我国是海水养殖第一大国，近30年海水养殖产量增长近9倍，海水养殖已发展成为近海海湾开发最重要的活动之一，对经济社会发展和群众生计具有重要意义^[1-2]。广西北部湾东临中国雷州半岛和海南岛，西临越南，海岸线长约1 500 km，海岸迂回曲折，浅滩发育较广，具有发展海水养殖业的自然和地理优势^[3]。然而海水养殖所产生的大量养殖尾水未经处理直接排放，会对入海河流及邻近海域环境产生不利的影响，导致海水水质富营养化、海洋生物多样性降低、局部海域海洋生态系统退化严重^{[1, 4-5]}，已成为亟须解决的环境污染问题。系统地摸清海水养殖尾水污染的排放特征，是研究和解决海水养殖污染问题的一个重要环节。

目前对海水养殖尾水污染的研究已有一定的报道，如孙猛等^[6]调查了天津市工厂化海水养殖和池塘养殖尾水主要污染物排放浓度和排放量，刘太胜等^[7]调查了茂名市东部沿海的工厂化、土塘、网箱3种海水养殖方式在不同养殖阶段尾水主要污染物的含量变化，郭辰等^[8]于2011-2012年对广西沿海养殖池塘尾水的主要污染物排放水平进行了调查，等等。近十年来随着海水养殖技术的发展和养殖方式的变化，海水养殖尾水的排污强度也相应发生变化，且由于不同地区的海水养殖方式和养殖种类有所不同，排污量差异也较大^[9]，而对广西海水养殖不同养殖方式、不同类型养殖尾水污染状况的研究尚缺少报道，导致无法全面掌握广西整体的海水养殖污染状况。由于封闭式海水养殖尾水的污染控制和治理相对容易，因此本研究以广西海水养殖池塘、工厂化养殖场、育苗场等封闭式养殖场为对象开展养殖尾水水质监测和调查，重点关注养殖尾水中营养盐、化学需氧量、悬浮物等污染因子指标，分析不同养殖方式、类型养殖尾水污染因子的浓度差异，采用内梅罗综合污染指数(Nemerow pollution index)、营养状态质量指数(Nutrient quality index)评价养殖尾水污染程度和富营养化水平，探讨养殖污染特征的差异原因和排放负荷状况，并提出分类防治对策，拟为海水养殖尾水污染治理和生态环境监管提供数据支撑。

1 材料与方法 1.1 研究区域与采样

2020年广西封闭式海水养殖中，按养殖方式统计，池塘养殖和工厂化养殖产量分别为284 400、570 t，池塘养殖产量占比达99.8%；育苗场以虾苗、鱼苗为主，其中虾苗204.77亿尾、鱼苗40.97万尾^[10]。按养殖种类统计，虾类养殖面积187.66 km²、鱼类19.49 km²、蟹类10.73 km²，虾类养殖面积占比最大，达86.1%，鱼类、蟹类养殖面积占比分别为8.9%、4.9%^[10]。结合广西封闭式海水养殖方式和品种的结构特点，于2021年在广西沿海的北海市、钦州市和防城港市三市开展采样，共调查102个点位，包含池塘养殖场88个、工厂化养殖场4个、育苗场10个，其中池塘养殖类型包含单养虾(55个)、单养鱼(11个)、单养蟹(4个)和混养(18个)，调查点位分布和养殖品种情况具体如图 1、表 1和表 2所示。调查点位的选取主要考虑以下因素：广西工厂化海水养殖产量极低，本研究调查期间的工厂化养殖场仅有4个，调查点位已全部覆盖；广西沿海育苗场共200多个，育苗种主要为虾苗(占比达65%以上)、石斑鱼苗、蚝苗等，因育苗场总体生产规模和投饵量小，选取10个代表性育苗场作为调查对象；由于池塘养殖是广西封闭式养殖的主体，选取的池塘养殖点位占总数量的86%，且在广西沿海三市的分布较为均匀，其中池塘养殖类型中虾类[含单养虾、混养(养虾为主)]、鱼类、蟹类的点位比例为83.0%、12.5%、4.5%，与广西海水养殖种类的结构比例较为接近，因此调查点位的养殖状况基本上能代表广西整体的封闭式海水养殖结构。在养殖尾水排水口处采样，采样时间选择在养殖排水期或养殖后期，主要为6-8月、10-11月。

