舟山渔场深水网箱养殖环境容量的研究
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氮、磷等污染物进入水体以后在海洋环境中的循环过程及其转移扩散机理是错综复杂 的。总的可分为，水动力作用下的物理自净，这主要是指污染物在潮流作用下，随水体的运 动，即输移、和紊动扩散和沉降等作用；还有污染物入海后各种化学成分进行反应而带来的 化学自净，主要指环境水体中的各种化学变化，包括吸附和解吸作用、絮凝作用及离子交换 等作用；还有一类由于生物的吸收、代谢、分解等作用而产生的生物自净，主要是由水生生 物及细菌等的活动引起，包括同化作用和异化作用等。
舟山渔场深水网箱目前数量分布情况见表 1。
表 1 舟山渔场深水网箱数量分布
Tab．1 Qantitative distribution of offshore cages in zhoushan fishing ground
养殖海区 网箱类型
嵊泗绿华 岱山秀山 普陀朱家尖 定海册子 定海长峙
HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE
环境保护的重点水域和水质目标。根据 2006《舟山市近岸海域环境功能区划调整方案》，舟 山市 20800km2 海域共划定 19 个近岸海域环境功能区，其中一类区 1 个，面积 16353.87，占 海域总面积的 78.62% ；二类区 4 个，面积 2458.58 km2，占海域总面积的 11.82% ；三类区 1 个，面积 40.83 km2，总海域总面积的 0.20% ；四类区 13 个，面积 1946.72 km2，总海域 总面积的 9.36%。深水网箱养殖海域主导功能为海水增养殖，属于一类环境功能区，应执行 一类海水水质标准。
2.2 养殖污染源的允许排放量 海水主要通过物理、化学和生物化学等作用对排入其中的污染物质进行净化。本文所指
环境容量着重研究海水对污染物的生化自净能力和物理自净能力。通过对海区水质监测结 果，结合海区地形和海流情况，初步估计一潮周期海水对污染物的扩散情况，再借鉴文献中 [4]得出的 N、P 的降解系数来综合评价养殖海区的环境最大容污量，既求出各养殖污染源的 最大允许排放量，然后结合单个网箱的污染负荷，得出其养殖环境容量。
本文对舟山渔场深水网箱养殖环境容量的计算是以浙江省海域功能区划为控制标准， 通过计算海域的物理自净能力和生化自净能力，确定某一具代表性的深水网箱养殖海域最大 容污量，再确定
—————————————— 收稿日期：2007－00－00，修订日期：2000―00―0
资助项目：国家“863”计划资助项目（2001AA623020，2003AA623020） 作 者 简 介 ： 周 小 敏 (1984 － ) ， 女 ， 浙 江 温 州 人 ， 在 读 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 海 洋 生 物 能 量 及 环 境 ， kittycathi@。 通讯作者：吴常文(1960－)，男，浙江舟山人，教授级高工，E-mail：wucw08@。
随着舟山海域深水网箱养殖规模的不断扩大，合理利用和研究养殖水域养殖容量，科 学规划养殖已迫在眉睫。定义养殖容量不应该只考虑产量，必须同时考虑生态、环境等因素 的影响。刘剑昭[1]等把养殖容量定义为：特定的水域，单位水体养殖对象在不危害环境，保 持生态系统相对稳定、保证经济效益最大，并且符合可持续发展要求条件下的最大产量。养 殖环境容量主要是从环境保护角度出发，估算环境容量，可以概括为：一定水体在规定环境 目标下，既保持生态系统的相对稳定，又符合可持续发展要求条件下的最大允许养殖排污量。 关于网箱养殖环境容量的估算，目前国内外主要有以下几种方法：（1）借助养殖实验区的养 殖历史资料和环境条件来确定；（2）生态动力学模型[2]；（3）水动力学与水质数学模型。
中流入湾内的浓度 CO 的外海水所占的比率，γF 为落潮流出量中流出湾外的浓度为 CB 的湾内
水所占的比率。
γE=（CF-CE）/（CO-CE），γF=（CF-CE）/（CF-CB）
式中，CE 为落潮时流出水的平均浓度，CF 为涨潮流入水的平均浓度。 为了保证养殖的可持续发展，计算由于扩散原因污染物的最大允许排放量必须使得养殖
养殖海区平均风速 5.34 m·s-1、最大风速 37.1 m·s-1，平均波浪 1.06m、最大波浪 7.6m、 波浪类型以风浪为主，平均流速 0.84 m·s-1、最大流速 1.55 m·s-1、均为往复流。
