专家视点海水养殖污染与生态修复对策
作者：吕兑安，程杰，莫微，谭勇华，孙丽，廖一波
海水养殖是指利用天然海水进行鱼、虾、贝、藻等经济海产品的养殖活动。海水养殖根据养殖方式的不同，可以分为网箱养殖、池塘养殖、筏式养殖、吊笼养殖和底播养殖等。随着海产品需求的增加以及近海渔业资源的衰竭，海水养殖规模不断扩大，海水养殖已成为获取海产品的重要方式。海水养殖过程中需要投入大量的饵料及治疗性药物以促进鱼类等快速成长。由于海水养殖生态系统结构较为简单，生态效率低下，这些输入的物质和能量无法被充分地循环利用，给养殖海域生态环境健康造成了较大的影响。海水养殖过程中产生的污染物质主要有营养盐、有机质、重金属及抗生素等药物。这些污染物质主要通过残饵、排泄物、化学药物等形式排入养殖海域中。有研究表明，海水养殖污染不仅降低了养殖海域生态环境质量，还威胁着养殖生物质量与食用安全。海水养殖已是我国近岸海域重要污染源之一，并成为制约我国海水养殖业可持续发展的重要因素。开展养殖海域生态修复，科学、合理、有效地治理海水养殖污染已迫在眉睫。●海水养殖污染物类型及生态影响●有机质及营养盐污染海水养殖中产生的有机质污染与营养盐污染具有较为密切的关系，且在需要大量投饵的网箱养殖、池塘鱼虾养殖中较为常见。在网箱养殖和池塘养殖中，渔民通常采取提高投饵率的方式来获得更高的收益，但是鱼类等养殖生物仅摄食部分饵料，导致大量未能有效利用的残饵和鱼类粪便等有机质在养殖区沉积物中大量累积，使养殖海域悬浮颗粒物的沉降通量显著增加，海域底质环境发生改变，海水水质质量下降。重金属污染我国海水养殖海域水体和沉积物中普遍存在着较为严重的重金属污染。海水养殖过程中随饲料添加、有机肥使用和药剂投放等输入的重金属元素是导致海水养殖环境重金属超标的重要原因之一。过量的重金属输入对海洋生物具有毒害作用，会影响海洋生物的生长和发育，甚至引起死亡。由于重金属不可降解，海洋生物摄取的重金属将在食物链中传递，并层层富集，最终将对食用海产品的人群身体健康产生威胁。此外，输入养殖海域的重金属元素还会在生物地球化学的作用下与其他物质结合，形成毒性更大的污染物质，例如甲基汞等，对水产品食用安全造成更大的威胁。抗生素污染海水养殖过程中产生的抗生素污染主要来源于饲料添加剂、鱼类粪便以及药物直接投放。抗生素在海水养殖中主要用于疾病防治和促进养殖动物生长。由于缺乏指导和相关法律法规的约束，我国海水养殖中普遍存在抗生素滥用的现象。按其作用机理、化学结构和活性普，常用抗生素可以分为磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类、氯霉素类、四环素类、β内酰胺类、氨基糖甙类和多肽类。海水养殖中输入的抗生素仅有少部分进入生物体和食物链中，绝大部分在水体和沉积环境中累积。海水养殖已经成为海洋抗生素污染的重要来源。有研究表明，部分抗生素对藻类、鱼类等海洋生物具有较为强烈的毒性，长期暴露会使海洋生物慢性中毒，并导致畸形或死亡。抗生素还将诱导海洋环境中的细菌产生抗性基因，增强细菌的耐药性。这些耐药基因将随细菌或病原菌传递到海洋生物或人体内，产生健康风险。此外，残留在水产品体内的抗生素也将最终进入人体，影响人体免疫系统，对人体健康产生威胁。●海水养殖污染生态修复对策措施●水产养殖污染可以通过物理、化学及生物的修复方法进行处理。物理修复主要通过投放一些多孔环境矿物材料，如活性炭、炉渣等，使营养盐、重金属、抗生素等吸附在这些材料表面，以减少水体中污染物的含量。物理修复方法简单、易操作，但容易引起二次污染。化学修复主要通过向水体中投放氢氧化物、碳酸化物等，使重金属离子钝化沉淀，降低其生物有效性，也可向水体中投放氧化剂，使有机质、抗生素等污染物氧化降解。化学修复方法简单，但是受环境条件影响较大，而且投入的化学物质本身存在污染问题。生物修复主要利用植物、藻类、微生物等对污染物质的吸收与降解作用，达到降低营养盐、重金属、抗生素等污染物含量的目的。生物修复处理费用低、净化效果好，对生态环境影响相对较小，而且还有助于恢复受损海洋生境。由于海水养殖环境的特殊性，单纯的物理和化学的修复法对养殖水域环境影响较大，且较难以实现，因此，适宜采取以生物修复为基础的生态修复措施。目前，海水养殖可采用的生态修复技术主要有生态浮床修复、大型藻类修复和人工湿地修复。生态浮床修复技术生态浮床修复技术利用无土栽培的原理，通过在需要修复的养殖水域构建植物生存空间，以达到利用植物吸附、吸收为主的净化污染物的目的。生态浮床主要由植物、栽培基质、浮床框架和固定设施构成。