陳禎東　陳日釗　張紫英　龐洋洋

摘要：【目的】查明廣西南寧市羅非魚池塘中氮、磷營養(yǎng)鹽和銅、鋅重金屬的空間分布差異，了解其潛在生態(tài)風險，為建立羅非魚健康池塘養(yǎng)殖模式及防控水體富營養(yǎng)化和重金屬污染提供科學依據(jù)?！痉椒ā坑?015年8—9月分別對南寧市12個縣（區(qū)）60個羅非魚養(yǎng)殖池塘的表層沉積物進行采樣，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價沉積物重金屬銅和鋅污染的潛在生態(tài)風險，并以綜合污染指數(shù)評價法評價氮和磷的污染程度?！窘Y(jié)果】南寧市不同縣（區(qū)）羅非魚池塘沉積物中銅、鋅、總磷和總氮的含量存在明顯差異，其中總磷含量的最大值與最小值差異最明顯，達37.6倍。60份池塘表層沉積物樣品中銅、鋅、總磷和總氮的平均含量分別為53.131、122.546、1455.108和1375.253 mg/kg，對應(yīng)的超標率為98.33%、93.33%、78.33%和100.00%，即南寧市羅非魚池塘表層沉積物中銅、鋅、總磷和總氮含量均偏高，且總氮含量全部超標。南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘的重金屬污染綜合生態(tài)風險指數(shù)（RI）變化范圍為7.65～24.26，平均值為15.41，明顯小于150.00，具體排序為武鳴區(qū)>良慶區(qū)>青秀區(qū)>馬山縣>賓陽縣>邕寧區(qū)>西鄉(xiāng)塘區(qū)>上林縣>江南區(qū)>興寧區(qū)>隆安縣>橫縣。綜合污染指數(shù)（FF）評價結(jié)果顯示，南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘表層沉積物中氮和磷的FF為1.124～4.448，其中，橫縣的羅非魚池塘為2級污染，隆安縣和西鄉(xiāng)塘區(qū)為3級污染，其余縣（區(qū)）則達4級污染。【結(jié)論】南寧市羅非魚養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬銅和鋅的潛在生態(tài)風險較低，但氮和磷的污染程度相對較嚴重，因此生產(chǎn)過程中建議通過減少養(yǎng)殖投入品、種植水草、定期清除淤泥等防控池塘水體富營養(yǎng)化和重金屬污染。

關(guān)鍵詞： 羅非魚池塘；表層沉積物；重金屬；生態(tài)風險評估；綜合生態(tài)風險指數(shù)（RI）；綜合污染指數(shù)（FF）； 南寧市

中圖分類號： S965.125 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2018）09-1865-08