各养殖海区的 pH、溶解氧、COD（0.58 mg·L-1～1.19 mg·L-1）等参数均符合《海水水质 标准》（GB 3097-1997）[3]水质标准，BOD5（0.28 mg·L-1～2.62 mg·L-1）基本符合《海水水质 标准》（GB 3097-1997）二类标准。无机氮的含量在 0.139 mg·L-1～0.689 mg·L-1 之间，大部 分海域四类或超四类水质。磷酸盐含量在 0.019 mg·L-1～0.070 mg·L-1 之间，大部分海域超标 严重，属于四类水质。
舟山渔场深水网箱养殖环境容量的研究
周小敏 1，2，吴常文 1，张元兴 2
(1.浙江海洋学院 海科学院，浙江舟山 316004； 2.生物反应器工程国家重点实验室，华东理工大学，上海 200237) 摘要：本文研究了舟山渔场深水网箱养殖海域的最大容污量，计算了单个深水网箱放养密度及污染物排放 量，得出海域深水网箱养殖环境容量。结果得出：舟山渔场深水网箱每养成 1 t 鱼，排放到环境中氮的数量 为 79.1 kg，磷的数量为 18.1 kg；平均单个深水网箱放养密度为 25.4 吨；N 负荷为 1.754 吨，P 负荷为 0.402 吨；以大黄鱼为养殖对象，按 48 m 周长的 HDPE 网箱为例，舟山渔场深水网箱主要养殖海区的养殖环境容 量为 2106 只。
（1．College of Ocean Science, Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316004，China；2．State Key Laboratory
of Bioreactor Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）
深水网箱总数
数量／只
水体／m3
100
26000
30
7800
100
26000
60
15600
60
15600
已养深水网箱
数量／只
水体／m3
60
15600
20
5200
60
15600
40
10400
36
9360
2 舟山渔场深水网箱养殖环境容量计算方法
2.1 功能区划及控制目标 海域功能区划的根本目的在于协调经济发展与环境保护之间的关系，正确决策地方水
Abstract: The allowable maximum amount of pollutant of offshore cage area in Zhoushan fishing ground was calculated and the stocking density and pollutant emission amount of each offshore cage were estimated using the results of the bioenergetics analysis. Then the environmental capacities in the mariculture areas were presented. It was showed that about 79.1 kg N and 18.1 kg P would be released to sea with every ton fish production, and the average stocking density of each offshore cage was 25.4 ton with the N loading of 1.75 ton and P loading of 0.402 ton. On conclusion, the environmental capacity of offshore cage mariculture in Zhoushan fishing ground is 2106 cages, takeing HDPE offshore cage feeding P. crocea for example. Key words：Zhoushan Fishing Ground；Offshore Cage；Environment Capacity for Agriculture
一个深水网箱放养密度及污染物排放量，从而确定该海域网箱放置数量，最终确定舟山渔场
深水网箱养殖环境容量。
1 舟山渔场深水网箱养殖海域基本环境条件及养殖现状
舟山渔场深水网箱养殖，主要集中嵊泗绿华、岱山秀山、普陀朱家尖、定海册子和定海 长峙五个海区，占深水网箱总数的 90%以上。五个养殖区，均为泥、泥沙底质，水深 16~25m， 水温 7.4~29.0℃，盐度 20~32，溶解氧 5~6 mg·L-1，pH 7.9~8.2。嵊泗县绿华海区，透明度 高，水色呈天蓝色、绿天蓝色。其他养殖区，透明度低，水色呈黄色、褐黄色。
和外海水对湾内水的交换率。CB 为湾内水平均浓度，CO 为湾外水平均浓度。
γ=
γF(1−α(1−γE)) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯
