規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆改善滇池外海水質(zhì)效果研究

張志勇，徐寸發(fā),，聞學(xué)政，張晉華，秦紅杰，張迎穎，楊光明，李曉銘，劉海琴，嚴(yán)少華*

1．江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014；2．南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；3．江蘇省滆湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室，江蘇 常州 650228；4．昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南 昆明 650034

規(guī)模化控養(yǎng)水葫蘆改善滇池外海水質(zhì)效果研究

張志勇1，徐寸發(fā)1,2，聞學(xué)政1，張晉華2，秦紅杰1，張迎穎1，楊光明3，李曉銘4，劉海琴1，嚴(yán)少華1*

1．江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014；2．南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；3．江蘇省滆湖漁業(yè)管理委員會(huì)辦公室，江蘇 常州 650228；4．昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南 昆明 650034

2011─2013年，在滇池外海水域?qū)嵤┝艘?guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆（Eichhornia crassipes）修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水體的試驗(yàn)性工程，以及外海湖體與控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水質(zhì)的變化分析，探討規(guī)模化控養(yǎng)水葫蘆對(duì)外海水質(zhì)的改善效果。結(jié)果表明：水葫蘆在滇池外海控養(yǎng)水域生長(zhǎng)迅速，安全可控，并未出現(xiàn)逃逸泛濫現(xiàn)象。2012和2013年水葫蘆最大覆蓋面積分別為556.39和257.87 hm2，通過(guò)對(duì)其采收共計(jì)從外海水體帶走氮691.89 t，磷57.40 t；工程實(shí)施期間，外海全湖水質(zhì)得到一定的改善，水體TP平均濃度始終維持在較低水平，水體TN平均濃度顯著下降，尤其2012年，外海湖體TN平均質(zhì)量濃度由2011年的2.80 mg·L-1降至1.96 mg·L-1，同比下降了30.00%；水葫蘆控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體TN和TP平均濃度較控養(yǎng)區(qū)外分別下降了28.52%和13.04%。綜上分析，規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆可削減水體大量的氮、磷，盡管水葫蘆覆蓋面積不足外海水域面積的2.00%，但仍對(duì)外海全湖水質(zhì)改善具有一定效果。該研究為規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆應(yīng)用于大型富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的治理提供了工程實(shí)踐與理論依據(jù)。

水葫蘆；氮；磷；水質(zhì)改善；滇池

滇池是中國(guó)西南地區(qū)最大的高原湖泊，被譽(yù)為“高原明珠”（劉瑞志等，2012）。湖泊面積311.34 km2，湖體形狀略呈弓形，海埂長(zhǎng)堤將滇池分隔為南北兩片區(qū)，北部片區(qū)即稱草海，面積10.67 km2；南部片區(qū)即稱外海，面積292 km2，是滇池的主體部分（張霞等，2013）。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化不斷加重，水質(zhì)惡化。從1982年至1998年，滇池水體由III類水質(zhì)退化至劣V類?！笆晃濉逼陂g，隨著滇池的“六大工程”——滇池流域工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)污水全面收集處理、入滇河道“158”綜合整治、環(huán)湖生態(tài)建設(shè)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染防治、生態(tài)清淤和節(jié)水工程的建設(shè)和發(fā)揮作用，滇池外源污染得到有效控制（黃可等，2013）。雖然水質(zhì)污染繼續(xù)惡化的趨勢(shì)得到了遏制，但是其水質(zhì)與往年相比并無(wú)根本好轉(zhuǎn)。根據(jù)2010年《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示：與上年相比，水質(zhì)無(wú)明顯變化，草海和外海均處于重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。因此，滇池治理亟待由以往單純外源污染增量控制，逐步向外源污染增量控制和內(nèi)源污染存量削減并重的治污方式轉(zhuǎn)變。利用水生植物修復(fù)技術(shù)是削減湖泊內(nèi)源污染存量的經(jīng)濟(jì)有效措施之一，而水葫蘆（Eichhornia crassipes）是具有高富集氮磷能力的水生植物之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種污染水體的修復(fù)（El-Gendy，2003；Jayaweera和 Kasturiarachchi，2004；Nesterenko-Malkovskaya等，2012；戴玉女等，2014）。規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆改善滇池草海及其封閉水域水質(zhì)已取得明顯的成效（張志勇等，2014；WANG等，2013）。然而以往研究多局限于開放性的小型湖泊水體或封閉水域，將水葫蘆大規(guī)模應(yīng)用于大型開放性水域研究尚見報(bào)道。

2011年7月，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作為技術(shù)支撐單位、昆明滇池投資有限責(zé)任公司為實(shí)施主體，共同在滇池外海開始實(shí)施了為期3年的“滇池水葫蘆治理污染試驗(yàn)性工程”項(xiàng)目。本文通過(guò)水葫蘆生長(zhǎng)狀況、氮磷富集能力、湖體水質(zhì)變化等分析，探討規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆對(duì)全開放性的大型湖泊水域水質(zhì)改善效果，以期為后續(xù)規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆應(yīng)用于大型湖泊治理提供工程實(shí)踐與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 水葫蘆控養(yǎng)水域和控養(yǎng)方式