1.2 监测项目及分析方法

监测项目包括盐度(Sal)、pH值、化学需氧量(COD_Mn)、悬浮物(SS)、总氮(TN)、总磷(TP)、硝酸盐氮(NO₃-N)、亚硝酸盐氮(NO₂-N)、氨氮(NH₃-N)、活性磷酸盐(DIP)等，各项目的采集、处理和分析方法依照《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB 17378.4-2007)^[11]和《海洋调查规范第4部分：海水化学要素调查》(GB/T 12763.4-2007)^[12]执行。无机氮(DIN)为NO₃-N、NO₂-N和NH₃-N三者含量之和。

1.3 水质达标评价方法

广西海水养殖尾水排入的海洋环境功能区域主要为《海水水质标准》(GB 3097-1997)^[13]第二类海水水质海域，属于重点保护水域，因此采用广西地方标准《海水养殖尾水排放标准》(DB45/T 2841-2024)^[14]中的一级排放限值(限值项目包含pH值、COD_Mn、SS、TN、TP)来评估养殖尾水达标情况，其中超标率(%)=(超标点位数/总点位数)×100%。

1.4 综合污染指数评价

采用内梅罗综合污染指数(N)^{[7, 15-16]}对养殖尾水进行综合污染评价(pH值、COD_Mn、SS、TN、TP)，具体公式如下：

$ N=\sqrt{\frac{P_{\max }^2+P_{\mathrm{avg}}^2}{2}}, $

式中，P_max为各污染因子的单因子污染指数(P_i)最大值，P_avg为各污染因子的单因子污染指数平均值。P_i=C_i/S_i，其中C_i指第i类污染因子的实测浓度，S_i指第i类污染因子的评价标准限值[《海水养殖尾水排放标准》(DB45/T 2841-2024)中的一级排放限值]。N<0.50，表示污染状况为清洁；0.50≤N<0.75，表示污染状况为较清洁；0.75≤N<1.00，表示污染状况为轻度污染；1.00≤N<1.25，表示污染状况为中度污染；1.25≤N<1.50，表示污染状况为重度污染；N≥1.50，表示污染状况为严重污染。

1.5 营养状态质量指数评价

采用营养状态质量指数(NQI)^[7]对养殖尾水的富营养化程度进行评价，具体公式如下：

$ N Q I=\frac{C_{\mathrm{COD}_{\mathrm{Mn}}}}{S_{\mathrm{COD}_{\mathrm{Mn}}}}+\frac{C_{\mathrm{DIN}}}{S_{\mathrm{DIN}}}+\frac{C_{\mathrm{DIP}}}{S_{\mathrm{DIP}}}, $

式中，NQI为营养状态质量指数，C_CODMn、C_DIN、C_DIP分别为COD_Mn、DIN、DIP的实测浓度，S_CODMn、S_DIN、S_DIP分别为COD_Mn、DIN、DIP的评价标准限值[DIN、DIP参考《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103-2007)的一级标准]。NQI＞3表示养殖尾水处于富营养化水平，2≤NQI≤3表示养殖尾水处于中营养化水平，NQI<2表示养殖尾水处于贫营养化水平。

1.6 数据统计与分析

采用SPSS statistics 19.0对实验数据进行单因素方差分析，统计养殖尾水不同污染因子的平均浓度、标准偏差，判断各养殖方式对养殖尾水污染因子浓度是否有显著性影响，P<0.05表示存在显著性差异。同时进行Spearman相关性分析，判断各养殖尾水污染因子间的相互关系。

