水產(chǎn)養(yǎng)殖水體污染的生物修復(fù)技術(shù)

■ 廣東省海洋與漁業(yè)技術(shù)推廣總站 羅國武 翁如柏/文

水產(chǎn)養(yǎng)殖水體污染的生物修復(fù)技術(shù)

■ 廣東省海洋與漁業(yè)技術(shù)推廣總站 羅國武 翁如柏/文

水體是魚蝦蟹貝等水產(chǎn)動物生存生長所必須依賴的環(huán)境，水質(zhì)好壞是水產(chǎn)養(yǎng)殖成敗的關(guān)鍵因素。長期以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積和產(chǎn)量都位居世界第一。然而隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖水環(huán)境的水質(zhì)污染也越來越嚴(yán)重。有效地修復(fù)受污染的養(yǎng)殖水環(huán)境，是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展和水產(chǎn)品質(zhì)量安全的關(guān)鍵保障。

一、生物修復(fù)技術(shù)的由來與概念

環(huán)境修復(fù)技術(shù)有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)。物理修復(fù)主要是通過清淤、沉淀、過濾等物理過程去除污染物?；瘜W(xué)修復(fù)主要是施用化學(xué)試劑（如強(qiáng)氧化劑）使污染物質(zhì)發(fā)生一定的化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)速度快但費(fèi)用較高，且二次污染的可能性較大。

生物修復(fù)技術(shù)是在自然條件或可控條件下，利用各種土著生物、外來生物或強(qiáng)化生物（突變體和基因工程轉(zhuǎn)化體）將環(huán)境中的污染物降解轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)的工程技術(shù)。生物修復(fù)具有費(fèi)用低廉、處理操作簡單和安全性較高的優(yōu)點(diǎn)。

按照生物修復(fù)技術(shù)實施的場所，可分為原位修復(fù)、異位修復(fù)和聯(lián)合生物修復(fù)；按照修復(fù)的污染種類，可分為有機(jī)污染生物修復(fù)、重金屬污染生物修復(fù)和放射性污染生物修復(fù)等；按照人工干預(yù)與否，可分為生物自凈功能生物修復(fù)和強(qiáng)化生物凈化功能生物修復(fù)；按照修復(fù)的環(huán)境對象，可以分為土壤修復(fù)、海洋修復(fù)、湖泊水庫修復(fù)、池塘修復(fù)和地下水修復(fù)等。

水產(chǎn)養(yǎng)殖水域面臨的污染問題

養(yǎng)殖水體環(huán)境污染是指由于人類活動（生產(chǎn)、生活等）、養(yǎng)殖對象自身的分泌物和排泄物、殘餌、藥物殘留等因素造成水體破壞、水質(zhì)因子平衡失調(diào)的現(xiàn)象。

（一）水產(chǎn)養(yǎng)殖內(nèi)源性污染

1．營養(yǎng)物污染。殘餌和代謝產(chǎn)物造成污染。水產(chǎn)養(yǎng)殖中常進(jìn)行過量的施肥投餌，大量殘餌、漁用肥料、養(yǎng)殖動物排泄物和生物殘骸等含有的營養(yǎng)物質(zhì)氮、磷、硫化物以及懸浮物和耗氧有機(jī)物等是主要污染物，并且這些營養(yǎng)物成為水體富營養(yǎng)化的污染源，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體的自凈能力嚴(yán)重下降。有研究證明，所投飼料有10%～20%并沒有被養(yǎng)殖動物所攝食，而是存留于水體環(huán)境中；被攝食的飼料氮約有20%～25%用于生長，75%～80%以糞便和代謝物形式進(jìn)入水體；被攝食的飼料磷，約有25%～40%用于生長，60%～75%排入水體。海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)大部分位于風(fēng)平浪靜的內(nèi)灣，水體交換條件差，易產(chǎn)生累積性污染。淡水湖泊粗放型養(yǎng)殖，人工投餌利用率僅為30%，剩余的餌料直接進(jìn)入水體，沉入湖底。

