水产养殖氮磷污染负荷估算初探

第42卷　第2期2003年3月

Journal of Xiamen University (Natural Science )

厦门大学学报(自然科学版)

Vol. 42　No. 2Mar. 2003

文章编号:043820479(2003) 0220223205

水产养殖氮磷污染负荷估算初探

张玉珍, 洪华生, 陈能汪, 张珞平, 丁原红, 黄金良

(海洋环境科学教育部重点实验室, 厦门大学环境科学研究中心, 福建厦门361005)

摘要:以福建省九龙江五小川小流域水产养殖为例, 采用水产养殖氮磷污染负荷的3种估算方法分别进行计算. 结

果表明, 氮、磷污染负荷估算值大小次序为:竹内俊郎法>物料平衡法>化学分析法. 最后对3种方法适用的条件加以探讨.

关键词:氮磷负荷; 水产养殖; 估算中图分类号:X 50. 225

　　在淡水养殖过程中, 大部分养殖户为追求高产, 往往投放过量的饵料, 中氮磷浓度偏高, 环境[1]. , [2, 这种采用人工投, 目前我国在这方面所做的工作还不多, 据文献报导[4～6], 归纳起来大致有3种估算方法, 分别是竹内俊郎法、物料平衡法和化学分析法. 本文以五小川小流域水产养殖作为案例, 分别采用3种方法进行计算, 并对这3种方法存在的问题及其适用条件加以探讨, 这些将有助于正确估算流域中水产养殖产生的氮磷污染负荷, 进而为流域水环境的综合整治提供科学依据.

文献标识码:A , . 据调查, 目前该流132个鱼塘, 总面积为27. 6hm 2, 占流域面积4%, 鱼塘基本散布在农田间. 鱼塘水主要来自降雨和农田排水沟中的水, 鱼塘换水排入农田排水沟渠, 进而流入九龙江, 鱼塘底泥来年挖出作为肥料进入农田. 本研究除了对小流域鱼塘的养殖方式、鱼塘面积、水深进行调查外, 并对有代表性的30户养殖专业户进行重点调查, 调查内容包括饵料用量、鱼产量等. 五小川小流域水产养殖概况见表1.

该小流域鱼塘所投饵料主要是漳州协盛饲料, 经查阅相关文献[4,7,8,10], 以及分析比较, 获取鱼产品及饵料等氮磷含量数据, 如表2所示.

2　案例研究区水产养殖氮磷污染负荷

1　案例研究区水产养殖概况

本文选择五小川小流域作为案例研究区. 该流

域是福建省九龙江上游的一个小流域, 流域面积650hm 2, 属于纯农业(含畜牧、养殖) 区域. 上世纪70年代以前, 以蓄水、灌溉为目的, 修建了许多水

量估算

目前关于水产养殖过程中产生的氮磷污染负荷

的估算, 归纳起来有3种, 分别是即竹内俊郎法、化学分析法和物料平衡法.

2. 1　竹内俊郎法估算氮磷污染负荷量

竹内俊郎法是从给饵料的营养成分中, 扣除蓄积在养殖生物体内的量, 剩余的即是环境负荷量, 原理接近物料平衡法(见2. 3节) , 也可以说是物料平衡法的简化, 因简便实用, 被大多数人所采用. 其计算公式[4]为:

(1) T 2N =(C ×N f -N b ) ×10

T 2P =(C ×Pf -Pb ) ×10　(2) T 2N , T 2P —氮负荷和磷负荷(kg/t )

;

塘, 到90年代后, 由于水产养殖业有丰厚的利润, 大

大刺激了当地农民建塘养鱼的积极性, 这些水塘基

收稿日期:2002207211

基金项目:国家教育部博士点专项基金项目

(1999038411) ; 福建省重大科技项目(2002H009)

作者简介:张玉珍(1964-) , 女, 高级工程师, 博士研究

生

・224・厦门大学学报(自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年表1五小川小流域水产养殖概况

Tab. 1　Survey of aquaculture in WUXIAOCUAN sub 2watershed

鱼塘类型饵料+青草饵料+猪粪饵料+鸭粪合　计

鱼塘

个数

118104132

水面面积

/hm 221. 53. 62. 527. 6

平均水深/m

1. 51. 51. 5

换水频次(次/年)

122

饵料平均用量

/t ・hm -2・a -151120

1

平均鱼产量

/t ・hm -2・a -111515

1

　　　　注:表中所有鱼塘中鱼品种皆为罗非鱼和草鱼, 其中罗非鱼约占1/3.

