网箱养鱼的氮磷排放

发表时间:2023/09/06 17:35:07  来源:淡水渔业 2020年4期  浏览次数:842  
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网箱养鱼的氮磷排放

李学梅,孟子豪,胡飞飞,朱永久,杨德国

(中国水产科学研究院长江水产研究所, 农业农村部淡水生物多样性保护重点实验室,武汉 430223)

我国内陆水域渔业也称大水面渔业,包括了江河、湖泊和水库中的渔业捕捞及增养殖活动或生产方式。其中大水面养殖是我国内陆渔业生产采用的主要模式,它成本低、效益高、易管理,深受养殖户的青睐[1]。据统计,2017年湖泊和水库的养殖面积约占全国淡水养殖面积的52%,产量占到了全国淡水渔业产量的20%左右。全国有面积3.33 km2以上的大型天然宜渔水体约1 500个,其中水库1 047个,湖泊421个,总面积占全国淡水养殖面积的9.32%。大水面渔业养殖模式主要有人放天养的传统模式、围栏、围网、网箱等养殖模式,其中水库网箱养鱼是大水面渔业的主要养殖模式,占淡水养殖总面积的30.11%[2]。

随着养殖技术的提高,养殖强度不断扩大,鱼类残饵和粪便以及农业面源污染大大增加了大水面水体的氮、磷等有机物的输入量,造成水质恶化和污染,加速了水体的富营养化过程,更增加了养殖鱼类和土著鱼类爆发鱼病的风险[3-5]。近年来,我国生态文明建设和水环境保护力度加强,保护水环境、适度开发渔业以达到可持续利用的目的成为我国内陆水体的基本要求[6]。因此,针对网箱养鱼污染严重的问题,了解其氮磷排放特点,并通过科学的养殖和管理方式加以改善,将为有效合理的利用水库资源提供技术支撑。

1 网箱养鱼的发展、现状与问题

网箱养鱼是一种高产高效的集约化养殖方式,能够有效利用天然水体,节约土地资源和水资源。上世纪70年代,因受到资源匮乏、规模化经济需求和单位面积高产等因素的冲击,网箱养鱼开始发展起来。水库网箱养鱼始于1973年,起初是为了解决大水面人工放养大规格鱼种不足的问题,以饲养鲢、鳙等大规格鱼种为主。湖泊的“三网”(即网拦、网围、网箱)养殖技术始于上世纪80年代,主要以提高养殖产量为目的[7]。随着“以养为主”发展方针的贯彻,综合养殖成为湖泊渔业的主要方式,并出现了多种养殖模式和类型,如,网箱养殖、围栏养殖、粗养、混养、精养等[6]。

网箱养鱼快速发展的同时也带来了很多问题,如投饵养殖造成的残饵逸散、鱼类粪便等排泄物沉积以及鱼药的使用等均会加剧养殖水域的有机污染,造成水体富营养化、生态环境恶化,直接影响到水域中天然生物类群的健康生长。随着绿水青山就是金山银山的绿色发展理念贯彻落实,2016年起网箱养殖开始逐渐退出。2017年,全国多个省区开始强化湖泊围网围栏、水库网箱坼除工作,到2018年湖泊围网围栏养殖、水库河沟网箱养殖大部分已退出。伴随网箱养殖的退出,渔民被迫转业,部分渔民没有收益来源无法维持生计,导致贫困加剧。在建设生态文明和推进精准扶贫的新形势下,降低水库网箱养鱼的氮磷排放,是保持水环境健康和维持水库渔业可持续发展的重要途径,助力库区渔民脱贫。

2 网箱投饵养鱼的氮磷排放

外源性饲料的投入,是网箱养殖水体营养物质的主要来源。网箱养殖氮磷排放因饵料类型、养殖种类等不同而有所差异(表1)。

表1 养殖鱼类饵料利用率与氮磷排放的关系Tab.1 The fish species cultured,feed types used and N and P budgets from available literatures

