浙江近岸陸域海水養殖氮磷排放通量估算

Estimation of nitrogen and phosphorus fluxes from land-based

mariculture areas in coastal Zhejiang province

DU Yiwei1，LI Xiaoguang2，LIN Tian1’

（1.Colege of Oceanographyand Ecological Science，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China；2.Basin Research Center for WaterPolution Control，Chinese Research Academyof Environmental Sciences，Beijing 100012，China）

Abstract ： Understanding nutrient fluxinaquaculture systems is criticalforsustainable coastal environmental management. Thisstudycomprehensivelyinvestigatednitrogenandphosphorus dynamics inland-based maricuitureacross four coastal cities of Zhejiang province：Ningbo，Taizhou，Wenzhou，and Zhoushan，utizing datafrom1018sampling points atmarine outfalls. Elemental concentration analyses revealed total nitrogen levels ranging from 0.015 to 36.000mg/L ，with total phosphorus concentrations between 0.005 and 2.860mg/L .Notably，over 90% of the samples remained within Category Il of theZhejiang Province MaricultureTailwaterDischarge Standards，indicatingrelativelycontrolldnutrientemissions. Employing bothchemicalanalysisand polutiondischargecoeficientmethodologies，weestimatedtheannual nutrient flux fromland-based mariculture tailwaters.Chemicalanalysis methods indicatedannualtotal nitrogenand phosphorus fluxesof 2969.2t and 83.6t ，respectively. Significantly，the third and fourth quarters contributed 84.4% of the annual nutrient flux， coinciding with peak harvesting periodsand influenced by complex hydrodynamic factors including oceanic currents and YangtzeRiverdilutionwaters.Comparativeanalysisbetweenmethodological approachesrevealedsubstantial discrepancies，with polution discharge coeficient methods estimating higher annual fluxes（4 634.3 t nitrogenand 801.4t phosphorus）.These variations suggest considerable nutrientsequestration within bottm sediments，presenting potential long-termenvironmentalimplications.Thecontinuousaccumulationofnitrogenandphosphorusinsedimentary environments raises critical concerns about secondary nutrient release mechanisms and escalating eutrophication risks in adjacent marine ecosystems.These findings underscore the necessityforsophisticated nutrient management strategies in coastal mariculture systems.

Keywords：chemical analysis method；total nitrogenand total phosphorus；fluxes；land-basedmariculture；coastal Zhejiang

中國作為西太平洋沿岸的海洋大國，擁有豐富的海洋資源，海洋經濟是我國經濟發展的重要組成部分。由于海洋資源的開發和利用程度加深，我國的經濟發展和資源環境承載力之間的矛盾也在日益加深[1-2]。沿海地區由于人口密度大，人類活動頻繁，這會使大量的氮、磷營養鹽排入海中，由此造成的近岸海域富營養化問題正成為突出的環境問題之一[3]

我國水產養殖的規模及產量從1980 年開始快速發展[4]。水產養殖有效緩解了我國海洋捕撈產量與水產品市場龐大需求之間的差距，但在養殖過程中存在人為添加大量飼料和其他添加物的行為。這些投放物中的營養物質會以溶解態和顆粒態[5]進入到近海水體中或者以沉積物或懸浮物的形式沉積或懸浮于近海水體中。這些營養物質中超過 80% 很難被生物降解和利用[6-7]，這將會導致水產養殖產量下降同時引發諸多環境問題，例如水質退化、水體富營養化、缺氧以及有害藻類爆發等[4]。因此，水產養殖過程中產生的氮、磷營養鹽的排放、遷移問題正成為我國海洋環境保護工作關注的重要問題。

