降低人工飼養和飼料對水產養殖水體影響的措施

高葉玲，劉 穎，褚海艷，薛志宏，溫彩霞，耿宏偉

(1.鄂爾多斯生態環境職業學院，內蒙古鄂爾多斯 017010；2.朔州陶瓷職業技術學院，山西懷仁 038300)

水產養殖在過去幾十年里迅速發展，這種快速增長旨在實現兩大目標：糧食安全和創造收入。根據FAO（2017）統計，水產養殖繼續以比所有其他動物食品生產業更快的速度增長，這種快速增長導致對自然資源（土地和水）的競爭。除了每年都有強勁的增長，魚類養殖在過去幾十年里也得到強有力的發展，但這種快速發展有明顯缺點，如養殖過程大量廢物的排放導致環境污染問題。像其他動物生產業一樣，水產養殖也會產生廢棄物，但水生動物不能把其生存空間和排泄區分開，導致生產系統的水質惡化，導致生長不良和發病率增加（喬順風等，2006）。水產養殖排放的廢水是一個主要的環境污染問題，因為它可能對湖泊或河流造成污染。水產養殖排放的廢物（包括固體和溶解的）可導致水體富營養化，而富營養化的特征通常是藻類和水生植物過度生長（況琪軍等，2005）。飼料是養殖廢物排放的主要來源，也是水產養殖對環境影響的主要原因。魚類排出的廢物數量和質量取決于日糧攝入、消化和代謝，而飼料質量、飼養策略和廢物生產之間也密切聯系。本文綜述了飼料組成、飼喂策略對廢棄物產生的影響，這些信息有助于為開發水產飼料、減少廢物對環境污染提供思路。

1 水產養殖污染廢物

養殖產生的廢棄物可分為固體廢棄物和溶解廢棄物。固體廢物可進一步分解為可沉降固體和懸浮固體，其主要來源于魚未食用或溢出的飼料及排泄物。溶解廢物一部分是化學需氧量、氨、磷等通過鰓和尿液排出的代謝物，另一部分來自可沉降的和懸浮的營養物質分解體/懸浮體（李國剛等，1995）。

在集約化養殖系統中，飼料中20%～40%的干物質被魚攝入，其余部分被排泄，而未被吃掉的飼料比例為5%～15%。魚糞便的排泄量取決于飼料成分、魚種類和溫度等因素，魚采食每千克飼料的糞便排泄量為0.2～0.5 kg干物質（葉元土等，2002）。不同類型的水產養殖系統所排放的廢水數量和組成有所不同，如在流經水系統中，所有溶解的廢物和懸浮固體都被釋放到環境中，而在再循環系統中，從該系統排出的廢物與傳統流經系統相比，大大減少100倍，在池塘系統中，所產生的廢物全部留在系統中，部分有機廢物就地礦化（于濤等，2008）。

2 降低廢棄物向環境排放的措施

2.1 改善飼料品質 在過去的幾十年里，為了減少通過未采食的或溢出的飼料產生的固體廢物，飼料技術和飼養方法發生了很多變化。擠壓和膨脹等工藝改善了水產飼料的物理特性（如水穩定性、浸出特性）。飼料成分的消化率和營養成分是影響水產養殖生產系統廢棄物總量的主要因素。水產養殖中的固體廢物主要由未消化的淀粉和纖維組成，這些淀粉和纖維來自谷物和植物成分，未消化的蛋白質和脂肪在固體廢物中含量較低，因為它們很容易被魚消化（Cho 和Bureau 2001）。因此，在過去幾十年里，減少糞便產量的研究集中在以使用魚粉和魚油為基礎的高消化日糧，如隨著飼料原料處理和養殖技術的全面發展，有些品種魚的飼料轉化率從以前的1.5～2.5提高到0.9～1.2（Bureau和Hua，2010）。

2.2 固體廢棄物清除效率 高消化飼料的應用不能完全解決糞便影響，因為魚類的消化范圍有限，總有一小部分飼料未消化，以糞便的形式排出。此外，由于魚粉和魚油等高消化原料供應有限，魚飼料中的植物成分含量會增加。此外，現代集約化草食性和雜食性魚類系統將更多地依賴于含有高比例植物成分的飼料，這種改變將降低飼料消化率，增加糞便總產生量，如表1所示。

表1 以植物性飼料喂養羅非魚的總糞便產量和消化率

在固體廢物排放前將其清除，可以減少廢水對環境的影響。飼料成分可以改變糞便的物理性質，從而影響固體廢物的去除效率。穩定的糞便顆粒越大，沉降速度更快，因此，用沉淀池更能有效清除。提高固體廢物的清除效率提高了可沉降固體與不可沉降固體的比例，從而減少系統內有機物和懸浮固體的產生。固體的快速去除也可以通過溶解和顆粒狀有機物的分解，降低有機氮和磷的礦化，從而減少顆粒狀氮和磷轉化為溶解態氮磷（李谷等，2006）。溶出廢物的比例受發酵和未消化碳水化合物在腸道遠端的消化產物黏度的影響，其中可溶性非淀粉多糖（如瓜爾膠）已被證明可以增加消化黏度，降低羅非魚的糞便清除效率（Amirkolaie，2005）。但不溶性非淀粉多糖，如纖維素，由于發酵活性較低，沒有改變糞便去除率。淀粉是一種廉價的能源，其在飼料中的添加量會影響糞便穩定性，植物成分總是含有少量淀粉，而在水飼料中添加淀粉可以通過增加飼料中的非蛋白能量含量來減少許多魚類溶解性含氮廢物，同時用糊化淀粉替代天然淀粉可以提高糞便去除率，降低排放水中溶解的糞便（Amirkolaie等，2006）。

