黄河三角洲海水池塘梯度利用水质状况分析

高云芳，冷春梅，董贯仓，李秀启

（山东省淡水渔业研究院，山东省淡水水产遗传育种重点实验室，山东 济南 250013）

氮磷等营养物质不仅是养殖生态系统中物质循环的重要元素，其在水体中的含量还会引起浮游植物群落结构的差异，并会导致营养物质的沉积从而成为水产养殖自身污染的重要指标。传统养殖方式排出的养殖污水中，氮磷的含量高，容易造成近海水域的水体富营养化[1]，特别是伴随着海水养殖产业的快速发展，养殖废水特别是营养物质的排放问题，已经引起人们的广泛关注。海水养殖自身污染已成为我国近岸海域重要污染源之一[2]。养殖废水的主要营养污染源为养殖生物的排泄物和代谢物、藻类残体等，人工合成投喂的饵料、残饵等都富含各种营养物质[3-4]。大量养殖废水直接排放严重威胁了近海环境，也为赤潮生物提供了适宜的生态环境,使其繁殖加快,诱发赤潮[5，6]。虽然近年来，为降低养殖废水排放，集约化、半集约化循环水养殖方式纷纷出现，通过理化及生物学方法对养殖尾水进行处理，但是处理不充分的养殖尾水循环利用不仅对养殖产生不良影响，降低了养殖产量和品质，且该处理过程造成了养殖成本的大幅增加。同时，技术上可行并不等同于经济上有效。在技术上片面追求零污染、零排放，可能会因为成本过高而在生产作业领域无法真正实施[3，7]。

黄河三角洲高涂海水养殖过程中，南美白对虾养殖尽管建立了完整的养殖技术体系，但绝大多数仍以大量换水来改善水质；海参池塘养殖虽取得“东参西养”的巨大突破也是以单养为主，但生境条件的不足及粗放养殖的低效，也有待生态养殖技术的进一步优化。总体而言，虽然黄河三角洲地区拥有丰富的高涂土地资源，但高涂盐碱地池塘养殖目前仍存在产量不高、养殖种类单一和环境污染等问题，仍需进行混养模式及养殖环境调控技术研究。“一水多用”综合利用盐田及海水资源，有机结合海洋化工产业，实现海水综合养殖、养殖废水零排放[1]，能克服循环养殖方式的不足，对促进海洋经济和海水养殖业的可持续发展具有重要的现实意义。为此，本研究选择不同盐度梯度下的进水渠、初级海水南美白对虾养殖池、次级海水卤虫增养殖池塘、溴素提取调节池塘和晒盐池塘以及高涂海参和虾蛏养殖池塘，对“一水多用”模式下不同盐度梯度池塘水体的生境状况展开调查，旨在全面了解“一水多用”的梯度利用过程中水生态环境现状，为今后科学规划梯度养殖和生态调控提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 监测水体

于2016 年5 月、8 月、11 月在黄河三角洲北部沿海高涂池塘进行了3 次不同梯度的调查取样，取样池塘分别为进水渠（JS）、初级海水南美白对虾养殖池（DX）、虾蛏混养池塘（YC）、海参养殖池塘(HS)、次级海水卤虫增养殖池塘（LC）、溴素提取调节池塘（TX）、晒盐池塘（ZY），海水梯度利用流程见图1。进水渠引入的是海水进入蓄水库沉淀后的水，经沉淀后，水质得到一定程度的净化，同时降低病毒传播的机会。初级海水养殖池包括南美白对虾养殖池、虾蛏混养池塘和海参养殖池塘是系统内三个平行养殖池。

图1 “一水多用”海水梯度利用流程图

1.2 水样的采集和分析方法

每个池塘设3 个采样点，有机玻璃采水器在水面0.3～0.5 m 水层处采水样，3 个采样点的水样混合后用于以下指标的测定：水温（T）、pH 值、盐度（Sal）、溶解氧（DO）、叶绿素a（Chl－a）、总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（CODMn）。监测方法均参照《海洋监测规范》[8]和《养殖水环境化学实验》[9]。

T、pH 值、Sal、DO 等指标现场用YSI－556 MPS型水质仪现场监测；Chl－a 采用荧光叶绿素法进行测定；TN、TP 采用QC8500 流动注射分析仪进行测定；CODMn采用高锰酸钾氧化法进行测定。