2.1 饵料类型

网箱养鱼投喂的饵料不同,排放的氮磷含量差异较大(图1)。Leung 等[8]指出重色石斑鱼(Epinephelus areolatus)网箱养殖系统中,投喂冰鲜饵料的饵料系数为6.52,每生产 1 t鱼,每年会产生320.6 kg N。靳祖雷等[9]报道广东柘林湾的网箱养鱼,当投喂冰鲜饵料时,年产生氮排放量2 760.39 t、磷排放量679.11 t;当投喂配合饲料时,年氮磷排放量分别为1 370.37 t和413.08 t。另有研究指出网箱养殖鳜(Sinipercachuatsi)、鳊(Parabramispekinensis)和斑点叉尾鮰(IetalurusPunetaus),投喂饵料鱼和配合饲料,生产 1 t的鱼产物,每年将有159.7 kg N和35.3 kg P排放到水体[10]。由此可见,冰鲜饵料相比配合饲料,对养殖环境将产生更多的氮磷排放。另外,实验室条件下投喂冰鲜饵料氮磷排放量明显下降,如用冰鲜饵料喂养美国红鱼(Sciaenopsocellatus)、花尾胡椒鲷(Plectorhynchuscinctus)、点带石斑鱼(Epinepheluscoioides)、平鲷(Rhabdosargussarba)等,每生产1 t鱼时,分别有8.65~24.37 kg N 和3.5~10.31 kg P排放到水体中[11]。这可能由于实验室条件下,投饵量可根据残饵量进行实时调整。冰鲜饵料鱼的肌肉和内脏等残饵软组织是氮的主要来源,骨骼、鳞片等是磷的主要来源。据估计,野外高频率大量投饵下产生的残饵大概是实验室条件的30倍[12]。

图1 网箱养殖中不同饵料类型氮磷排放量Fig.1 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed types in cage culture

2.2 养殖品种

网箱养殖过程中,除残饵外,鱼类排泄物是水生生态系统营养物质重要来源之一。鱼类的氮排泄物是蛋白质代谢的最终产物,大部分通过鳃排出体外,少量随尿排出,鱼类氮排泄物的主要成分为氨和尿素,多数情况下是氨[5]。对真鲷(pagrosomusmajor)、黑鮶(Sebastodesfuscescens)、黑鲷(Sparusmacrocephlus)、建鲤(CyprinuscarpiovarJian)、异育银鲫(Carassiusauratusgibelio)、斑点叉尾鮰、尼罗罗非鱼(Oreochromisniloticus)等研究均表明排泄是真骨鱼类氮支出的最重要途径[21-23]。不同鱼类排泄氮的试验结果差距较大,研究表明鱼类排泄氮占摄食氮的比例最低为13.3%,最高大于90%,多数在60%左右。

由于白银货币化,整个社会对白银的需求量日益增长,许多人为白银四处奔走。一些后开发地区的银矿被发现,并因此带来了人流、物流、资金流、技术流,社会资源被重组,山区被开发。在狂热追逐白银的情况下,白银不仅是社会财富的直接化身,而且成为物质世界和精神世界统辖者。于是,白银文化应运而生。主要表现如下:

图2 网箱养殖中不同养殖品种氮磷排放量Fig.2 Nitrogen and phosphorus emissions of different species in cage culture

2.3 饲料蛋白含量

饵料系数是评价不同饵料的营养价值和经济效果的指标,提高饵料效率,降低饵料系数,可以减少网箱养鱼的氮磷排放量。如网箱养殖鲑,在上世纪70年代,饵料系数为2.01,生产1 t的鱼,水体的氮磷排放分别为129 kg和31 kg;到90年代,饵料系数降低到1.75,生产1 t的鱼,水体的氮磷排放量分别为78 kg和9.5 kg[14];到2005年,网箱养殖鲑鱼的饵料系数降到1.1,生产1 t的鱼,水体氮磷排放分别为33 kg和4.9 kg[20]。类似的现象在网箱养殖虹鳟中也存在(表1)。