目前對于海水養殖氮磷的排放有多種估算方法[8-12]，針對養殖過程中的氮磷排放的估算方法主要有物質平衡法[13]、竹內俊朗法[14]、污染負荷率法[15]、排污系數法[16]、化學分析法[17]、模型法[18-19]。上述方法多以年為單位估算海水養殖的排放通量。本研究旨在通過實地考察收集陸域海水養殖區的月度換水信息，實現對化學分析法估算陸域海水養殖區氮磷排放通量在時間分辨率上的優化，從而了解氮磷營養鹽在海水養殖體系中的歸趨提供科學依據，促進近岸海域環境的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本文研究區位于浙江省東部沿海地區，覆蓋范圍包括寧波、臺州、溫州、舟山。該地區海岸線綿長，島嶼眾多，除舟山市外，寧波、溫州、臺州三地的地形多以沖積平原、沿海平原和丘陵為主。浙江省海洋漁業資源蘊藏豐富，漁業生產能力較高，東部沿海地區又因具有優越的地理位置和地貌條件，故成為陸域海水養殖設施的重要分布區。當地陸域海水養殖方式主要包括池塘養殖、大棚養殖和工廠化養殖三種模式，養殖品種主要以魚類、甲殼類、貝類為主。在養殖規模上，臺州陸域海水養殖規模最大，為14097.3 公頃，寧波次之，為10 867.6 公頃，舟山陸域海水養殖規模在四地中排第三位，為1716.1公頃，溫州陸域海水養殖規模最小，為901.8 公頃。

1.2 樣品采集與分析

本研究根據《水質采樣技術指導》（HJ494—2009）[20]于2022年的3月—5月、7月—8月、9月—11月在寧波、臺州、溫州、舟山四地對當地的海水養殖池溏尾水排口采集海水養殖尾水樣品，共1018個水質樣本。根據《近岸海域環境監測點位布設技術規范》（HJ730—2014）[21]和《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91—2002）[22]中陸域直排海污染源監測點位布設方法來進行采樣點的選擇和樣品采集、存儲和運輸。依照《近海環境監測技術規范：第3部分近海海水水質監測》（HJ442.3—2020）[23]對尾水中總氮和總磷的質量濃度采用流動注射分析法進行測量并按照規范要求對檢測數據進行質量控制。

1.3 估算方法

本研究對海水養殖氮磷排放通量的計算采用化學分析法和排污系數估算法兩種方法，其中不同地區海水養殖設施的氮磷排污系數源自《排放源統計調查產排污核算方法和系數手冊》[24]，海水養殖產量數據來源于《2020 中國漁業統計年鑒》[25]。

1.3.1 化學分析法

化學分析法估算海水養殖設施尾水氮磷排放通量如公式（1）所示：

T_i=Q_i×（C_out-C_in），

其中， T_i 表示養殖設施氮磷排放通量， Q_i 表示養殖設施排水量， C_in 表示進入養殖設施的海水中氮磷質量濃度， C_out 表示排出養殖設施的尾水中氮磷質量濃度。

1.3.2 排污系數法

排污系數法估算海水養殖設施尾水氮磷排放通量如公式（2）所示：

其中， T_i 為某海水養殖設施的氮磷排放通量， G_i 為該設施海水養殖的增產量，由于缺乏養殖品種的苗種投放量，本研究選擇使用養殖品種的年產量代替增產量， F_i 為該海水養殖設施所在地區對應的排污系數。

化學分析法從實測氮磷質量濃度和陸域養殖設施排水量的角度來對海水養殖設施尾水氮磷排放通量進行估算。其優點在于能夠針對不同地區、時間和養殖設施進行較為準確的估算，結果也更接近實際情況;缺點是需要在前期進行大量的實地采樣和考察，這一過程需要耗費較多時間和人力物力成本。此外，該方法也不適用于對海域海水養殖設施如網箱、浮筏等設施的排放通量進行計算。排污系數法從養殖區的投入與產出關系來對海水養殖設施尾水氮磷排放通量進行估算。其優點在于可以只根據相關單位上報的統計數據來進行直接估算，相比化學分析法能夠節省時間和人力物力成本;缺點是相關單位公開的統計數據中一般不包含海水養殖設施中養殖品種的苗種投放量，只包含養殖產量，導致不能夠按照原始公式計算增產量，只能用實際產量來替代增產量進行計算，這可能導致結果出現較大誤差。

2 結果與討論

2.1 樣品質量濃度分布

表1浙江省海水養殖尾水排放標準

在1018個樣本中總氮質量濃度主要分布在 0.015～36.000mg/L ，總磷質量濃度主要分布在 0.005～2.860mg/L 。其中， 80.45% 的樣品總氮質量濃度達到浙江省《海水養殖尾水排放標準》（表1）中一級排放標準， 12.18% 的樣品總氮質量濃度達到二級排放標準，只有 7.37% 的樣品總氮質量濃度超標（圖1）。 89.39% 的樣品總磷質量濃度達到一級排放標準， 5.80% 的樣品總磷質量濃度達到二級排放標準，只有 4.81% 的樣品總磷質量濃度超標（圖1）。總體看來，超過 90% 的樣本都符合浙江省海水養殖尾水排放標準。

