■ 廣東省海洋與漁業(yè)技術(shù)推廣總站 羅國(guó)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(guó)武 翁如柏/文

水體是魚(yú)蝦蟹貝等水產(chǎn)動(dòng)物生存生長(zhǎng)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(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)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(lái)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(lái)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(guò)清淤、沉淀、過(guò)濾等物理過(guò)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(wú)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(lái)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(wú)毒無(wú)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(jiǎn)單和安全性較高的優(yōu)點(diǎn)。

按照生物修復(fù)技術(shù)實(shí)施的場(chǎng)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(duì)象，可以分為土壤修復(fù)、海洋修復(fù)、湖泊水庫(kù)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(wèn)題

養(yǎng)殖水體環(huán)境污染是指由于人類活動(dòng)（生產(chǎn)、生活等）、養(yǎng)殖對(duì)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(yíng)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(guò)量的施肥投餌，大量殘餌、漁用肥料、養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物和生物殘骸等含有的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物成為水體富營(yíng)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(méi)有被養(yǎng)殖動(dòng)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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(guò)程中經(jīng)常使用殺菌藥物、殺寄生蟲(chóng)藥物等防治水產(chǎn)動(dòng)物疾?。皇褂脷⑾x(chóng)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(lái)越大，造成抗藥性、殘留、毒性等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越高。同時(shí)，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(shí)匱乏，導(dǎo)致大部分養(yǎng)殖戶不能仔細(xì)分析病因，難以對(duì)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(duì)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(dòng)物的生長(zhǎng)環(huán)境，也是其分泌物、排泄物的處理場(chǎng)所。伴隨著養(yǎng)殖過(guò)程，殘餌和水生動(dòng)物的糞便、尸體和死亡藻類不斷增加而又無(wú)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(huì)惡化水生動(dòng)物生存環(huán)境，影響水生動(dòng)物生長(zhǎng)，導(dǎo)致飼料系數(shù)增大，養(yǎng)殖成本上升，甚至引起水生動(dòng)物中毒死亡和泛塘；此外，這些物質(zhì)在適當(dāng)條件下會(huì)釋放氮、磷到周圍水體中，引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。

（二）外源性污染

1．生活污水污染。近年來(lái)，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(duì)水體不產(chǎn)生直接危害，但水體渾濁度，升高減少了太陽(yáng)輻射，使水體初級(jí)生產(chǎn)力下降。生活污水產(chǎn)生的惡臭會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)殖水生動(dòng)物回避及中毒死亡，食用價(jià)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(yíng)養(yǎng)化。

2．工業(yè)廢水污染。工業(yè)廢水對(duì)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(yú)類中毒死亡；冶金礦山電鍍廢物中的重金屬會(huì)毒死一切水生動(dòng)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(yú)類的正常活動(dòng)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(dòng)物死亡，喪失實(shí)用價(jià)值。據(jù)媒體報(bào)道，75%的突發(fā)大規(guī)模死魚(yú)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(dòng)中，農(nóng)田中的泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其他污染物，在降水或灌溉過(guò)程中，通過(guò)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(lái)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(guò)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(kù)、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(wú)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(yáng)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(shí)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(duì)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?bào)w等無(wú)法分解利用。