2 结果与分析 2.1 不同养殖方式尾水污染物特征

调查的广西封闭式海水养殖尾水中，pH值为7.12-10.03，SS为2-168 mg/L，COD_Mn为0.88-36.3 mg/L，TN为0.10-20.9 mg/L，TP为0.005-3.20 mg/L。对比3种养殖方式，SS、COD_Mn、TN和TP的平均浓度高低排序均为池塘养殖＞育苗场＞工厂化养殖，池塘养殖尾水的SS、COD_Mn、TN和TP平均浓度分别是育苗场的3.8、2.0、1.6、1.1倍，是工厂化养殖的4.5、5.5、3.1、3.2倍(表 3)。与《海水养殖尾水排放标准》(DB45/T 2841-2024)一级排放限值相比，池塘养殖尾水的各污染因子超标率最高，为14.7%(pH值)-65.7%(COD_Mn)；育苗场超标率为0(pH值)-2.9%(COD_Mn、TP)；工厂化各污染因子均未出现超标现象(表 3)。单因素方差分析表明，不同养殖方式对COD_Mn浓度有显著性影响(P<0.05)，对其余污染物无显著性影响。

池塘、工厂化、育苗场养殖尾水DIN的平均值分别为(2.23±2.14)、(0.79±0.71)、(2.13±2.06) mg/L，各养殖点位尾水的DIN浓度占各自对应TN比例的平均值分别为(52.4±33.8)%、(63.6±32.2)%、(78.9±13.9)%；DIP的平均值分别为(0.243±0.210)、(0.071±0.068)、(0.299±0.233) mg/L，各养殖点位尾水的DIP浓度占各自对应TP比例的平均值分别为(24.7±24.2)%、(41.8±30.2)%、(48.3±30.3)%，表明3种养殖方式的养殖尾水TN组成中DIN占比在一半以上，TP组成中DIP占比相对较低，以有机磷为主。

2.2 不同养殖类型池塘尾水污染物特征

由于池塘养殖污染强度相对较大，因此进一步分析不同养殖类型的池塘尾水污染因子特征。从平均浓度看(图 2)，单养虾池塘的SS、COD_Mn和TP浓度最高，混养池塘的COD_Mn、TN和TP浓度略低于单养虾，单养蟹池塘的各污染因子浓度均最低。TN以单养鱼池塘的平均浓度最高，比单养虾池塘高8.3%。从超标率看，单养虾池塘的各污染因子超标率均最高，为13.7%-45.1%，其中以COD_Mn超标率最高。混养池塘的各污染因子超标率为4.9%-12.7%，其SS、COD_Mn、TN和TP超标率较单养虾池塘分别低13.7%、32.4%、8.8%、16.6%。单养鱼和单养蟹池塘的各污染因子超标率相对较低，各污染因子超标率分别为2.0%-5.9%、0%-2.0%。

2.3 养殖尾水污染状况综合评价 2.3.1 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价

各污染因子的单因子污染指数中(表 4)，不同养殖类型池塘中的COD_Mn、SS、TN和TP最高值均出现在单养虾池塘。育苗场的单因子污染指数最大值为TP，COD_Mn次之。内梅罗综合污染指数评价显示(表 5)，达到重度及以上污染的养殖场点位为59个，占总调查点位的比例为57.8%，其中池塘养殖达到重度及以上污染的点位数为56个，占比54.9%；育苗场达重度及以上污染的点位数为3个，占比2.9%；工厂化养殖无轻度及以上污染的点位。不同养殖类型池塘中，单养虾池塘达重度及以上污染点位的数量为35个，占总调查点位的比例为34.3%；混养、单养鱼和单养蟹池塘的重度及以上污染点位数分别为14、6、1个，占比分别为13.7%、5.9%和1.0%。

2.3.2 养殖尾水富营养化状态

营养状态质量指数评价结果显示(表 6)，达到富营养化程度的养殖场点位数量为78个，占比76.5%，其中池塘养殖占比66.7%、育苗场占比7.8%、工厂化养殖占比2.0%。从池塘养殖类型看，以单养虾池塘达到富营养程度的点位数量最多，其后依次为混养、单养鱼、单养蟹池塘，占池塘养殖富营养程度点位的比例分别为61.8%、22.1%、13.2%和2.9%。上述结果表明封闭式海水养殖尾水的富营养化程度相对较高，需要关注尾水的治理，尤其是单养虾池塘，NQI最高达49.3。

