CREST | 南洋理工大学Lauro团队：沿海城市化地区的水产养殖——有害藻华带来的挑战

导 读

新加坡南洋理工大学Federico M. Lauro团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST,《环境科技评论》）期刊发表题为“沿海城市化地区的水产养殖——有害藻华带来的挑战（Aquaculture in coastal urbanized areas: A comparative review of the challenges posed by Harmful Algal Blooms; 2022, 52(16): 2888-2929）”的综述。
全球人口的增加导致沿海地区的城市化进程加快，这种增长给可持续粮食生产和粮食安全带来了许多挑战。发展水产养殖已被证明是许多国家确保粮食安全的极佳选择，尤其是那些城市空间有限制的国家如新加坡等。然而，水产养殖业在北半球和南半球的扩张与有害藻华（HABs）环境问题密切相关。有害藻华是指微藻大量增殖，使得水体变色，通过耗尽氧气而无选择性地杀死海洋生物，或者通过机械损伤或堵塞鱼鳃杀死鱼类和无脊椎动物。此外，微藻产生的毒素也可通过食物链传递和物理接触对海洋生物和人类产生危害。许多有害藻华在世界范围内对生态系统、受影响地区的经济和公共卫生产生严重的负面影响。本文首先从HABs的角度分析了新加坡水产养殖业的发展，并将其与香港（中国特别行政区）、塞拉莱（阿曼）、开普敦（南非）、巴伦西亚（西班牙）、鹿特丹（荷兰）、坦帕湾（美国）、温哥华（加拿大）和悉尼（澳大利亚）等类似城市地区进行了比较。与HABs类似，上述城市地区在可持续地增加水产养殖产量方面面临的经济和地理方面面临的挑战各异。随后，进一步评估了为应对这些挑战和可持续地增加产量而实施的生产和监测战略。城市地区在通过发展水产养殖业实现粮食安全的可持续发展方面面临的挑战，可以通过在国际层面上对知识/技术的适当规划、管理和合作得到有效解决。

图1 图文摘要（Graphical abstract）

主要内容

新加坡：通过水产养殖实现可持续的“自给自足”的一个实例

由于缺乏土地和水资源等自然资源，新加坡已从20世纪50年代的渔村转型为基于知识和技术的城市化高收入经济体。因此，新加坡严重依赖于食品和水的进口来满足其90%以上的日常需求。政府为了提高粮食自给率和维护粮食安全，从源头确保优质食品供应，从多个来源进口食品、与中国和马来西亚签订农业合同，并通过创新的城市农业提高当地生产力来减少对单一或少数出口国的依赖。良好的水质、最小的污染和营养水平平衡是决定大规模水产养殖实践是否成功的最重要因素之一。过去50年来沿海地区的快速发展，如港口活动、土地开垦、炼油厂、海水淡化和废物处理厂、水产养殖和其他行业，已经影响了水质，导致柔佛海峡水体的富营养化，引发了HABs暴发并造成大量鱼类死亡和巨大的经济损失。柔佛海峡的养殖场几乎已达到其承载能力。因此，SFA正在考虑在新加坡海峡开发更多的水产养殖区，在2030年之前实现新加坡的粮食生产目标。新加坡海峡水域有着丰富的海洋生物多样性和良好的水动力条件，水域的强烈混合可抑制HABs的形成，有较大潜力支撑进一步的水产养殖发展。新加坡水域的水质参数由国家环境局定期监测，使用实时系统和现场监测来收集关键的物理、化学和微生物参数。居民可以在线访问这些数据，“彩色短信”警报系统可以及时向居民提供浮游生物水平的警告，帮助他们及时采取策略。SFA鼓励养殖场采用封闭式围护系统/循环水产养殖系统（RAS）等技术，此类技术可为鱼类生长提供受控环境，实现流程自动化，从而更好地部署人力并减轻对环境的影响。并且农民可以申请由 SFA 管理的农业生产力基金来改进有助于可持续水产养殖的新技术。

世界各地水产养殖实践和HABs相关问题的案例比较

通过对比总结世界各地水产养殖业的实践案例，发现不同城市地区在可持续增加水产养殖产量方面面临的挑战主要包括：（1）地理：空间分配的问题；（2）经济：用于培训、合作和建设基础设施的资源；（3）生态：HABs的发生和缓解。