1.3 数据分析

数据处理和统计分析使用Excel 进行，以P＜0.05作为差异统计学意义水平。

2 结果

2.1 溶解氧

“一水多用”海水梯度利用下不同水体DO 含量变化见图2。各池塘DO 差异具统计学意义（P＜0.01），变化范围为1.03～6.02 mg/L，总体表现为JS>YC>DXI>DXII>HS>LCI>LCIII>LCII>TXII>TXI>ZYI>ZYII>ZYIII。其中，进水渠DO 含量最高为6.02 mg/L，随着梯度利用，虾蛏混养池和南美白对虾养殖池水体DO 含量略有降低，分别为5.83 mg/L 和5.45 mg/L，海参养殖池水体DO 含量稍低，为4.68 mg/L；而伴随盐度的急剧上升，水体DO 含量呈现显著的下降趋势，卤虫养殖池、溴素提取调节池塘和晒盐池塘水体DO 含量均显著低于进水渠，水体DO 含量均低于3.5 mg/L，最低值出现在ZYIII 仅为1.03 mg/L。

2.2 含盐量、pH 值

图2 “一水多用”海水梯度利用下水体溶解氧含量情况

“一水多用”海水梯度利用下不同水体Sal、pH变化见图3。各池塘Sal 变化范围为25.60～186.55，pH 值变化范围为2.54～8.66。随着海水利用次数增加，其Sal、pH 值均呈现出了显著变化，各池塘Sal 差异极具统计学意义（P＜0.01），pH 差异具统计学意义（P＜0.05）。初级海水养殖过程中的海参养殖池、虾蛏混养池、南美白对虾养殖池乃至卤虫养殖池中海水pH 值与进水渠相差不大，而化工提溴后海水pH值明显降低，虽然至晒盐池有所升高，仍显著低于进水渠海水的pH 值。而海水Sal 则呈现显著地上升趋势，其中虾蛏混养池海水Sal 稍低于进水渠、海参养殖池Sal 稍高于进水渠，但均无统计学意义差异；对虾养殖池Sal 开始显著高于进水渠，也表明了研究区对虾养殖为高盐养殖；至卤虫养殖池Sal 更高，均超过了100；而进入浓缩池后，由于水分蒸发，海水Sal 显著升高。

2.3 叶绿素a 含量

图3“一水多用”梯度利用下海水Sal、pH 变化情况

图4 为“一水多用”梯度海水利用下，不同利用方式池塘的水体Chl－a 含量情况。由图4 可知，调查水体Chl－a 含量变化范围为1.34～91.44 mg/L；不同水体Chl－a 含量由高到低为YC>DXI>TXII>DXII>JS>HS>LCIII>LCII>ZY>LCI>TXI。其中，虾蛏混养和南美白对虾养殖过程中投喂一定的饵料导致残饵的存在，以及使用有机及无机肥肥水，使得水体Chl-a 含量显著高于进水渠；伴随水体盐度的升高，高盐海水中浮游生物种类和数量急剧减少，导致卤虫养殖池、溴素提取调节池塘和晒盐池塘水体Chla 含量很低，大多低于进水渠，但其中溴素提取调节池塘TXII 水体Chl-a 含量较高，可能与水体有机物质的富集、pH 的调节及水体中摄食生物的缺失有关。

图4 “一水多用”梯度利用下海水Chl-a 变化情况

2.4 营养盐含量

2.4.1 N 含量 海水梯度利用过程中不同阶段海水TN 含量见图5。由图5 可知，梯度利用过程中经由水产养殖利用，各池塘TN 差异显著，变化范围为3.38～19.36 mg/L，水体TN 含量有显著提高，表现为ZYIII>ZYI>ZYII>TXI>TXII>LCI>LCII>LCIII>YC>DXII>DXI>JS>HS。其中，海参养殖池为3.31 mg/L稍低于进水渠的3.38 mg/L。随着海水的蒸发浓缩，卤虫养殖池5.92-6.95 mg/L、溴素提取调节池塘16.67～17.55 mg/L 和晒盐池塘水体18.28～19.36 mg/L TN含量均显著高于进水渠3.38 mg/L（P<0.01）。

图5 “一水多用”梯度利用下海水TN 变化情况

2.4.2 P 含量 海水梯度利用过程中不同阶段海水TP 含量见图6。由图6 可知，梯度利用过程中水体中TP 含量的变化趋势与TN 含量变化趋势基本一致，浓度变化范围为：0.14～0.77 mg/L。也表现出经由水产养殖利用导致水体TP 含量有一定程度的提高，以及随海水的蒸发浓缩水体TP 含量显著增加，但在不同利用环节内部的大小顺序存在一定的差异，其大小顺序为ZYIII>ZYII>ZYI>TXII>TXI>LCII>LCI>LCIII>YC>DXI>DXII>JS>HS。其中，海参养殖池0.14 mg/L 依然稍低于进水渠0.15 mg/L。而随着海水的蒸发浓缩，卤虫养殖池0.30～0.36 mg/L、溴素提取调节池塘0.39～0.40 mg/L 和晒盐池塘水体0.47～0.77 mg/L 含量均显著高于进水渠0.15 mg/L（P<0.01）。

