海水養殖中沉積物污染物的來源解析與環境影響評估

摘要：海水養殖業的快速發展導致沿海水域沉積物污染日益嚴重。研究解析海水養殖區沉積物中的有機質、氮、磷及重金屬等污染物來源，并評估其對海洋生態系統的環境影響。結果表明，養殖餌料殘留和生物代謝物是主要污染來源，其次為陸源輸入。污染物累積顯著改變了沉積物理化性質，引起底棲生物群落結構變化，并通過食物鏈對水產品質量安全構成潛在威脅。研究為海水養殖環境管理和可持續發展提供了科學依據。

關鍵詞：海水養殖；沉積物污染；源解析；環境影響；生態風險

中圖分類號：X55 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0350

Source Apportionment and Environmental Impact Assessment of Sediment Pollution in Marine Aquaculture

LIU Wenkui

（Shouzheng （Xiamen） Engineering Technology Co.， Ltd.， Xiamen 361000， China）

Abstract： The rapid development of marine aquaculture has led to increasingly severe sediment pollution in coastal waters. Research and analyze the sources of pollutants such as organic matter， nitrogen， phosphorus， and heavy metals in sediments from marine aquaculture areas， and evaluate their environmental impacts on marine ecosystems. The results indicate that the residues of aquaculture feed and biological metabolites are the main sources of pollution， followed by land-based inputs. The accumulation of pollutants significantly alters the physical and chemical properties of sediments， causing changes in the structure of benthic communities and posing a potential threat to the quality and safety of aquatic products through the food chain. The research provides a scientific basis for the environmental management and sustainable development of marine aquaculture.

Keywords： marine aquaculture; sediment pollution; source apportionment; environmental impact; ecological risk

海水養殖業是沿海地區重要的經濟支柱產業，但其快速發展帶來了一系列環境問題，其中沉積物污染尤為突出。養殖過程中，大量未被利用的餌料、養殖生物的代謝物以及各種化學藥品等進入水體，最終沉積在底部，導致沉積物中有機質、氮、磷及重金屬等污染物含量顯著增加。這些污染物的累積不僅改變了沉積物的理化性質，還對海洋生態系統造成了嚴重威脅。準確解析海水養殖區沉積物污染的來源，并科學評估其環境影響，對于制定有效的污染控制策略和確保養殖業可持續發展具有重要意義。

1 沉積物污染物特征及來源解析

1.1 有機質污染特征

海水養殖區沉積物中的有機質污染主要表現為總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）和化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD ）等指標的顯著升高。研究表明，養殖區沉積物TOC含量通常比對照區高2～5倍，BOD和COD也呈現類似趨勢[1]。有機質污染程度與養殖密度、養殖時間呈正相關。有機質在沉積物中的累積會加劇厭氧分解，產生硫化物等有毒物質，改變沉積物的氧化還原電位。此外，有機質污染會影響沉積物中其他污染物的遷移轉化過程。

1.2 氮、磷污染特征

海水養殖區沉積物中的氮、磷污染主要源于未被利用的餌料和養殖生物的排泄物。總氮（Total Nitrogen，TN）和總磷（Total Phosphorus，TP）是評估氮磷污染的主要指標。研究發現，養殖區沉積物的TN含量在1.5～4.0 g/kg，TP含量在0.5～1.5 g/kg，均顯著高于對照區[2]。氮磷污染呈現明顯的季節性變化，夏季、秋季養殖活動頻繁時污染程度較重。此外，沉積物中的氮磷存在不同形態，如無機氮（銨態氮、硝態氮）和有機氮、活性磷和惰性磷等。這些不同形態的氮磷具有不同的生物有效性和環境風險。

1.3 重金屬污染特征

海水養殖區沉積物中的重金屬污染主要包括銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）等。這些重金屬主要來源于養殖餌料、防污涂料和水產藥物。研究表明，養殖區沉積物中的Cu和Zn含量通常比對照區高2～10倍，其他重金屬也有不同程度的富集[3]。重金屬污染呈現明顯的空間異質性，養殖設施周圍和網箱下方污染程度較重。沉積物中重金屬的賦存形態，如可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機物結合態和殘渣態直接影響其生物有效性，并具有潛在生態風險。

1.4 污染物來源解析

海水養殖區沉積物污染物的來源主要包括內源和外源。內源污染主要來自養殖活動本身，包括未被利用的餌料殘余、養殖生物的排泄物、死亡生物殘體以及使用的水產藥物等。外源污染包括陸源輸入（農業面源污染、工業廢水等）和大氣沉降等。污染物來源解析通常采用多元統計分析方法（主成分分析、聚類分析等）和同位素示蹤技術。在大多數養殖區，內源污染占主導地位，通常貢獻60%～80%的污染負荷。不同污染物的來源貢獻存在差異，如有機質和氮磷主要來自內源，而某些重金屬則主要來自外源。

2 沉積物污染的環境影響評估

2.1 對沉積物理化性質的影響

有機質的大量累積降低了沉積物的容重，增加了含水率和孔隙度。有機質的厭氧分解消耗大量溶解氧，導致沉積物氧化還原電位（Oxidation Reduction Potential，ORP）降低，形成還原環境。這種還原環境促進了硫酸鹽的還原，產生硫化物。此外，污染物的累積會改變沉積物的粒度組成，增加細粒組分的比例。這些變化直接影響了沉積物的吸附解吸特性、營養鹽循環和微生物活性。環境影響評估中，通常通過測定沉積物的ORP、TOC、硫化物含量等指標來量化這些影響。沉積物污染前后理化性質的變化如圖1所示。可以看出，污染導致沉積物有機質含量和硫化物含量顯著增加，而ORP則明顯降低。這些變化清晰地反映了污染對沉積物理化性質的影響程度。