γE+γF −γE γF
γE(1−α(1−γE)) β= ⎯⎯⎯⎯⎯⎯
γE+γF −γE γF
式中，α=QF/QE，QF 为涨潮流入湾内的水量，QE 为落潮流出的湾内水量。γE 为涨潮流入量
除了沉降、降解等过程外，养殖海区通过与潮流等带来的流入水进行交换，使污染物
扩散也是养殖区污染物浓度降低的重要部分。借鉴港湾的零维水质预测模型[11]
∂CB
V⎯⎯ = βQFCO−γQECB+D
(1)
∂T
式中，V 为湾内平均海平面下水体体积；T 为潮周期数；D 为一个潮周期内所有污染
源向湾内的排放总量。 γ 、 β 分别是根据中村武弘法[12]得出的湾内水对湾外海水的交换率
根据化学动力学原理，浓度随时间变化的动力学方程为：
dC − ⎯⎯ = KCn
dt
式中：C 为水体中营养盐的含量（mg·L-1）；t 为时间（d）；n 为反应级数；K 为反应
常数。对于 N、P 营养盐的降解过程是一级反应方程，故 n=1。推导得出：
ΔC=C0(1−e−Kt) ΔC 即通过 t 时间降解而降低的营养盐的浓度（mg·L-1）。
β=γ。又假设海湾内污染物的平均浓度在每一个潮周期内都保持不变，则因为物理自净提供
海区内 ∂C
的营养盐的平均浓度在每一个潮周期内都保持不变，即 ⎯⎯ =0，则得出 ∂T
D=γ QE CB−β QF CO
(2)
为了简化计算[13]，可以采用一些近似处理的方法。如涨落潮的流量（ QF 和 QE ）可用
潮差移动量来表示，潮差移动量可用以下式求得：
Q =H·1/2(A1+A2)
（3）
式中，H 为平均潮差(m)，1/2(A1+A2)为高低潮海域表面积平均值。若 QF= QE= Q，则α=1，
关键字：舟山渔场；深水网箱；养殖环境容量；
中图分类号：
文献标识号：
Research on Environmental Capacity for Aquaculture
of Offshore cages in Zhoushan Fishing Ground
ZHOU xiao-min1，2，WU Chang-wen1，Zhang Yuanxing2
我们研究的生物自净主要研究降解过程。关于氮的降解稀疏的研究发现，有机氮降解 动力学系数不受有机氮浓度的影响，受环境温度及氨化细菌浓度影响较大，在 20~30℃之间 具有较大的降解动力学系数 k 值，k 值范围为 0.017d-1~0.025d-1[5]。在海洋水体中，颗粒态磷 和溶解态磷以有机和无机两种形式存在，也有文献研究了磷的沉降和浮游植物对磷酸盐的吸 收[6，7]。参阅大量文献[4，8，9，10]，本文将氮的降解系数 K 值取为 0.002 d-1，磷的沉降系数 K 取为 0.003 d-1。
舟山渔场深水网箱目前数量分布情况见表 1。
表 1 舟山渔场深水网箱数量分布
Tab．1 Qantitative distribution of offshore cages in zhoushan fishing ground
养殖海区 网箱类型
嵊泗绿华 岱山秀山 普陀朱家尖 定海册子 定海长峙
HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE
环境保护的重点水域和水质目标。根据 2006《舟山市近岸海域环境功能区划调整方案》，舟 山市 20800km2 海域共划定 19 个近岸海域环境功能区，其中一类区 1 个，面积 16353.87，占 海域总面积的 78.62% ；二类区 4 个，面积 2458.58 km2，占海域总面积的 11.82% ；三类区 1 个，面积 40.83 km2，总海域总面积的 0.20% ；四类区 13 个，面积 1946.72 km2，总海域 总面积的 9.36%。深水网箱养殖海域主导功能为海水增养殖，属于一类环境功能区，应执行 一类海水水质标准。
2.2 养殖污染源的允许排放量 海水主要通过物理、化学和生物化学等作用对排入其中的污染物质进行净化。本文所指
环境容量着重研究海水对污染物的生化自净能力和物理自净能力。通过对海区水质监测结 果，结合海区地形和海流情况，初步估计一潮周期海水对污染物的扩散情况，再借鉴文献中 [4]得出的 N、P 的降解系数来综合评价养殖海区的环境最大容污量，既求出各养殖污染源的 最大允许排放量，然后结合单个网箱的污染负荷，得出其养殖环境容量。
本文对舟山渔场深水网箱养殖环境容量的计算是以浙江省海域功能区划为控制标准， 通过计算海域的物理自净能力和生化自净能力，确定某一具代表性的深水网箱养殖海域最大 容污量，再确定
—————————————— 收稿日期：2007－00－00，修订日期：2000―00―0
