海水养殖自身污染机制及其对环境的影响_计新丽

  • 格式:pdf
  • 大小:617.21 KB
  • 文档页数:6

第19卷󰀁第4期海洋环境科学Vol.19,No.42000年11月MARINEENVIRONMENTALSCIENCENov,2000

海水养殖自身污染机制及其对环境的影响

计新丽1,林小涛1,许忠能1,林燕棠2(1.暨南大学水生生物研究所,广东󰀁广州󰀁510632;2.中国水产科学研究院南海水产研究所,广东󰀁广州󰀁510300)摘󰀁要:对近年来海水养殖自身污染方面的研究作了全面的综述,探讨了投饵养殖和非投饵养殖两种类型,特别是贝类养殖、网箱养殖、池塘养殖模式自身污染产生的机制和对水体环境的影响,并提出了防止和减轻自身污染的对策。关键词:海水养殖;自身污染;环境影响中图分类号:X52;S931.3󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1007-6336(2000)04-0066-06Machenismofmaricultureself-pollutionanditseffectsonenvironment

JIXin-li1,LINXiao-tao1,XUZhong-neng1,LINYan-tang2(InstituteofHydrobiology,JinanUniversity,Guangzhou󰀁510632,China;2.SouthChinaSeaFisheriesInstitute,TheChineseAcademyofFisheryScience,Guangzhou󰀁510300,China)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Abstract:Thestudiesonmariculturesel-fpollutioninrecentyearswerereviewedinrespectoffeedingcultureandnon-feedingcu-lture.Thereasonsforsel-fpollutionandtheeffectsonmarineenvironmentofcagefarmingandpondfarmingwerediscussedrespec-tively.Somemeasuresweremadeforreducingandlesseningthenegativeeffectsofsel-fpollution.Keywords:mariculture;sel-fpollution;effectsonenvironment󰀁󰀁一直以来,在水产养殖与环境的相互关系上,人们都较重视环境对养殖的影响[1~3],而对水产养殖所产生的负面影响关注不够。近年来,养殖产业规模不断扩大,养殖方式也由半集约化向高度集约化发展,养殖的自身污染问题逐渐显露且日益突出。养殖污染物的排放、沉积可引起水体富营养化,造成水质恶化,严重时导致养殖生态系统失衡、紊乱乃至完全崩溃。国外自80年代初、国内自90年代后陆续发表了不少有关报道,诸如养殖污水对附近海域的环境影响和生态效应[4~6],海水鱼虾养殖引起水体水质恶化[7~12],水产养殖造成水域生物多样性和生境减少[13],网箱养殖区投饵对附近海域造成的营养盐负荷成为赤潮发生的诱因、导致鱼虾大量死亡[14,15]等。本文将从投饵养殖和非投饵养殖两方面对海水养殖自身污染的研究进行综述。1󰀁养殖类型及特点1.1󰀁非投饵和投饵集约化养殖根据系统获取能源特点,养殖生态系统可分为自养和异养生态系统。前者主要靠太阳辐射直接获得能源,养殖过程不需投放饵料,是开放的生态系统;后者则主要靠人工投饲来提供能源,也称为人工营养型生态系统[16]。

