張從義 王叢丹 李金忠等

摘要：采用人工生態(tài)浮島技術(shù)和種植水生植物相結(jié)合的方式，在池塘種植空心菜和蓮藕以控制池塘富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)采用綜合加權(quán)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在富營(yíng)養(yǎng)化池塘中，植物的種類和數(shù)量與水體中氮、磷等的去除率呈顯著正相關(guān)，即提高植物的種類和數(shù)量可以提高水質(zhì)的凈化能力，使高錳酸鹽指數(shù)和浮游植物葉綠素a也明顯下降，富營(yíng)養(yǎng)化池塘的水質(zhì)得到了明顯改善。

關(guān)鍵詞：青魚(yú)（Mylopharyngodon piceus）；人工生態(tài)浮島；水生植物；水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化；水質(zhì)凈化

中圖分類號(hào)：S965.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）14-3478-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.037

Control of Eutrophic Water by Floating-island Soilless Culture of Plants in Ponds Forming mainly for Black Carp

ZHANG Cong-yi1，WANG Cong-dan2，LI Jin-zhong1，LEI Xiao-zhong1，ZHU Yong-fu1，

LI Sheng-hua1，WANG Ying-xiong3，LI Bin4

（1.Hubei Frisherys Science Research Institute，Wuhan 430071，China；2.Chang Jiang Water Resources Commission Jingjiang Hydrology Water Resources Surveying Bureau，Jinzhou 434020，Hubei， China；3. Honghu Aquaculture Technology Extending Etations，Honghu 433200，Hubei， China；4. Honghu Minle Aquaculture Professional Cooperatives，Honghu 433221，Hubei， China）

Abstract： The control of eutrophic water in ponds were tested by culturing water spinach on artificial floating island and aguatic plant in water.TLI method was adopted to perform an assessment of current eutrophication status. The results indicated that the amount and type of the plant correlated positively with the removal rates of nitrogen and phosphorus in pond water，and increase of the amount and type of the plant could increase removal rate，permanganate index and chlorophyll a also significantly decreased.Results showed that water quality of eutrophic ponds was improved significantly.

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)污水和城鎮(zhèn)生活廢水以點(diǎn)源和面源形式造成河流、湖泊中水質(zhì)惡化，加快了水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。根據(jù)2011年中國(guó)環(huán)境狀態(tài)公報(bào)，26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）中，富營(yíng)養(yǎng)化比例達(dá)到53.8%[1，2]，富營(yíng)養(yǎng)化已逐漸成為目前湖泊水環(huán)境面臨的主要問(wèn)題。

池塘養(yǎng)殖過(guò)程中的施肥、殘餌、養(yǎng)殖對(duì)象排泄物等，使水體營(yíng)養(yǎng)化程度提高，藻類大量繁殖、死亡、分解，水中溶解氧降低，加上部分藻類釋放出毒素，導(dǎo)致了養(yǎng)殖水體水質(zhì)惡化，而養(yǎng)殖池塘水體水質(zhì)惡化后，也會(huì)危害水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。水體散發(fā)的腥臭味更影響到周邊環(huán)境和人文景觀[1]。目前，國(guó)內(nèi)在水面進(jìn)行種植水生植物設(shè)置人工生態(tài)浮島的應(yīng)用較多，主要用于城市景觀湖泊、蝦蟹類養(yǎng)殖池塘等的水體水質(zhì)凈化處理。在大宗商品魚(yú)池塘養(yǎng)殖期間進(jìn)行池塘生態(tài)浮島設(shè)置應(yīng)用較少，其原因在于水生植物對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量吸收和對(duì)池塘水面的遮擋作用，抑制了池塘水體中浮游植物的種群數(shù)量和光合作用，影響池塘水體的溶氧量以及鰱、鳙魚(yú)的商品魚(yú)產(chǎn)量。2013年，在湖北省洪湖市大同洪農(nóng)場(chǎng)四分場(chǎng)洪湖市民樂(lè)大宗水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)合作社的養(yǎng)殖池塘中，開(kāi)展了青魚(yú)池塘生態(tài)養(yǎng)殖試驗(yàn)，目的是在不影響池塘青魚(yú)養(yǎng)殖過(guò)程中總體經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，控制池塘水體水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。本研究參照湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分類標(biāo)準(zhǔn)，以各試驗(yàn)池塘水體富營(yíng)養(yǎng)化結(jié)果進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，初步建立池塘生態(tài)治理和水產(chǎn)養(yǎng)殖相結(jié)合的池塘生態(tài)養(yǎng)殖模式，旨在降低池塘水體中氮、磷等含量過(guò)高的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。