世界各地水产养殖业发展战略评估

本节评估了上述国家城市地区为发展各自的水产养殖业而采用的各种方法，将其中一些战略推广到其他国家的适用性、相关限制以及可以规避这些生产问题的潜在解决方案。

（1）通过现代农业和教育改善水产养殖生产：可持续水产养殖的新技术，如RAS技术，可以控制关键参数，如水质、污水和固体废物排放，防止HABs等有害事件。这种方法可应用于新加坡、香港等空间受限且养分含量高的城市地区。阿曼、西班牙等国家的水产养殖场不受空间限制，但不断受到季节性藻华的挑战，这也可以通过引入RAS技术来缓解。然而，这种农业基础设施的建设成本高昂，需要训练有素的农民，并且有可能由于所生产品种类型的市场价格价格低而在经济上不可行。例如，由于北海南部的寒冷水域，高运营成本已限制了RAS在荷兰的应用。其他最近的技术发展使水产养殖实践远离海岸线，空间不再是问题。“离岸水产养殖”在公海上进行，暴露于风浪作用中，并且经常需要设备和维修船在恶劣的海况下作业。这种养殖方式通过允许养殖场在更大的开放区域排放养殖废水，由于海水的稀释从而减少潜在的环境影响。但这一发展并未得到普遍认可，人们对这种新养殖技术的环境影响表示担忧。一些关于离岸水产养殖的长期数据已经公布，结果表明对水质和沉积物中污染物的富集影响很小或没有影响。阿曼正在建设离岸水产养殖场，作为减少水产养殖负荷的有效战略。水产养殖现代化需要熟练的工人，适当的技术培训十分必要，这将有助于水产养殖的可持续发展和高效的管理。通过定期宣传和公众参与HABs的检测，公众对HABs和水产养殖相互依存的认识正在提高。

（2）监测和防控措施：环境影响评价管理已在新加坡、美国或欧洲等不同国家实施，风险评估标准因国家而异。从本地企业过渡到国际化公司，采用高科技养殖战略可以改善和增加产量。通过传统的水质监测，了解病原体的生命周期以及结合建模的基因筛查是水产养殖业有效控制病虫害的关键措施。新出现的威胁也给养殖实践带来了越来越大的压力。特别是，微塑料颗粒可以被海洋生物摄入，导致有毒物质在食物链中的传递并积累，最终影响人类健康。因此，随着城市化的进程和人口的增长，需要扩大水产养殖业以提供充足和安全的食物，故而需实施定期的水质状况监测，并在条件允许的情况下结合卫星图像监测，对HABs进行有效预警。此外，使用廉价、快速和便携的第三代测序设备，并结合定期监测，可以实现对微藻物种的精确表征。此类监测和预测建模结果向专业人士、决策者、公众开放，并结合政府制定的防控政策和措施，确保水产养殖业和其他工业活动的可持续性。

总结与展望

直至今日，持续的新冠疫情还在影响着全球，为了减少病毒的传播，许多国家制定了严格的法规和边境封锁。实施的封锁导致海产品贸易出现物流困难，种子、饲料和相关水产养殖产品（例如疫苗）也出现了短缺，进而影响了水产养殖业的发展。国际贸易的鱼类和海产品消费量下降，养殖的活鱼数量由于滞销而增加，导致饲养成本和鱼类死亡风险增加。新冠疫情的流行迫使水产养殖业的利益相关者（例如养殖者、饲料供应商、贸易商、国际机构、非政府组织、政府）在当地和国际上分享他们的行业现状信息。这将有助于确认此类灾难性事件的短期和长期影响，以及评估水产养殖的技术发展。总而言之，在地方和国际层面对知识和技术进行合理的规划、管理和协作，可以确保水产养殖业的可持续发展和城市地区的粮食安全。

作者简介

第一作者简介：

Aurore Trotteta，新加坡DHI水与环境有限公司高级环境科学家，近年来主要从事有害藻华对水产养殖影响方面的研究。

通讯作者简介：

Federico M. Lauro，新加坡南洋理工大学亚洲环境学院，副教授，主要从事海洋微生物生态学及宏基因组学等方面的研究，目前已在Nature Communications、ISME Journal等期刊发表相关论文50余篇。

|撰稿：徐华成

|编排：曾镜羽

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