青海黄河龙羊峡—积石峡段水库鲑鳟鱼网箱养殖容量估算
简生龙 关弘弢 李柯懋 刘扬 王振吉 李鲜存 赵宗虎
摘?要：为促进高原鲑鳟鱼网箱养殖产业可持续发展，2013～2017年，对黄河龙羊峡—积石峡段干流及其主要鲑鳟鱼网箱养殖的6座水库设置监测点连续开展水质等环境监测，分析监测水域氮、磷等含量 ，确定磷为水体营养物的限制性因子，并以磷的排放量为主要指标，以《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水质标准确定水体允许的最高磷浓度，运用Dillon-Rigler模型综合考虑其它因素，初次估算各水库的理论养殖容量。测算结果为：青海沿黄开展养殖的6座水库网箱养殖容量限定为3万t，其中龙羊峡水库养殖限量2万t，其余水库共限量1万t;上述水库可设置网箱面积50 hm2，网箱养殖面积占总水面0.1%。
关键词：沿黄水库;青海;鲑鳟鱼;网箱养殖;养殖容量
青海省地处三江源区，水资源丰富，可供冷水鱼养殖水面较多，特别是黄河干流大中型电站建设形成的水面有4.43万hm2，水体洁净、水质优良，冬季不封冻，是鲑鳟鱼等冷水鱼的天然生息繁衍之地，被国内外公认为养殖鲑鳟鱼条件最好的地区之一。近年来，青海龙羊峡—积石峡段水库网箱养殖发展迅猛，到2017年底，沿黄鲑鳟鱼养殖产量达到13 800 t，占全国鲑鳟鱼产量的30%，青海已成为国内最大的鲑鳟鱼商品生产基地[1]。但水产养殖对水环境的潜在污染不容忽视，而随着国家生态红线的提出和各类环保政策的日益严厉，也必然对养殖渔业发展提出了更高更严的要求，如何解决水产养殖产业发展和环境保护之间的这些矛盾，以促进养殖产业的可持续发展成为当前非常重要和迫切的研究课题。鉴于此，2013～2017年，通过对黄河龙羊峡—积石峡段干流以及在沿黄主要网箱养殖水域龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、苏只、积石峡等6座水库设置监测断面，对水质、水生生物等连续进行监测，参照《青海省水功能区划（2015—2020年）》和《青海省水环境功能区划》水质要求，各水库水质目标以《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类为标准，库区水域主要以磷的排放量为主要指标，运用Dillon-Rigler模型综合考虑其它因素，估算各水库的理论养殖容量，为促进高原鲑鳟鱼网箱养殖可持续发展及地方政府制定黄河上游渔业生态保护政策提供理论依据和数据支持。
1?材料与方法
1.1?青海沿黄龙羊峡—积石峡段水库概况
黄河是我国第二长河，是青海省第一大河，发源于青海南部玉树藏族自治州曲麻莱县境内，巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地。黄河全长5 464 km，流域面积75.2万km2，其干流在青海省境内长1 959 km，占整个干流总长的31%，多年平均径流量280亿m3，占全流域水量的48.4%，落差2 915 m。黄河干流龙羊峡至积石峡段，位于黄河上游，流经共和县、贵南县、同德县、贵德县、尖扎县、化隆县、循化县，经民和县进入甘肃省，近300 km，该段峡谷川地交替频繁，山高坡陡、两岸高200～400 m不等，河道比降大，水流湍急。流域内有龙羊峡、拉西瓦、尼那、山坪（规划）、李家峡、直岗拉卡、康扬、公伯峡、苏只、黄丰、积石峡等11座在建和已建水电站，调蓄了黄河干流之水，形成了10座大、中型梯级电站水库，构成了巨大的冷凉水体资源，形成4.43万hm2水面[2]，当前青海黄河上游开展鲑鳟鱼网箱养殖的主要有龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、苏只、积石峡6座水库（图1）。
1.2?水体监测点的设置和主要水质监测项目
