水產(chǎn)養(yǎng)殖對紅樹林濕地水質(zhì)影響評價

譚振

海南東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，海南?？?71158

紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶的一種特殊的植物群落[1]，它提供了多種多樣的森林產(chǎn)品、水生物種棲息地、碳庫和重要的天然海岸防御，以及減輕海岸帶侵蝕和臺風(fēng)活動造成的影響等[2]。然而，隨著紅樹林濕地開發(fā)的不科學(xué)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，紅樹林遭到越來越嚴(yán)重的破壞[3]。20世紀(jì)50 年代初至90 年代，中國紅樹林消失率達(dá)68.7%。東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)紅樹林面積自1959年以來減少了近50%[4]。

近年來，中國對紅樹林的研究主要集中在紅樹林生態(tài)系統(tǒng)、紅樹林恢復(fù)、紅樹林生物多樣性、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等方面。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)是由紅樹林、細(xì)菌和藻類組成的多級凈化系統(tǒng)，能有效凈化污水，吸收重金屬、有機物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)[5，6]。此外，有研究表明[7]，人工紅樹林系統(tǒng)可以降解蝦池中的COD 和TO，紅樹林污泥的降解速率與有機污染物鏈長有關(guān)[8]。

雖然紅樹林對污水的凈化能力很強，但有研究顯示，紅樹林的自凈能力有限。蝦池中過量的懸浮固體導(dǎo)致紅樹林存活率低[9]，沉積物會釋放一些耗氧物質(zhì)，通過消耗溶解氧而導(dǎo)致水質(zhì)惡化[6]。但是，有研究卻表明，污水造成的養(yǎng)分積累不一定會對紅樹林本身造成負(fù)面影響，一定濃度的污水可以促進(jìn)紅樹林的生長[7]。

根據(jù)這些結(jié)論，可能會提出一個問題：哪些養(yǎng)殖類型對紅樹林濕地的水質(zhì)有更嚴(yán)重的影響？在所有其他養(yǎng)殖中，對蝦養(yǎng)殖的污染物排放量似乎最高，因為飼料利用率低可能導(dǎo)致更多的氮和磷溶解到水中[10]。因此，生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖是水產(chǎn)養(yǎng)殖的一條創(chuàng)新之路。例如，廈門大學(xué)的陳桂珠在紅樹林地區(qū)找到了一種可持續(xù)發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖方法[11]。

紅樹林濕地生態(tài)服務(wù)價值的研究主要集中在評價紅樹林碳庫、凈化功能等生態(tài)功能所產(chǎn)生的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。在水質(zhì)評價方法上，國內(nèi)學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)計算模型對水質(zhì)進(jìn)行評價，闡述了影子價格模型、邊際機會模型和供需價格模型的優(yōu)缺點，提出了合理水價應(yīng)包含水資源價值的水價概念[12]。然而，目前水價只包括利潤和生產(chǎn)成本。該文將包含水資源價值的模糊數(shù)學(xué)計算模型應(yīng)用于水資源價格評估研究。

文章主要通過對比不同研究區(qū)域的COD、TN、TP、pH 等水質(zhì)指標(biāo)，并以紅樹林濕地水產(chǎn)養(yǎng)殖的水資源價格與水資源價格進(jìn)行比較，研究紅樹林濕地水產(chǎn)養(yǎng)殖對紅樹林濕地水質(zhì)的影響。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然條件

東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)位于海南省?？谑?19°57′N～20°01′N，110°32′E～110°37′E)，平均氣溫23.3℃～23.8℃，年平均降水量為1664mm，總面積為3337.6hm2[13]。東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)紅樹林是中國唯一一個最原始、最具代表性的熱帶天然紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)內(nèi)有紅樹林19 科35 種，伴生種18 科33 種。東寨港國家自然保護(hù)區(qū)于1992 年被列入拉姆薩爾國際重要濕地公約[14]。

1.2 社會經(jīng)濟描述

21 世紀(jì)初期，東寨港紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)附近居民經(jīng)濟來源主要依靠養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)。東寨港紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)有25hm2養(yǎng)殖池。據(jù)介紹，保護(hù)區(qū)養(yǎng)鴨可產(chǎn)鴨50 萬只，年產(chǎn)量333.35hm2/a。每年從蝦、鴨養(yǎng)殖等養(yǎng)殖業(yè)中受益近250 萬元。

2 方法

2.1 采樣點選擇

研究選取6 個取樣點（分別為2 個蝦池、2 個鴨塘及2 個非養(yǎng)殖區(qū)的紅樹林濕地）。

2.2 取樣方法

每月從6 個采樣點（2012 年9 月～2013 年9月）連續(xù)采集54 個水樣，每個采樣點有3 個重復(fù)樣本及1 個對照樣，取樣深度為0cm～20cm。

2.3 分析方法

2.3.1 水質(zhì)分析方法

化學(xué)需氧量（COD）用堿性高錳酸鉀測定；總氮（TN）和總磷（TP）分別為GB11893-89 和GB11894-89的方法[15]。用手持式pH 測試儀、溫度計測量pH、溫度。