2．藥物污染。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中經(jīng)常使用殺菌藥物、殺寄生蟲藥物等防治水產(chǎn)動物疾?。皇褂脷⑾x劑、殺螺劑等消除敵害生物；使用殺藻劑、除草劑控制水生植物；此外還使用消毒劑、環(huán)境改良劑等投入品。相關(guān)藥物的使用量越來越大，造成抗藥性、殘留、毒性等生態(tài)風(fēng)險越來越高。同時，水產(chǎn)養(yǎng)殖疾病防治技術(shù)的滯后及養(yǎng)殖戶用藥知識匱乏，導(dǎo)致大部分養(yǎng)殖戶不能仔細(xì)分析病因，難以對癥下藥，濫用藥和不規(guī)范用藥，使養(yǎng)殖水域出現(xiàn)藥物殘留進(jìn)而對水域生態(tài)系統(tǒng)造成危害。

3．底泥惡化造成二次污染。養(yǎng)殖水體既是水生動物的生長環(huán)境，也是其分泌物、排泄物的處理場所。伴隨著養(yǎng)殖過程，殘餌和水生動物的糞便、尸體和死亡藻類不斷增加而又無法排出，沉積于水體底部形成一層黑色的淤泥。淤泥中的有機(jī)物質(zhì)在缺氧的條件下發(fā)酵分解產(chǎn)生大量的中間產(chǎn)物，如氨、硫化氫、甲烷、氫有機(jī)酸等，這些物質(zhì)會惡化水生動物生存環(huán)境，影響水生動物生長，導(dǎo)致飼料系數(shù)增大，養(yǎng)殖成本上升，甚至引起水生動物中毒死亡和泛塘；此外，這些物質(zhì)在適當(dāng)條件下會釋放氮、磷到周圍水體中，引起水體富營養(yǎng)化。

（二）外源性污染

1．生活污水污染。近年來，由于城鎮(zhèn)人口不斷增加和人民生活水平的大幅提高，生活污水的排放量和有機(jī)物的含量日益增加。生活污水中的鐵、錳、氫氧化物懸浮物引起了渾濁度的增加，盡管對水體不產(chǎn)生直接危害，但水體渾濁度，升高減少了太陽輻射，使水體初級生產(chǎn)力下降。生活污水產(chǎn)生的惡臭會導(dǎo)致養(yǎng)殖水生動物回避及中毒死亡，食用價值也大為下降。生活污水中有機(jī)物大量富集，造成水體色度加深，出現(xiàn)富營養(yǎng)化。

2．工業(yè)廢水污染。工業(yè)廢水對養(yǎng)殖水體環(huán)境的污染是毀滅性、災(zāi)難性的。造紙廢水中的硫化物可使所有魚類中毒死亡；冶金礦山電鍍廢物中的重金屬會毒死一切水生動植物；皮革廠、肉類加工廠廢水排入水體可使水色加深，濁度加重，干擾魚類的正常活動與攝食。工業(yè)廢水還能引起水溫驟升，引發(fā)水體生物種群的變化與更迭，破壞水生生態(tài)平衡。工業(yè)廢水的惡劣氣味可導(dǎo)致水生動物死亡，喪失實用價值。據(jù)媒體報道，75%的突發(fā)大規(guī)模死魚事件是由工業(yè)廢水污染造成。

3．農(nóng)業(yè)面源污染。農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，農(nóng)田中的泥沙、營養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其他污染物，在降水或灌溉過程中，通過農(nóng)田地表徑流、壤中流、農(nóng)田排水和地下滲漏，進(jìn)入養(yǎng)殖水體而形成的面源污染。這些污染物主要來源于農(nóng)田施肥、農(nóng)藥、畜禽及農(nóng)村居民。與其他污染源相比，農(nóng)業(yè)面源污染范圍更廣，位置、途徑、數(shù)量的不確定性更大，成份、過程更復(fù)雜，更難以控制。

