亞硝酸鹽會導(dǎo)致魚蝦血液中的亞鐵血紅蛋白被氧化成高鐵血紅蛋白，而后者不能運載氧氣，從而抑制血液的

6、載氧才能，造成組織缺氧，魚類攝食才能低甚至死亡(Jensenetal，2022;Kroupovaetal，2022)。因此通過加快水體中氮的硝化作用，促進(jìn)硝酸鹽氮的生成是解決此問題的方法之一。國外的工廠化循環(huán)水系統(tǒng)(recirculatingaquaculturesystem，RAS)中生物過濾器的設(shè)置正是基于此原理，即將氮循環(huán)中硝化作用的模塊引入生物過濾器中進(jìn)展。雖然總氮無法去除，但硝酸鹽氮對魚類的毒性遠(yuǎn)小于前兩者(Martinsetal，2022)。在可控制的生態(tài)風(fēng)險范圍內(nèi)(Constableetal，2022)，池塘養(yǎng)殖對外界環(huán)境造成的污染主要是總氮、總磷等富營養(yǎng)化物質(zhì)的排放。據(jù)第一次全

7、國污染源普查公報的數(shù)據(jù)顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)總氮和總磷的排放量分別為8.21萬t和1.56萬t，分別占總污染源的1.74%和3.69%，占農(nóng)業(yè)污染源的3.04%和5.48%，而漁業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的9.32%。因此，漁業(yè)單位產(chǎn)值造成的污染相對來講是較低的。2原位修復(fù)技術(shù)魚-菜共生形式;與生物絮團(tuán)技術(shù)的比擬魚-菜共生形式是近幾年來池塘原位修復(fù)技術(shù)開展較為成功的例子之一。其原理正是為池塘水體的氮循環(huán)找到了一個新的歸趨(圖2)，即水生蔬菜。與此原理相似的，還有生物絮團(tuán)技術(shù)(圖3)(Crabetal，2022)，該技術(shù)將附加的碳源和過剩的氮轉(zhuǎn)化為生物絮團(tuán)，并選擇性地為養(yǎng)殖生物提供了新的蛋白來源，進(jìn)步了飼料的

8、轉(zhuǎn)化效率。比擬這兩種原位修復(fù)技術(shù)，前者比后者的操作更加簡單，且經(jīng)濟(jì)效益更好。更重要的是，由于土地資源匱乏，中國的農(nóng)業(yè)消費面臨生態(tài)與資源的雙重危機(jī)，魚-菜共生;這項綜合效益較高的有機(jī)耕作形式，使種植業(yè)和水產(chǎn)業(yè)在減排和節(jié)約資源的目的下得到了有機(jī)的配合與統(tǒng)一(陳家長等，2022)。3異位修復(fù)技術(shù)循環(huán)水養(yǎng)殖形式與綜合養(yǎng)魚形式的比擬以循環(huán)水養(yǎng)殖形式為代表的異位修復(fù)技術(shù)的構(gòu)造應(yīng)包括兩局部，一是養(yǎng)殖池塘，另一個是凈化單元(圖4)。養(yǎng)殖池塘根本類似，只是具有養(yǎng)殖品種的差異。而凈化單元各有不同，可以是構(gòu)建的人工濕地(吳振斌等，2022;陳家長等，2022a，2022b;于濤等，2022;武俊梅等，2022a，2022b;胡庚東等，2022)，可以是現(xiàn)有的稻田(陳柏湘，2022)、藕塘(李谷，2022)，也可以是工程化的生物過濾器及其他凈化部件(Crabetal，2022;Martinsetal，2022)。該形式基于物質(zhì)循環(huán)理論實現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用和養(yǎng)殖廢水的零排放，但也區(qū)別于綜合養(yǎng)魚形式(圖5)(蔣高中，2022)。綜合養(yǎng)魚是以養(yǎng)魚為主，漁農(nóng)牧綜合經(jīng)營及綜合利用的消費形式，詳細(xì)形式是以牧草作飼料(對于草食性魚類)，以畜禽