资助项目：国家“863”计划资助项目（2001AA623020，2003AA623020） 作 者 简 介 ： 周 小 敏 (1984 － ) ， 女 ， 浙 江 温 州 人 ， 在 读 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 海 洋 生 物 能 量 及 环 境 ， kittycathi@。 通讯作者：吴常文(1960－)，男，浙江舟山人，教授级高工，E-mail：wucw08@。
随着舟山海域深水网箱养殖规模的不断扩大，合理利用和研究养殖水域养殖容量，科 学规划养殖已迫在眉睫。定义养殖容量不应该只考虑产量，必须同时考虑生态、环境等因素 的影响。刘剑昭[1]等把养殖容量定义为：特定的水域，单位水体养殖对象在不危害环境，保 持生态系统相对稳定、保证经济效益最大，并且符合可持续发展要求条件下的最大产量。养 殖环境容量主要是从环境保护角度出发，估算环境容量，可以概括为：一定水体在规定环境 目标下，既保持生态系统的相对稳定，又符合可持续发展要求条件下的最大允许养殖排污量。 关于网箱养殖环境容量的估算，目前国内外主要有以下几种方法：（1）借助养殖实验区的养 殖历史资料和环境条件来确定；（2）生态动力学模型[2]；（3）水动力学与水质数学模型。
中流入湾内的浓度 CO 的外海水所占的比率，γF 为落潮流出量中流出湾外的浓度为 CB 的湾内
水所占的比率。
γE=（CF-CE）/（CO-CE），γF=（CF-CE）/（CF-CB）
式中，CE 为落潮时流出水的平均浓度，CF 为涨潮流入水的平均浓度。 为了保证养殖的可持续发展，计算由于扩散原因污染物的最大允许排放量必须使得养殖
养殖海区平均风速 5.34 m·s-1、最大风速 37.1 m·s-1，平均波浪 1.06m、最大波浪 7.6m、 波浪类型以风浪为主，平均流速 0.84 m·s-1、最大流速 1.55 m·s-1、均为往复流。
各养殖海区的 pH、溶解氧、COD（0.58 mg·L-1～1.19 mg·L-1）等参数均符合《海水水质 标准》（GB 3097-1997）[3]水质标准，BOD5（0.28 mg·L-1～2.62 mg·L-1）基本符合《海水水质 标准》（GB 3097-1997）二类标准。无机氮的含量在 0.139 mg·L-1～0.689 mg·L-1 之间，大部 分海域四类或超四类水质。磷酸盐含量在 0.019 mg·L-1～0.070 mg·L-1 之间，大部分海域超标 严重，属于四类水质。
舟山渔场深水网箱养殖环境容量的研究
周小敏 1，2，吴常文 1，张元兴 2
(1.浙江海洋学院 海科学院，浙江舟山 316004； 2.生物反应器工程国家重点实验室，华东理工大学，上海 200237) 摘要：本文研究了舟山渔场深水网箱养殖海域的最大容污量，计算了单个深水网箱放养密度及污染物排放 量，得出海域深水网箱养殖环境容量。结果得出：舟山渔场深水网箱每养成 1 t 鱼，排放到环境中氮的数量 为 79.1 kg，磷的数量为 18.1 kg；平均单个深水网箱放养密度为 25.4 吨；N 负荷为 1.754 吨，P 负荷为 0.402 吨；以大黄鱼为养殖对象，按 48 m 周长的 HDPE 网箱为例，舟山渔场深水网箱主要养殖海区的养殖环境容 量为 2106 只。
（1．College of Ocean Science, Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316004，China；2．State Key Laboratory
of Bioreactor Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）
深水网箱总数
数量／只
水体／m3
100
26000
30
7800
100
26000
60
15600
60
15600
已养深水网箱
数量／只
水体／m3
60
15600
20
5200
60
15600
40
10400
36
9360
2 舟山渔场深水网箱养殖环境容量计算方法
2.1 功能区划及控制目标 海域功能区划的根本目的在于协调经济发展与环境保护之间的关系，正确决策地方水
