水产养殖自身污染及其生物修复技术

水产养殖自身污染及其生物修复技术内容摘要：

第 7卷 第 9期 2 0 0 6年 9 月 环境污染治理技术与设备 T echn iques and Equ ipm ent for Env ironm enta l Po llution Contro l V o l. 7, N o. 9 Sep . 2 0 0 6 水产养殖自身污染及其生物修复技术 安鑫龙 周启星 ( 南开大学环境科学与工程学院, 天津 300071) 摘 要 介绍了 生物修复的概念、 水产养殖存在的自身污染问题及其 主要生物修复技术。营养 物污染、药物污染 和底 泥富集污染是水产养殖存在的 主要自身污染问题; 微生物修复、水生植物修复和水生动物修复是 污染养殖 水域生物修 复的 3种主要形式; 微 生物的有效性、 生物入侵、二次污染、 修复生物的 季节性和 非水生植物 的利用等方 面是实施 生物修复 应注 意的主要方面。最后指出, 推行清洁生产、实行生态养殖是水产养殖业可持续发展的出路。 关键词 水产养 殖 自身污染 生物修复技术 中图分类号 S94213 文献标识码 A 文章编号 1008-9241( 2006) 09-0001-06 P rogress in study of biorem ediation for aquaculture self-polluted w ater bodies An X inlong Zhou Q ix ing ( College of E nvironm ental Science and Engineering, N ank aiU n iversity, T ian jin 300071 ) Abstract Conception of biorem ed ia t io n, aquaculture se lf po llu t ion and m a in b io rem ediation techno log ies are rev iew ed in the paper. Nutrients, m edic in es and accum ulat ions in sed im ents are m a in po llu tants o f aquacu-l ture self po llu t io n; m icroorganism s, aquatic p lants and aquat ic anim a ls are m a in organism s used in biorem ed-i ation for po lluted aquacu lture w ater bod ies; valid ity of m icroo rgan ism, biological invasion, secondary po llu t ion, seasonal prob lem o f organism and utilizat io n o f non-aquatic plants and so on are m a in problem s w hich w ill be considered in the future. C leaner production and eco log ical aquaculture are th e directions o f susta in able developm ent o f aquacu lture. K ey w ord s aquacu lture; self po llu t io n; biorem ed iation techno logy 20世纪以来, 由于人口的急剧增加和社会经济 的快速发展, 人们对海产品的需求量大大增加。据 程方面的专家、 学者, 纷纷投入到养殖水域环境自身 污染生物修复工作中来, 共同解决这 个污染难题。 预测, 人类对鱼类的消费 量在今后 15 年内将增加 本文简要介绍生物修复的概念、 水产养殖存在的自 50% , 联合国粮农组织估计今后鱼产量的增加将主 身污染问题及其生物修复技术。 [ 1] 要来自海洋捕捞和海水养殖 。自 20世纪 80年代 开始, 对虾养殖、贝类 养殖及浅海网 箱养殖先后兴 1 生物修复的概念 起, 几乎遍及沿海所有可开发的滩涂和海湾, 使我国 生物修复 ( biorem ed iatio n)是在环境工程领域新 成为世界养殖产量第一的水产大国。随着水产养殖 业的迅速发展, 养殖面积和生产规模的不断扩大, 养 兴的环境改善技术, 首次记录的实际使用生物修复 技术是在 1972 年用于美国宾夕法尼亚州的一次清 殖产量的急剧增加和集约化程度的不断提高, 养殖 除管线泄漏的汽油。直到 1989年 3月 24日 Exxon 生产本身对养殖水域环境产生了一定程度的污染; 另一方面, 人类生活污水、 各种工业废水、农业退水 石油公司的 V aldez号超级油轮在美国阿拉斯加威 廉王子湾搁浅造成海岸原油严重污染后, 进行了有 等的超量排放, 污染了养殖用水水源, 造成养殖水质 下降, 养殖环境恶化 [ 2] 。