图6“一水多用”梯度利用下海水TP 变化情况

2.5 化学需氧量含量

图7 为“一水多用”梯度海水利用下，不同利用方式池塘的水体CODMn含量情况。由图7 可知，调查水体CODMn浓度变化范围为：4.95～24.17 mg/L，水体有机质含量偏低。其中，海参养殖池塘CODMn含量4.95 mg/L 稍低于进水渠5.54 mg/L，但差异并不明显；而虾蛏混养池、南美白对虾养殖池乃至卤虫养殖池中海水CODMn含量均高于进水渠，其中南美白对虾养殖池和虾蛏混养池与进水渠差异不显著，而卤虫养殖池水体CODMn含量显著高于进水渠；随后，随着水体的进一步浓缩，溴素提取调节池塘和晒盐池塘水体CODMn含量进一步升高，水体CODMn含量均显著高于进水渠。

图7 “一水多用”梯度利用下海水CODMn 变化情况

3 讨论

3.1 海水池塘梯度利用下的水质特征分析

从水质监测结果来看，3 个平行初级海水养殖池：虾蛏混养池、南美白对虾养殖池和海参养殖池在进水渠之后的设置均是可行的，在不降低水质的同时，还可根据上市需求在不同养殖池养殖不同水产品，以达到水的循环利用。

3 个平行初级海水养殖池水体DO 含量均大于3 mg/L，符合渔业水质标准[10]。研究表明虾池的最佳DO 浓度在6～8 mg/L，才能促使虾的快速生长[11]，该文中的DO 含量接近6 mg/L 基本满足对虾的快速生长需求。进水渠、海参养殖池、虾蛏混养池、南美白对虾养殖池乃至卤虫养殖池中海水pH 值基本符合渔业水质标准，而经由提溴化工后至晒盐过程中，海水酸化现象严重，超出了渔业水质的适宜标准。梯度利用过程中，随着水体中含盐量的增加，海水中Chl-a 含量和DO 含量均显著降低，表明过高的盐度显著制约着水生生物的存在，但是却给卤虫生长提供了良好的环境，有研究表明，卤虫生长水体的适宜盐度在44～211 之间[12]。

海水利用梯度下，随着海水的天然蒸发与逐级利用，调查中海水中N、P 含量均显著高于进水渠，水体中营养物质的含量呈现显著的逐渐增加趋势，在一定程度上表明了养殖过程中外源营养物质的积累问题，但含量基本属于II 类水质标准。TN、TP 含量的梯度差异，表明水体TN、TP 收到外源营养物质的投入、水体中生物的利用移除（如海参、卤虫）和水分蒸发的浓缩等因素的共同制约，滤食性贝类作为清洁型养殖方式，对养殖环境的确具有调节和修复的作用[13]。海水利用梯度下，本调查中监测的CODMn含量比较高，造成这个结果的原因可能是海水在利用之前需提水静置蒸发和海水自净能力降低[14]引起，同时也可能是随着养殖池塘水体中不断投饵以及养殖动物排泄积累等原因。

3.2 海水池塘梯度利用下的经济效益

海水池塘梯度利用模式中，海水水质变化对于养殖生物及海化产业具有重要影响。随着卤水浓缩过程不断进行，浓度进一步提高，高浓度的N，P 会导致有害藻类如隐杆藻大量繁殖生长，增大卤水粘度，从而降低卤水的自然蒸发效果，继而影响海盐的产量和质量[15，16]。但该研究中并没有出现此优势藻[17]。可能是在高盐度海水中生存的卤虫能净化海水并防止藻类等浮游群落的大量繁殖即特有的滤食作用，避免卤水变粘，有效提升结晶盐的品质[15，18]。另外，卤虫增殖还可以使盐田的生态趋于平衡[19]。因此，应在卤虫养殖池中进行适当的卤虫增殖，以提升盐的产量和品质，从而增加经济效益。在海参养殖池中，全程不投饵的生态养殖模式，基本无外源营养物质的投入，加之海参对水生生物的利用，海参养殖池的水质指标TN、TP、COD、Chl-a 含量都是最低的[20]。浅海贝藻养殖不仅能提供大量优质、健康的蓝色海洋食物，同时又对控制水域富营养化、二氧化碳减排做出了很大的贡献。

目前，研究和应用的海水健康养殖模式，就是要通过一水多层级综合养殖，既能生产出大量海产品，增加渔民收入，又尽可能地减少养殖对环境造成的不利影响[13]。同时，通过海水池塘梯度养殖、水质净化等措施确保海水水质及盐化工的安全。