Abstract: The allowable maximum amount of pollutant of offshore cage area in Zhoushan fishing ground was calculated and the stocking density and pollutant emission amount of each offshore cage were estimated using the results of the bioenergetics analysis. Then the environmental capacities in the mariculture areas were presented. It was showed that about 79.1 kg N and 18.1 kg P would be released to sea with every ton fish production, and the average stocking density of each offshore cage was 25.4 ton with the N loading of 1.75 ton and P loading of 0.402 ton. On conclusion, the environmental capacity of offshore cage mariculture in Zhoushan fishing ground is 2106 cages, takeing HDPE offshore cage feeding P. crocea for example. Key words：Zhoushan Fishing Ground；Offshore Cage；Environment Capacity for Agriculture
一个深水网箱放养密度及污染物排放量，从而确定该海域网箱放置数量，最终确定舟山渔场
深水网箱养殖环境容量。
1 舟山渔场深水网箱养殖海域基本环境条件及养殖现状
舟山渔场深水网箱养殖，主要集中嵊泗绿华、岱山秀山、普陀朱家尖、定海册子和定海 长峙五个海区，占深水网箱总数的 90%以上。五个养殖区，均为泥、泥沙底质，水深 16~25m， 水温 7.4~29.0℃，盐度 20~32，溶解氧 5~6 mg·L-1，pH 7.9~8.2。嵊泗县绿华海区，透明度 高，水色呈天蓝色、绿天蓝色。其他养殖区，透明度低，水色呈黄色、褐黄色。
和外海水对湾内水的交换率。CB 为湾内水平均浓度，CO 为湾外水平均浓度。
γ=
γF(1−α(1−γE)) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯
γE+γF −γE γF
γE(1−α(1−γE)) β= ⎯⎯⎯⎯⎯⎯
γE+γF −γE γF
式中，α=QF/QE，QF 为涨潮流入湾内的水量，QE 为落潮流出的湾内水量。γE 为涨潮流入量
除了沉降、降解等过程外，养殖海区通过与潮流等带来的流入水进行交换，使污染物
扩散也是养殖区污染物浓度降低的重要部分。借鉴港湾的零维水质预测模型[11]
∂CB
V⎯⎯ = βQFCO−γQECB+D
(1)
∂T
式中，V 为湾内平均海平面下水体体积；T 为潮周期数；D 为一个潮周期内所有污染
源向湾内的排放总量。 γ 、 β 分别是根据中村武弘法[12]得出的湾内水对湾外海水的交换率
根据化学动力学原理，浓度随时间变化的动力学方程为：
dC − ⎯⎯ = KCn
dt
式中：C 为水体中营养盐的含量（mg·L-1）；t 为时间（d）；n 为反应级数；K 为反应
常数。对于 N、P 营养盐的降解过程是一级反应方程，故 n=1。推导得出：
ΔC=C0(1−e−Kt) ΔC 即通过 t 时间降解而降低的营养盐的浓度（mg·L-1）。
β=γ。又假设海湾内污染物的平均浓度在每一个潮周期内都保持不变，则因为物理自净提供
海区内 ∂C
的营养盐的平均浓度在每一个潮周期内都保持不变，即 ⎯⎯ =0，则得出 ∂T
D=γ QE CB−β QF CO
(2)
为了简化计算[13]，可以采用一些近似处理的方法。如涨落潮的流量（ QF 和 QE ）可用
潮差移动量来表示，潮差移动量可用以下式求得：
Q =H·1/2(A1+A2)
（3）
式中，H 为平均潮差(m)，1/2(A1+A2)为高低潮海域表面积平均值。若 QF= QE= Q，则α=1，
关键字：舟山渔场；深水网箱；养殖环境容量；
中图分类号：
文献标识号：
Research on Environmental Capacity for Aquaculture
of Offshore cages in Zhoushan Fishing Ground
ZHOU xiao-min1，2，WU Chang-wen1，Zhang Yuanxing2
我们研究的生物自净主要研究降解过程。关于氮的降解稀疏的研究发现，有机氮降解 动力学系数不受有机氮浓度的影响，受环境温度及氨化细菌浓度影响较大，在 20~30℃之间 具有较大的降解动力学系数 k 值，k 值范围为 0.017d-1~0.025d-1[5]。在海洋水体中，颗粒态磷 和溶解态磷以有机和无机两种形式存在，也有文献研究了磷的沉降和浮游植物对磷酸盐的吸 收[6，7]。参阅大量文献[4，8，9，10]，本文将氮的降解系数 K 值取为 0.002 d-1，磷的沉降系数 K 取为 0.003 d-1。