表2　物质氮磷成份和畜禽年排粪、排尿系数

Tab. 2　Component of nitrogen and phosphorus in matter and

feces discharge rate of livestock

物质氮/%磷/%

0. 150. 140. 0. 400. 121. 00

粪便排放量/

t ・head -1・a -1

备　注文献[4[4]文献[4]

罗非鱼2. 56草鱼饵料青草猪粪猪尿鸭粪

1. 362. 400. 430. 560. 311. 10

据表1中所列的不同类型鱼塘的平均年产鱼

量, 及鱼塘的水面面积, 进而可推算,

=15×+5=328(t ・a -1) =(・a -1)

=328×9. 4=3. 1(t ・a -1)

2. 2　化学分析法估算氮磷污染负荷量

化学分析法是对排出鱼塘的养殖污水进行水质分析, 然后根据鱼塘总排水量, 进行废物氮磷估算. 其公式为:

P =Q (C out -C int ) P ———污染物排放负荷量Q ———排出鱼塘的水量

C out , C int ———出水和进水的污染物浓度

0. 2340. 5200. 004

文献[7,8,10]文献[7,8,10]文献[7,8,10]

C —为饵料系数(增肉系数) ; N f , Pf —饵料中氮、磷的含量(%) ; N b , Pb —养殖生物体内氮、磷的含量(%) .

由表1可见, 五小川小流域的鱼塘有3种类型,

其中“猪粪加饵料”鱼塘和“鸭粪加饵料”鱼塘, 既投入饵料, 又投入了大量猪粪、鸭粪, 而猪粪与鸭粪又不宜通过营养成份折算成饵料营养量, 加上投饵料(或辅以青草) 的鱼塘占了大比例, 故在确定饵料系数时, 仅考虑所调查的30个养殖户中投饵料(或辅助青草) 的21个养殖户, 饵料系数计算如表3所示. 因鱼塘中罗非鱼占三分之一, 其余为草鱼, 根据不同鱼品种的氮磷含量(表2) , 用权重法计算鱼产品含氮1. 76%, 含磷0. 14%.根据式(1) 和式(2) 计算如下:

T 2N =(C ×N f -N b ) ×10=

(1. 8×2. 4-1. 76) ×10=25. 6(kg ・t -1) T 2P =(C ×Pf -Pb ) ×10=

(1. 8×0. 6-0. 14) ×10=9. 4(kg ・t -1)

于2002年5月13日、2002年6月9日和2002

年8月2日共3次按不同的鱼塘类型对五小川小流域鱼塘进行采样, 并在24h 内作室内分析, 总氮按过硫酸钾氧化2紫外分光光度法, 总磷按钼锑钪分光光度法测定, 测定结果见表4.

由表1数据可计算不同类型鱼塘的全年换水量(即排水量) :

“饵料+青草鱼塘”年换水量(排水量) =21. 5×10000m 2×1. 5(水深) ×1(次) =

32×104m 3

“饵料+猪粪鱼塘”年换水量(排水量) =3. 610000m 2×1. 5(水深) ×2(次) =11×104m 3

“饵料+鸭粪鱼塘”年换水量(排水量) =2. 510000m 2×1. 5(水深) ×2(次)

=7. 5×104m 3

第2期　　　　　　　　　　　　　　张玉珍等:

水产养殖氮磷污染负荷估算初探

表3　饵料系数

Tab. 3　Conversion coefficient of baits

・225・

养殖户鱼

[***********][**************]

产量/kg

[***********][***********][***********][***********]2000

饵料用量/kg

[***********][***********][***********][***********]00

青草用量/kg (折算为饵料量3)

10500(1313) 10500(1313) 10000(1250) 10000(1250)

饵料系数3

2. 092. 441. 331. 801. 28

3

5000(625) 1. 831. 652. 241. 7307

((938) 6000(750)

2. 421. 812. 201. 25

5000(625) 9000(1125) 6000(750) 5000(625) 7500(938)

1. 661. 821. 251. 461. 701. 50

5000(625) 1. 311. 80

平均饵料系数

　　　　　3据文献[4],8kg 的青草的营养成份大约等同于1kg 的饵料; 　　　　　33饵料系数等于饵料用量与青草折算用量之和除以鱼产量.

