寧夏艾依河水體富營養(yǎng)化生物防治技術研究與實踐

馮　勇

(寧夏銀川市水務局，寧夏 銀川 750001)

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寧夏艾依河水體富營養(yǎng)化生物防治技術研究與實踐

馮勇

(寧夏銀川市水務局，寧夏 銀川 750001)

摘要：近年來寧夏艾依河出現(xiàn)了水質(zhì)富營養(yǎng)化。為了評價艾依河富營養(yǎng)化程度并進行防治，建立水質(zhì)監(jiān)測斷面，開展了艾依河水質(zhì)監(jiān)測、調(diào)查評價研究。引進水生植物群落的物種配置技術和空間配置技術，水生植物的布局和造景技術，圍隔技術，生物浮島技術，水生生物的管理技術，集成水體富營養(yǎng)化生物防治技術模式3種，結合景觀營造，建設示范區(qū)3個。經(jīng)過三年的示范應用，示范區(qū)水體濁度從34.5 NTU降低到9.4 NTU，透明度從30 cm提高到80 cm，總磷降低51.8%、總氮降低39.8%、氨態(tài)氮降低60.2%，取得了良好的水質(zhì)凈化與景觀效果。

關鍵詞：艾依河；富營養(yǎng)化；生物防治

1　艾依河的基本概況

艾依河是銀川市河湖水系連通的關鍵工程，是集防洪、排水、生態(tài)、景觀為一體的自治區(qū)重點水利工程，河道總長158.5 km，景觀河道長70.5 km，跨永寧縣、興慶區(qū)、金鳳區(qū)、賀蘭縣等6縣區(qū)，連通賀蘭山東麓的6個攔洪庫和2個滯洪區(qū)，接引10條溝道，控制排水面積11.7萬hm2，沿途連華雁湖、大鹽湖、閱海、沙湖等湖泊濕地，形成水面0.33萬hm2。艾依河的建設，極大的提升了銀川市的水環(huán)境建設水平，帶動了艾依河兩岸經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)帶的發(fā)展，實現(xiàn)了雨洪水、農(nóng)田排水、渠道退水、生態(tài)水等四水資源的高效利用[1]。對改善銀川市防洪、排水條件，調(diào)控地下水位、美化人居環(huán)境，提升城市品位，實現(xiàn)人水和諧、都具有重要的現(xiàn)實意義。

艾依河的主要水源是雨洪水、溝水和渠道棄水，其中農(nóng)田排水占68.9%。由于農(nóng)田排水富含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，且河湖換水速度慢，營養(yǎng)物質(zhì)沉積，隨著艾依河的運行，出現(xiàn)了河湖水體富營養(yǎng)化趨勢[2-6]。艾依河水體水質(zhì)一旦出現(xiàn)重度富營養(yǎng)化，必將極大的影響銀川市的水環(huán)境質(zhì)量，惡化人居環(huán)境，嚴重影響艾依河經(jīng)濟帶的發(fā)展，造成社會矛盾[7-9]。

2　艾依河水質(zhì)調(diào)查監(jiān)測與評價

根據(jù)艾依河河湖形態(tài)及進出水特點，在以溝水作為主要補水入口的四二干溝、二排和以渠道水作為補水入口的寧城閘3個補水水源定點設置采樣斷面，在正源街橋、正源街橋北、良田渡槽、北京路拱橋、西湖南、西湖北、連通湖南、連通湖中、連通湖北9個地點設置湖泊水體采樣斷面。各監(jiān)測點位置見采樣點水系圖1。按季度進行采樣調(diào)查，在生態(tài)補水、洪水期增加水質(zhì)調(diào)查采樣監(jiān)測。不同時段所采樣點五項指標監(jiān)測成果見表1。

圖1艾依河水系水質(zhì)監(jiān)測斷面布置示意圖

表1　不同時段采樣點水質(zhì)監(jiān)測成果

續(xù)表1

艾依河補水溝道水源：葉綠素a含量為2.53 mg/m3～32.96 mg/m3；各樣點總氮(TN)平均達到2.65 mg/L以上，超過國家地表水V類水總氮標準；各樣點總磷TP含量為0.044 mg/L～0.336 mg/L，春夏高于秋冬，其中TP大于0.2 mg/L占6%，TP小于0.2 mg/L占94%；高錳酸鹽指數(shù)CODMn為2.9 mg/L～9.6 mg/L，春夏季高于秋冬季，溝道水源CODMn全部小于10 mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅳ類；溝道水源透明度SD為0.33 m～0.70 m，冬季高于春夏秋季，季節(jié)變化差異較大。