2013～2017年在黄河龙羊峡—积石峡段共设置水质监测点（断面）32个（图2），包括黄河干流龙羊峡水库中心至积石峡水库尾水处整个河段设置监测段面10个（非养殖区），每年3～4月份和8～9月份各监测1次;同时在龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、苏只、积石峡6座水库选择规模较大养殖场圆形大网箱（网箱周长一般在60 m、80 m）养殖区（主要养殖品种是三倍体虹鳟）的网箱上游、下游（距网箱均500 m左右）及网箱区域设置3个监测点（其中龙羊峡水库五个网箱养殖区共设7个监测点），每年每季度监测1次，全年共监测4次。监测内容均包括水质、浮游生物，水质监测项目主要是总氮、总磷、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、悬浮物等。水质采样按照SC/T 9102-2007《渔业生态环境监测规范》进行，采用有机玻璃直立式采样器，采样点一般在距水面1～1.5 m处。各项水质因子的分析均以常规方法进行，水质检测项目评价标准参考GB 11607-89《渔业水质标准》，该渔业标准中未做规定的项目参考GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅱ类或Ⅲ类标准进行评价。各水库中磷的本底质量浓度取该水库养殖区和非养殖区连续5年监测的平均值。
1.3?养殖容量估算模型的应用
相关研究表明，对水质环境造成污染的最主要成分是磷，只有在准确评价了水体对网箱养殖的负载能力及水体对磷元素的负荷能力，才能保证网箱养殖业的持续发展[3]。英国科学家Maleolm Beveridge[4]通过检测鲑鱼网箱精养中的总磷浓度，验证了鱼饵中磷的作用，进一步说明对水质环境造成污染的最主要成分是磷。目前有动态模型和统计模型两类模型可对淡水生态系统中磷增加的反应进行预测。动态模型具有2～40个不等的参数，是与支配藻类生长最关键的物理、化学和生物过程的数学表达式[4]。动态模型的预测能力具有局限性，很少在检测多种因素对藻类生长的影响实验中使用[5]。统计模型又可分为Dillon-Rigler模型[3]和OECD模型[6]两种，是在大规模调查湖泊和水库后才得到的模型。OECD模型是一个关于水体中总磷的浓度P是流入的总磷浓度Pj和滞留时间Tw相关的函数：P=Pj/（1+Tw）。网箱养鱼输出的废物中磷的状态在这种模型中不能有效地描述，因而不能用来对网箱养鱼的磷负载量进行预测。Dillon-Rigler模型是根据Vollenweider模型[7]发展而来的，研究者通过对18个加拿大湖泊、68个美国中西部水库以及32个南部非洲水库进行调查和验证，才使得该模型得到了广泛的应用[8]。这一模型是以水体中总P的浓度[P]，由磷的负载、水体的大小（面积、平均深度）、排水率以及磷的长期沉积量为基础的，可表示为在稳定状态下，水体的磷浓度由磷的负载量（进入水体的磷的总量）、水体容积的大小、水交换率及磷的长期沉积量来决定。即：P=L（1-R）/zp。（P为总磷的浓度（g/m3）、L是总磷承载（g/m2/y））、z是水体的平均深度（m）、R是被沉积物结合的百分比、p是每年的水交换率）。普遍认为，这一公式是所有测算总磷浓度公式中最好的一个。目前，相关研究者普遍采用此模型对水体中网箱承载力进行预测，如：1984年，Beveridge[4]利用此模型对一个小型湖泊网箱养殖虹鳟的承载力进行计算，结果表明该湖泊的承载力为3 t/hm2/y;1993年，熊邦喜等[9]用此模型计算出某水库可设置投饵网箱的面积与水库养鱼水面之比为1∶355。2004年，彭建华[10]等通过分析浮桥河水库氮、磷含量，确定磷为水体营养物的限制性因子，并由此模型计算出浮桥河水库的网箱养殖容量鳜鱼、建鲤的总容量为0.52‰;2010年，Jr D E C等用该模型对佛罗里达湖的叶绿素a的浓度进行了预测，Labaugh J W等用该模型对弗吉尼亚州西部的水文和总磷进行了估算[11]。