三、污染養(yǎng)殖水體的生物修復(fù)技術(shù)

池塘、水庫、湖泊、河流、稻田、灘涂、海灣等不同養(yǎng)殖水域環(huán)境的污染，其生物修復(fù)技術(shù)也不盡相同。

（一）微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是目前污染環(huán)境生物修復(fù)的主要方式。微生物在廢水處理和固體廢棄物處理等環(huán)境污染防治方面具有廣泛的應(yīng)用。微生物凈水的原理是：水體中的有益微生物依靠分解有機(jī)物作為碳源和能源而生活，有機(jī)物在微生物酶的作用下，在厭氧或好氧的條件下，被降解為無害物質(zhì)。

1．投加有益微生物或微生物制劑

（1）光合細(xì)菌。這是一類能進(jìn)行光合作用的原核生物，目前在水產(chǎn)養(yǎng)殖上普遍應(yīng)用的有紅假單胞菌，其特點(diǎn)是在菌體內(nèi)含有光合色素，可在厭氧、光照條件下進(jìn)行光合作用，利用太陽光獲得能量，但不產(chǎn)生氧氣。其在養(yǎng)殖水體內(nèi)，可利用硫化氫或小分子有機(jī)物作為供氫體，同時也能將小分子有機(jī)物作為碳源加以利用，將氨鹽、氨基酸等作為氮源利用。因此，將其施放在養(yǎng)殖水體后可迅速消除氨氮、硫化氫和有機(jī)酸等有害物質(zhì)，改善水體，穩(wěn)定水質(zhì)，平衡水體pH。但光合細(xì)菌對進(jìn)入養(yǎng)殖水體的大分子有機(jī)物如殘餌、排泄物及浮游生物的殘體等無法分解利用。

（2）芽孢桿菌。為革蘭氏陽性菌，是一類好氣性細(xì)菌。該菌無毒性，能分泌蛋白酶等多種酶類和抗生素。在水產(chǎn)養(yǎng)殖上運(yùn)用的主要是枯草芽孢桿菌，其利用芽孢繁殖，芽孢位于菌體中央，由于其芽孢繁殖的特性，芽孢對高溫、干燥、化學(xué)物質(zhì)有強(qiáng)大的抵抗性，因此十分便于生產(chǎn)、加工和保存?？莶菅挎邨U菌菌群進(jìn)入養(yǎng)殖水體后，能分泌豐富的胞外酶系統(tǒng)，及時降解水體有機(jī)物，如排泄物、殘餌、浮游生物殘體及有機(jī)碎屑等，使之礦化成單細(xì)胞藻類生長所需的營養(yǎng)鹽類，避免有機(jī)廢物在養(yǎng)殖水體中的沉積。同時有效減少池塘內(nèi)的有機(jī)物消耗氧，間接增加水體溶解氧，保證有機(jī)物氧化、氨化、硝化、反硝化的正常循環(huán)，保持良好的水質(zhì)。此外，枯草芽孢桿菌在代謝過程中可以產(chǎn)生一種抑制或殺死其他微生物作用的枯草桿菌素，此種抗生素為一種多肽類物質(zhì)，可將養(yǎng)殖池底沉積物中發(fā)光弧菌的比例降低，抑制水體中致病菌的繁殖。

（3）硝化細(xì)菌。硝化細(xì)菌是指利用氨或亞硝酸鹽作為主要生存能源，能利用二氧化碳作為主要碳源的一類細(xì)菌，為化能自養(yǎng)菌。硝化細(xì)菌是一種好氧菌，是降解水體中氨和亞硝酸鹽的主要細(xì)菌之一。硝化細(xì)菌有2個屬，其中一個屬是把氨氧化成亞硝酸鹽，從而獲得能量，另一個屬則是把亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽而獲得能量。在pH值和溫度較高的情況下，分子氨和亞硝酸鹽對水生生物的毒性較強(qiáng)，而硝酸鹽對水生生物無毒害。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽是阻礙養(yǎng)殖發(fā)展的關(guān)鍵因素。通過施用硝化細(xì)菌，人為提高水體中硝化細(xì)菌的濃度，促進(jìn)有益菌群的平衡，及時降解亞硝酸鹽，達(dá)到改善水質(zhì)的作用。