0 引言

【研究意義】羅非魚是廣西最主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種，其年均產(chǎn)量高達28.6萬t，位居全國第三（張宗利，2015）。池塘養(yǎng)殖為羅非魚的主要養(yǎng)殖模式，而養(yǎng)殖過程中因餌料等投入品帶來的氮、磷、銅、鋅等物質(zhì)會沉降至底泥中，長期累積極易造成污染并通過擾動等形式重新釋放到水體中，其中，銅和鋅等重金屬元素又通過食物鏈轉(zhuǎn)移到魚體中引起健康風險，高氮和磷等富營養(yǎng)化水體的排放則加重池塘周圍水環(huán)境的有機負荷（劉國鋒等，2018）。因此，了解羅非魚養(yǎng)殖池塘表層沉積物中銅、鋅、氮和磷含量分布，并對其生態(tài)風險進行評估，可為建立羅非魚健康養(yǎng)殖模式及防控水體富營養(yǎng)化和重金屬污染提供科學依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】池塘水體中的重金屬和營養(yǎng)鹽元素僅有部分被生物直接吸收利用，大部分通過沉降和吸附等作用聚集到池塘沉積物中（劉興國，2011）。目前，國內(nèi)有關(guān)沉積物重金屬和營養(yǎng)鹽的污染程度及生態(tài)風險評價多數(shù)是將二者分開獨立進行研究。賈成霞等（2011）研究表明，北京地區(qū)養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬銅和汞的含量已超過相關(guān)國家環(huán)境標準；趙漢取等（2014）、施沁璇等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，浙江湖州市和嘉興市的養(yǎng)殖魚塘表層沉積物重金屬鋅的絕對質(zhì)量比最高，而綜合污染指數(shù)（FF）顯示銅和鋅的污染指數(shù)較高。重金屬和營養(yǎng)元素的來源因養(yǎng)殖水域、土壤和氣候環(huán)境、養(yǎng)殖種類和養(yǎng)殖方式而異。焦寶玉等（2015）、龐洋洋等（2015）、施沁璇等（2015）分別對河南、湖州和廣西武鳴等地的池塘底泥重金屬來源進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)銅含量與鋅含量間呈顯著正相關(guān)，初步認為二者的來源可能相同。近年來，還有學者對梁子湖（王玲玲等，2015）、洞庭湖（張光貴，2015）、浙江大洋水庫（賈茜茜等，2016）、滆湖（熊春暉等，2016）、太湖（于佳佳等，2017）、丹江口水庫（李冰等，2018）等江河和湖庫沉積物中營養(yǎng)鹽和重金屬進行同步分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)表層沉積物中的營養(yǎng)鹽和重金屬含量在生態(tài)空間上的分布差異明顯，存在不同程度的沉積物氮磷污染和重金屬生態(tài)風險?！颈狙芯壳腥朦c】南寧市是廣西羅非魚主產(chǎn)區(qū)，其羅非魚養(yǎng)殖模式主要是池塘精養(yǎng)和混養(yǎng)。南寧市武鳴淡水魚塘的水質(zhì)主要受重金屬+總氮復合污染中鋅、銅和總氮的相互作用所調(diào)控（羅偉等，2016），其池塘底泥中的銅和鋅含量普遍偏高（陳琴等，2013；龐洋洋等，2016），但針對羅非魚養(yǎng)殖池塘底泥中的銅、鋅、氮、磷含量分布及其生態(tài)風險評價鮮見同步研究報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過對廣西南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘表層沉積物中銅、鋅、總磷和總氮含量進行檢測，查明南寧市主養(yǎng)羅非魚池塘中氮、磷營養(yǎng)鹽和銅、鋅重金屬的空間分布差異，了解其氮、磷污染程度和重金屬累積的潛在生態(tài)風險，為建立羅非魚健康池塘養(yǎng)殖模式及防控水體富營養(yǎng)化和重金屬污染提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 樣品采集與處理

根據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》（第2版）和GB/T 17138—1997《土壤質(zhì)量銅、鋅的測定火焰原子吸收分光光度法》進行池塘表層沉積物采集、處理和保存。2015年8—9月分別在南寧市12個縣（區(qū)）采集樣品，從各縣（區(qū)）隨機選取5個不相鄰的羅非魚池塘進行表層沉積物樣品采集，共采集60份樣品。所選擇池塘均為羅非魚—四大家魚混養(yǎng)養(yǎng)殖模式，養(yǎng)殖面積0.7～1.3 ha。具體采樣地點見圖1。

1. 2 檢測指標及方法

重金屬銅和鋅采用鹽酸—硝酸—氫氟酸—高氯酸消化法進行測定，總氮采用重鉻酸鉀—硫酸消化法結(jié)合凱氏定氮法進行測定，總磷采用高氯酸—硫酸消化法結(jié)合鉬銻抗顯色法進行測定。

1. 3 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0對銅、鋅、總氮和總磷的實測值進行處理與分析。

沉積物重金屬污染分析：采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價沉積物重金屬污染對養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量的潛在生態(tài)風險。

[Cif]=[CiD]/[CiR]

[Eir]=[Tir]×[Cif]

RI=∑[Eir]

式中，[Cif]為重金屬污染系數(shù)；[CiD]為樣品濃度實測值；[CiR]為沉積物背景參考值，本研究為廣西土壤重金屬背景值；[Eir為]單種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)；[Tir]為重金屬毒性系數(shù)；RI為多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)。潛在生態(tài)危害系數(shù)與潛在生態(tài)危害指數(shù)的強度分級標準見表1。

沉積物氮磷污染分析：參考王佩等（2012）的評價方法，以綜合污染指數(shù)評價法進行評價。

Si=[CiCs]

FF=[F2+F2max2]

式中，Si為單項評價指數(shù)或標準指數(shù)，Si大于1表示含量超過評價標準值；Ci為評價因子i實測值；Cs為評價因子i評價標準值；F為n種污染物的污染指數(shù)平均值；Fmax為最大單項污染指數(shù)；FF為多種污染物的綜合污染指數(shù)。目前劃分淺水沉積物生態(tài)毒性效應(yīng)的標準較少，本研究采用來源于加拿大安大略省環(huán)境和能源部（CCME）制定的沉積物氮磷污染評價標準（表2），沉積物中引起最低級別生態(tài)風險效應(yīng)的總氮、總磷含量分別為550和600 mg/kg，嚴重級別生態(tài)風險效應(yīng)的總氮、總磷含量分別為4800和2000 mg/kg。