因其美观而且经济、高效，通常用于治理农村生活污水和城市河道，生态效益明显。近年来，也逐步开始应用到海水养殖污染治理中。生态浮床主要用于净化水体中的营养物质，对重金属和抗生素净化也具有一定的效果。其作用机理主要为植物对污染物质的吸收以及植物根际微生物的生化作用。生态浮床的净化效果与植物的种类具有较大关系，某些植物对特定重金属还具有高效的富集作用。研究发现，海马齿、碱蓬、北美海蓬子等生态浮床对海水养殖污染具有较好的净化效果，可以明显降低水体中有机质、营养盐及重金属含量，改善养殖水体和沉积环境，促进水生生物生长，恢复养殖海域生态系统结构。也有研究发现，海马齿生态浮床可以有效降低海水中悬浮颗粒物浓度。生态浮床修复技术主要用于原位修复养殖海域生态环境质量。大型藻类修复技术大型藻类修复技术是指利用大型藻类的生长过程对污染物质进行吸收和转移，以削减水体中污染物含量。大型藻类修复技术操作简单，对营养盐具有较好地去除效果，对重金属元素也有一定的吸收能力。利用经济价值较高的大型藻类，例如生产琼胶的优良原料江蓠等进行生态修复，还可以带来较为可观的经济效益。在海水养殖修复中，常用的大型藻类有海带、龙须菜、江蓠、紫菜、孔石莼、卡帕藻、红皮藻等。有研究表明，每养殖1t的海带、江蓠和紫菜可分别去水体中约2.2kg、2.5kg、6.2kg的氮元素和0.3kg、0.03kg、0.6kg的磷元素。大型藻类修复技术主要用于原位修复养殖海域环境质量。目前，较为广泛应用的还有鱼、虾、贝类与大型藻类共同养殖的综合生态养殖模式。在该模式中，鱼、虾、贝等养殖过程中过量输入的有机质、营养盐及重金属元素为藻类的快速生长提供了条件，提高了藻类的生长效率和产量，为养殖户提高了经济效益，而藻类大量生长繁殖的同时，降低了养殖污染的负面影响，使养殖生态系统维持在稳定状态，增加养殖的可持续性。人工湿地修复技术人工湿地修复是指利用植物吸收、基质吸附及微生物生长代谢的综合作用，达到去除水体中的有机质、营养盐、重金属、抗生素等污染物的目的。人工湿地一般可分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，在海水养殖中通常用于处理养殖外排水。海水养殖人工湿地修复中常用的植物有碱蓬、芦苇、秋茄、互花米草等。人工湿地对水体中的污染物质具有较好的去除效果。●结论与展望●随着海产品需求的增加，我国海水养殖规模不断扩大，海水养殖污染已成为不可忽视的环境问题。海水养殖污染不仅会导致海产品质量降低、产量减少，还会对周边海域生态环境产生影响，对海域生态安全构成威胁。海水养殖过程中产生的主要污染物为有机质、营养盐、重金属、抗生素等。有机质和营养盐主要来源于饲料的投放和鱼类粪便。重金属和抗生素主要来源于饲料添加剂以及药物的直接投放。有机质和营养盐的过量输入会使养殖海域长期处于富营养化状态，甚至引发赤潮。重金属和抗生素对海洋生物具有毒害作用，会影响海洋生物的生长发育，甚至导致畸形或死亡。单纯的物理化学修复方法在海水养殖水体修复中制约较大，还容易产生二次污染问题，适宜采用生态修复的方法对养殖污染海域进行原位或异位修复。生态修复处理费用较低、净化效果较好，对生态环境影响相对较小，而且还有助于恢复受损的海洋生态环境。海水养殖污染常用生态修复方法有生态浮床修复、大型藻类修复和人工湿地修复。这类生态修复以植物和藻类净化、吸收为主，对水体中有机质、营养盐净化效果较好，对重金属和抗生素净化也具有一定的作用。利用生态修复的方法治理海水养殖污染还存在尚需进一步解决的问题：盐生植物或藻类的生长受季节限制，而且各生长期对水体中污染物的吸收、净化效果具有较大差异；盐生植物和藻类生长受盐度、温度及水文等条件影响，需根据各区域实际情况进行筛选，以保证净化效果。在未来的研究中，应加强海水养殖污染源头治理，改进粗放的养殖模式，制订科学合理的饲料和药剂投喂方案，减少养殖源污染物进入养殖水体和周边海域中。此外，还应加快海水综合养殖的理论方法研究，培育合适的经济藻类或盐生植物，在减少养殖海域污染的同时，增加养殖户的经济效益。专家视点
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文章来源：节选自《海水养殖污染与生态修复对策》，原刊于《海洋开发与管理》年11期
作者：吕兑安，自然资源部第二海洋研究所高级工程师；程杰，莫微，谭勇华，孙丽，廖一波，自然资源部第二海洋研究所
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