降低人工饲养和饲料对水产养殖水体影响的措施

高叶玲，刘 颖，褚海艳，薛志宏，温彩霞，耿宏伟

(1.鄂尔多斯生态环境职业学院，内蒙古鄂尔多斯 017010；2.朔州陶瓷职业技术学院，山西怀仁 038300)

水产养殖在过去几十年里迅速发展，这种快速增长旨在实现两大目标：粮食安全和创造收入。根据FAO（2017）统计，水产养殖继续以比所有其他动物食品生产业更快的速度增长，这种快速增长导致对自然资源（土地和水）的竞争。除了每年都有强劲的增长，鱼类养殖在过去几十年里也得到强有力的发展，但这种快速发展有明显缺点，如养殖过程大量废物的排放导致环境污染问题。像其他动物生产业一样，水产养殖也会产生废弃物，但水生动物不能把其生存空间和排泄区分开，导致生产系统的水质恶化，导致生长不良和发病率增加（乔顺风等，2006）。水产养殖排放的废水是一个主要的环境污染问题，因为它可能对湖泊或河流造成污染。水产养殖排放的废物（包括固体和溶解的）可导致水体富营养化，而富营养化的特征通常是藻类和水生植物过度生长（况琪军等，2005）。饲料是养殖废物排放的主要来源，也是水产养殖对环境影响的主要原因。鱼类排出的废物数量和质量取决于日粮摄入、消化和代谢，而饲料质量、饲养策略和废物生产之间也密切联系。本文综述了饲料组成、饲喂策略对废弃物产生的影响，这些信息有助于为开发水产饲料、减少废物对环境污染提供思路。

1 水产养殖污染废物

养殖产生的废弃物可分为固体废弃物和溶解废弃物。固体废物可进一步分解为可沉降固体和悬浮固体，其主要来源于鱼未食用或溢出的饲料及排泄物。溶解废物一部分是化学需氧量、氨、磷等通过鳃和尿液排出的代谢物，另一部分来自可沉降的和悬浮的营养物质分解体/悬浮体（李国刚等，1995）。

在集约化养殖系统中，饲料中20%～40%的干物质被鱼摄入，其余部分被排泄，而未被吃掉的饲料比例为5%～15%。鱼粪便的排泄量取决于饲料成分、鱼种类和温度等因素，鱼采食每千克饲料的粪便排泄量为0.2～0.5 kg干物质（叶元土等，2002）。不同类型的水产养殖系统所排放的废水数量和组成有所不同，如在流经水系统中，所有溶解的废物和悬浮固体都被释放到环境中，而在再循环系统中，从该系统排出的废物与传统流经系统相比，大大减少100倍，在池塘系统中，所产生的废物全部留在系统中，部分有机废物就地矿化（于涛等，2008）。

2 降低废弃物向环境排放的措施

2.1 改善饲料品质 在过去的几十年里，为了减少通过未采食的或溢出的饲料产生的固体废物，饲料技术和饲养方法发生了很多变化。挤压和膨胀等工艺改善了水产饲料的物理特性（如水稳定性、浸出特性）。饲料成分的消化率和营养成分是影响水产养殖生产系统废弃物总量的主要因素。水产养殖中的固体废物主要由未消化的淀粉和纤维组成，这些淀粉和纤维来自谷物和植物成分，未消化的蛋白质和脂肪在固体废物中含量较低，因为它们很容易被鱼消化（Cho 和Bureau 2001）。因此，在过去几十年里，减少粪便产量的研究集中在以使用鱼粉和鱼油为基础的高消化日粮，如随着饲料原料处理和养殖技术的全面发展，有些品种鱼的饲料转化率从以前的1.5～2.5提高到0.9～1.2（Bureau和Hua，2010）。

2.2 固体废弃物清除效率 高消化饲料的应用不能完全解决粪便影响，因为鱼类的消化范围有限，总有一小部分饲料未消化，以粪便的形式排出。此外，由于鱼粉和鱼油等高消化原料供应有限，鱼饲料中的植物成分含量会增加。此外，现代集约化草食性和杂食性鱼类系统将更多地依赖于含有高比例植物成分的饲料，这种改变将降低饲料消化率，增加粪便总产生量，如表1所示。

表1 以植物性饲料喂养罗非鱼的总粪便产量和消化率

在固体废物排放前将其清除，可以减少废水对环境的影响。饲料成分可以改变粪便的物理性质，从而影响固体废物的去除效率。稳定的粪便颗粒越大，沉降速度更快，因此，用沉淀池更能有效清除。提高固体废物的清除效率提高了可沉降固体与不可沉降固体的比例，从而减少系统内有机物和悬浮固体的产生。固体的快速去除也可以通过溶解和颗粒状有机物的分解，降低有机氮和磷的矿化，从而减少颗粒状氮和磷转化为溶解态氮磷（李谷等，2006）。溶出废物的比例受发酵和未消化碳水化合物在肠道远端的消化产物黏度的影响，其中可溶性非淀粉多糖（如瓜尔胶）已被证明可以增加消化黏度，降低罗非鱼的粪便清除效率（Amirkolaie，2005）。但不溶性非淀粉多糖，如纤维素，由于发酵活性较低，没有改变粪便去除率。淀粉是一种廉价的能源，其在饲料中的添加量会影响粪便稳定性，植物成分总是含有少量淀粉，而在水饲料中添加淀粉可以通过增加饲料中的非蛋白能量含量来减少许多鱼类溶解性含氮废物，同时用糊化淀粉替代天然淀粉可以提高粪便去除率，降低排放水中溶解的粪便（Amirkolaie等，2006）。