（2）芽孢桿菌。為革蘭氏陽(yáng)性菌，是一類好氣性細(xì)菌。該菌無(wú)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(duì)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。枯草芽孢桿菌菌群進(jìn)入養(yǎng)殖水體后，能分泌豐富的胞外酶系統(tǒng)，及時(shí)降解水體有機(jī)物，如排泄物、殘餌、浮游生物殘?bào)w及有機(jī)碎屑等，使之礦化成單細(xì)胞藻類生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)鹽類，避免有機(jī)廢物在養(yǎng)殖水體中的沉積。同時(shí)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(guò)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(gè)屬，其中一個(gè)屬是把氨氧化成亞硝酸鹽，從而獲得能量，另一個(gè)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(duì)水生生物的毒性較強(qiáng)，而硝酸鹽對(duì)水生生物無(wú)毒害。養(yǎng)殖過(guò)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(guò)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(shí)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(lái)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(guò)共生增殖關(guān)系組成了復(fù)雜又相對(duì)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(yíng)養(yǎng)元素，供自身和餌料生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)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(dòng)能量之用，其對(duì)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(lái)的酵母菌又可以作為魚(yú)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(guó)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(yú)、蝦、蟹病害的發(fā)生和蔓延，同時(shí)對(duì)于氨氮有一定的去除作用?？筛纳扑a(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)外環(huán)境，促進(jìn)其生長(zhǎng)，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(duì)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(guò)處理的比表面積高（≥150）的載體材料，是適合微生物生長(zhǎng)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(dòng)力條件下會(huì)迅速吸附水中各種水生生物到其表面，隨著時(shí)間的推移，附著生長(zhǎng)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(dòng)物和后生動(dòng)物等構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，這些微生物和藻類對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體起到生物過(guò)濾和生物轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。固定化微生物體系通過(guò)自身的新陳代謝分解水中的有機(jī)物，生態(tài)基上生長(zhǎng)的微生物可吸附水體中的富營(yíng)養(yǎng)成分，如氮、磷、硫、碳等物質(zhì)，并將這些富營(yíng)養(yǎng)成分富集，通過(guò)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(zhǎng)所需的營(yíng)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(duì)污染水環(huán)境的修復(fù)功能劃分為以下三個(gè)方面：

一、控制底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放。已有通過(guò)人工模擬的方法，利用狐尾藻和鳳眼蓮兩種水生植物來(lái)控制湖泊底泥營(yíng)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(yíng)養(yǎng)鹽的濃度。

二、吸收水體中過(guò)剩的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化湖泊中的氮、磷等過(guò)剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。紅樹(shù)林吸氮能力很強(qiáng)，可減弱魚(yú)、蝦過(guò)度養(yǎng)殖造成的富營(yíng)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(dòng)物釋放到水體中多余的營(yíng)養(yǎng)鹽，產(chǎn)生氧氣，調(diào)節(jié)水體的pH值，從而達(dá)到對(duì)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(zhǎng)的同時(shí)，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(zhǎng)快等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高海水中DO濃度，降低無(wú)機(jī)氮和無(wú)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(yíng)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(guò)資源競(jìng)爭(zhēng)和化感作用等影響浮游藻類的生長(zhǎng)。例如，石菖蒲抑制藻類的機(jī)制除了對(duì)光和氮、磷等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(guò)莖、葉直接釋放化感物質(zhì)有效抑制周圍浮游藻類的生長(zhǎng)，而挺水植物和浮葉植物對(duì)藻類的化感作用主要是通過(guò)根部釋放化感物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

水生動(dòng)物修復(fù)

水生動(dòng)物修復(fù)用得較多的是“生物操縱”理論。“生物操縱”理論是研究用于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理的一項(xiàng)技術(shù)，即通過(guò)改變魚(yú)類的組成和密度來(lái)調(diào)整湖泊的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，減少以浮游動(dòng)物為主要餌料的魚(yú)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(yú)類的放養(yǎng)。“生物操縱”在湖泊養(yǎng)殖水體富營(yíng)養(yǎng)化防治中應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：

1．利用濾食性食藻魚(yú)。常見(jiàn)的濾食性食藻魚(yú)有鰱魚(yú)、鳙魚(yú)、鯉魚(yú)和草魚(yú)等，這些濾食性食藻魚(yú)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(yíng)養(yǎng)化。若濾食性食藻魚(yú)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(dòng)物。大型植食性浮游動(dòng)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(dòng)物（枝角類）可以直接以藻類為食，可以通過(guò)投加這些微型浮游動(dòng)物抑制藻類的生長(zhǎng)。