2.4 养殖尾水污染因子相关性分析

从图 3中可看出，养殖尾水污染因子中的SS与COD_Mn、TN、TP有非常显著的正相关性，与其他因子的相关性不显著。COD_Mn与TN、TP有非常显著的正相关性。TN与TP、DIN、NH₃-N、NO₃-N、NO₂-N和DIP有非常显著的正相关性。TP与DIN、NH₃-N、NO₂-N和DIP有非常显著的正相关性。pH值与DIN、NH₃-N、NO₃-N、NO₂-N有显著的负相关性，与COD_Mn有显著的正相关性。NQI除与pH值、SS、盐度不相关外，与其他因子均呈显著正相关。N除与盐度有显著负相关，与pH值、SS的相关性不显著外，与其他因子均呈显著正相关。

3 讨论 3.1 封闭式海水养殖尾水污染差异原因

本研究显示广西封闭式养殖方式中池塘养殖污染因子浓度最高，育苗场次之，工厂化最低；而内梅罗综合污染指数波动较大，有清洁到严重污染等不同等次，这可能与各养殖场的养殖方式、养殖品种、养殖密度、养殖技术和尾水治理设施有关。本研究在实地调查中发现，广西池塘养殖密度相对低于工厂化养殖，但由于大多池塘养殖场未采取尾水处理措施，使得尾水污染物浓度较高。单养虾池塘的污染物浓度最高，污染严重(N≥1.50)的点位主要出现在养殖密度相对较高的高位池和养殖时长大于120 d的传统土池塘。高位池投苗密度在每公顷150-375万尾，所投放的饲料和养殖生物排污较多，且池底为硬化底质，对污染物几乎无吸收净化能力，排水时尾水和沉积物从池塘底部一并排出，导致尾水污染物浓度高。另外，池塘主要养殖品种凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)具有养殖密度高、周期短、投饵量大等特点，其养殖尾水污染物浓度一般随养殖时间的增加而增加^[17]，主要是因为对虾个体摄食量逐渐增加，饲料被摄食后大部分随粪便等代谢物排至水中，引起水体有机物和氮磷的富集，因此养殖尾水污染物的超高值基本上出现在对虾养殖塘，这与郭辰等^[18]的研究结果相符。与池塘养殖品种相同的临近区域广东省茂名市相比^[7]，其尾水DIN、DIP平均浓度(DIN为0.47 mg/L、DIP为0.05 mg/L)相对低于广西，可能是因为其养殖历时较短(最长为60 d)，而本研究的取样时间主要在养殖后期(90 d左右)。鱼类池塘养殖密度依据不同养殖品种有所不同，投放密度为每公顷1.2-9.0万尾，投放密度和集约化程度低于对虾，日常换水率高于对虾，因此养殖尾水污染物强度总体低于对虾。本研究中污染严重(N≥1.50)的鱼类池塘养殖品种主要为罗非鱼(Oreochromis)、弹涂鱼(Periophthalmus cantonensis)，可能是由于弹涂鱼养殖过程中施用鸡粪，以及罗非鱼过量投饵的长期累积，导致水体中的氮含量相对较高。蟹类池塘养殖密度较低，一般为每公顷1.5万-3.0万个，主要投喂活饵如螺类，水体氮磷污染物浓度较低。鱼虾或虾蟹混养为立体养殖模式，通过鱼虾蟹在不同水层的生活习性，达到饵料和养殖排泄物综合利用，可以保持相对稳定的水质环境^[19]，本研究调查结果显示混养的尾水污染物排放强度总体略低于单养虾，调查点位中污染程度较轻(N<1.00)的主要为凡纳滨对虾混养金钱鱼(Scatophagus argus)，而凡纳滨对虾混养黄鳍鲷(Sparus latus)的污染程度相对较高(N≥1.50)，这可能与混养种类的生活习性、投放饲料和混养密度等因素有关。