1 材料與方法

1.1 池塘基本概況

2013年4～11月，試驗(yàn)地點(diǎn)位于國(guó)家大宗淡水魚(yú)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系武漢綜合試驗(yàn)站洪湖示范區(qū)大同湖農(nóng)場(chǎng)四分場(chǎng)，選取了民樂(lè)大宗水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)合作社中的3戶青魚(yú)養(yǎng)殖池塘作為試驗(yàn)池塘。池塘具體養(yǎng)殖情況如下。

1#池塘面積46 666.67 m2。5月上旬，在靠近投餌區(qū)的池塘南端，離池埂1.5～2.0 m的區(qū)域水面上架設(shè)寬0.5 m的浮式竹木框，竹木框水下部分用1.5 cm網(wǎng)目的網(wǎng)片封住，深入水面以下20 cm，防止植物根系被魚(yú)類啃食?？蛑虚g用細(xì)繩或竹子作為載體，繩子在幾股絞線中間種植蕹菜，竹子則需人工開(kāi)孔，在孔中種植蕹菜。種植蕹菜的浮框面積13 147 m2。 5月中旬，在靠近北邊的一角處種植面積約310 m2的蓮藕，整個(gè)區(qū)域種植約60株。種好后先插網(wǎng)片圍好，防止蓮藕出芽時(shí)被池魚(yú)啃食，待荷葉長(zhǎng)出水面后即撤去網(wǎng)片。蕹菜與蓮藕種植面積比例占池塘總面積的28.8%。池中配備2臺(tái)3 kW葉輪式增氧機(jī)及1臺(tái)120 W投餌機(jī)。

2#池塘面積32 333.33 m2。5月中旬，僅在池塘靠近北端種植蓮藕，種植面積8 106 m2，蓮藕種植面積比例占池塘總面積的25%。池中配備1臺(tái)3 kW葉輪式增氧機(jī)及1臺(tái)120 W投餌機(jī)。

3#池塘面積28 666.67 m2，為常規(guī)精養(yǎng)魚(yú)池，作為1#、2#試驗(yàn)池塘平行對(duì)照池。池中配備2臺(tái)3 kW葉輪式增氧機(jī)及1臺(tái)120 W投餌機(jī)。

由于1#池塘面積最大，自然風(fēng)浪可能會(huì)對(duì)水體溶氧產(chǎn)生一定的影響，2#、3#池塘面積相差不大，因此在溶氧量這一指標(biāo)上可比性較強(qiáng)，其他指標(biāo)如葉綠素a（Chl-a）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）等則具有比較相關(guān)性。

1.2 供試池塘水樣采集點(diǎn)設(shè)置及采樣方法

根據(jù)地表水監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)布設(shè)要求[2]，1#池塘設(shè)置有3個(gè)水樣采集點(diǎn)；2#池塘、3#池塘均設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)，具體位置見(jiàn)圖1。水樣為各采樣點(diǎn)0～50 cm的上層水，用5 L聚乙烯瓶采水器采集后，儲(chǔ)存在2個(gè)500 mL的有機(jī)玻璃瓶中，用低溫箱保存。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[3]，本研究選擇pH、溶解氧、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鉀鹽指數(shù)、透明度、葉綠素a作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。pH采用METTLER TOLEDO DEL7A 320 pH計(jì)直接測(cè)定，溶解氧采用HACH HQ30D現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定，透明度采用塞氏盤(pán)法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）、總磷采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-1989）、總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-1989）、高錳酸鹽指數(shù)采用酸性高錳酸鉀法（GB11892-1989）、葉綠素a采用丙酮提取可見(jiàn)分光光度法測(cè)定[4]。

1.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

1.3.1 評(píng)價(jià)參數(shù) 主要選取葉綠素a（Chl-a）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）作為水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)因子。根據(jù)水樣監(jiān)測(cè)數(shù)值，pH符合《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB11607-1989），且3個(gè)試驗(yàn)池塘監(jiān)測(cè)數(shù)值均無(wú)顯著差異；溶解氧（DO）因?yàn)橛型饨绲钠貧庋b置（機(jī)械增氧機(jī)），不便單獨(dú)評(píng)價(jià)，僅作為其他指標(biāo)的輔助項(xiàng)進(jìn)行分析。