鱼类对营养元素的利用率和转化率受饲料质量的影响较大。据统计,随着饲料质量的明显提高,鲑鱼、虹鳟、海鲷等鱼类的饵料系数降低,鱼类的氮磷排放量也明显的下降,氮从129 kg/t下降到45.8 kg/t,磷从31 kg/t下降到1.73 kg/t(表1)。Abimorad等[34]的研究报道,饲料中添加赖氨酸或蛋氨酸,可以降低细鳞肥脂鲤的饵料系数,提高蛋白贮存率,减少氮元素向水体的排放。另外,利用脂肪对蛋白质的节约效应的营养学原理,适量增加饲料中脂肪含量,可提高鱼类生长率和蛋白质利用率,减少养殖水体中氮的排放量[35]。

图3 网箱养殖中不同饲料蛋白含量的氮磷排放量Fig.3 Nitrogen and phosphorus emissions of different feed protein content in cage culture

2.4 饵料系数

饲料蛋白质含量不同,氮磷物质的排放量不同(图3)。网箱养殖虹鳟系统中,当饲料蛋白含量为48.1%,生产1 t的鱼,氮磷排放量分别为71.1 kg和15.2 kg;饲料蛋白含量为41.0%,生产1 t的鱼,氮磷排放量分别为52.6 kg和7.9 kg;饲料蛋白含量为40.6%,生产1 t的鱼,氮磷排放量分别为47.3 kg和7.5 kg[19]。可见,喂养同一种鱼,饲料蛋白质含量越高,氮磷排放量越高。

不同鱼类物种因其摄食行为、摄食率、饵料转换率的不同,氮磷废物排放量占总氮磷输入量的比例不同。通过大量已有文献数据假设饲料中N 含量为6.5%,P含量为1.4%,饵料转换率为2.0,鱼体N含量为3%,P为1%。饲料有80%被利用,20%变成残饵,可形成简化的理论性营养物质平衡模型[12],适用于网箱养殖N、P营养物质排放的估算(图4)。

3 网箱养鱼氮磷营养物质简易估算方法

本试验条件下,施用配方肥在氮肥减量25%时,辣椒不减产、品质有一定改善,氮肥利用率提高3.2%百分点。配方施肥对期末土壤理化性状的影响不明显。

图4 网箱养殖鱼氮磷营养物质估算Fig.4 Estimation of N、P nutrients in cage fish cultrue

通过估算,当网箱养鱼饵料系数为2.0时,生产1 t鱼时,排放到水体的氮磷含量分别占饲料氮磷含量的76.9%和64.2%。该方法中未考虑养殖鱼类的输入氮和通过死亡的输出氮,通常情况下它们的比例很小约占总营养物质的2%,在此方法中被忽略。另外,鱼种输入的总营养物质可通过养殖过程中死鱼来达到平衡。实际生产中可根据具体的饵料系数进行调整和估算。

4 影响鱼体氮磷排泄的因子

网箱养殖的品种不同,排放到系统中氮磷含量也不同(图2)。投喂商品饲料,生产1 t银鲈,每年将排放130 kg N 和24 kg P[13];生产1 t的鲑(Salmosalar),每年排放78~129 kg N和9.5~31 kg P[14];生产1 t的虹鳟,每年排放83.11~124.2 kg N和16.66~25.6 kg P[15,16]。这可能是因为不同鱼类其生长速率和消化吸收能力不同,造成了氮磷排放量的差异,但鲑鳟的氮磷排放量较为相近。在实验室条件下,投喂商品饲料,生产1 t海鲷,排放到水体的N、P分别有45.85~61.07 kg和1.46~7.28 kg[17];生产 1 t鲤,分别有34.6~43.1 kg N和8.3~11kg P排放到水体中[18], 可见海鲷的氮排放量高于鲤,但磷排放量远低于鲤。

影响鱼类氮磷排泄率的因子主要有养殖密度、种类、大小、生长速度、溶氧、温度、饲料质量等。Verant等[24]指出鱼类养殖密度和饵料的营养成分是影响鱼类氮磷排泄率的主要因子,在预测氮磷排泄率的各种模型中,鱼类的养殖密度和饵料的营养成分与其关联性最强,分别解释了96%和92%变量差异。Schaus 等[25]报道称鱼体重量和温度对氮、磷排泄率均有显著影响,大鱼的排泄率要低于小鱼,高温可导致鱼体磷的排泄率大于氮的排泄率,夏季N∶P明显降低,进而引发藻类大量生长。另外,鱼体自身营养成分含量也会直接影响其氮磷的排泄[26]。相比于体成分,饵料营养成分组成对鱼体氮磷排放率影响更大。Yang 等[27]在对虹鳟饲料进行研究时指出,饲料中豆粕代替鱼粉会增加氨氮的排泄率,且当豆粕在饲料中含量>50%时,磷的排泄率显著降低。类似的结果在欧洲鲈(Dicentrarchuslabrax)[28]和亚洲黑鲈(Latescalcarifer))[29]中也有发现。磷的排泄率降低可能跟饲料中鱼粉含量减少有关,鱼粉中富含磷。

