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)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心生態(tài)修復(fù)是自從20世紀80年代以來，隨著城市化進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)境保護政策執(zhí)行力度的加強將會得到大幅度的進步。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70年代，至今仍以進水渠+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，從而進一步增強養(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

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)酶的催化作用和細胞膜的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響，并破壞排泄系統(tǒng)和浸透平衡，導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展。雖然總氮無法去除，但硝酸鹽氮對魚類的毒性遠小于前兩者(Martinsetal，2022)。在可控制的生態(tài)風險范圍內(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，并選擇性地為養(yǎng)殖生物提供了新的蛋白來源，進步了飼料的

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，魚-菜共生;這項綜合效益較高的有機耕作形式，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，詳細形式是以牧草作飼料(對于草食性魚類)，以畜禽