表4　鱼塘水氮磷含量

Tab. 4　Concentration of nitrogen and phosphorus in water

sample from fish ponds

由此计算五小川小流域鱼塘全年氮、磷排放负荷量

为:

氮负荷量=

50. 5×104m 3×9. 42mg/L =4. 76t ・a -1

项目总氮总磷

样品数

1818

平均值/mg ・L -13

9. 421. 45

磷负荷量=50. 5×104m 3×1. 45mg/L =0. 73t ・a -1

3根据每次采集样品的平均值及样品数, 采取加权平均所得

2. 3　物料平衡法估算氮磷污染负荷量

物料平衡法是根据食物用量、生物量和营养物在生物体内的总氮含量来计算污染负荷的, 该方法认为食物是养殖系统内直接产生废物的唯一来源, 因而通过投喂食物的总量与被生物体所利用部分的

五小川小流域鱼塘全年换水总量:32+11+7. 5=50. 5×104m 3

・226・厦门大学学报(自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年

表6　3种方法氮磷负荷估算结果比较

Tab. 6　Comparison of N and P load rough estimate by three

ways

差值来计算总的废物量, 并且可以通过一系列的物

质平衡关系式计算废物排放量.

经对30个养殖户的调查统计获得“饵料+猪粪”鱼塘平均养猪135head/hm 2、“饵料+鸭粪”鱼塘平均养鸭1650head/hm 2、“饲料辅助青草”鱼塘平均投放青草35t/hm . 投放饵料为“:饵料+猪粪”鱼塘11t/hm “、饵料+鸭粪”鱼塘20t/hm 、饵料辅助青草鱼塘12t/hm , 由此推算五小川小流域水产养殖对水环境的氮磷污染负荷量, 结果见表5. 表5中有关氮、磷污染负荷的估算公式分别为:1) “猪粪+饵料”鱼塘面积×每公顷鱼塘养猪头数×(猪粪排泄系数×猪粪含氮(磷) 量+猪尿排泄系数×猪尿含氮(磷) 量) ;

2) “鸭粪+饵料”鱼塘面积×每公顷鱼塘养鸭羽数×(鸭粪排泄系数×鸭粪含氮(磷) 量) ; 3) “饵料(辅助青草) ”鱼塘面积×每公顷鱼塘投饵料(青草) 量×饵料(青草) 含氮(磷) 量4) 2

2

2

2

计算方法竹内俊郎法化学分析法物料平衡法

氮负荷/t ・a -1

8. 454. 767. 37

磷负荷/t ・a -1

3. 100. 732. 924

塘排放的氮、磷污染负荷量要比其它两种方法大.

2) 化学分析法:因只采集鱼塘水样, 测的总氮、总磷的浓度实际上只包含了氮磷污染物的可溶态和悬浮态两者浓度之和, 对鱼塘底泥中的氮、磷含量却没有考虑在内, 据一些研究, 40%%[9]. 另在本次计算中, , , 时间由集中在5月～8, . 基于以上原因, 用此方法计算的氮磷污染负荷量偏小的可能性较大.

3) 物料平衡法:该方法遵循输入鱼塘的总氮(总磷) 量为投入中各种物质总氮(总磷) 量和鱼体内

氮(磷) 含量(量加权平均值) 表5　五小川小流域水产养殖氮磷污染负荷表

Tab. 5　Nitrogen and phosphorus loads of aquaculture in Wuxi 2

aocuan watershed

氮(磷) 含量之和, 从理论上讲, 用这种方法计算的氮磷污染负荷量是比较符合实际情况的. 所以其计算结果界于竹内俊郎法和化学分析法结果之间, 并接近竹内俊郎法.