2 結(jié)果與分析

2. 1 羅非魚池塘表層沉積物中銅、鋅、總氮和總磷的含量及分布特征

南寧市12個縣（區(qū)）60份羅非魚池塘沉積物樣品中銅、鋅、總磷和總氮的含量測定結(jié)果見表3。各縣（區(qū)）羅非魚池塘表面沉積物中的銅、鋅、總磷和總氮變化范圍分別為：10.46～101.02、26.53～233.42、91.93～3453.94和630.00～2584.00 mg/kg，最大值和最小值間分別相差9.7、7.8、37.6和4.1倍，說明不同縣（區(qū)）池塘沉積物中銅、鋅、總磷和總氮的含量存在明顯差異，其中總磷含量差異最明顯，達37.6倍。不同縣（區(qū)）中以武鳴區(qū)羅非魚池塘的銅、鋅平均含量最高，分別為83.37和196.47 mg/kg，高出標準值3.01和3.21倍；橫縣羅非魚池塘的銅平均含量最低，為24.44 mg/kg，但仍高出標準值17%；興寧區(qū)羅非魚池塘的鋅平均含量最低，為52.04 mg/kg，但仍高出標準值12%（圖2）?？偭缀涂偟骄孔畹忘c同時出現(xiàn)在橫縣，分別為153.79和752.08 mg/kg；橫縣羅非魚池塘的總磷未超標，而總氮高出標準值36%；總磷平均含量最高點在青秀區(qū)，為3011.83 mg/kg，高出標準值4.01倍；總氮平均含量最高點在賓陽縣，為2297.20 mg/kg，高出標準值3.17倍（圖3）。

由表4可知，60份沉積物樣本中銅、鋅含量的標準差分別為19.04和46.98，變異系數(shù)分別為35.80%和38.30%，即數(shù)據(jù)的離散性較小，也說明研究區(qū)域內(nèi)鋅含量差異較銅含量更明顯；總磷含量的標準差為893.24，變異系數(shù)達61.39%，即數(shù)據(jù)的離散性較大，說明不同地區(qū)的總磷含量差異明顯；總氮的標準差為406.13，變異系數(shù)為29.53%，即數(shù)據(jù)的離散性較總磷的小，說明總氮含量受地區(qū)差異的影響較小。60份沉積物樣品中銅、鋅、總磷、總氮含量的超標率分別為98.33%、93.33%、78.33%和100.00%，說明南寧市羅非魚池塘表層沉積物中銅、鋅和總磷和總氮含量均偏高，且總氮含量全部超標。單因素方差分析結(jié)果表明，羅非魚池塘表層沉積物中營養(yǎng)鹽和所測重金屬含量在南寧市12個縣（區(qū)）間差異均達極顯著水平（P<0.01）。

2. 2 羅非魚池塘表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)分析

由表5可知，重金屬銅和鋅的[Eir]最大值出現(xiàn)在武鳴區(qū)（20.05和4.21），銅的[Eir]最小值出現(xiàn)在橫縣（5.88），鋅的E[ir]最小值則出現(xiàn)在興寧區(qū)（1.12），二者的E[ir]平均值分別為12.78和2.63，均遠小于40.00，表明南寧市羅非魚池塘表層沉積物中銅或鋅的單因素潛在生態(tài)風險等級較低。南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘的綜合生態(tài)風險指數(shù)（RI）變化范圍為7.65～24.26，具體排序為武鳴區(qū)>良慶區(qū)>青秀區(qū)>馬山縣>賓陽縣>邕寧區(qū)>西鄉(xiāng)塘區(qū)>上林縣>江南區(qū)>興寧區(qū)>隆安縣>橫縣。其中，最大值出現(xiàn)在武鳴區(qū)（RI=24.26），其次是良慶區(qū)（RI=19.43），最小值出現(xiàn)在橫縣（RI=7.65）；12個縣（區(qū)）的RI平均值為15.41，明顯小于150.00，表明南寧市羅非魚池塘沉積物重金屬生態(tài)風險較低。