与其他研究的工厂化养殖尾水浓度最高有所不同^[7]，本研究的工厂化养殖场尾水浓度最低，原因是这些养殖场均采取了有效的尾水治理设施。据本研究调查，在治理前工厂化养殖尾水的TN、TP浓度最高分别达10.5、2.1 mg/L，而经治理后均达到一级排放限值标准，取得较好的处理效果。育苗场养殖对象为幼体，所需的投饵料较少，主要饵料为丰年虾(Artemia salina)，产生的污染物浓度总体较低，但调查发现其污染物浓度相对高于处理后的工厂化成虾养殖尾水，主要是育苗场养殖尾水大部分未采取处理措施直接外排，其较高的DIN和DIP(与池塘养殖接近)可能与育苗水源有关：部分育苗场采用地下水作为水源，而Jiang等^[20]研究发现北部湾沿海地区的地下水氮磷含量较高，从而导致育苗场尾水的氮磷背景值较高。

3.2 封闭式海水养殖尾水排放特点及排放负荷

广西封闭式海水池塘对虾养殖周期为90-130 d，其中传统土塘在养殖后期每天换水率为10%-15%，而高位池塘需每天换水，养殖初期和中期换水率分别为5%-10%、50%-60%，养殖后期为100%。鱼类池塘养殖周期在半年至两年不等，中后期每天换水率为10%-20%。蟹类池塘养殖过程基本不换水。混养池塘的养殖周期根据养殖的品种有所不同，其中鱼虾混养池塘换水较少，养殖后期换水率为每周10%-20%。育苗池育苗周期为7-30 d，每天换水率约10%，每育完一批需排干换新水。工厂化养殖场每天换水率为20%-50%。调查发现，广西工厂化养殖基本实现了尾水治理后循环回用不外排，而池塘养殖和育苗场尾水治理率低于10%。海水养殖污染治理中应重点关注排污强度较高的虾类池塘和换水率较高的鱼类池塘，尤其是高位池，较高换水率的育苗场也应予以关注。此外，池塘养殖水产品的收获方式也会直接影响外排尾水污染程度的高低：调查发现大部分养殖场采取拉网方式收获水产品，水体和底质受到搅动，立即排放养殖尾水会导致水体污染物浓度激增。本研究对收虾后直接抽底排放的尾水进行检测，结果发现SS、COD_Mn、TN、TP浓度分别高达168、36.3、4.17、2.14 mg/L，是收虾前的10倍以上，养殖尾水污染物的SS与COD_Mn、TN、TP有非常显著的正相关性也证明了养殖底质污染物的富集特点。

未经处理的、含大量有机物和氮磷等营养物质的海水养殖尾水排入近岸海域，会增加海域的富营养化程度。从营养状态质量指数看，达到富营养化程度的养殖场点位数量占比达76.5%，其中池塘养殖占比达66.7%，因此重点分析池塘养殖污染排放负荷情况，以了解广西封闭式海水养殖尾水污染对近岸海域的氮磷贡献。按虾类养殖每年两期(平均水深1.3 m)、鱼类和蟹类每年一期(平均水深分别为1.5、1.2 m)，结合本研究调查的各养殖类型池塘尾水的平均浓度和2020年各种类的养殖面积，测算在收获时池塘养殖尾水一次性排放的污染负荷，结果得出2020年广西海水池塘养殖尾水的TN、TP排放量分别为2 165、360 t。根据广西壮族自治区海洋环境监测中心站调查统计结果，2020年广西入海河流、直排海工业企业和入海市政排污口3种入海污染源的TN入海总量为29 774 t、TP为2 055 t^[21]，加入封闭式海水养殖污染物后，封闭式海水养殖尾水TN排放量占总入海污染源TN总量的6.8%，TP占总入海污染源TP总量的14.9%。整体来看，海水池塘养殖的污染物排放量不高，但其大部分在收获期的6-8月、10-11月进行短时集中排放，对局部水动力交换弱的封闭或半封闭海湾影响不可忽略。近年来广西铁山港、廉州湾和钦州湾等海湾频繁出现藻类暴发性增殖现象，发生时间主要在夏季，与在此期间池塘养殖集中排水可能存在一定的关联，对海洋生态系统健康造成潜在的威胁^[22]。近5年广西海水池塘养殖面积虽然呈现波动变化，但是养殖产量却逐年上升^{[10, 23-26]}(图 4)，可能与池塘养殖密度的增加有关。根据广西壮族自治区海洋环境监测中心站的调查结果，2010年广西海水池塘养虾尾水(样本数40个)的TN、TP浓度分别为3.03、0.535 mg/L，本研究调查单养虾池塘尾水的TN、TP平均浓度分别为4.21、0.735 mg/L(图 2)，相对于2010年分别增加38.9%、37.4%。伴随着海水池塘养殖产量和密度的不断增长，养殖尾水污染物浓度上升但缺乏治理，为此广西出台了地方标准《海水养殖尾水排放标准》(DB45/T 2841-2024)，以推动海水养殖污染的治理，保护海洋生态环境。