2011年，孔力兵[12]等依据该模型计算出合浦水库的网箱养殖罗非鱼和斑点叉尾鮰的承载力分别为0.453‰、0.348‰;2014年，谢巧雄[13]等曾用该模型计算出龙滩水库在不同网箱养殖模式下不同的养殖容纳量。由此可见，该模型获取参数的方法简便，且具有实用价值，适用范围广泛，对我国不同的水体和养殖方式都适用，因此受到了广大研究者的认可。且该模型在加拿大、美国等地许多湖泊和水库通过验证，这些湖泊大多数为温带性湖泊，很多也是贫营养型到中营养型，与青海的气候条件和水库环境相近。此外，欧美国家养殖的鱼类也多以鲑鳟鱼为主，这也与青海目前主养的鲑鳟鱼类情况相近，因此本研究引用该模型也是较为合理的。这一模型是以水体中总P的浓度由磷的负载、水体的大小（面积、平均深度）、排水率以及磷的长期沉积量为基础的。在稳定状态下，龙羊峡至积石峡各水库水体的磷浓度由磷的负载量（进入水体的磷的总量）、水体容积的大小、水交换率及磷的长期沉积量来决定。同时我们考虑到城镇生活污水、农业面源等污染，基于对黄河上游生态环境最大程度的保護，并广泛征求国内业界相关专家的意见，一致认为预留磷污染物排放剩余空间90%给其它行业，渔业只利用另外剩余空间即10%来确定沿黄水库养殖容量，最终确定各水库鲑鳟鱼网箱养殖总容量。
1.4?水体允许的最高磷质量浓度限值确定
根据《水质较好湖泊生态环境保护总体规划（2013—2020年）》，龙羊峡、李家峡水库水质目标为Ⅱ类，公伯峡和积石峡水库水质目标为Ⅲ类;又按照《青海省水功能区划（2015—2020年）》和《青海省水环境功能区划》，各水库水质目标为Ⅱ类，故我们对各水库磷的限值以GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅱ类水质为标准，磷的限值取0.025 mg/L。
1.5?养殖散失到水体中的磷负荷数值确定
我们选择对环境影响最大的ALLER SILVER鲟鱼、鳟鱼养成料为例计算，水中磷含量0.004 1 kg/ kg。因青海90%以上养殖场均使用ALLER SILVER饲料，根据该饲料提供的氮磷排放系数，以对水体产生最大氮磷排放、饲料转化率为1.2时的ALLER SILVER饲料为例说明，并取氮磷排放较大的丹麦爱乐饲料银牌系列产品（ALLER SILVER）的排放值为参照数据，即：每生产1 t鱼所产生的磷废物，总磷为7.7 kg，其中粪便中磷含量3.6 kg，水中磷含量4.1 kg;我们考虑最极限情况粪便中磷也全溶解到水中，即总磷为7.7 kg，产1 t鱼。另《第一次全国污染源普查 水产养殖业污染源产排污系数手册》中鲑鳟鱼淡水网箱养殖业北部区总磷产污系数为6.268 kg/t，我们仍以最大产污数值7.7 kg/t来测算。
2?结果与分析
2.1?水质现状与趋势评价
2.1.1?非养殖区监测结果分析?通过5年的水质连续监测，沿黄干流非养殖区10个监测点总氮平均值0.929 mg/L、总磷平均值0.018 mg/L、高锰酸盐指数平均值1.83 mg/L、悬浮物平均值2.3 mg/L、五日生化需氧量检测结果均为未检出，监测结果显示，非养殖区各监测点监测项目各指标上下波动，没有呈现明显变化规律。
2.1.2?养殖区监测结果分析?各水库网箱养殖区22个监测点总氮平均值1.004 mg/L、总磷平均值0.015 mg/L、高锰酸盐指数平均值1.76 mg/L;悬浮物平均值3.0 mg/L，各水库网箱养殖上下游区域与养殖区各监测数据对比整体变化不明显，且大多监测平均值较非养殖区还要低。
2.1.3?养殖区与非养殖区对比分析?从图3中可反映出，沿黄监测水域养殖区与非养殖区变化曲线较为接近，非养殖区水质无明显变化规律，养殖区监测数据对比整体变化不明显，养殖区和非养殖区总氮、总磷和高锰酸盐指数平均值总体呈现上升趋势，悬浮物平均值上下波动，总体呈上升变化，五日生化需氧量均未检出。水质总体优良，符合《渔业水质标准》，且除总氮指标为《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准外，其他指标均达到国家地表水Ⅱ类以上标准。水质监测结果显示养殖区和非养殖区变化无明显差异，这表明沿黄网箱养殖对水质无明显影响。这应该与黄河上游海拔较高、气候冷凉、水温偏低，大多水库水体年交换量较大，且目前整体养殖规模和密度较小有关。