收稿日期:2000-02-21,修改稿收到日期:2000-03-15基金项目:中国科学院大亚湾海洋生物综合实验站基金资助项目(P9908)作者简介:计新丽(1972-),女,河南周口人,硕士,助研,主要研究方向为水生生物学。目前世界上的海水养殖系统,无论其属于自养还是异养,大多都已进入半集约化或集约化养殖(半精养或精养),其养殖过程在一定程度上都受到人为的调控,可从投饵与否加以区别。1.2󰀁养殖场的地理特征一般海水养殖场多选在沿海半封闭的内湾,风浪小,水流较缓,有利于网箱、浮筏的架设,也减少风浪、水流对养殖池塘的塘埂、堤围的冲击。但这种半封闭的地理特征,使得湾内外海水交换速率缓慢,养殖业产生的污染物,如残剩饵料、排泄废物等不易转移和扩散,导致养殖自身污染的发生。2󰀁非投饵集约化养殖的自身污染及其对环境的影响这类养殖生态系统常见的有海藻养殖系统、贝类养殖系统等。对于海藻养殖系统,人们只需投入苗种,即可利用太阳能和水体的营养物质生产出经济产品[16],该类系统可在一定程度上减轻水体的营养负荷,但在集约化养殖条件下,由于海藻有可能影响到水体的碳酸盐平衡,导致养殖海区局部水域pH值升高。此外,密集的藻体还会阻碍水流、降低海水交换速率等。本文重点以滤食性贝类为例,说明引起贝类养殖自身污染产生的一些重要因素。2.1󰀁贝类养殖的生物沉降及其他生态效应滤食性贝类通过过滤水体中浮游植物和有机颗粒而摄食,并通过排粪作用把废物排入海水中,沉积到水体底层。在荷兰Wadden海贝类分布的区域,每周约43%的浮游植物被转化为贝类的粪便或伪粪[17],胶洲湾筏式养殖的扇贝每日废物排泄量约8.2~12.0kg/hm2,一年内可达4000~6000t(养殖面积为1333.3hm2,6000笼/hm2,270个贝/笼)[11]。有机物在底层的堆积促使微生物活动加强,增加了底质的氧需求量,造成缺氧或无氧环境[18],促进了脱氮和硫还原反应[19,20]。微生物的活动还可加速无机盐从底质向水体的释放,加快水体营养盐循环的速度[21]。生物沉降的另一个作用是改变了底栖生物群落结构[22]。Tenore[18]、Kaspar[20]对贻贝养殖区的调查发现,和对照区相比,养殖区底栖动物种类大大减少,而耐缺氧的多毛类开始占优势。另一方面,贝类的摄食压力对浮游植物的繁殖有控制作用[23],Officer的latka-Volterra方程及桑沟湾贝类的研究都表明浮游植物的生物量与贝类滤水率成反比关系[22]。由于贝类养殖的以上生态效应,使养殖水域成为一个独特的生态系统,同时在水动力的作用下,对周边水域生态系统也产生影响[22]。2.2󰀁自身污染的形成和对环境的影响对贝类养殖海区自身污染的形成起决定性作用重要因素有两个:(1)贝类的生物沉降作用和由此引起的养殖水域营养物滞留,造成该养殖区及近邻海域水体的底质缺氧、水质恶化。梁玉波等对海湾扇贝的研究表明,来源于贝类代谢物(主要为粪便)的有机和无机氮造成养殖的自身污染,导致水体pH值和DO下降,COD和BOD增加,以及病原微生物弧菌的大量繁殖[24]。当养殖区自身污染程度超过水体自净能力或者环境容纳量时,便会导致养殖贝的大量死亡[25,11]。(2)养殖区筏架对海流的阻碍造成水体交换和物质循环减慢。据报道,桑沟湾贝类悬浮式养殖使潮流速度比养殖前减小约35%~40%[22],蓬莱芦洋湾浅海筏式养殖面积从1976年的180hm2扩大到1990年的476.7hm2后,其大潮期5m水层最大流速和最小流速分别从46cm/s和16cm/s降至16cm/s和2cm/s[21];Grenz也报道Than湾养殖海区的流速由于贻贝筏架过密而减少约半[23]。可以说,贝类养殖自身污染的形成和程度即是以上因素和其他一些因素,如水文、气象等综合作用的结果。