3.3 海水养殖尾水污染防治对策

本研究结果表明不同海水养殖方式、养殖类型的尾水污染物浓度和污染负荷差异较大，建议从以下3个方面对养殖尾水污染进行防治。其一，因地制宜实施尾水分类治理，对污染强度最大、超标率最高、分布面积最广的池塘养殖进行重点整治，优先关注虾类、鱼类养殖尾水治理。对养殖密度高的高位池，由于其尾水有机物和氮磷浓度相对较高，应设置有效的生物净化设施，采取“三池两坝”、生物膜法、人工湿地、微藻^[27]等尾水治理技术对尾水进行处理。对于传统池塘养殖模式，尤其是面积小于6.67 hm²的散养类养殖场，首先应对养殖模式进行优化，比如采用混养生态养殖模式；其次应利用尾水处理塘收集养殖尾水，通过沉淀过滤、种植水生植物、吊养或底播贝类、施用渔用微生物制剂等措施对尾水进行处理，待72 h后再排放^[28]。而对面积在6.67 hm²及以上的集中连片传统养殖池塘区域可采取“三池两坝”、人工湿地等尾水治理模式。育苗场养殖尾水可采取三级沉淀结合生物净化的处理技术。其二，优化养殖方式，大力发展池塘工程化循环水养殖、工厂化循环水养殖等陆基集约化设施养殖，提升养殖的工程化、集约化水平，在提高单产的同时实现尾水资源化利用。推动集中连片区域的个体散养池塘走规模化、集约化发展道路，以提高尾水治理能力。其三，加强推广池塘生态健康养殖模式，改变以单一品种养殖为主的传统养殖模式，推广微生物+鱼虾、鱼虾贝混养等多组合的立体生态养殖模式，提高饵料转化率，并从源头削减池塘水体污染强度，保持相对稳定的水质环境，提升养殖生物抗病害能力和产品质量。

4 结论

本研究调查结果表明，2021年广西不同封闭式海水养殖方式的尾水污染因子SS、COD_Mn、TN、TP平均浓度和超标率高低排序均为池塘养殖＞育苗场＞工厂化养殖。不同养殖类型池塘中，尾水污染因子SS、COD_Mn、和TP的平均浓度高低排序为单养虾＞混养＞单养鱼＞单养蟹，TN以单养鱼池塘的平均浓度最高。各污染因子的超标率为单养虾＞混养＞单养鱼＞单养蟹。内梅罗综合污染指数评价显示，达到重度及以上污染的养殖场点位占总调查点位数的比例为57.8%，其中池塘养殖占比为54.9%，育苗场占比为2.9%，工厂化养殖无轻度及以上污染的点位。不同养殖类型池塘中，单养虾、混养、单养鱼和单养蟹的重度及以上污染等级点位占比分别为34.3%、13.7%、5.9%和1.0%。达到富营养化程度的养殖场点位占比为76.5%，单养虾池塘的富营养化程度最高。

封闭式海水养殖尾水的排污强度与各养殖场的养殖方式、养殖品种、养殖密度、养殖技术和尾水治理设施有关，海水池塘养殖尾水污染排放对局部水动力交换弱的海湾影响不可忽略。因此，针对不同养殖方式、养殖类型的尾水污染特征和排放特点，本研究从尾水分类治理、养殖方式优化、推广生态养殖3个方面提出养殖尾水污染防治对策建议，可为持续改善近岸海域环境质量提供技术支撑，以促进海水养殖业的高质量发展。