在日粮中添加少量粘合剂是另一种提高粪便稳定性的方法，如添加0.3%的瓜尔胶作为饲料粘合剂，增加粪便颗粒大小，此外，瓜尔胶的添加还增加了粘结剂的吸水能力，提高颗粒浮力和悬浮性。该条件在不影响沉降的前提下，提高了微筛技术的效率（McMillan等，2003）。从水产养殖系统中快速清除粪便可以减少细菌分解的固体量，从而改善系统内的水质，降低废水排放量，减少环境污染（Amirkolaie，2005）。

2.3 氮废弃物 铵是蛋白质分解代谢的副产物，长期以来，人们一直认为，饲喂过量的蛋白质会导致分解代谢的氨基酸与铵的排泄和能量的损失。饲料中氨基酸含量与鱼体需要量的平衡可以降低氨基酸的分解代谢，同时除了饲料中蛋白质含量外，日粮可消化蛋白质与可消化能量之间的平衡可以提高氮的沉积效率，降低鱼排出的氨废物（McGoogan和 Gatlin，2000）。利用非蛋白能源（脂肪或碳水化合物）来满足能量需求，可以提高蛋白质保留率，减少氨废水进入水中。由于鱼类一般以分解蛋白质为主要能量来源，鱼类的蛋白质节约范围不能完全解决鱼类氨生成的影响。在理想日粮蛋白质与能量的比例下，只有50%的可消化蛋白质可以沉积在体内，其余的必须满足鱼的能量需求（Cho和Bureau，2001）。

2.4 磷废弃物 磷的消化率因鱼类种类而异，主要取决于鱼胃pH。如虹鳟鱼骨磷消化率在40%～60%之间，鲤鱼这样的无胃鱼类的骨磷消化率很低。为了减少养鱼场磷排泄的负荷，鱼饲料磷含量已经下降到1%以下。研究表明，鱼体内磷沉积的效率随着磷消化率的增加而降低，其中饲料成分对磷的消化率、沉积率和损失率有很大影响（Amirkolaie，2005），因此，在制定日粮配方时需要对磷的含量设定一个适宜阈值。由于鱼粉中磷的含量较高，因此，随着肉食性鱼类饲料中鱼粉含量的增加，会导致其向水生生态系统中排泄的磷含量升高。与鱼粉或动物副产品相比，玉米和豆粕等植物原料的磷含量较低，因此，采用植物性原料制定鱼饲料配方可以降低磷的排放。但含有大量植物成分的日粮含有更多的植酸，植酸会与日粮磷结合形成植酸磷，而植酸盐不能被鱼类消化，因为它们不具备从植酸盐中释放磷所需的植酸酶（Cho和Bureau，2001）。

2.5 饲喂策略 由于饲喂给鱼的饲料有一部分没有被鱼吃掉，而是被排泄到水体中，因此，饲喂策略是为了减少未被食用饲料的饲料量和提高饲料效率。饲料浪费与饲料日粮水平高度相关，饲料水平较高时，废弃物产量大幅增加，因此，在实际生产中，作者建议不采用自由采食方式。饲喂水平应根据品种的采食标准进行调整，并在接近采食需求量时停止饲喂，作者认为，这种饲喂方式可以降低饲料成本。人工饲喂可能是一种有效的策略，因为当饲喂量达到鱼的采食需要量时会停止投料，但这就需要开发不同类型的供料系统，包括固定供料系统和需求供料系统。饲喂系统的选择取决于鱼的大小、饲养方式和饲料成本。在集约化大型养鱼场，可采用按需分配的饲料系统，以达到饲料利用率高、浪费少的目的。饲喂频率也会影响饲料利用效率。由于鱼类养殖受一系列不可控制的行为、生理和环境变化影响，对采食量的估算很难满足该物种的饲料需求（Alanara等，2001）。因此，为了尽量减少饲料浪费，养殖户必须考虑这些影响因素，并参考一些理论数据来测算每日的饲料需求量。

3 饲料中养分流失的控制

3.1 集成生产系统 在同一生产系统中饲养不同的水生动物，称为多品种培养，可以降低生产成本，提高生产力，减少废物排放（Naylor等，2000）。如鲤鱼的多重培养被认为是增加池塘养分利用的一种传统方式（宋颀等，2012）。海藻和扇贝可以在集约化养鱼场排放的废水中很好地生长，减少废水对环境的污染（殷旭旺等，2015）。

3.2 养殖废物的回收 鱼类排泄的废物可以在养殖系统中重复使用，并转化为相关农产品，鱼可以利用20%～50%的饲料氮和15%～56%的饲料磷，剩余的氮和磷被释放到水中，通过光养和异养生物体转化为有价值的产品（Schneider，2006）。利用藻类对废水进行生物处理，去除氮、磷等营养物质，长期以来被认为是将溶解废物转化为可利用产品的一种解决方案，如藻类可以直接被鱼类食用，也可以用作鱼类饲料的成分（El-Shafai，2004）。但使用这些产品喂养其他动物会降低饲料营养水平（Schneider，2006）。水产养殖固体废弃物产生的污泥被认为是一种高氮、高磷的优质农业肥料（Chen等，2002）。

4 结论

饲料组成对水产养殖生产系统中废弃物的数量和质量有很大影响，同时也进一步对系统内的水质和向周围水体排放的废弃物产生很大影响。水产养殖业可能会减少水生生态系统产生的废物，但不会完全消除，因为鱼不能完全沉积它们所消耗的饲料，而且部分饲料始终未被采食。然而，养鱼场污染可以通过使用高度可消化的饲料、适当的饲喂策略和平衡能量和其他营养水平，特别是影响富营养化的氮和磷水平来解决。