2.2?水体营养物限制因子的选择
水体中氮、磷等营养物质增加而引起浮游植物过量生长，水质严重恶化，水生生物大量死亡甚至整个水生生态系统生态平衡的改变等的现象叫做水体富营养化[14]。水生植物（藻类、水草）细胞和组织中的氮、磷比大致是固定的，浮游植物吸收水中的氮、磷也是按照类似的比例进行。如果水环境中氮、磷元素中一种的相对量低于此值，那么另一种就会成为浮游植物生理需要上的多余，而浓度不足的元素即成为浮游植物生长的限制因子。一般水生植物组织中的氮、磷质量比为7∶1[10]。由2013～2017年监测结果可知，沿黄各个监测水域总氮（TN）平均值为0.966 mg/L，总磷（TP）平均值为0.016 mg/L，TN∶TP比为60∶1，远大于7，因此可确定，各个水库养殖区富营养化限制因子为水体中的磷元素。
2.3?养殖容量测算模型及运用
采用Dillon-Rigler模型[3]和监测结果，磷是水域最重要的限制因子和监测因子。本文中以水库中磷的浓度为参考，评估各水库鲑鳟鱼网箱养殖容量。其公式为：
Pmac可由以下模型求得：
其中：H=V/A;p=Q1/V;Pmax为水体允许的最高磷质量浓度：以湖库《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准取值0.025 mg/L;Po为水体中磷的本底质量浓度，mg/L，取2013～2017年连续监测黄河龙羊峡至积石峡段各个监测点平均值;A为水体的表面积，m2;H为水体的平均深度，m;p为每年的排水率;R为磷的滞留系数，一般认为45%～55%的磷与底泥长期结合[14]，R值取50%;V为水体体积，m3;Q1为年平均排水量，m3。
将相关参数代入模型公式可测算沿黄各水库理论养殖容量（见表1）。
2.4?测算结果
依据Dillon-Rigler模型，测算出以上6座水库理论养殖容量共303 275 t，考虑到预留磷污染物排放剩余空间90%给其它行业，渔业只利用10%的空间来确定水库养殖容量，故确定沿黄各水库最大养殖容量为30 000 t。又综合其它因素，在各水库养殖容量具体分配龙羊峡水库为20 000 t，其余5座水库合计共10 000 t。
3?讨论
3.1?各水库养殖容量控制性指标的讨论
沿黄各水库确定3万t养殖容量控制指标，其中龙羊峡水库配额控制指标2万t，主要是因为该水库面积较大，水体自净能力较强，且有较强实力的龙头水产企业从事养殖，管理水平较高，全部使用高能环保饲料，采取的排污设施水平较高，全部网箱安装收集残饵和粪便装置，对水体环境压力较小，故分配的养殖容量较大。其余5座水库共控制指标配额1万t，主要因为各水库水域面积相对较小，水体自净能力较弱，养殖渔场数量较多，疫病风险大，且考慮到上游龙羊峡水库规划养殖容量规模较大，水体氮磷排放较高，下游有叠加效应，且下游人口密集，易产生面源污染，兼有航运，不适合设置过多网箱。
3.2?沿黄网箱养殖水域面积的界定
沿黄6座水库形成水面4.67万hm2，目前青海省规定每立方米网箱养殖容量不超过6 kg（主要参照国外挪威、丹麦、智利等鲑鳟鱼网箱养殖密度一般在8～30 kg/m3[15-16]，由于病害频发和环保限制，近年来各国养殖密度也在逐步调低;依据国内虹鳟鱼网箱养殖密度试验相关研究[17]，并限于青海省现有的养殖水平，基于生物安全管理和青海高原水域溶氧偏低的情况考虑，应低于国外最低养殖密度，省内业界普遍认为养殖密度以6 kg/m3为限值），3万t养殖容量可设置网箱面积50 hm3，网箱养殖面积占总水面0.1%，低于农业部养殖水域滩涂规划“网箱围栏总面积不超过水域面积的0.25%”的要求限值。