（4）EM菌。為一類有益微生物菌群，EM菌是采用適當(dāng)?shù)谋壤酮?dú)特的發(fā)酵工藝將篩選出來的有益微生物混合培養(yǎng)，形成復(fù)合的微生物群落，并形成有益物質(zhì)及其分泌物質(zhì)，通過共生增殖關(guān)系組成了復(fù)雜又相對穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)。由光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌等5科10屬80余種有益菌種復(fù)合培養(yǎng)而成。EM菌中的有益微生物經(jīng)固氮、分解和光合作用，可使水中的有機(jī)物質(zhì)形成各種營養(yǎng)元素，供自身和餌料生物的生長繁殖，同時增加水中的溶解氧，降低氨、硫化氫等有毒物質(zhì)的含量，提高水質(zhì)。

（5）酵母菌。為真核生物，在有氧條件下，酵母菌將溶于水中的糖類（單糖和雙糖）、有機(jī)酸作為自身所需的碳源，供合成新的原生質(zhì)及自身生命活動能量之用，其對糖類的分解，可完全氧化為二氧化碳和水。在缺氧條件下，酵母菌利用糖類（單糖和雙糖）作為碳源，進(jìn)行發(fā)酵和繁殖酵母菌體。因此，酵母菌能有效分解溶于池水中的糖類，迅速降低水中生物耗氧量，在池內(nèi)繁殖出來的酵母菌又可以作為魚蝦的飼料蛋白利用。

（6）蛭弧菌。是寄生在某些細(xì)菌上并導(dǎo)致其裂解的一類細(xì)菌，目前國內(nèi)應(yīng)用較普遍的是嗜水氣單胞菌蛭弧菌。將其潑灑到養(yǎng)殖水體后，可迅速裂解養(yǎng)殖水體主要的條件致病菌--嗜水氣單胞菌，減少水體致病微生物數(shù)量，能防止或減少魚、蝦、蟹病害的發(fā)生和蔓延，同時對于氨氮有一定的去除作用?？筛纳扑a(chǎn)動物體內(nèi)外環(huán)境，促進(jìn)其生長，增強(qiáng)免疫力。

（7）放線菌。目前水產(chǎn)上應(yīng)用的主要是嗜熱放線菌，對于養(yǎng)殖水體中的氨氮降解及增加溶氧和穩(wěn)定pH均有較好效果。尤其是在溫棚養(yǎng)殖中應(yīng)用效果更佳。

生態(tài)基固化微生物培育

生態(tài)基是一種經(jīng)過處理的比表面積高（≥150）的載體材料，是適合微生物生長的“床”，也就是一種微生物固定化的惰性載體。生態(tài)基放置于水中，在水體動力條件下會迅速吸附水中各種水生生物到其表面，隨著時間的推移，附著生長在生態(tài)基上的微生物和藻類非常豐富，并形成主要由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物和后生動物等構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，這些微生物和藻類對于富營養(yǎng)化水體起到生物過濾和生物轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。固定化微生物體系通過自身的新陳代謝分解水中的有機(jī)物，生態(tài)基上生長的微生物可吸附水體中的富營養(yǎng)成分，如氮、磷、硫、碳等物質(zhì)，并將這些富營養(yǎng)成分富集，通過不同的微生物作用，轉(zhuǎn)化成為二氧化碳、水和氮?dú)獾?，從而奪取了藍(lán)綠藻生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，抑制了藍(lán)綠藻的滋生，水質(zhì)逐漸得到改善。

