第35卷第7期 2010年7月 环境科学与管理 E阿 R0 伍Nr^I SCⅡNCE AND MANAGEMENT VoL3S N“7 July2010 文章编号:1674-6139(2010)07-0029-04 鱼类养殖对水体磷酸盐的影响: 源、汇的半现场实验例证 葛长字 (山东大学威海分校海洋学院,山东成海264209) 摘要:设置4个温度水平(16℃,20℃,23℃和26℃)和3个投喂水平(1%,2%和饱食水平),在类养殖场条件 下饲喂许氏平妯,研究其对水体磷酸盐浓度的影响.结果表明,在所有温度、投喂水平下,水体的磷酸盐浓度均 有升、降.从物质平衡角度看,养殖鱼类是水体磷酸盐的源。但又不是单纯的源,因鱼粪和残饵等微粒的吸附作 用,养殖鱼类有可能成为水体磷酸盐的汇。因此在评价鱼类养殖的环境容量时,慎用活性磷酸盐磷这个指标。 此外,进行鱼类养殖环境影响评价时,应加强颗粒物的监测;为降低水体的磷负荷,磷酸盐和水体颗粒物质均应 是生态的对象。 关键词:投饵养殖;活性磷酸盐浓度;变化;磷源;磷汇 中图分类号:)【522 文献标识码:A Effects of Piscicuhure on Phosphate Concentration of Water Body: One Source or One Sink,a Semi—Field Experiment Example Ge Changzi (Marine College,Shandong University at Weihai,Weihai 264209,China) Abstract:Black stock fish Sebastodes fugc ̄ens(Houttuyn)was cultured under farm—like conditions.11Iey were fed at l%,2%and satiation ration levels.There were four temperature levels,which were 16℃,20℃,23℃and 26℃,respectively.In despite of temperature and ration levels,phosphate concentration of water body not only increased but also decreased.Thus,cul・ tured fish Was the source ofphosphate ofwater body but not a sheer one.It fnctuioned as one phosphate sink bec8use ofadsorption effect of suspended particulate matters c ̄tuaed by pisciculturejust as feed rem 。fish feces and SO on.Hence,it ̄ould be dis- ceetr to USe phosphat ̄丑s one criterion for determining he tcaI咖capaciyt of pieiscuhure zones. Furthermore,investigations on suspended particulate matters and phosphoru8 content of edimentS or suspended particulate matters should be taken aS studying the impacts of this industry.In order to reduce phosphorus load.botll phosphate concentration and particulate matters of water body should be controned. Key words:piscieulture;phosphate concentration;vari ̄iliy;photsphate source;phosphate sink 海水鱼类养殖的主要形式是网箱养殖,到2002 年,全国约有海水网箱100万个。