2.3.2 水資源價格評估方法

水價受多因素影響。在模糊數(shù)學(xué)計算模型中，把所有的影響因素都納入分析是不現(xiàn)實的。文章選取COD、TN、TP、pH 等水質(zhì)指標(biāo)對水資源價格進(jìn)行評價。計算水資源價格的公式：

W：水資源價格；V：水資源價值模糊評價；S：水資源價格向量

水資源價格向量由水資源價格上限決定[16]。根據(jù)2010 年?？谑械臄?shù)據(jù)，?？谑腥丝跒?20 萬，年人均收入19730 元，年用水量14215 萬t，選擇0.03作為水價承載力指數(shù)。供水成本最低為1.9 元。

P：水資源價格上限；A：水價承受能力指數(shù)；E：年人均收入；C：年人均用水量；D：供水成本

將P 分為4 個等距部分，間隔為1.032。因此，水資源價格向量為：

3 結(jié)果與分析

3.1 COD 的差異

化學(xué)需氧量（COD）是反映水體受有機物污染程度的水質(zhì)指標(biāo)，圖1 顯示了蝦池、鴨塘和紅樹林不同月份水體的COD。

圖1 2012 年10 月～2013 年9 月不同樣地COD 濃度結(jié)果Fig.1 COD Concentration Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

從圖1 可以看出，紅樹林地區(qū)的COD 保持穩(wěn)定，而水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘的COD 保持最大的變化范圍。差異分析結(jié)果表明，紅樹林地區(qū)與養(yǎng)殖池塘的COD 差異顯著（P＜0.01）?？梢?，攝食有機飼料、藻類光合作用和動物殘體分解是導(dǎo)致COD 上升的主要原因。另外，海水中的有機物隨潮汐而來，是COD 上升的一個不可忽視的原因。受雨季影響，9 月份三個研究區(qū)COD 濃度均呈下降趨勢，總體上COD 濃度的變化順序為：蝦池＞鴨塘＞紅樹林區(qū)。

3.2 TN 的差異

從圖2 可以看出，鴨塘TN 最高，平均為1.89mg/L，最高值出現(xiàn)在5 月份。蝦塘的TN 低于鴨塘，而更接近紅樹林地區(qū)。根據(jù)差異分析結(jié)果，8 個月內(nèi)蝦池TN 與紅樹林無顯著差異（p＞0.05），鴨塘TN 與紅樹林有極顯著差異（p＜0.01）。結(jié)果表明，蝦池和鴨塘的TN 排放量不同。養(yǎng)殖中的高氮可能來自高蛋白飼料；養(yǎng)殖密度不同是另一個原因；此外，動物殘體和糞便（尤其是鴨塘）也會引起TN 的升高。

圖2 2012 年10 月～2013 年9 月不同樣地TN 濃度結(jié)果Fig.2 TN Concentration Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

3.3 TP 的差異

從圖3 可以看出，兩種養(yǎng)殖類型的TP 均高于紅樹林。兩個養(yǎng)殖池塘的TP 無顯著性差異（P＞0.05），但與紅樹林的TP 有顯著性差異（P＜0.01）（或顯著性差異（P＜0.05））。這說明兩種養(yǎng)殖方式有效磷的輸入都能導(dǎo)致TP 的提高，這已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的普遍現(xiàn)象。另一個原因是動物糞便及其尸體的分解也能使TP 升高。此外，生活污水排入紅樹林濕地也可能對紅樹林地區(qū)的TP 濃度的升高作出貢獻(xiàn)。

圖3 2012 年10 月～2013 年9 月不同樣地TP 濃度結(jié)果Fig.3 TP Concentration Results at Different Sampling Plots From October 2012 to September 2013

3.4 pH 的差異

一般情況下，紅樹林地區(qū)海水的正常pH 略高于7（7.8 至8.5）。pH 易受溫度、壓力、鹽度等因素的影響，其中最重要的因素是養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的某些物質(zhì)可能引起水體酸化。從圖4 可以看出，養(yǎng)殖池塘的pH 變化范圍為5.19～8.29，鴨塘的pH 最低（8 月pH=5.19），蝦池的pH 最高，5 月的平均值為8.29。在研究過程中，養(yǎng)殖池塘的pH 有一半以上低于7。除7月和9 月外，紅樹林區(qū)的pH 一直接近于7，說明水產(chǎn)養(yǎng)殖降低了海水pH。ANVON 學(xué)者發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖池塘pH 與紅樹林地區(qū)高頻率存在極顯著差異（P＜0.01）（或顯著差異（P＜0.05））。另外，在半個研究周期內(nèi)，兩個養(yǎng)殖池塘之間也存在極顯著差異（P＜0.01）（或顯著差異（P＜0.05））。結(jié)果表明，不同的養(yǎng)殖類型導(dǎo)致水體酸化程度不同。該文得出養(yǎng)鴨更容易使水酸化的結(jié)論。