为了保持水生生态系统平 衡, 为了水产养殖业的可持续发展, 为了海岸带生态 环境的保护, 保证满足人类对水产品需求量日益增 加的需求, 生态学、生物学、化学以及环境科学与工 资助项目: 国家杰出青年科学基金资助项目 ( 20225722) 收稿日期: 2005 - 12- 20; 修订日期: 2006- 04 - 18 作者简介: 安鑫龙 ( 1976~ ) , 男, 博士研究生, 讲师, 主要从事环 境微 生物、环境生物学和污染养殖水域环境生态修复的教学和 科研工作。 E-m ai:l axl1976@ m ai.l ch ina. com 2 环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 第 7卷 效的生物修复, 这一次被认为是生物修复技术的首 统排放废物的种类和数量的差异主要与养殖系统的 次大规模应用。沈德中教授认为, 阿拉斯加海滩溢 [ 3] 油的生物修复是生物 修复发展的里程 碑 。随着 形式和养殖动物的种类有关。就集约化养殖水体而 言, 氨氮污染已成为制约水产养殖环境的主要胁迫 环境污染的加剧, 人们对生物修复的研究更为深入, 因子 使得生物修复技术日益完善和发展。生物修复起源 于有机污染物的治理, 近年来也向无机污染 物 ( 重 的关键因素 。概括来讲, 水产养殖自身污染的类 型主要有以下几种: 金属、放射性元素和硝酸盐等 ) 的治理扩展。 2. 1 营养物污染 [ 6] ; 有机物和总氮污染是制约对虾养殖业发展 [ 7] 由于不同专业或研究方向的科研工作者研究的 水产养殖大多采用投饲外源性饵料 [ 8] , 高密度 侧重点不同, 他们所描述的生物修复的概念也不尽 [ 3~ 5] 一致。在综合已有的研究成果 基础上认为, 生 养殖势必采用过量投饵。大量残饵、 渔用肥料、 养殖 动物粪便等排泄物和生物残骸等所 含的营养物质 物修复是指受污染环境中污染物于原位或异位后, 氮、 磷以及悬浮物和耗氧有机物等是主要污染物, 并 在自然环境条件或可控环境条件下通过各种土著生 物、 外来生物或强化生物 ( 突变体和基因工程转化 且, 这些营养物可能成为水体富营养化的污染源, 养 [ 9] 殖水体的自净能力从 而严重下降 。海水养殖区 体等 )作用转化为无毒物质或对该污染环境无害化 大部分位于风平浪静的泻湖或港湾, 水体交换条件 的一种生物净化过程。生物修复的概念主要从三方 差, 易产生积累 性污染。钱宏林等 面来解释: 一方面, 生物修复的概念根据直接参与污 染物生物降解和转化的生物类型有 广义和狭义之 1980~ 1992年 发生的 66 起 赤潮事 件进行 研究分 析, 指出海洋污染和海水养殖业自身污染是赤潮发 分。广义生物修复中直接参与污染物生物降解和转 生频繁的根本原因; 徐宁等 化的生物类型包括微生物、 植物和动物; 狭义生物修 排入及海水养殖业自身污染是近岸海域营养物质输 复中直接参与污染物生物降解和转化的生物类型是 微生物, 因为无论是有机污染物还是无机污染物的 入的主要来源。淡水养殖方面, 湖泊养鱼时粗放型 人工投饵利用率仅为 30% , 饵料系数 2. 0~ 2. 5, 如 降解和转化, 微生物都起了重要作用, 并且在自然界 草鱼增重 1 kg, 使用 2. 5 kg配合饲料, 搭喂 2115 kg 物质循环过程中微生物的作用非常重要。目前人们 所谓的生物修复主要指狭义生物修复。此外, 在污 水草。产生的污染物直接进入水体, 沉入湖底, 加速 [ 12] 了小区域的富营养化 。 染土壤治理中, 植物生物修复和动物生物修复的研 2. 2 药物污染 [ 11] [ 10] 对广 东沿海 也指出, 陆源污染物 究进展也很迅速。第二方面, 生物修复的概念根据 为了防治养殖水体生态破坏以及养殖动物疾病 人为干预与否有生物自净功能生物修复和强化生物 净化功能生物修复之分。生物自净功能生物修复主 频发, 养殖人员经常施用一些药物。水产养殖中经 常使用杀菌剂、 杀寄生虫剂等防治水产动物疾病; 使 要指生物在污染环境中的生物自净作用, 这一生物 用杀藻剂、 除草剂控制水生植物; 使用杀虫剂、杀螺 修复过程的速度与生物本身的自净能力和受污染环 境的环境要素有关; 强化生物净化功能生物修复系 剂等消除敌害生物, 此外还使用麻醉剂、 激素、疫苗 和消毒剂等药物, 有时甚至人药鱼 ( 虾 ) 用, 用药剂 指人为因素强化受污染环境的理化性质和生物降解 量越来越大, 药物的毒性越来越强 性能, 加快受污染环境的改善, 甚至恢复的速度。目 用药或药物本身的特点等原因, 使养殖水域出现药 前人们所谓的生物修复主要指强化生物净化功能生 物修复。最后, 生物修复的概念根据实施的场所不 物残留进而对水域生态系统造成危害。 Gow en 发 现, 在 5个养鱼网箱的下面, 底泥的四环素残留量为 同有原位生物修复和异位生物修复之分, 必要时原 2. 0~ 6. 3 Lg /m g, 并可持续达 7个月, 这些抗生素的 位生物修复和异位生物修复联合起作用。 存在肯定会减弱养殖水体降解有机碳的能力。 2. 3 底泥富集污染 2 水产养殖存在的自身污染问题 [ 13] 。由于不规范 [ 14] 研究表明, 水产养殖区底泥中碳、 氮和磷等的含 目前的水产养殖已由一般品种的养殖过渡到名 量明显高于周围水体底泥中的含量, 而且底泥中经 特优水产品的养殖。为了追求经济利益,