河湖水體：葉綠素a含量為2.13 mg/m3～31.778 mg/m3；CODMn為3.1 mg/L～9.89 mg/L，夏秋季高于春冬季，CODMn全部小于10 mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅳ類；SD為0.25 m～1.30 m，冬季高于春夏秋季；河湖水體TP含量為0.005 mg/L～0.168 mg/L，夏秋季高于冬春季；河湖水體總氮(TN)大于2 mg/L占63.9%，TN小于2 mg/L占36.1%，其中第一季度和第二季度各樣點平均值接近2 mg/L。

不同時期水質(zhì)監(jiān)測表明，溝道水源和河湖的總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)達到地表水質(zhì)量標準Ⅳ類。溝道水源總氮(TN)均大于2 mg/L，河湖總氮(TN)大于2 mg/L占63.9%、TN小于2 mg/L占36.1%。總體上河湖水體為V類到略低于Ⅴ類間；溝道來水為劣Ⅴ類。

依據(jù)國家環(huán)境監(jiān)測總站《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》，選擇湖泊富營養(yǎng)化狀況評價指標為葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等5項指標做為評價因子[4,10]。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為：

TLI(chla)=10(2.5+1.086lnchl)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.940lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

采用相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進行評價[6]：

TLI(∑)=∑WjTLI(j)

TLI(j)：第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wj：第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重。

表2　中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與chla的相關關系rij及值

計算葉綠素(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)5項指標的權重分別為27%、19%、18%、18%、18%。

所采樣點的TLI(Σ)的總平均值為53.76±2.95，屬于輕度富營養(yǎng)化(50

3　富營養(yǎng)化生物防治技術集成試驗

3.1水生植物群落的物種配置技術

根據(jù)區(qū)域水生植物的特點，選擇挺水植物群落為蘆葦、水蔥、香蒲、荷花和水生鳶尾組成的以蘆葦為先鋒種和建群種的植物群落[11]。挺水植物在開始引種階段采用直種或盆(缸、筐)栽技術，在植物生長較為茂盛時再引入淺水中進行栽培[12]。

浮水植物群落為鳳眼蓮和睡蓮組成的以鳳眼蓮為先鋒種和建群種的植物群落。浮水植物在開始引種階段采用直種或盆(缸、筐)栽技術，對于鳳眼蓮，用金屬網(wǎng)控制其生長范圍，防止過渡“瘋長”。

沉水植物為狐尾藻、伊樂藻、菹草和金魚藻組成的以伊樂藻為先鋒種和建群種的植物群落。沉水植物，在最適應的生長階段進行引種栽培，以提高其存活率。

在水生生態(tài)系統(tǒng)構建初期，首先引入每個群落中的先鋒種或者建群種，然后再慢慢引入別的水生植物，以保證水生植物能夠成活。其中主要的三種水生植物栽培方式為：

蘆葦：種植后，重點是調(diào)控河道水位和驅(qū)趕啃食葦芽的魚類。若水位高，水鉆入葦芯，會導致葦芽淹死。

睡蓮：在河道淺水區(qū)直種，水深在0.6 m左右使用盆(缸、筐)栽技術，在植物生長較為茂盛時從盆(缸、筐)中移出原位直種到河中。

狐尾藻：采用扦插法種植，4月底是最適應引種栽時段，可提高其存活率。

3.2水生植物群落的空間配置技術

水生植物空間配置一般沿淺岸到湖心方向依次是挺水植物群落、浮水植物群落和沉水植物群落。具體配置時，一是要考慮湖水的深淺情況，二是要考慮浮水、沉水植物群落造景時，避免挺水植物遮擋景觀，錯落有致?？紤]水生植物在時間上的節(jié)律配比，保證所建水生植物群落具有較強的生態(tài)環(huán)境功能和周年連續(xù)性，同時形成生長期和凈化功能的季節(jié)交替互補。在艾依河水生生態(tài)系統(tǒng)中，比較耐寒的有香蒲、睡蓮、伊樂藻和菹草，喜溫的有蘆葦、水蔥、荷花、鳳眼蓮和金魚藻。

3.3水生植物的布局和造景技術

在配置水生植物的構圖上，結合水生植物自身的生長特性和觀賞期，以及觀賞部位(如觀葉、觀花等)，考慮色彩的調(diào)和，四季呈現(xiàn)色彩變化，充滿韻律感。蘆葦莖桿直立，株高1 m～3 m，種在岸邊的淺水地帶。水蔥桿高1 m～2 m，少量地分布在岸邊和淺水區(qū)。菖蒲桿高1 m～2 m，分布在岸邊和淺水區(qū)。茭白桿高1 m～3 m，分布在岸邊和淺水區(qū)。香蒲高1.5 m～2.5 m，種植在岸邊清水地帶。荷花采取成片栽培，且不宜和其它水生植物混栽。水生鳶尾種植在湖濱帶，面積不宜過大。睡蓮高1 m～2 m，種植面積不宜過大。荇菜水深在0.6 m～0.8 m左右種植，種植時間5月—6月。狐尾藻、菹草種植在深水處，分開種植，在4月底最適應的生長階段進行引種栽培。