2. 3 羅非魚池塘表層沉積物氮磷綜合污染指數(shù)評價

由表6可看出，南寧市羅非魚池塘表層沉積物中的STN、STP范圍分別為1.367～4.177和0.256～5.020，F(xiàn)F為1.124～4.448；以橫縣的污染最輕，表現(xiàn)為輕度氮污染（STN=1.367）、無磷污染（STP=0.256），綜合污染程度為2級（FF=1.124）。受總氮、總磷污染最高的地區(qū)分別為賓陽縣（STN=4.177）和青秀區(qū)（STP=5.020），均呈4級污染，兩個縣（區(qū)）的綜合污染程度也達4級。依據(jù)FF可判定，橫縣的羅非魚池塘為2級污染，隆安縣和西鄉(xiāng)塘區(qū)為3級污染，其余縣（區(qū)）則達4級污染。

3 討論

本研究結(jié)果表明，南寧市12個縣（區(qū)）60份羅非魚池塘沉積物樣品中銅、鋅的平均含量為53.131和122.546 mg/kg，分別高出當?shù)乇尘爸?.555和1.628倍，超標率為98.33%和93.33%。南寧市羅非魚池塘沉積物中銅、鋅含量與北京（賈成霞等，2011）、連云港（李玉和馮志華，2013）、嘉興（趙漢取等，2014）和湖州（施沁璇等，2015）等地魚塘沉積物的含量接近，均受到輕度的重金屬銅和鋅污染。與湖泊水庫沉積物重金屬含量相比，南寧市羅非魚池塘沉積物中的銅含量低于丹江口水庫和大洋水庫，與太湖和滆湖含量相近；而鋅含量明顯低于滆湖，與丹江口水庫、大洋水庫和太湖的含量相近。養(yǎng)殖池塘沉積物中的鋅含量主要與成土母質(zhì)、地球化學作用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動密切相關(guān)（張莉等，2014），以上各地區(qū)養(yǎng)殖池塘沉積物中的銅、鋅含量均高于當?shù)乇尘爸?，其原因可能是：養(yǎng)殖過程中大量餌料的投放及魚藥的使用，或周圍農(nóng)田使用的化肥和農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷流進池塘；水庫湖泊的情況則與周圍農(nóng)田耕種、城鄉(xiāng)生活污水、化工工業(yè)廢水的大量流入和游船、水利工程防腐設(shè)施有關(guān)。對南寧市羅非魚池塘沉積物中銅、鋅的生態(tài)風險評估發(fā)現(xiàn)，銅、鋅的[Eir]均值分別為12.78和2.63，均小于40.00，屬于輕微生態(tài)危害，且生態(tài)危害程度表現(xiàn)為銅>鋅，RI平均值為15.41，明顯小于150.00，說明南寧市羅非魚池塘整體的潛在生態(tài)風險較低。南寧市羅非魚池塘表層沉積物中銅、鋅的含量雖然偏高，但由于其毒害系數(shù)較低，故造成的潛在生態(tài)風險呈輕微狀態(tài)。沉積物中重金屬的環(huán)境行為和生物有效性及毒性不僅與重金屬的總量有關(guān)，還與其賦存形態(tài)密切相關(guān)（秦延文等，2012）。不同賦存形態(tài)的重金屬具有不同物理化學行為，對生物也會產(chǎn)生不同程度的危害（王玲玲等，2015）。因此，需進一步分析羅非魚池塘沉積物中重金屬的存在形態(tài)，以提高重金屬對養(yǎng)殖水體潛在生態(tài)風險分析的精準度。