随着网箱养殖规 模扩大,养殖区残饵、粪便等在海底大量积聚,在中 度富营养化水域机会种(多毛类)增多,在重度富营 养化水域,底栖生物几乎缺失,系统内能量流动处于 热力学非平衡状态…。鱼类排泄溶解态代谢产物, 使水体富营养化,刺激浮游植物大量繁殖,甚至导致 赤潮;也刺激污损生物增生,从而阻碍水交换。自身 污染严重,环境条件急剧恶化时。鱼殇会造成极大经 济损失【2J。因此,自身污染是制约网箱养殖健康发 展的主要瓶颈。而营养盐是最直接的污染源,也是 生态修复等的主要目标,这要求必须搞清楚自身污 染的营养盐来源。 活性磷酸盐(PO.一P)是鱼类所排泄磷的主要 形式 J,也是浮游植物必不可少的营养要素,是海洋 生物产量的控制因素之一,其大量富集会形成赤潮。 因此,研究海水鱼类养殖对水体活性磷酸盐的影响, ・收稿日期.'2009—12—09 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30700619)资助 作者简介:葛长字(1973一).男,博士.讲师,研究方向:生态地球化学 及负荷力评价。 29・ 斯 葛长字鱼类养殖对水体磷酸盐的影响.源、汇的半现场实验觚 ・V0L 35 No.7 July2o10 尤其是鱼类养殖到底是水体磷的源还是汇,对于正 饵,只是测定的24 h中不再换水;此外,各水族箱不 确评估海水鱼类养殖环境容量及营养盐负荷消减措 密封。约6 h采1次水样,用钼酸氨氧化显色法 施的开发具有重要的意义,但相关研究未见公开报 (GB91)中测定水体活性磷酸盐。 道。本文拟在半现场实验条件下,以许氏平铀S 1.4数据处理 bastodes fulsceScens(Houttuyn)的养殖为例,研究投饵 两次采样期间,养鱼水体中活性磷酸盐浓度的 养殖过程中,养殖鱼类对养殖水体磷酸盐的影响。 改变按下式计算, △p=pl—p0一△‘ (1) 1材料和方法 其中,p0,P 和△。分别是磷酸盐初始浓度,时间 1.1实验条件和实验鱼 间隔后磷酸盐浓度,空白对照浓度变化。 2007年3月一7月,在青岛市红岛蛤原养殖场 整个实验期间,养殖水体中活性磷酸盐浓度的 进行实验。沿岸海水经沙滤后进入实验水槽,24 hs 改变△p按下式计算, 3 充气。每天换2次水,每次约换水6o%。水温及光 △p=∑△ (2) 照自然波动,不加控制。 许氏平刍由S.f esce璐(Houtmyn)采自青岛灵 其中,i为采样间隔次数。 山岛网箱养殖场。实验鱼移人暂养水槽中饲养2周 磷酸盐改变程度的变异特性,以变异系数c,计 后移至实验水族箱中。在每个水族箱中驯化约1周 算, 后,水温自然升到设计水温时,开始实验。驯化期 c,= (3) 间,于每天9:00—10:00按设定投喂水平投喂玉筋 其中,S 和 分别是/xp(或△p)的标准方差和 鱼Ammodytes pel ̄onams切块,及时吸除粪便、残饵。 均值。c,越大,变异程度越大。 1.2温度和投喂水平 I I O O德 据北方网箱鱼类养殖周期,设计四个基本涵盖 养殖季节水温的变化的温度水平:16(简记为A,实 际温度水平为15.80 1.31),2O(简记为B,l9.15 0.41),23(简记为C,23.60 0.56)和26(简记为D, 25.90 0.36)℃。各温度水平下设3个投喂水平,即 2结果 2.1 不同采样期内养鱼水体活性磷酸盐改变 各温度水平下,日间不同时期,尽管投喂水平不 同,养鱼水体磷酸盐既可因鱼类养殖而升高,也可因 养鱼而下降;相同温度水平,相同时段内,各投喂水 平下磷酸盐的改变程度间存在差异,但达不到统计 学意义上的差异显著,因水体磷酸盐改变程度的± S 的范围存在交叉(见图1)。 温度水平B 日投喂量分别为实验鱼初始体重的l,2%和饱足投 喂。每个投喂水平设3个平行,对应每个温度水平, 均设4个空白对照。 