3.4圍隔技術

圍隔具有生態(tài)保護膜、過濾、導流、生物工程框架和限定湖水滯留時間等作用，同時圍隔內(nèi)部湖水的動力擾動小，水體濁度低，有利于水生植物的恢復[13]。

3.5生物浮島技術

人工浮島是一種可為多種植物提供生境的飄浮結構，由人工浮島平臺、植物和固定系統(tǒng)組成，能隨水位上下左右移動，形成一個水面浮島[14]，對水體N、P營養(yǎng)鹽起到很好的凈化作用。陸生植物浮島上種植后，能形成較大生物量，特別是發(fā)達的根系釋放出的分泌物能加速污染物分解；可創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益和美化水體的水面景觀；造價低、浮島制作材料來源廣、結構組裝方便、剛柔兼?zhèn)?，具有較強抗風浪能力，浮島可移動拼裝。

3.6水生生物的管理

防止水生植物發(fā)生病蟲害。出現(xiàn)蟲害，要及時噴灑農(nóng)藥控制其蟲害；水生植物要定期收割，防止其死亡后沉積水底，造成二次污染。收割的面積不宜過大，不能造成水草毀滅性破壞，以維持水生生態(tài)系統(tǒng)平衡；各種魚類要定期捕撈，一般每年捕撈一次，控制好魚的數(shù)量。

4　水生植物、動物配置

4.1水生動物選擇原則

選擇的水生動物要適宜北方大型淺水人工湖泊的自然條件，可在當?shù)爻苫?，具有較強的水體凈化能力；具有較寬的生態(tài)位和適宜的生活習性，能夠與水生植物構成適合的食物鏈，具有一定的景觀效果，水生動物可以與水生植物構成協(xié)調(diào)的水景；易放養(yǎng)，生長力強，但是不能大量繁殖，甚至失控[15]。

結合銀川當?shù)貤l件，在艾依河水體中投放一定量的魚、蝦、蟹、蚌，構建和諧的水生態(tài)系統(tǒng)。魚類按對水體的影響貢獻大小依次放養(yǎng)鯉魚、草魚、鯽魚、鰱魚、鳙魚。

4.2投放魚類注意事項

投放的魚種不宜過小，過小的魚種生存能力弱。投放的魚種也不宜過大，大魚種的活動范圍很大，會對剛剛建立的水生生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，尤其是對水生植物的正常生長造成影響。投放魚種的時間最好是在水生植物生長兩個月后，這時水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡已經(jīng)建立起來。投放魚種應該分批分量進行，不宜一次投完，時間間隔最好是半個月。

4.3水生植物與動物的配置數(shù)量關系

根據(jù)艾依河水生動物，水生植物固氮、固磷、凈化水體的特點，篩選出的水生植物、動物，按照表3的數(shù)量關系進行配置，可保證水體富營養(yǎng)化控制在Ⅳ類水質(zhì)標準。

表3　水生動物、植物配置數(shù)量關系

5　富營養(yǎng)化防治技術示范區(qū)建設

(1)艾依河大鹽湖試驗示范區(qū)：在艾依河大鹽湖水域，建立示范區(qū)1.2 hm2。依據(jù)環(huán)境狀況與景觀配置需要，采用水生植物群落的物種配置技術+水生植物群落的空間配置技術+水生植物的布局和造景技術+圍隔技術[16-17]，對示范區(qū)進行了治理。修復湖濱沿岸帶，在湖濱帶的岸坡、淺水區(qū)、深水區(qū)種植、增植各種水生植物；利用水位控制建筑物調(diào)節(jié)水域水位，采用多項水生生態(tài)系統(tǒng)的維護技術加強管理，使水生植被覆蓋率達到湖面面積的60%，恢復生物多樣性，利用多種水生生物促進湖泊生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控和相對穩(wěn)定性，取得了良好的試驗示范效果。

(2)艾依河森林公園試驗示范區(qū)：在森林公園水域建立示范區(qū)2 000 m2。采用水生植物群落的物種配置技術+水生植物群落的空間配置技術+水生植物的布局和造景技術+生物浮島技術+基底改造技術+水體水生生態(tài)系統(tǒng)的維護技術模式，對示范區(qū)進行了治理。在岸坡、淺水區(qū)利用筐栽、缸栽各種水生植物，建設100 m2生物浮島2個；建設示范區(qū)增氧設施，增加底部水體的溶解氧，減小底泥污染負荷，創(chuàng)造水生動物的優(yōu)良生存環(huán)境。采用以生態(tài)浮島為主的原位強化凈化措施，改善了試驗區(qū)局部水域水質(zhì)，為生態(tài)重建創(chuàng)造了合適的水質(zhì)條件。由于該區(qū)域禁魚，魚的數(shù)量、密度較大，使得栽植的淺水區(qū)植物部分被魚啃食。