南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘表層沉積物中總氮、總磷的含量分別為1455.108和1375.253 mg/kg，高出標準值1.425和1.500倍，超標率為78.33%和100.00%。其中，總磷含量的變異系數(shù)為61.39%，反映出數(shù)據(jù)的離散性較大，說明南寧市羅非魚池塘沉積物中的總磷含量差異明顯。本研究中，羅非魚池塘沉積物中總磷含量占沉積物總量的0.092%～0.345%，與南泉羅非魚精養(yǎng)池塘沉積物的總磷含量（0.078%～0.219%）（李志波等，2015）相近；總氮含量占沉積物總量的0.063%～0.258%，低于南泉羅非魚精養(yǎng)池塘沉積物的總氮含量（0.269%～0.773%）。其原因是精養(yǎng)池塘養(yǎng)殖密度和餌料投入量遠高于普通池塘，精養(yǎng)池塘中魚類所產(chǎn)生的糞便、排泄物和殘餌較多，故總氮含量較高。本研究結(jié)果表明，南寧市12個縣（區(qū)）羅非魚池塘表層沉積物中的氮、磷總體綜合污染程度除橫縣為輕度污染及隆安縣、西鄉(xiāng)塘區(qū)為中度污染外，其余9個縣（區(qū)）則表現(xiàn)為重度污染，產(chǎn)生差異的原因可能與養(yǎng)殖池塘的塘齡及養(yǎng)殖管理措施有關(guān)。此外，本研究采用加拿大安大略省沉積物質(zhì)量評價標準為評價沉積物中營養(yǎng)鹽污染程度的基準，但尚未考慮本研究區(qū)域與加拿大間的地域差異，因此羅非魚池塘沉積物營養(yǎng)鹽污染的結(jié)論有待更多樣品分析結(jié)果的支持。

混養(yǎng)魚塘系統(tǒng)中氮、磷元素主要來源于餌料和肥料的投入，還包括養(yǎng)殖對象的排泄物、自然降水、人工補充水和生物固氮作用等方式（Sahu et al.，2013）。尤其是池塘養(yǎng)殖空間相對封閉，在養(yǎng)殖期間因投喂餌料及施肥、養(yǎng)殖對象排泄作用等的長期積累，導致池塘內(nèi)形成大量表層富營養(yǎng)沉積物。已有研究顯示，滇池沉積物重金屬銅和鋅元素主要由人為因素引起（Zhang et al.，2014），其中餌料投喂、魚藥使用、禽畜排泄物排入、周圍制藥廠和木材廠等排放的含重金屬廢水及農(nóng)田內(nèi)的肥料和農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷進入池塘是表層沉積物重金屬的主要來源（路永正和閻百興，2010；李平陽等，2014）。本研究結(jié)果表明，南寧市羅非魚池塘表層沉積物中營養(yǎng)鹽和所測重金屬含量在空間上分布差異均達極顯著水平，但是否與調(diào)查的水域面積有關(guān)，有待進一步研究證實。

水產(chǎn)養(yǎng)殖污染是池塘沉積物重金屬的主要來源，底泥疏浚能在一定程度上去除表層沉積物中的營養(yǎng)物質(zhì)，降低底泥重金屬含量及其潛在生態(tài)風險（王玲玲等，2015；熊春暉等，2016）。楊鶯鶯等（2015）研究表明，施用解磷菌可促進池塘沉積物中難溶性磷的轉(zhuǎn)化，一定程度上能增加水體的活性磷。因此，養(yǎng)殖生產(chǎn)中常通過減少投入品、種植水草、定期清除淤泥等防控池塘水體富營養(yǎng)化和重金屬污染。（1）清淤：漁獲后對養(yǎng)殖池塘進行清淤，直接移除沉積物中的營養(yǎng)鹽和重金屬，避免沉積物中的重金屬通過生物擾動重新進入養(yǎng)殖水體而對魚類造成危害。（2）移栽水草：漁獲后在養(yǎng)殖池塘底部種植蔬菜或水草，進行魚—菜/草輪作。利用蔬菜或水草吸收池底淤泥中的有機物和重金屬，達到清淤和改善水質(zhì)的目的。常見的種植水草有苦草、伊樂藻、狐尾藻、水花生和貓爪草等，其中水花生和貓爪草具有富集重金屬的獨特優(yōu)勢（陳勤等，2014）。（3）采用生態(tài)養(yǎng)殖模式，減少養(yǎng)殖投入品：采用精準投餌技術(shù)，在養(yǎng)殖期間掌握好投餌量，避免浪費或沉積于池塘底部。尤其使用沉性餌料時，宜采用投料機進行投喂，保證餌料在沉入水底前被魚類捕食，節(jié)約養(yǎng)殖成本的同時減少沉積物積累。此外，避免或減少使用農(nóng)藥，禁止糞肥等污水流入池塘。

4 結(jié)論

南寧市羅非魚養(yǎng)殖池塘沉積物中重金屬銅和鋅的潛在生態(tài)風險較低，但氮和磷污染程度相對較嚴重，因此生產(chǎn)過程中建議通過減少養(yǎng)殖投入品、種植水草、定期清除淤泥等防控池塘水體富營養(yǎng)化和重金屬污染。

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（責任編輯 蘭宗寶）