合理设置网箱养殖规模与水体养殖容量密切相关。网箱养殖容量是由Carver 和Mallet于1990年在对海水贝类养殖时提出的,主要基于生态学概念容纳量,指生长率不受负面影响并获得最大产量的单位放养量[30]。随着养殖对环境造成的污染越来越严重,养殖环境逐渐被重视,生态效益、经济效益和社会效益的内容被引入了养殖容量的概念中,指在特定的水域和单位水体中,养殖对象在不破坏环境、保持水域生态系统相对稳定、实现经济效益最大,并且符合可持续发展要求下的最大产量[31]。目前国内对湖库养殖容量评估的方法主要集中在氮磷排放量的研究上[32],这是因为养殖容量估算主要指标不是该水域养殖面积和生产量,而是养殖活动过程中不断输入水体的氮、磷等营养物质总含量,受到养殖模式、养殖品种、管理方法等因素制约,具体内容参考丁娜[33]的研究。概述为当氮磷比低于浮游植物光合成作用要求的N∶P比为7.2∶1,磷是水体初级生产力的限制因子,估算原理是根据养殖物质平衡方程环境,Qf=PMAC/Pfood,Qf为理想渔产量(t/a),PMAC为水域能接受的最大磷负荷(kg/a),Pfood为养殖过程中散失到水体的磷含量(kg/t)。PMAC=Lfish·A,Pfood=C·f·([P]food-[P]fish),C·f=年投饵量/养殖产量,Cp=Lp(1-R)/(Z·p),R=1-Wout/Win。其中Lfish为水体允许最大磷负荷(g/m2·a),A有效养殖面积(m2),C·f表示饵料系数,[P]food表示饵料磷含量[%或‰(kg/t)],[P]fish表示养殖品种磷含量[%或‰(kg/t)],Cp为水体中总磷含量(mg/L);Lp为水体单位面积磷负荷(g/m2·a),R为滞留系数,Z为平均水深(m),p为水库年交换率。另外,也可根据养殖水域初级生产量之间的关系来评估水体的自然容纳量,即水体的鱼产潜力F(kg/hm2),F=F浮游动物+F浮游植物+F底栖动物+F有机碎屑。通过养殖容量的评估可以了解网箱养殖对水环境的影响,对于确定网箱养殖规模具有重要的指导意义。

5 降低网箱养殖对环境影响的措施

5.1 评估养殖容量,控制养殖规模

由此可见,在网箱养鱼系统中,高温、高密度养殖幼鱼时,鱼类氮磷排泄率会增大,排放到水体的有机营养物质含量增加,水质更易破坏。

5.2 提高饲料质量,实行精准投喂

所谓应用软件,主要是为了实现用户的特定目的和用途,进而编制计算机的应用软件,主要是通过利用计算机来解决具体实际问题。应用软件实际上就属于一系列功能进行组合,并且做到程序集合相互协作,具有特定程序,对人们的日常生活解决问题有着比较普遍的应用。

选择合适的投喂量、投喂时间和投喂频率等精准投喂策略,可提高饲料的利用率,减少网箱养殖对环境的污染。过量的投喂饲料不但造成浪费,未食残饵还会污染环境,但投喂量不足,会导致养殖鱼类竞争,影响生长率和饲料利用率,所以深入认识鱼类的摄食行为,选择合适的投喂量进行精准投喂是十分必要的[36]。