2.2 化學分析法通量

在養殖區通過實地走訪和發放問卷進行調查，獲得表2所示的研究區內陸域海水養殖設施月度換水情況。根據表2可知，研究區中陸域海水養殖設施換水的時間集中在每年的6—11月以及12月的一次性清塘。

本研究結合陸域海水養殖設施的月度換水情況，利用化學分析法對四地陸域海水養殖設施總氮、總磷排放通量以月為時間單位進行估算。根據月度估算通量結果得到不同季度的通量估算結果（圖2）。化學分析法估算的四地的總氮在第三季度（7—9月）和第四季度（10—12月）排放通量最大，分別為 _1401.8t 和1105.1t ；第二季度（4—6月）排放通量為 270.3t ；第一季度（1一3月）的排放通量最少，為 192.0t 。總磷在第三季度和第四季度的排放通量最大，分別為 39.5t 和 31.1t ;第二季度排放通量為 7.6t ；第一季度排放通量最少，為 5.4t 。總體來看，四地三四季度總氮和總磷的總排放通量均占到二者全年排放通量的 84.4% 。廣東省海陵島地區海水養殖池塘在8月（第三季度）含高質量濃度氮和高質量濃度磷的水域面積分別占全部海水養殖池塘水域面積的 85.73% 和 49.15% [26]。總體來看，寧波、臺州、溫州、舟山四地陸域海水養殖排放通量季度分布特征基本一致（圖3）。

四地的陸域海水養殖總氮和總磷排放通量如圖3所示。時間上，四地的陸域海水養殖設施在1月—2月大多處于干塘狀態，只有少數養殖設施仍正常運行;3月多數養殖設施開始注水，但不進行排水；在4月—5月四地的陸域海水養殖設施多數只注水;從6月開始有少量排水。臺州和舟山的陸域海水養殖的總氮、總磷排放通量呈現由第三季度向第四季度遞減的趨勢。寧波和溫州的總氮、總磷排放通量則在第三季度至第四季度呈遞增趨勢，這是由于當地陸域海水養殖設施主要以養殖甲殼類（蝦、蟹）為主，每年的10月—11月，當地會通過逐步抽干成熟蝦蟹所在養殖設施的池水的方式來收獲蝦蟹[27]，此種收獲行為會導致當地第四季度的陸域海水養殖尾水總氮總磷排放通量上升。空間上，寧波和臺州陸域海水養殖的總氮、總磷排放通量最大。其中寧波的總氮和總磷排放通量均占到四地年排放通量的 40% ，臺州的總氮和總磷排放通量則均占到四地年排放通量的 49% 。溫州陸域海水養殖的總氮和總磷排放通量均占四地年排放通量的 3% ，舟山陸域海水養殖的總氮和總磷排放通量均占四地年排放通量的 8% 。

6月—8月浙江省附近海域會受到臺灣暖流較強的影響，同時沿岸流和長江沖淡水的影響較弱，不利于該海域中氮磷營養鹽的擴散[28]。寧波和臺州，作為養殖尾水排放的主要貢獻者，兩者總氮和總磷的排放通量合計均占浙江沿岸四地該時間段總氮和總磷排放通量的 90.1% 。寧波和臺州周邊海域水體與來自長江和錢塘江輸出的含有較高濃度氮磷營養鹽的水體發生混合后導致海域中總氮、總磷濃度持續升高[29-30]。再加上受高溫的影響，容易引起該海域水體富營養化的發生。溫州由于本身距離長江和錢塘江較遠，受到長江和錢塘江輸出的氮磷營養鹽的影響較小，其自身排放量并不高，因此，對其周邊海域中總氮、總磷質量濃度影響較低。

9月—11月受到臺風影響的向東北方向流動的平行海岸流增強，同時長江沖淡水在本季主要以向東北方向流動為主，對長江口以南的寧波附近海域的影響較弱[31]。在這些因素的共同影響下，寧波當地近岸陸域海水養殖設施排入其附近海域的氮磷營養鹽在該海域囤積并且不易通過擴散來降低水體中的氮磷質量濃度。因此當地附近海域在秋季發生富營養化的可能性較高。