根据以上分析, 笔者认为, 如果鱼塘的投饵料方式比较单一, 或鱼塘资料不足, 用竹内俊郎法比较简便实用, 结果偏差不会太大; 对投饵料方式较为复杂的鱼塘, 因把猪粪和鸭粪按等同营养成份折算成饵料量时比较困难, 再加之猪粪尿和鸭粪的氮磷含量远低于饵料氮、磷含量等原因, 会影响竹内俊郎法估算结果精度, 建议采用物料平衡法计算. 对化学分析法, 在不考虑底泥氮磷污染负荷对水环境产生的影响时, 可以考虑采用化学分析法. 但对大部分养殖区, 鱼塘中的底泥在来年时, 都被挖出回田, 即使在大海、湖泊中, 因底泥的二次污染, 仍对水环境产生影响, 建议采用化学分析法时, 再同时测出底泥中的氮、磷浓度. 其计算公式如下:

P =Q 1(C out -C int ) +S c ×Q 2,

项　目

猪粪

输入鱼塘物质

青草饵料

输出鱼塘物质:鱼排放到水环境氮磷负荷

鸭粪

氮污染负荷/t

1. 419

(1) (2)

磷污染负荷/t

0. 7610. 1650. 372. 09

(1) (2)

0. 18133. 238. 34

(3) (3) (4)

(3) (3) (4)

-5. 777. 37

-0. 4592. 924

上列各式中, 鱼塘面积、鱼年产量来自表1, 畜禽粪便的排放系数与氮磷含量来自表2.

3　结果与讨论

氮磷污染负荷估算值大小次序为:竹内俊郎法>物料平衡法>化学分析法(见表6) .

用3种方法估算出的氮磷污染负荷值不尽相同, 尤其是化学分析法算出值较小, 原因如下:

1) 竹内俊郎法:该方法计算的是鱼塘养殖产生的氮、磷的环境负荷量, 该值往往都是从偏安全也即从偏大角度来考虑, 因此采用竹内俊郎法估算的鱼

式中, P 为污染物排放负荷, Q 1为排出鱼塘的水量,C out 、C int 为排水和进水的污染物浓度,S c 为鱼塘底泥的浓度, Q 2为挖出鱼塘底泥的量.

根据底泥的深度计算出底泥中氮磷污染的负荷

第2期　　　　　　　　　　　　　　张玉珍等:水产养殖氮磷污染负荷估算初探・227・

量, 两者相加即为鱼塘排出的总的氮磷负荷量, 理论上该值应该等同于物料平衡法的计算值, 但从实际操作讲, 其方法的计算的结果精度应比物料平衡法要高, 因为采用物料平衡法在实际计算中, 如果某些参数取值不当、数据资料不充足等原因, 都会影响结果精度, 而增加了底泥氮磷污染负荷量的化学分析方法采用的参数值是实际测定的.

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-163.

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and Phosphorus

Pollution Loads in Aquaculture

ZHAN G Yu 2zhen , HON G Hua 2sheng , CHEN Neng 2wang , ZHAN G L uo 2ping , DIN G Yuan 2hong , HUAN G Jin 2liang

(Xiamen University , Key Laboratory for Marine Environment Science of Ministry of

Education/Environmental Science Research Center , Xiamen 361005, China )

Abstract :Wuxiaochuan watershed is a tributary of upper Jiulong river in Fujian province , and its aquaculture

was selected as a example to estimate nitrogen and

phosphorus pollution loads caused by large scale aquaculture. Nitrogen and phosphorus pollution loads of Wuxiaochuan watershed were estimated by three methods respective 2ly , which are ZHU N EI J UN LAN G method (Japan ) , chemical analysis method and material balance method. The results show that Pollution loads estimated by ZHU N EI J UN LAN G method is the largest , and pollution loads estimated by material balance method is lager than that of chemical analysis method. Last , some suggests in using the three methods correctly were presented.

K ey w ords :nitrogen and phosphorus loads ; aquaculture ; Estimating