1.3 鱼类对水体活性磷酸盐的影响 实验中,按惯常方式投喂、充气及吸取粪便、残 沮度水平^ O.1 O.O5 . I ‘0 \ ● _ 一 一 O 1一i T ● ’ t—o.O5 .o.1 .; -s ̄-24:00 沮度水乎C 聋 魁 瑾 棚 . 一 ,. ..。厂 l1- 。I- . I B蔓-o-24加— .. 、l・ 12 o-I8jo0 L J一 0 '舶-06舶 链 譬 温度水平D 0.O2 ≤茸 0.Ol 0 ’ T . ...{皇i 蔗 ....L .T T T上t oe。'.L l2Oo.I8I o :oo 2,.珈00206:00 。^ ‘ 盏.o.Ol 馐 .矮 捌 盛 隹 12:O0—18瑚 18:00-2 ̄: 吣 O0"00--06:00 O.O2 口l%132% 饱喂 ・30・ 图1不同采样时期活性磷酸盐浓度的改变 期 葛长字・鱼类养殖对水体磷酸盐的影响:源汇的半现场实验例证 、VoL 35 NA7 July 2010 o0时段,磷酸盐呈升高趋势,在18:00—24:00 温度水平A时,18:oo一24:00时,磷酸盐呈升 06: 高趋势,其他时间内,则逐渐下降。18:00—24:00, 时段则有升有降。升幅最大在l%投喂水平下12:饱喂时,磷酸盐升幅最大,0.038 3 rag/L;2%投喂水 平下,升幅最小,0.005 5 mg/L。该时间段内,饱喂 oo一18:o0。0.0069 rag/L;而升幅最小在l%投喂水 平下的oo:0o一06:0o,几乎为o.上升变异程度最大 时磷酸盐升幅变异程度最大,变异系数为0.84;而 在1%投喂水平下的oo:0o一06:O0,变异系数 而最小在1%投喂水平下12:00—18:O0,变 1%投喂水平下的最小,0.34.磷酸盐降幅最大出现 97.07;在饱喂水平下O0:00—06:00时,一0.016 l rag/L; 异系数O.57.仅在饱喂水平18:o0—24:00时,磷酸 下降最小出现在2%投喂水平下00:00—06:00时, 盐浓度下降,一0.003 3 mg/L。 一0.000 8 me/L;下降变异程度最小出现在1%投喂 温度水平D时,各时间段内磷酸盐既有升高也有 水平下oo:oo—o6:0o时,变异系数2.09;而下降变 下降。升幅最大发生在饱喂水平下12:00一l8:00, 异程度最大出现在2%投喂水平下12:00—18:00 0.049 3 rag/L;最小发生在2%投喂水平下00:00一 时,变异系数5.52。 o6:0o,0.003 5 me/L。而升幅变异程度最大发生在饱 温度水平B时,18:00—24:00阶段,磷酸盐呈 喂水平下0o:00—06:00,变异系数为2.10;变异系数 升高趋势,其他时间段内,既有上升也有下降。升幅 最小发生在1%投喂下12:00—18:00,0.0029.降幅 最大发生在1%投喂水平下l8:o0—24:o0时, 最大发生在饱喂水平下18:00—24:00,-0.036 3 me/ 0.0180rag/L;上升最小发生在1%投喂水平下12:00 L;最小发生在l%投喂水平下00:O0—06:0o,一 —18:00,0.000 3 mg/I ̄。升高变异程度最大在1% 0.001 9 m L。降幅变异程度最大发生在2%投喂水 投喂水平下12:00—18:00,变异系数9.67;升高变 平下,变异系数为2.6397;变异系数最小发生在1% 异程度最小发生在饱喂水平12:0o—l8:00,变异系 投喂水平下18:00—24:00,1.52。 数0.31.磷酸盐降幅最大发生于1%投喂水平下 2.2实验期间活性磷酸盐改变 12:oo一18:o0时,一0.011 1me/L;2%投喂水平下 在实验期间,养鱼一般会使磷酸盐浓度升高,但 18:0o一24:00时段最小,一0.001 6 mg/L。下降变 也可使磷酸盐浓度降低;在各温度水平下,投喂水平 异程度最大在l%投喂水平下12:00—18:00时,变 所引起的磷酸盐变化趋势间存在差异,但尚未达到 异系数为3.35;变异程度最小发生在2%投喂水平 统计意义上的差异显著,因为相同条件下,各投喂水 下18:00—24:o0,变异系数为0.86。 