在海流流速大的区域,水体交换和物质循环较快,可将粪便、CO2、多余的营养盐等及时带走,有助于减少自身污染形成的可能性和污染程度,而在养殖面积和密度67第4期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁计新丽等:海水养殖自身污染机制及其对环境的影响较大的养殖区则易造成自身污染且较难缓解。3󰀁投饵集约化养殖的自身污染和环境影响投饵养殖主要有网箱养殖和池塘养殖两种形式。饵料的投入和残饵的生成是促成养殖自身污染的一个重要因素。从生态系统结构而言,由于养殖对象单一,生物组成简单,且人工所投饵料是养殖对象的主要食物来源,从而使整个系统营养层次减少,物质循环和能量流动在一定程度上受阻或某些环节被切断,正常的食物网链也因生产者和消费者之间的结构不合理而难以发挥应有的作用[26]。这些都造成系统的稳定性差,自身调节能力弱,其生态平衡及结构和功能的完善很大程度上要依靠人工调节,因而很容易引起一系列的紊乱和环境问题。3.1󰀁池塘养虾虾池生态系是一个半人工控制的生态系[27]。人工放养使被养殖虾种群成为该系统中的绝对优势种群,人工投饵是主要能量来源[28]。同其他人工养殖生态系一样,虾类养殖中也存在着残饵不断产生的问题,残饵是对虾养殖自身污染的主要来源。杨逸萍等[29]报道人工投饵输入虾池的N占总输入N的90%左右,其中仅19%转化为虾体内的N,其余大部分(62%~68%)积累于虾池底部淤泥中,此外尚有8%~12%以悬浮颗粒氮、溶解有机氮、溶解无机氮等形式存在于水中。即使是在管理得最好的养虾场,也仍会有多达30%的饲料从未被虾摄食[30],其中所溶出的营养盐和有机质是影响养殖水环境营养水平甚至造成虾池自身污染(俗称虾池老化)的重要因子。孙耀等[31]将虾塘有机质自身污染速率定义为:在对虾养殖期间,从养殖水体垂直迁移至虾塘底部的颗粒态有机质总量,其中不包括重新溶入水中部分。养殖中大量残饵的生成,致使新、旧虾塘投饵区的自污速率都大大高于非投饵区。虾池残饵和排泄物等有机物在海水中经微生物分解后还可产生大量氨氮,而氨氮是养虾池中普遍存在的毒性物质,不仅在高浓度时对虾体有致死作用,即使在安全浓度范围内也显著影响虾体的生理功能,如增加对虾的氧耗,阻碍其N排泄,降低其ATPase活性,破坏其渗透调节能力;更重要的是,对虾在氨氮的胁迫下,抗病力下降,更易发生疾病[32]。同贝类养殖相似,虾塘底层残饵腐解也会引起海水DO和pH值的下降,杨庆霄等[33]通过模拟实验,表明过量虾饵在池底分解使海水的DO在24h内由8mg/L下降到零,pH值由8下降到6。虾类养殖业自身污染的形成因素归结为以下5点[34]:虾池集中连片,导致换水条件不良;高密度养殖造成严重缺氧;投喂缺乏科学性;饵料质量差;生态结构单一,自身调节平衡能力差。孙耀等[35]还发现,新生残饵溶出的N、P营养物质是对虾养殖水环境及其邻近浅海环境的主要污染源。Suvapepun[15]1995年对泰国Inner湾养虾场的养殖面积和该海湾的平均N浓度的研究发现,二者间呈正相关,说明Inner湾的硝酸盐可能来自于养殖场的N排放。虾池排出的污染物已超过了附近海域的初级生产力,引起水体富营养化。在一些地区,养虾场所排出的污染物已超过了附近海滨水体的接收能力[30]。3.2󰀁网箱养鱼和池塘养鱼随着世界人口,特别是发展中国家人口的不断增长,对蛋白质的需求量也日益增加。半数发展中国家的人从海鱼获得其约30%或更多的蛋白质[36]。因此网箱养鱼和池塘养鱼成为主要海产品养殖形式,并迅速发展。饲料是网箱精养鱼类的主要营养来源。但无论是以小杂鱼粉碎而加工成的鱼糜还是现有研制的配合饲料,投喂后都不能被充分利用[37],未摄食部分和鱼类粪便进入水体,沉积到底层。