5.3 利用组合式生态网箱

通过组合式网箱,养殖不同食性鱼类,可以有效利用网箱养殖中的残饵。如滤食性鱼类和某些杂食性鱼类可以利用水体中天然饵料和养殖过程产生的残饵、粪便等,提高饲料利用率,减少投饵对环境的不良影响。在印尼的鲤网箱养殖系统中,采用组合网箱在外箱养殖罗非鱼,取得较好的养殖效益和生态效益,在当地被广泛的应用[37]。Sudirman等[38]报道在海水漂浮网箱中养殖不同种类石斑鱼时,网箱周围会聚集野生鱼类,据统计有25个属的29种鱼类,他们有的鱼摄食网箱的残饵,有的摄食粪便,可消耗27%的残饵,直接减少了营养物质向水体中的扩散。Yi等[39]对网箱池塘养殖系统的研究发现,在网箱内外均养殖罗非鱼可以提高产量和饲料转化率,改善水质。在养殖对虾的池塘网箱系统外养殖罗非鱼也得到类似的结果[40]。朱永久等[41]在鲟养殖网箱外套挂大规格网箱不投饵养殖鳙、青鱼等,提高了网箱养殖经济效益的同时,也减少了养殖废物向水体的排放。因此,在网箱外设置外箱养殖滤食性或杂食性鱼类的组合式网箱养殖是一种提高网箱养殖收益、减少养殖污染的重要措施。

如果电动机选用变频调速方案,Tt和Tr都取常数,在电动机启动时,Tt可取电动机的额定转矩倍数为1.7[5]。建模分析中,取弹性轴的弹性系数k=10N,然后分以下几种情况讨论。

只能这样了,何良诸绕到车那面,蹲在踏板上,小勺没有发现。就是看见了,车门外挂大肉,也不是司机买的。卡车起动,加速,寒风呼啸,出街口后,道路孬,车没命地颠簸,何良诸抠车门的手,冻得粘住了,挺起脖子,看见赵集直勾勾前视,嘴角挂着暖和的笑。何良诸愤怒了,这家伙,怎么会笑!车没有停下的意思,叫车豁子涮了!何良诸又急又恨,心里明白,却不敢乱动,举了几次,终于把冻僵的手像棍子似竖起来,梆梆梆敲玻璃。赵集吓了一跳,才想起门外挂块肉,急煞车。赵集扭身推车门,何良诸蹲在踏板上。赵集贴住车窗,叫嚷:“下去。”

5.4 网箱养殖废弃物收集技术

降低网箱养殖对水体污染的直接方法是对养殖废弃物的收集处理。国外为提高养殖水产品的品质,对养殖水环境实现可控管理,并通过简单的排放前处理达到废弃物的减排[42]。国内学者对此也展开了一系列的研究工作。吴宗文等[43]针对水库网箱养殖过程中鱼体排泄物污染问题做了多方面的探讨,包括鱼体排泄物和残饵的收集、生物净化、放养模式等,并提出了对沉积物机械收集与处理的设想。具体方法是在网箱底部安装集粪斗及在斗壁安装振动装置、筛动装置,以提高集粪斗对鱼体排泄沉积物的收集效率。在养殖对比试验中每天提取鱼粪1~2次,将收集的鱼粪进行水、粪快速分离,运用现代生产工艺,研制加工成绿色有机生物肥,提高鱼粪的利用率。该集粪装置减少了有机质的排放量,避免了水体的富营养化,为鱼类的生存、生长创造了有利的生态环境,获得了更好的生态、经济、社会效益。江涛等[44,45]通过对大水面网箱设施进行专业化改造,构建了从废弃物收集、固液分离以及分离后的养殖尾水通过生态浮床挂膜技术进行物理及生态处理的一整套系统,将网箱养殖过程中产生的饲料残饵、排泄物进行快速收集、固液分离,并对分离后的养殖尾水进行生态处理,大幅降低经处理后的尾水含总磷、氨氮、化学需氧量的排放浓度,减小对养殖水域的污染,以实现淡水网箱养殖的可持续发展。王涛等[46]对加装集污装置的水库投饵网箱养殖框鳞镜鲤的生长及氮、磷排放情况进行研究,结果显示集污网箱中N、P的利用率显著高于传统网箱,加装集污装置后氮、磷排放量显著减少,减轻了网箱养殖对环境的富营养化影响。

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