平下水体磷酸盐改变程度的±S 的范围存在交叉 温度水平C时,在12:00—18:00和0o:o0— (见图2)。 0.O6 O.06 0.05 0.05 0.04 0.04 一 0.03 目 篓 O.02 一0.03 捌 0.0l ・ 翟 一 譬 0 T厂 ] 簧0.02鏊0-o.0l 上 譬 .OO 1 。量度水平A _0.o2 -o.Ol 口1%●2%: 饱囊 : — ___________________一 量度水平C T__一 J-沮度水平D 。 口l’‘112% 饱曩 口1%-2'‘ 饱曩 圈2实验期间磷酸盐浓度改变 温度水平A时,水体磷酸盐浓度升幅顺序为饱 序为2%投喂水平饱喂水平l%投喂水平。 喂水平l%投喂水平2%投喂水平;升幅变异系数顺 温度水平B时,活性磷酸盐浓度升幅顺序为饱 ・3l・ 期 葛长字・鱼类养殖对水体磷酸盐的影响:源、汇的半现场实验倒证 VDL35 No.7 JuIy2010 喂水平l%投喂水平2%投喂水平;升幅变异系数顺 序为2%投喂水平饱喂水平l%投喂水平。 温度水平C时,磷酸盐升幅顺序为l%投喂水 平2%投喂水平饱喂水平;升幅变异系数顺序为饱 喂水平l%投喂水平2%投喂水平。 温度水平D时,磷酸盐升幅顺序为饱喂水平 l%投喂水平l%投喂水平;升幅变异系数顺序为 从总体上看,海水养殖鱼类是水体磷酸盐的源, 但不是单纯的源。鱼类排泄是水体磷酸盐的主要来 源之一,同时鱼类排粪等生理活动产生的颗粒态或 其它非液态(如粘液)物质等会因对磷的吸附作用 而成为水体中磷的汇。这些被吸附的磷在合适条件 下会释放,从而又成为源。 3.2海水鱼养殖系统管理中活性磷酸盐的意义 I%投喂水平饱喂水平2%投喂水平。 3讨论 3.I 海水养殖鱼类是水体磷酸盐的源还是汇 双壳贝类P排泄对养殖海区的营养循环能产生 显著影响,如贻贝Modiolus demissus的磷排泄速率 为0.086 umol/(g.h);而Mytil ̄edulis从2月到8 月磷的排泄速率为0.O1—0.77 umoL/(g.h);贻贝 磷排泄速率的季节性变化,从9月的0.O74 umol/(g ・h)升高到5月的0.17 umol/(g.h) ;体重4.6l 一25.95 g的凡纳滨对虾内源磷排泄率为0.297~ 3.318 ug/(g・h)[51。同样浮游动物营养盐释放对 水生生态系统具有一定的作用,如梅梁湾和五里湖 浮游动物PO.一P释放率分别为0.20—0.43Ⅱ (g .h)和0.19—0.54 mr,/(g・h) ;海水网箱养殖区 的污损生物对P04一P的贡献率为119.8 ug/(h・ rn )¨引。可见水生生态系统中,动物排泄是水体磷 酸盐的重要来源。本研究中,养鱼在实验期间一般 会使水体的磷酸盐浓度升高,也证明了这一点。实 质上,不同鱼类磷排泄对水体磷再循环的相对重要 性,已为大量的实验观测所揭示。因此,可以认为鱼 类排泄是水体中磷酸盐的主要来源。 然而,磷酸盐会在水一沉积物(沉降物)界面发 生活跃的吸附一解吸行为 。在黄河口,颗粒物对 磷的吸附作用是磷酸盐的不致迅猛升高的缓冲机 制[8】。鱼类排放的粪便残渣等会吸附水体中的磷。 此外,养鱼水体较空白对照水体的营养盐浓度较低, 可能支撑较高的初级生产力,而使水体中可利用磷 酸盐降低;鱼类排泄和排粪与其体重,温度等有关。 影响水体磷酸盐浓度的生态过程间的时滞性,会使 水体中的磷酸盐浓度既有升高的可能也有降低的可 能。本研究中,日间不同采样时段及整个实验期间, 部分养鱼水体中磷酸盐的浓度不升反降,就证实了 这一点。而被吸附的磷酸盐,在条件合适时会释放 重新进入水体,参与初级生产等过程 。因此,从这 一点来看,海水养殖鱼类是养殖系统磷的源,但同时 也会是水体磷酸盐的汇。也正是因为该过程的复杂 性导致了磷酸盐水平升降变异程度较大。 ・32・ 广义的海水养殖系统的管理包含养殖对水体的 影响,系统容纳量的评价和系统的生态修复与生物 。在研究海水鱼类养殖对环境的影响时,如果 是现场试验,应当进行水体中的颗粒悬浮物,磷酸盐 以及沉积物(底泥)中磷含量的调查,因为磷会被颗 粒物或底泥所吸附,在适当条件下,会重新进入水 体 J。