3.3?提出青海鲑鳟鱼产业可持续发展的对策措施
基于以上研究，考虑到青海地区生态环境地位的敏感性和特殊性，提出和拟定适合当下实际现状，促进和推动渔业产业和生态环境保护协调发展的思想观念和对策举措是非常迫切和必要的。现阶段青海鲑鳟鱼养殖产业的发展，以生态环境保护优先为前提，以负责任渔业理念引领高原鲑鳟鱼养殖渔业，主推以三倍体虹鳟鱼为主的三文鱼养殖先进技术;以大型网箱为主的现代化渔业装备技术和渔场生物安全管理技术，实施最严格的养殖容量控制;最严格的生物安全管理措施;最严格的水产品质量监管，构建鲑鳟鱼产业发展较为完善的渔业制度体系，进一步完善技术和服务体系，提升现代渔业养殖水平，建立健全养殖水域环境监测及生态保护常态化工作机制，加快水产养殖产业转型升级、提质增效，提升渔业生产标准化、绿色化、产业化、组织化和可持續发展水平，走出一条产出绿色、产品优质、资源保护、环境友好的青海高原特色渔业现代化发展道路。
参考文献：
[1] 简生龙，申志新，赵娟.青海冷水鱼养殖疫病防控工作经验[J].中国水产，2018（08）：38-40.
[2] 简生龙.青海黄河上游水电站建设对鱼类资源影响及保护对策[J].青海农林科技，2012（02）：44-46.
[3] 刘家寿，崔奕波，刘建康.网箱养鱼对环境影响的研究进展[J].水生生物学报，1997，21（2）：174-184.
[4] BEVERIDGE M C M.Cage and pen fish farming：carrying capacity models and environmental impact[G].FAO.Fish Tech Pap.1984，255：131.
[5] JONES R A.LEE G F.Recent advances in assessing impact of phosphorus loads on eutrophication-related water quality[J].Water Res.1982，16：503-515.
[6] OECD.Eutrophication of waters：monitoring，assessment and control[M].Organization for Economic Cooperation and Development，Paris，1982，215.
[7] 李德尚，熊邦喜，李琪，等.水库对投饵网箱养鱼的负荷力[J].水生生物学报，1994（3）：223-229.
[8] 刘建康.高级水生物学[M].北京：科学出版社，1999.305～338.
[9] 熊邦喜，李德尚，周春生等.我国水库综合养鱼的发展前景[J].湖泊科学，1994，6（3）：78～84.
[10] 彭建华，刘家寿，熊邦喜.水体对网箱养鳜的承载力[J].生态学报，2004，24（1）：29-34.
[11] 边蔚，胡晓波，田在锋，等.白洋淀水产养殖容量研究[J].河北大学学报，2011，31（1）：80-84.
[12] 孔力兵，肖俊军，雷建军，等.广西合浦水库网箱养殖容量研究[J].南方农业学报，2012，43（3）：393-396.
[13] 谢巧雄，姚俊杰，周路，等.龙滩水库八达村库湾水质变化及网箱养鱼容纳量[J].贵州农业科学，2014，42（1）：159-162.
[14] ODUM E P.Fundamentals of Ecology.Philadephia，Saunders WB Publishing Company，1971.
[15] 周彤，徐皓.北欧渔业装备情况考察[J].渔业现代化，2000（6）：3-6.
[16] 陈洪大.挪威渔业发展状况的考察报告[J].现代渔业信息，2005（10）：24-26.
[17] 刘群.水库网箱养殖密度对虹鳟福利状况的影响及生理机制[D].青岛：中国海洋大学，2014.