12月至次年2月，長江沖淡水在季風的驅動下與海水混合后沿海岸南下[32」，閩浙沿岸流受東北季風的影響沿浙江沿岸海域南下，這期間黑潮和臺灣暖流的影響較弱[33]。四地在該冬季陸域海水養殖設施排放口附近海域的氮磷營養鹽易于擴散。這一時期，排放量也是全年最低，因此對周邊海域的影響有限。

2.3 排污系數法

結合《2020 中國漁業統計年鑒》[25」中記錄的浙江省海水養殖產量數據和寧波、溫州、臺州、舟山當地統計局發布的當地各季度海水養殖產值數據，通過排污系數法估算研究區陸域海水養殖設施的總氮、總磷季度排放通量。排污系數法估算的總氮年排放通量為 4634.3t ，總磷年排放通量為 801.4t 。

比較化學分析法和排污系數法對寧波、臺州、溫州和舟山四地的總氮總磷年排放通量（圖4），可以發現化學分析法計算的結果中臺州的年排放通量最大（總氮： 1450.2t ，總磷： 40.9t ），寧波次之（總氮： 1188.4t ，總磷：33.5t），舟山第三（總氮：237.6t，總磷：6.7t），溫州的年排放通量最小（總氮： 93.0t ，總磷：2.6t）；而排污系數法計算的結果中寧波的年排放通量最大（總氮： 2224.6t ，總磷：384.7t），臺州次之（總氮： 1 792.0t ，總磷：341.0t），舟山第三（總氮： 337.9t ，總磷：58.4t），溫州的年排放通量最小（總氮： 99.9t ，總磷： 17.3t， ）。結合單位排放量的情況分析發現，寧波和臺州雖然年排放通量大，但是二者的單位排放量較低，這與當地的陸域海水養殖設施都建設有統一的排放溝渠（如生態溝渠）有關。這些溝渠會對尾水進行集中處理，經過集中處理后的尾水再從統一的排口排人外部海域當中。該過程中尾水在排人附近海域前會在溝渠中滯留一段時間，以避免其在水體處于總氮、總磷質量濃度較高的時段直接與外界發生混合進而增加水體富營養化的風險[34-35]。舟山的年排放通量雖然較低，但是當地陸域海水養殖區的單位排放量較高。結合實地調查的結果，發現舟山當地由于受到島嶼丘陵地貌的影響，其陸域海水養殖設施大多缺少能夠對海水養殖尾水起到靜置緩沖作用的排放溝渠。由于島嶼位于開放海洋，當地的陸域海水養殖尾水多為直接排放入海[36-38]。

通過兩種方法的估算可以發現，兩種方法估算的尾水總氮、總磷年排放通量結果存在差異見圖5。這種差異是由陸域海水養殖設施統一的排放溝渠的滯留緩沖作用引起的。此外，陸域海水養殖設施中的養殖水體多為靜止水體，只有在換水和清塘時才會有較大的擾動，所以在靜止狀態下會有一部分餌料和養殖動物的排泄物以顆粒態沉積到養殖設施的底泥當中去，只有在換水或者清塘過程中海水養殖設施內水體發生擾動才會被水流從底泥中帶起并輸送到外部海域當中[39]。結合化學分析法和排污系數法各自計算的結果比較發現，這部分沉積在底泥當中的氮磷營養鹽存在成為二次釋放的污染源的潛在風險。因此，這些活動對海洋環境的影響值得關注。

3結論

（1）通過基于陸域海水養殖設施月度換水情況優化的化學分析法估算得出寧波、臺州、溫州、舟山四地的總氮年排放通量是 2969.2t ，總磷年排放通量是 90.9t 。其中第三和第四季度總氮和總磷排放通量最大，均占全年的 84.4% 。寧波在秋季由于受到黑潮、臺灣暖流、臺風、長江沖淡水的影響會導致兩地附近海域營養鹽不易擴散，當地除關注夏季水體富營養化的發生外，還應注意秋季可能發生的水體富營養化。

（2）通過優化的化學分析法和排污系數法的結果比較表明，陸域海水養殖設施的池底沉積物中可能殘留有一部分氮磷營養鹽。這部分富含營養鹽的沉積物會在特定情況下再次釋放到水體當中，會成為影響海洋環境的潛在風險。清塘等活動對于近岸海域環境的影響同樣值得進一步關注。

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