水生植物修復(fù)

按發(fā)揮作用的方式，可以將水生植物對污染水環(huán)境的修復(fù)功能劃分為以下三個方面：

一、控制底泥營養(yǎng)鹽釋放。已有通過人工模擬的方法，利用狐尾藻和鳳眼蓮兩種水生植物來控制湖泊底泥營養(yǎng)鹽的研究。結(jié)果表明，水生植物尤其是沉水植物能有效抑制底泥中總氮、總磷、硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的釋放，降低水中營養(yǎng)鹽的濃度。

二、吸收水體中過剩的營養(yǎng)物質(zhì)。蘆葦、菱角、鳳眼蓮、茭白和滿江紅等水生植物可以有效吸收富營養(yǎng)化湖泊中的氮、磷等過剩營養(yǎng)物質(zhì)。紅樹林吸氮能力很強(qiáng)，可減弱魚、蝦過度養(yǎng)殖造成的富營養(yǎng)化程度，起到海水生物凈化作用。大型海藻能吸收養(yǎng)殖動物釋放到水體中多余的營養(yǎng)鹽，產(chǎn)生氧氣，調(diào)節(jié)水體的pH值，從而達(dá)到對養(yǎng)殖環(huán)境的生物修復(fù)和生態(tài)調(diào)控作用。這些藻類主要有角叉菜、石莼、江蘺、卡帕藻、紫菜、龍須菜和紅皮藻等。一些大型海藻具有極高的生產(chǎn)力，快速生長的同時，能從周圍環(huán)境中大量吸收氮和磷。例如，鞠花心江蘺具有耐高溫、高鹽、生長快等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高海水中DO濃度，降低無機(jī)氮和無機(jī)磷濃度，可明顯減輕網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)自身污染程度。在網(wǎng)箱養(yǎng)殖密集的海灣栽培大型藻類有可能是解決近岸海區(qū)富營養(yǎng)化的有效手段。

三、克藻。高等水生植物與浮游藻類有相互克制的特性，它們主要通過資源競爭和化感作用等影響浮游藻類的生長。例如，石菖蒲抑制藻類的機(jī)制除了對光和氮、磷等礦質(zhì)營養(yǎng)的競爭外，主要是由于石菖蒲根系向水體分泌的化學(xué)物質(zhì)能傷害和清除藻類（化感作用）。不同類型的高等水生植物發(fā)揮化感作用的方式也不盡相同，沉水植物通過莖、葉直接釋放化感物質(zhì)有效抑制周圍浮游藻類的生長，而挺水植物和浮葉植物對藻類的化感作用主要是通過根部釋放化感物質(zhì)來實現(xiàn)的。

水生動物修復(fù)

水生動物修復(fù)用得較多的是“生物操縱”理論?！吧锊倏v”理論是研究用于富營養(yǎng)化湖泊治理的一項技術(shù)，即通過改變魚類的組成和密度來調(diào)整湖泊的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，減少以浮游動物為主要餌料的魚類種群密度，從而促使浮游植物生物量的下降，達(dá)到改善水質(zhì)、增加透明度的目的，主要措施是增加兇猛性魚類的放養(yǎng)。“生物操縱”在湖泊養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化防治中應(yīng)用主要在兩個方面：

1．利用濾食性食藻魚。常見的濾食性食藻魚有鰱魚、鳙魚、鯉魚和草魚等，這些濾食性食藻魚以浮游植物（藍(lán)綠藻等）為主要食物，可以有效控制水體富營養(yǎng)化。若濾食性食藻魚在水中達(dá)到50g/m3，就能有效防止藍(lán)藻（微囊藻）水華的產(chǎn)生。

2．利用植食性浮游動物。大型植食性浮游動物可降低藻類生物量，提高水體透明度，因此具有良好的生物修復(fù)功能；有些微型浮游動物（枝角類）可以直接以藻類為食，可以通過投加這些微型浮游動物抑制藻類的生長。