在日糧中添加少量粘合劑是另一種提高糞便穩定性的方法，如添加0.3%的瓜爾膠作為飼料粘合劑，增加糞便顆粒大小，此外，瓜爾膠的添加還增加了粘結劑的吸水能力，提高顆粒浮力和懸浮性。該條件在不影響沉降的前提下，提高了微篩技術的效率（McMillan等，2003）。從水產養殖系統中快速清除糞便可以減少細菌分解的固體量，從而改善系統內的水質，降低廢水排放量，減少環境污染（Amirkolaie，2005）。

2.3 氮廢棄物 銨是蛋白質分解代謝的副產物，長期以來，人們一直認為，飼喂過量的蛋白質會導致分解代謝的氨基酸與銨的排泄和能量的損失。飼料中氨基酸含量與魚體需要量的平衡可以降低氨基酸的分解代謝，同時除了飼料中蛋白質含量外，日糧可消化蛋白質與可消化能量之間的平衡可以提高氮的沉積效率，降低魚排出的氨廢物（McGoogan和 Gatlin，2000）。利用非蛋白能源（脂肪或碳水化合物）來滿足能量需求，可以提高蛋白質保留率，減少氨廢水進入水中。由于魚類一般以分解蛋白質為主要能量來源，魚類的蛋白質節約范圍不能完全解決魚類氨生成的影響。在理想日糧蛋白質與能量的比例下，只有50%的可消化蛋白質可以沉積在體內，其余的必須滿足魚的能量需求（Cho和Bureau，2001）。

2.4 磷廢棄物 磷的消化率因魚類種類而異，主要取決于魚胃pH。如虹鱒魚骨磷消化率在40%～60%之間，鯉魚這樣的無胃魚類的骨磷消化率很低。為了減少養魚場磷排泄的負荷，魚飼料磷含量已經下降到1%以下。研究表明，魚體內磷沉積的效率隨著磷消化率的增加而降低，其中飼料成分對磷的消化率、沉積率和損失率有很大影響（Amirkolaie，2005），因此，在制定日糧配方時需要對磷的含量設定一個適宜閾值。由于魚粉中磷的含量較高，因此，隨著肉食性魚類飼料中魚粉含量的增加，會導致其向水生生態系統中排泄的磷含量升高。與魚粉或動物副產品相比，玉米和豆粕等植物原料的磷含量較低，因此，采用植物性原料制定魚飼料配方可以降低磷的排放。但含有大量植物成分的日糧含有更多的植酸，植酸會與日糧磷結合形成植酸磷，而植酸鹽不能被魚類消化，因為它們不具備從植酸鹽中釋放磷所需的植酸酶（Cho和Bureau，2001）。

2.5 飼喂策略 由于飼喂給魚的飼料有一部分沒有被魚吃掉，而是被排泄到水體中，因此，飼喂策略是為了減少未被食用飼料的飼料量和提高飼料效率。飼料浪費與飼料日糧水平高度相關，飼料水平較高時，廢棄物產量大幅增加，因此，在實際生產中，作者建議不采用自由采食方式。飼喂水平應根據品種的采食標準進行調整，并在接近采食需求量時停止飼喂，作者認為，這種飼喂方式可以降低飼料成本。人工飼喂可能是一種有效的策略，因為當飼喂量達到魚的采食需要量時會停止投料，但這就需要開發不同類型的供料系統，包括固定供料系統和需求供料系統。飼喂系統的選擇取決于魚的大小、飼養方式和飼料成本。在集約化大型養魚場，可采用按需分配的飼料系統，以達到飼料利用率高、浪費少的目的。飼喂頻率也會影響飼料利用效率。由于魚類養殖受一系列不可控制的行為、生理和環境變化影響，對采食量的估算很難滿足該物種的飼料需求（Alanara等，2001）。因此，為了盡量減少飼料浪費，養殖戶必須考慮這些影響因素，并參考一些理論數據來測算每日的飼料需求量。

3 飼料中養分流失的控制

3.1 集成生產系統 在同一生產系統中飼養不同的水生動物，稱為多品種培養，可以降低生產成本，提高生產力，減少廢物排放（Naylor等，2000）。如鯉魚的多重培養被認為是增加池塘養分利用的一種傳統方式（宋頎等，2012）。海藻和扇貝可以在集約化養魚場排放的廢水中很好地生長，減少廢水對環境的污染（殷旭旺等，2015）。

3.2 養殖廢物的回收 魚類排泄的廢物可以在養殖系統中重復使用，并轉化為相關農產品，魚可以利用20%～50%的飼料氮和15%～56%的飼料磷，剩余的氮和磷被釋放到水中，通過光養和異養生物體轉化為有價值的產品（Schneider，2006）。利用藻類對廢水進行生物處理，去除氮、磷等營養物質，長期以來被認為是將溶解廢物轉化為可利用產品的一種解決方案，如藻類可以直接被魚類食用，也可以用作魚類飼料的成分（El-Shafai，2004）。但使用這些產品喂養其他動物會降低飼料營養水平（Schneider，2006）。水產養殖固體廢棄物產生的污泥被認為是一種高氮、高磷的優質農業肥料（Chen等，2002）。

4 結論

飼料組成對水產養殖生產系統中廢棄物的數量和質量有很大影響，同時也進一步對系統內的水質和向周圍水體排放的廢棄物產生很大影響。水產養殖業可能會減少水生生態系統產生的廢物，但不會完全消除，因為魚不能完全沉積它們所消耗的飼料，而且部分飼料始終未被采食。然而，養魚場污染可以通過使用高度可消化的飼料、適當的飼喂策略和平衡能量和其他營養水平，特別是影響富營養化的氮和磷水平來解決。