池塘养殖污染负荷核算方法研究及比较分析

AccountingmethodsandcomparativeanalysisofpollutionloadfromanaquaculturepondLILi-fen1,2,XUYun-qiang1,2,SUBao-lin1,2*,QIAOFei3*,LEIKun3,HEJing-yi1,2（1.CollegeofWaterScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.BeijingKeyLaborofUrbanHydrologicalCycleandSpongeCityTechnology,Beijing100875,China；3.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalScience,Beijing100012,China）Abstract：Ascientific,accurate,andquantitativeanalysisofwatermanagementandpollutionloadisveryimportantforpollutioncontrolandloadreductionofpondaquaculture.Inthisstudy,existingpollutionloadaccountingmethodswereinvestigated,adaptabilityevaluationandpollutionloadcalculationswereconducted,andthechemicalanalysismethodswasimproved.Theresultsshowedthefollowingincreas⁃ingorderofpollutionloadscalculatedbydifferentmethods：pollutionloadratemethodTakeochimethodMassbalancemethodpollutantdischargecoefficientmethodchemicalanalysismethod.Thepollutionloadscalculatedbythethreemethodsbasedonthemassconserva⁃tiontheoryweremuchhigherthanthatbythechemicalanalysismethodanddischargecoefficientmethod.Thisindicatesthatfishfeedre⁃sidualsedimentcontributesmorepollutantloadtotheexternalenvironmentofthepond.Thecalculationofloadsbytheimprovedchemicalanalysismethodshowedthatfishfeedwasthemainsourceofthepollutionloadinthepond,andtheproportionsofTNandTPinthesedi⁃mentwereabout60%and85%ofthetotalpollutionload,respectively.Ourresultsindicatedthatpondwaterandsedimentmanagementhavealargeimpactonpollutionloadaccountingresults,andthatimprovedchemicalanalysiscanquantitativelyreflecttheimpactoftotalaquacultureproduction,water,andsedimentdischargeontheexternalenvironment.Keywords：pondculture;pollutionloadaccounting;adaptabilityevaluation;improvedchemicalanalysismethod2019，38（9）:2174-21832019年9月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience李丽芬，徐云强，苏保林，等.池塘养殖污染负荷核算方法研究及比较分析[J].农业环境科学学报,2019,38（9）：2174-2183.LILi-fen,XUYun-qiang,SUBao-lin,etal.Accountingmethodsandcomparativeanalysisofpollutionloadfromanaquaculturepond[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2019,38（9）:2174-2183.池塘养殖污染负荷核算方法研究及比较分析李丽芬1，2，徐云强1，2，苏保林1，2*，乔飞3*，雷坤3，何璟嫕1，2（1.北京师范大学水科学研究院，北京100875；2.城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京100875；3.中国环境科学研究院，北京100012）收稿日期：2019-04-10录用日期：2019-07-29作者简介：李丽芬（1992—），女，山西吕梁人，硕士研究生，研究方向为水质模型与模拟及非点源污染研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：苏保林E-mail：[e-mail]；乔飞E-mail：[e-mail]基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07301-003）Projectsupported：TheNationalWaterPollutionControlandGovernanceofScienceandTechnologyMajorSpecial（2017ZX07301-003）摘要：为科学、准确和定量地分析池塘养殖水管理过程及污染负荷，实现水产养殖的控污减排，对现有污染负荷核算方法进行调研，对其进行了适应性评价和实例计算，并在此基础上对化学分析法进行了优化改进。