圖4 2012 年10 月～2013 年9 月不同樣地pH 分析結(jié)果Fig.4 pH Analysis Results at Different Sampling Points From October 2012 to September 2013

3.5 N/P 的差異

氮磷比能反映赤潮發(fā)生時水體營養(yǎng)狀況。這也是藻類受到氮和磷限制的一個重要因素[18]。此外，養(yǎng)殖水體中氮、磷的含量可以反映水體的富營養(yǎng)化程度。氮、磷是藻類的營養(yǎng)成分，氮磷比對藻類的生長有一定的限制作用。Darley 說，高N/P 比（＞30）意味著藻類的數(shù)量可能受到磷的限制，當(dāng)?shù)陀? 時，藻類受到氮的限制[19]。從表1 可以看出，各研究區(qū)的水質(zhì)均未出現(xiàn)磷限制現(xiàn)象，而氮限制出現(xiàn)的頻率較高。這表明三個研究地點的TP 含量極為豐富。三個研究區(qū)的N/P 也有相同的差異，只是兩個養(yǎng)殖池的N/P 有時都略高于紅樹林區(qū)。總的來說，養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)比紅樹林地區(qū)更容易爆發(fā)藻類，而紅樹林地區(qū)的水質(zhì)也受到威脅。

表1 不同樣地氮磷比結(jié)果Tab.1 Results of Different Nitrogen Phosphorus Ratios

3.6 NQI 的差異

NQI=CCOD/C！COD+CT-N/C！T-N+CT-P/CT-P

CCOD：COD實測值（mg/L）

CT-N：總氮實測值（mg/L）

CT-P：TP 實測值（mg/L）

C！COD(3.0mg/L)，C！T-N(0.6mg/L) 和 C！T-P(0.03mg/L)參照相應(yīng)的COD、TN、TP 評價標(biāo)準(zhǔn)。

營養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)（NQI）可以反映水體的富營養(yǎng)化程度。從表2 可以看出，兩個養(yǎng)殖池塘的水質(zhì)大部分時間處于富營養(yǎng)化狀態(tài)（NQI＞3），尤其是鴨塘，而紅樹林地區(qū)也有一半時間處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。鴨塘水質(zhì)富營養(yǎng)化最嚴(yán)重，其次是蝦池。一半時間內(nèi)，紅樹林地區(qū)處于中營養(yǎng)狀態(tài)或貧營養(yǎng)化狀態(tài)。

表2 不同樣地NQI 結(jié)果分析Tab.2 Analysis of NQI Results Differently

4 水產(chǎn)養(yǎng)殖與紅樹林濕地水資源價格對比

4.1 采用模糊數(shù)學(xué)計算模型進(jìn)行水質(zhì)評價

表3 紅樹林濕地水質(zhì)情況Tab.3 Water Quality of Mangrove Wetland 單位：mg/L

表4 各單因素標(biāo)準(zhǔn)水平[20]Tab.4 Standard Levels of Each Single Factor 單位：mg/L

經(jīng)計算，水質(zhì)因子隸屬度形成的矩陣如下：

采用專家經(jīng)驗法確定4 個水質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重（A）。5 位專家的A 值為：A（COD、TN、TP、pH）=A（0.35，0.35，0.25，0.05）。

紅樹林濕地水資源價格為：

同樣的方法計算水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域的水資源價格：

Ws為1.994 元/m3和Wd為1.930 元/m3，特別是紅樹林地區(qū)，由于賦予了水資源價值，其價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的水價（2010 年為1.55 元/m3）。

5 結(jié)論

經(jīng)過分析，從研究中得出如下結(jié)論：

（1）總體來看，養(yǎng)殖池塘的COD 遠(yuǎn)高于紅樹林地區(qū)，養(yǎng)殖產(chǎn)生的有機污染物較多。

（2）兩種養(yǎng)殖方式的TP 含量在相當(dāng)長的時間內(nèi)均高于紅樹林地區(qū)，說明兩種養(yǎng)殖方式都能提高TP的濃度。

（3）在大部分的研究周期里，養(yǎng)殖池塘的pH 均低于7，而紅樹林濕地水質(zhì)pH 除7 月和9 月外一直接近7，養(yǎng)殖降低了水體的pH。此外，不同類型的養(yǎng)殖導(dǎo)致水體酸化程度不同。在該研究中，鴨養(yǎng)殖更容易使水質(zhì)酸化。

（4）氮磷比表明，各樣地水質(zhì)均不受磷的限制，但受氮限制的頻率較高，尤其是在兩種養(yǎng)殖池塘中。NQI 結(jié)果表明，鴨塘水體富營養(yǎng)化程度最高，蝦池次之。在研究中，大部分時間里紅樹林濕地水質(zhì)處于中營養(yǎng)或者貧營養(yǎng)狀態(tài)。

（5）通過模糊數(shù)學(xué)模型對水資源價格進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)紅樹林濕地水資源價格最高，為2.688 元/m3，蝦池和鴨塘分別為1.994 元/m3和1.930 元/m3。