(3)艾依河北京路試驗示范區(qū)：在艾依河北京路陶然水岸西側的河彎段建立了面積為3 000 m2圍攔試驗示范區(qū)。采用水生植物群落的物種配置技術+水生植物群落的空間配置技術+水生植物的布局和造景技術+生物浮島技術+基底改造技術+圍隔技術+水體水生生態(tài)系統(tǒng)的維護技術治理模式，在試驗示范區(qū)圍欄內(nèi)種植蘆葦、狹葉香蒲、菖蒲，放置1處75 m2生物浮島，按比例搭配放養(yǎng)鰱魚、魚，在外緣配置荇菜、睡蓮、狐尾藻、菹草等，建立和恢復了挺水植物、浮葉植物和沉水植物群叢；建造了人工浮島工程。人工浮島中的植物主要有美人蕉、千屈菜。示范區(qū)水生植物種類從生態(tài)重建前的3科3種上升至14科21種，水草覆蓋度達到30%～40%。浮島工程建成后，其植物生長較好，并形成景觀效果。

通過3 a試驗示范與應用，在艾依河景觀湖泊水體種植濕生植物千屈菜1種，挺水植物蘆葦、菖蒲、茭白、荷花、香蒲、鳶尾等6種，漂浮植物槐葉萍1種，浮葉植物荇菜、睡蓮等2種，沉水植物狐尾藻1種，各類植物種植3萬株，種植面積17 000 m2。

6　防治效果

經(jīng)過項目的實施，北京路示范區(qū)的圍攔內(nèi)水體的TN、TP、CODMn均值分別由試驗前的2.48 mg/L、0.094 mg/L、6.08 mg/L降低到1.91 mg/L、0.072 mg/L、4.68 mg/L，分別比試驗示范圍攔外湖泊水體(對照區(qū))下降30.0%、22.6%、11.5%。北京路試驗區(qū)內(nèi)較實驗區(qū)外總磷降低51.8%、總氮降低39.8%、氨態(tài)氮降低60.2%。水體透明度(SD)平均值也有較大幅度提高，平均從0.36 m提高至0.61 m；水體的TN、TP分別下降至2.0 mg/L、0.08 mg/L以下。從水體營養(yǎng)鹽與透明度方面看，有利于水體向沉水植物占優(yōu)勢的穩(wěn)定清水狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

森林公園試驗區(qū)浮島圍隔區(qū)內(nèi)營養(yǎng)鹽的濃度被有效消減，濁度從34.5 NTU降低到9.4 NTU。工程區(qū)內(nèi)透明度達到80 cm，而試驗圍隔外為30 cm～40 cm，人工浮島工程在短時間內(nèi)較顯著改善了試驗區(qū)內(nèi)的水環(huán)境。

大鹽湖示范區(qū)進水口處總氮和總磷分別為2.158 mg/L、0.121 mg/L，出水口處良田渡槽前水域總氮和總磷分別為0.857 mg/L、0.032 mg/L，出水口處總氮、總磷濃度均遠低于進水口處。

示范區(qū)運行效果表明，艾依河水體富營養(yǎng)化生物防治，集成的三種技術模式具有顯著的富營養(yǎng)化防治效果，能夠有效降低水體中的總磷、總氮、氨氮，技術具有一定的推廣價值。

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ResearchandPracticeonBiologicalControlTechnologyforEutrophicationofNingxiaAiyiRiver

FENG Yong

(YinchuanWaterAuthorityofNingxia,Yinchuan,Ningxia750001,China)

Abstract：In recent years,eutrophication phenomenon appeared in Ningxia Aiyi River.In order to evaluate the degree of eutrophication of Ningxia Aiyi River and take responding control measures,monitoring sections were established to monitor,investigate and evaluate the water quality.Species and space configuration of aquatic plant communities,layout and landscaping of aquatic plants,enclosure construction,biological floating islands and management of aquatic organisms were introduced,based on which three kinds of biological control measures for eutrophication were integrated.Three demonstration zones were established combining with the landscape construction.After three years,the water turbidity of demonstration area was reduced from 34.5NTU to 9.4NTU,the transparency was increased from 30 cm to 80 cm,total phosphorus was decreased by 51.8%,total nitrogen was decreased by 39.8%,and ammonia nitrogen was decreased by 60.2%.This proved that the control measures achieved good results in water purification and landscape beautification.

Keywords：Aiyi River; eutrophication;biological control

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.037

中圖分類號：X524

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0181—07

作者簡介：馮勇(1962—)，男，寧夏銀川人，工程師，主要從事水利工程建設、施工管理工作。

收稿日期：2014-09-04修稿日期：2014-10-11