在养殖区水体中总氮、颗粒态总氮、总磷,颗 粒态总磷含量分别为0.506 umol/L一1.244 umol/ L、0.367 umol/L—1.066 umol/L、0.I12 umol/L一 0.232 umoL/L,0.054 umot/L一0.157 umoL/L,这些 指标在养殖区高于非养殖区;而养殖区与非养殖区 的溶解态总氮、溶解态总磷、总氮总磷比值、溶解态 总氮溶解态总磷比值无显著性差异¨ ;养殖网箱下 沉积物磷含量明显高于对照点,沉积物中总磷是对 照点的3.71—9.99倍,养殖历史越长,沉积物中的 磷含量越高u¨,则从另一个角度说明了这个问题。 但若应用数值模拟的方法进行环境评价及养殖容量 评价,则应慎重引入磷因子,尤其是在估算养殖生物 的排泄时,因为排泄的磷在排放水体中后极易被颗 粒物或沉积物所吸附,而被吸附的磷在条件合适时 才会重新进人生源要素的循环过程。 正是养殖鱼类从总体是养殖系统磷的源,但养 鱼也可成为水体磷酸盐的汇,因此,在海水鱼类养殖 系统进行生态修复或生物时,宜采取多元修复 方式,不仅要解决水体中磷酸盐的可能上升,而且要 解决养殖系统内部可能的磷酸盐积聚问题。 4结论 从物质收支平衡角度看,养殖鱼类是水体磷酸 盐的源,其排泄的磷酸盐将进入水体。但养殖鱼类 自身排除的粪便颗粒,残饵碎屑以及鱼类的粘液等 都有可能吸附鱼类所排泄的磷酸盐,从而使水体的 磷酸盐浓度有所降低,呈现出养殖鱼类行为构成水 体磷酸盐汇的表象。这种汇,在较短时间尺度内,是 暂时的汇。条件合适的情况下,比如沉积物的再悬 浮,将会有部分磷被重新释放到水体中,参与水体的 生源要素的循环。针对磷的这种特性,进行养殖水 域环境监测时,应当注重颗粒 (下转第45页) 2010年7月 第35卷第7期 郭志军等・HRT对含麦秸废水两相厌氧处理中产酸相的影响 V0L 35 No.7 July2010 (4)在四种HRT条件下,产酸菌对麦秸的分解 相应地也提高 原因的分析相似。对于易降解的溶解性底物来说,可 作用的确会增加出水中的VFA含量,其中HRT为3 h、4 h 以在较短的时间内得到满意的酸化效果,随着停留时 了各个HRT条件下的酸化率,和8 h时的酸化率要高于HRT为6 h时的酸化率, 间的增加,其酸化率并不会再继续增长,相反较长的 率相差不大。这与前面关于产酸相COD去除率变化 停留时间会使产甲烷菌的活性逐渐恢复以及产酸相 但从无麦秸反应器的酸化率可以看出,HRT为4 h时的酸化效果相对较好。综合而言,在酸化率相差 的发酵类型发生改变,产甲烷菌的生长也会分解一部 不大的情况下,宜采用较短的HRT。 分的有机酸,从而使得产酸反应器的酸化率下降。 3结论 (1)在四种HRT条件下,反应器在添加麦秸后第 参考文献: [I]漆文华.海岛地区渔农村生活污水治理的现状及对 策[J].环境科学与管理,2009,34(1):76-78. 周期的出水pH值相对较高,而在剩余周期内有麦 秸反应器的出水pH值都要低于无麦秸反应器的出 水pH值,且HRT从3 h到8 h小范围的增加不会对 有麦秸反应器的pH环境造成太大的影响。 (2)在四种HRT条件下,有麦秸反应器第一周期 的出水COD浓度都要明显高于进水COD浓度。HRT 从3 h增加到8 h,只是减缓了有麦秸反应器中出水 COD浓度降低的速率,并不能使出水COD浓度一直 保持在—个较高的水平,所以通过延长HRT的方式 使出水保持较高的有机质浓度,其效果并不明显。因 此只有通过反复投料的方式,才能使出水中的有机质 保持在—个较高的浓度。 (3)在四种HRT条件下,添加麦秸会明显增加反 应器前三个周期的出水氨氮浓度,而HRT从3 h到8 h的变化,对出水氨氮浓度影响不大,且有麦秸反应器 和无麦秸反应器中的氨氮去除率平均为21)%,都不高。 一[2]李平。张永利,吕先林,等.UASB处理低浓度城市污 水的生产性研究[J].中国给水排水,2007,23(11):67—73. 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