1.3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 主要通過(guò)在青魚(yú)養(yǎng)殖池塘中搭設(shè)生態(tài)浮島的模式，消除水體中的營(yíng)養(yǎng)富集物，因此根據(jù)《湖泊富營(yíng)養(yǎng)調(diào)查規(guī)范（第二版）》[5]中的標(biāo)準(zhǔn)，采用0～100的連續(xù)數(shù)值對(duì)池塘營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，參照湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分類標(biāo)準(zhǔn)，分類情況見(jiàn)表1。

1.3.3 評(píng)價(jià)方法 綜合加權(quán)指數(shù)模型：

TLI（∑）=WjTLI（j） （1）

式中，TLI（Σ）——綜合加權(quán)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI（j）——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為

Wj=r2ij/r2ij （2）

式中，rij——第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)；m——評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

根據(jù)《湖泊富營(yíng)養(yǎng)調(diào)查規(guī)范（第二版）》[5]，各項(xiàng)目營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：TLI（Chl-a）=10（2.5+1.086lnChl-a）；TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）；TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）；TLI（SD）=10（5.118-1.94InSD）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)結(jié)構(gòu)池塘中N、P含量變化

從圖2中可以看出，除4～5月外，隨著時(shí)間的推移，即使氣候環(huán)境發(fā)生了變化，種植了植物的1#、2#池塘中NH4+-N、TN、TP含量始終低于對(duì)照組的3#池塘；另外，除10～11月外，種植了蓮藕、蕹菜兩種作物的1#池塘中NH4+-N、TN、TP含量低于僅種植蓮藕的2#池塘，10～11月，溫度下降而導(dǎo)致蕹菜生長(zhǎng)停滯與枯萎，造成1#、2#池塘中NH4+-N、TN、TP與之前結(jié)果偏離。

2.2 不同生態(tài)結(jié)構(gòu)池塘中高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a含量變化

從圖3可以看出，CODMn的含量受池塘不同種植結(jié)構(gòu)的影響不明顯；Chl-a的含量則隨著生態(tài)種植物的種類、含量增加而明顯降低。但總體來(lái)看，種植了植物的1#、2#池塘中CODMn和Chl-a的含量明顯低于未種植任何作物的3#池塘。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)綜合加權(quán)指數(shù)模型法，計(jì)算得出表2中綜合加權(quán)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。從計(jì)算結(jié)果可以看出，從開(kāi)始種植植物的5月開(kāi)始，1#池塘始終在50～60之間，保持輕度富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài)；2#池塘有57.14%的時(shí)間在50～60間，為輕度富營(yíng)養(yǎng)化，42.86%的時(shí)間在60～70間，為中度富營(yíng)養(yǎng)化；3#池塘有28.57%的時(shí)間在50～60間，為輕度富營(yíng)養(yǎng)化，71.43%的時(shí)間在60～70間，為中度富營(yíng)養(yǎng)化。

由此可見(jiàn)，種植了更多種類、更多數(shù)量的可吸收水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的植物，水體中富營(yíng)養(yǎng)化程度將減輕得更多。但從池塘養(yǎng)殖水體中保持浮游植物種群數(shù)量級(jí)進(jìn)行光合作用提供溶解氧這一角度考慮，生態(tài)浮島和設(shè)置面積應(yīng)加以控制，生態(tài)浮島的設(shè)置面積不宜超過(guò)池塘面積的30%[6]。

3 小結(jié)與討論

為治理水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的控制方法主要分3類：工程系措施、化學(xué)方法、生物方法。其中工程系措施主要有底泥疏浚、引水沖污、底泥覆蓋、引水曝氣等，這類方法一般都存在成本高、工程量大、長(zhǎng)期效果不確定的問(wèn)題，且多數(shù)用于小型水利工程；化學(xué)方法主要有絮凝沉淀、化學(xué)試劑殺藻等，這些方法容易造成二次污染，且會(huì)影響水體水質(zhì)；而生態(tài)浮島技術(shù)，則具有不受光照和水深的限制、種植的植物易收割、基本不產(chǎn)生二次污染、增加治理水體的植物種類的優(yōu)點(diǎn)[5-7]。

本研究將生態(tài)浮島技術(shù)與單一的水生植物種植相結(jié)合，去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，研究結(jié)果表明，從5月開(kāi)始，1#池塘、2#池塘的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)明顯比3#池塘富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)輕，由此可見(jiàn)，種植了可吸收水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水生植物，均能起到使水體中富營(yíng)養(yǎng)化程度減輕的作用。而1#池塘的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)又比2#池塘的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)輕，說(shuō)明綜合治理方式比單一種植水生植物的治理效果好。因此，在生產(chǎn)浮島的運(yùn)用上，可以嘗試與其他植物組合使用，其生態(tài)效能有待進(jìn)一步研究。

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