日本的鱼师鱼网箱养殖场沉积率为5kg/m2󰀁a[38],Merican等曾报道网箱养殖虹鳟68󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁海󰀁洋󰀁环󰀁境󰀁科󰀁学󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第19卷固态废物的沉积率为149.6g/m2󰀁d[39]。以饵料和鱼苗形式人为输入海水网箱养鱼系统中的N只有27%~28%通过鱼的收获而回收,有23%积累于沉积物中[29]。底质的有机物富集的效应之一便是其中的异养有机体耗氧增加[5],对沉积物进行分解,放出N、P等无机营养物,刺激水生植物和藻类的生长,在缺氧的情况下还释放有毒的NH3和硫化物,妨碍鱼类的生长和健康[40]。由于溶解性无机氮(DIP)是沿岸浮游植物生长的限制性营养盐[41],网箱养殖区人工投饵活动为附近海域带来的N、P、维生素及Fe、Mn等微量元素的数量,特别是N营养盐,还为浮游植物的增殖和赤潮的发生提供了必要的物质基础[42]。投饵精养渔业引起的有机污染和危害也相当严重。杨美兰等[43]对大鹏湾南澳网箱养殖区的营养盐含量以及其他水质指标的研究表明,部分养殖区有机污染指数(A)大于4,出现严重的有机污染现象。因此,无论是网箱精养还是池塘养鱼都会产生相当数量的有机和无机废物,并不断排入周围环境[5],增加了对环境的压力,其所产生的有害反馈还可能对渔场经济产生不利影响。另外,和贝类的自身污染相类似,鱼类养殖也会影响其底栖群落的变化,通过研究富营养化对底栖群落的影响,发现随着底栖氧饱和度的改变,底栖生物类群不断地发生演替。这主要是底质有机物富集,耗氧增加,当需氧量超过供应量时,底质会变为无氧态,从而改变了底质的化学和生态学环境[5,42,44]。4󰀁海水养殖自身污染的防止和对策综合起来,防止和减轻海水养殖自身污染应从以下几方面考虑。4.1󰀁科学规划,合理确定养殖容量海湾或沿海水产养殖环境容量可理解为:水域在它的功能规划和用途确定的水质指标及水动力条件下所能承受的水产最大养殖纳污量[45]。在经济效益的刺激下,许多养殖自污都是养殖超标的结果。因此,确定养殖容量是养殖业可持续发展的需要。目前对各种养殖的养殖容量的研究正在进行,并有不少报道[45~53],其中贝类方面的研究较多。杨红生等[48]将贝类养殖容量研究的方法归纳为:借助于实验海区的养殖历史资料;根据实验海区的环境条件,如水流速度、水交换率、浮游动物或浮游植物现存量等;以能量为基础的养殖容量模型;生态动力学模型等。通过养殖容量的研究可将养殖密度控制在水体承载量以内[54],使养殖污染物不致于超过水体自净能力,如水交换所能提供的物质循环通量、水体中其他生物对多余营养盐的吸收能力等。4.2󰀁调整优化养殖结构进行藻类间养,降低水体营养负荷。根据集约化养殖水体营养水平较高的特点,可以利用大型海藻吸收多余营养盐,进行养殖动物和藻类的间养,可随着藻类的收获降低水体的有机和营养负荷,同时提高养殖的经济效益和生态效益。目前多见的有贝藻混养、虾藻混养、鱼藻混养等。例如,海带与贻贝间养,其收入比同类海区单养海带提高47%,比单养贻贝提高2倍多;海带与扇贝间养,其收入比单养海带提高3.5倍,比单养扇贝增加29%[55]。李永祺[56]还提出虾贝混养,利用滤食性贝类清除虾池中的颗粒有机物和微型藻,此举还可降低虾的发病率。发展海底增养殖,利用和减少底层沉积营养物质。精养过程中的残饵及养殖动物的代谢产物大部分沉降到养殖区底部及底质中,使底部的有机碎屑、生物群落相当丰富。通过投放人工鱼礁、底播苗种等方法,可以发展鲍鱼、海胆、海参等底栖经济种类的增养殖,是一项投资少、效益高、潜力大的新的养殖途径[21],同时也可以因此降低水体底层的自身污染。4.3󰀁改进投饵技术,提高饲料质量残剩饵料的生成是形成养殖自身污染的69第4期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁计新丽等:海水养殖自身污染机制及其对环境的影响