2.2 對底棲生物群落的影響

污染導致的溶解氧降低和硫化物增加會直接影響底棲生物的生存，沉積物污染前后底棲生物群落結構的變化如圖2所示。可以看到，污染導致底棲生物多樣性指數下降，耐污種比例上升，敏感種數量減少。有機質和營養鹽的富集會刺激某些機會主義種類的快速增長，改變群落的優勢種組成。同時，重金屬污染會通過生物累積和生物放大作用影響整個食物網。這些變化最終導致底棲生物群落的多樣性降低，生物量和豐度的空間分布發生顯著變化。此外，底棲生物功能群的分析也能反映生態系統功能的變化。

2.3 對水產品質量安全的潛在影響

沉積物污染對水產品質量安全的潛在影響主要通過食物鏈傳遞和生物累積過程實現。首先，沉積物中的污染物可被底棲生物吸收，并通過食物鏈傳遞到水產品中。其次，某些底棲魚類和甲殼類直接接觸污染沉積物，會導致體內污染物含量升高。最后，沉積物在懸浮過程中釋放的污染物也可能被水產品直接吸收。這些過程可能導致水產品中的某些污染物含量超標，影響食品安全。環境影響評估中，通常采用生物富集因子和生物放大因子來量化污染物在生物體內的累積程度。

2.4 生態風險評估

海水養殖區沉積物污染的生態風險評估是一個綜合性的過程，涉及多個方面。首先，需要確定評估終點，如關鍵物種的種群動態、生態系統服務功能等。其次，通過化學分析和生物測試確定污染物的暴露水平和生物有效性。最后，建立污染物濃度與生物效應之間的劑量-響應關系。基于這些數據，可以采用多種方法進行風險表征，如商值法、三元圖法、概率風險評估法等。

3 污染控制與管理建議

3.1 優化養殖模式

優化養殖模式是減少沉積物污染的關鍵策略之一。應采用多營養層次綜合養殖模式，通過合理搭配不同營養級別的生物，提高養殖系統的物質循環效率，減少污染物排放。優化養殖密度和布局，通過水動力模型模擬確定最佳養殖密度和空間配置，以減少局部污染累積。推廣生態養殖技術，如深水網箱和離岸養殖，減少對近岸生態系統的影響。最后，實施輪作休養制度，給予海域生態系統恢復的時間。

3.2 提高餌料利用效率

提高餌料利用效率是減少養殖環境污染的有效途徑。優化餌料配方，提高餌料的消化吸收率，減少未利用餌料的沉積。改進投餌方式，如采用自動化精準投餌系統，根據養殖生物的生長階段和環境條件調整投餌量和頻率。選育高餌料效率的養殖品種，通過遺傳育種提高養殖生物對餌料的利用效率。在實施這些措施的同時全面監測環境狀態，包括動態監測水體營養鹽濃度、沉積物有機質含量、底棲生物群落結構等指標。

3.3 采用水質凈化與底質改良技術

采用水質凈化與底質改良技術是治理養殖區環境污染的重要手段。物理凈化技術，如底泥疏浚、原位覆蓋等，需評估其對底棲生態系統的短期擾動和長期恢復效果。化學改良技術，如鈣基材料施用、納米材料應用等，需評估其對水質改善效果及潛在的生態風險。生物修復技術，如微生物強化、植物修復等，需評估其凈化效率和對本地生態系統的影響。同時，建立完善的監測評估體系，監測相應指標。

3.4 構建環境監測與評估體系

構建完善的環境監測與評估體系是實現養殖區污染精細化管理的基礎。建立多層次、多要素的監測網絡，涵蓋水質、沉積物、生物等環境要素，并結合遙感、原位連續監測等技術，提高監測的時空分辨率。制定標準化的監測方法和評估指標體系，確保數據的可比性和一致性。建立環境質量評價模型，如采用海洋健康指數等綜合評價方法，全面評估養殖活動對海洋生態系統的影響。建立信息共享平臺，促進監測數據的公開透明和多方利用。

4 結論

研究發現，養殖餌料殘留和生物代謝物是沉積物污染的主要來源，其次為陸源輸入。污染物的累積顯著改變了沉積物的理化性質，導致底棲生物群落結構發生變化，并通過食物鏈對水產品質量安全構成潛在威脅。基于研究結果，提出了優化養殖模式、提高餌料利用效率、應用水質凈化與底質改良技術以及構建環境監測與評估體系等一系列污染控制與管理措施，為海水養殖環境管理提供了重要的科學依據。

參考文獻

1 鄒泓光.安順市打邦河底棲動物群落物種多樣性時空格局及驅動因素[D].北京：中國環境科學研究院，2024.

2 彭 朵.滇中引水工程施工期河流浮游植物群落時空格局、驅動因素及風險預測[D].西安：西安理工大學，2024.

3 王旭茹，隋 琪，趙信國，等.桑溝灣沉積物中重金屬的污染特征及潛在生態風險評價[J].海洋環境科學，2022（3）：365-371.

作者簡介：柳文奎（1982—），男，湖北陽新人，工程師。研究方向：環境影響評價。