结果表明：不同方法下污染负荷核算结果为污染负荷率法竹内俊朗法物料平衡法排污系数法化学分析法；基于物质守恒的3种方法计算结果远高于化学分析法和排污系数法，表明池塘底泥对养殖期间所产生的污染负荷贡献较大；改进化学分析法计算结果显示饵料是池塘养殖中产生污染的主要来源，在试验池塘养殖生产中底泥在TN排污中占比约60%，TP占比高达85%左右。研究表明，池塘水管理及底泥对污染负荷核算结果影响较大，且改进化学分析法可定量反映池塘养殖总产污量及水体和底泥排放分别对外界环境产生的影响。关键词：池塘养殖；污染负荷核算；适应性评价；改进的化学分析法中图分类号：X714文献标志码：A文章编号：1672-2043（2019）09-2174-10doi:10.11654/jaes.2019-0393李丽芬，等：池塘养殖污染负荷核算方法研究及比较分析2019年9月池塘养殖是我国淡水养殖的重要组成部分，约71.2%的水产品均来自池塘养殖。据统计，全国淡水养殖总面积为5.36×106hm2，其中池塘养殖面积约占47.12%，为2.53×106hm2[1-2]。近年来，为提高养殖产量，追求经济利益，池塘养殖普遍采用高放养密度、高投饵量的集约化精养模式。集约化养殖模式的迅速推进和发展，导致大量外源物质输入水生态系统造成水质恶化，从而引发了一系列生态环境问题，同时也提高了养殖风险，水产品质量下降直接制约了池塘养殖的可持续发展[3-6]。因此，对池塘养殖水管理及污染负荷进行科学、准确、定量的分析显得尤为重要。我国鱼类产品主要来自以饵料投入的养殖模式，淡水池塘养殖会排放大量未消化的饲料和排泄物[7-9]，而传统的养殖方式在养殖捕捞收获后会采用直排方式将养殖废水和底泥排放到环境中，造成外部环境的污染。基于池塘养殖的诸多不良环境影响，本文对现有池塘养殖污染负荷核算方法进行调研。目前，水产养殖污染负荷的估算方法主要有化学分析法、排污系数法、物料平衡法、竹内俊朗法和污染负荷率法等[10]，主要分为两大类：第一，计算结果显示的是养殖期间对外界环境造成的影响，主要是通过化学分析法和排污系数法进行估算，但是这两种方法均未考虑底泥的影响，计算结果偏低[8-9,11]；第二，计算结果显示的是养殖期间对养殖池塘本身造成的影响，即留在养殖池溏中的污染物的量，主要计算方法有物料平衡法、竹内俊朗法和污染负荷率法，但是这类方法未对水质和底泥作区分，此外，该类方法参数较多，且参数中涉及生物体的消化率，但该参数不确定性大，对估算结果的影响较大[12-19]。由此可见，目前池塘养殖污染负荷核算存在如下问题：（1）养殖期间是否考虑污染排入外界环境，污染负荷为多少；（2）水产养殖末期养殖废水与底泥的去向，分别对环境造成了多大影响。本研究在对现有池塘养殖污染负荷核算方法进行适应性评价的基础上，对化学分析法进行了改进，并对研究区池塘养殖废水及底泥中污染负荷进行核算，期望定量反映池塘养殖总产污量及水体和底泥排放分别对外界环境产生的影响，为后续池塘养殖底泥排放处理、再利用及饵料投喂结构优化等提供参考。1研究区域宜兴市地处江苏省西南端、沪宁杭三角中心，位于北纬31°07′~31°37′，东经119°31′~120°03′，水域面积达532.6km2（不含太湖）。该地区河流湖荡密布，水资源丰富，降水充沛，是典型的江南水乡，水产养殖面积1.33万hm2，其中以池塘养殖为主（占比高达89%）[20-21]。以水产养殖业为依托的宜兴市在加速发展渔业的同时也面临着养殖所造成的环境污染问题，因此，如何进行污染负荷核算和控源减排仍是一个难题。研究池塘位于宜兴殷村港地区，整体呈不规则梯形体，养殖面积约为2.53hm2，在养殖期间，池塘平均水位约为2.21m。研究区养殖水体主要来源于附近河道，池塘养殖需要不定时进行人工补水或人工排水，年末会进行养殖废水排放和淤泥清理，其中，养殖废水排向附近河道，底泥排向附近废弃田块。研究池塘配有增氧机（KD325-9）和投饲机，池塘曝气一般不固定，晴好天气一般不会增加曝气，阴雨天则视天气情况延长开机时间，饵料的投喂主要以颗粒型饲料为主，投喂时主要遵循“四定”原则，即定时、定位、定质和定量，日投喂3次，投饵量在养殖初期为水产品总量的3%~5%，养殖中后期为5%~7%，饵料具体信息详见表1。本研究的监测期为2017年6月—2019年2月，期间池塘的主要养殖品种为鳊鱼、鲫鱼、草鱼、青鱼和鳙鱼，投入幼鱼均1年龄，采用一年制进行养殖，年末进行成鱼收获，总放养密度约为3.2万尾·hm-2，具体数据详见表2。鱼类根据其生活习性有上、中、下层之分，不同种类鱼占据不同“生态位”，其中，鳙鱼多生活在上层，草鱼、鳊鱼多生活在中层，鲫鱼、青鱼多生活在下层，采用不同生态位的混养模式有助于水体垂直对流，加速水中污染物的沉淀和分解，从而达到净化水质的作用，同时也可增加水产品的产量及经济效益。表1淡水鱼配合饲料详细信息（%）Table1Thedetailedinformationtableoffreshwaterfishformulafeed（%）产品代号Codename8802粗蛋白Crudeprotein≥30粗纤维Crudefibers≤8粗灰分Crudeash≤15钙Calcium0.6~1.5总磷Totalphosphorus0.8~1.8氯化钠Sodiumchloride0.3~1.5赖氨酸Lysine≥1.3粗脂肪Crudefat≥32175农业环境科学学报第38卷第9期2研究方法2.1样品采集和分析方法为全面了解池塘养殖污染负荷情况，对研究期内水样和底泥进行了采集，水样的初次取样时间为2017年6月26日，以后每周取样一次，若有特殊情况（养殖期间补排水和年末养殖废水排放）则适当增加采样频次。采样点位于池塘排水口处，采样中应确保采集到所有排