選擇滇池外海污染相對(duì)嚴(yán)重的盤龍江入湖河口、滇池北岸龍門村水域和暉灣等水域控制性種養(yǎng)水葫蘆。根據(jù)控養(yǎng)水域的風(fēng)浪、水深等差異，選擇不同的控養(yǎng)圍欄方式，對(duì)水深較淺且風(fēng)浪較小水域，采用了“錨基鋼管浮球圍網(wǎng)”圍欄，反之采用“鋼管樁基圍網(wǎng)”圍欄，不同的圍欄方式構(gòu)建示意圖如圖1和圖2所示。2011年為項(xiàng)目實(shí)施初年，由于外海北部水域風(fēng)浪較大，圍欄建設(shè)工程任務(wù)較重，當(dāng)年7月底才完成控養(yǎng)圍欄建設(shè)，9月中旬才結(jié)束種苗投放工作，故錯(cuò)過(guò)了水葫蘆最佳生長(zhǎng)期。因此，本文以2011年為項(xiàng)目實(shí)施背景年，2012年和2013年作為規(guī)?；J控養(yǎng)年份開展研究。2012年和2013年水葫蘆控養(yǎng)水域分布如圖3和圖4所示，其中2012年水葫蘆的控養(yǎng)圍欄面積約800.0 hm2，2013年因項(xiàng)目實(shí)施主體調(diào)整了水葫蘆控養(yǎng)方案，縮減了水葫蘆控養(yǎng)圍欄面積，剩下約為533.4 hm2。

圖1 錨基鋼管浮球圍欄示意圖Fig. 1 The schematic diagram of fence with anchors, steel tubes and floating balls

圖2 鋼管樁基圍欄示意圖Fig. 2 The schematic diagram of fence with steel piles

圖3 2012年水葫蘆控養(yǎng)水域分布圖Fig. 3 The distribution diagram of water areas with Eichhornia crassipes in 2012

圖4 2013年水葫蘆控養(yǎng)水域分布Fig. 4 The distribution diagram of water areas with Eichhornia crassipes in 2013

1.2 試驗(yàn)方法

2012年利用2011年在外海控養(yǎng)水域安全越冬的水葫蘆作為種苗，采用機(jī)動(dòng)船只拖拉軟網(wǎng)的方式于6月前完成控養(yǎng)水域的水葫蘆種苗投放工作，投苗量為225 t·hm-2，9月后陸續(xù)開始采收，至12月初結(jié)束水葫蘆采收工作，同時(shí)預(yù)留一部分作為2013年的種苗。同樣，2013年水葫蘆種苗投放方式、單位面積投放量和采收時(shí)期同 2012年。2011─2013年對(duì)滇池外海8個(gè)國(guó)控點(diǎn)（暉灣中、羅家營(yíng)、觀音山西、觀音山中、觀音山東、白魚口和?？谖鳎┮?次/月的頻率采集水樣，分析外海全湖水質(zhì)狀況。并且利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)控養(yǎng)年份6─11月水葫蘆覆蓋面積進(jìn)行測(cè)定，以及人工監(jiān)測(cè)水葫蘆生長(zhǎng)期（6─11月）單位面積生物量，并每月采集植物樣。此外，為了更全面掌握規(guī)模化控養(yǎng)水葫蘆對(duì)外海水質(zhì)的改善效果，除了監(jiān)測(cè)外海整個(gè)湖體水質(zhì)變化外，2012年4─12月對(duì)外海暉灣水域水葫蘆控養(yǎng)區(qū)內(nèi)外的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中控養(yǎng)區(qū)內(nèi)和控養(yǎng)區(qū)外各設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，分別為A1～A3和A4～A6，并以1次/月的頻率采集水樣，具體采樣點(diǎn)布置如圖5所示。水樣測(cè)定的指標(biāo)包括 pH、透明度（SD）、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）和總磷（TP），而植物樣測(cè)定植株全氮和全磷含量。

圖5 外海全湖及暉灣控養(yǎng)水域采樣點(diǎn)分布Fig. 5 The distribution diagram of sampling points in Waihai lake and Huiwan

1.3 分析方法

水體 DO和 pH值采用 YSI professional plus（USA）測(cè)定儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定；SD（透明度）采用Secchi圓盤現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)；總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TP）采用德國(guó)SEAL AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定（夏倩等，2012；沈建紅等，2013）；高錳酸鹽指數(shù)采用高錳酸鉀酸性法測(cè)定。水葫蘆單位面積生物量（鮮質(zhì)量）測(cè)定：將1 m2內(nèi)的植株從水中撈起放在篩網(wǎng)上，直至無(wú)滴水時(shí)稱質(zhì)量而得。水葫蘆覆蓋面積采用衛(wèi)星遙感技術(shù)測(cè)定。植物樣于100 ℃下殺青30 min后，在65 ℃恒溫烘至恒質(zhì)量，然后進(jìn)行粉碎，采用H2SO4-H2O2消解法測(cè)定植物樣全氮和全磷，測(cè)定方法詳見《土壤農(nóng)化分析》（鮑士旦，2000）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均由均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)處理采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS20.0，顯著性水平設(shè)置為P<0.05。圖表制作采用Origin 8.0和Excel軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 外海水域水葫蘆生長(zhǎng)特征

2.1.1 水葫蘆單位面積生物量變化

水葫蘆均能快速適應(yīng)滇池外?？仞B(yǎng)水域，植株生長(zhǎng)良好，控養(yǎng)圍欄安全可靠，項(xiàng)目實(shí)施期間并未出現(xiàn)水葫蘆逃逸泛濫現(xiàn)象。2012年和2013年滇池外海水葫蘆生長(zhǎng)期（6─11月）單位面積生物量變化如圖6所示，均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，生物量均在當(dāng)年的9月份達(dá)最大值，分別是54.68和43.75 kg·m-2。2012年水葫蘆不僅單位面積生物量顯著高于2013年（P=0.037），且6─9月水葫蘆生長(zhǎng)也較為迅速，最大生長(zhǎng)速率為463.33 g·m-2·d-1。2013年8月因陰雨天氣較多，影響了各控養(yǎng)水域水葫蘆的生長(zhǎng)速度。進(jìn)入9月份后，由于氣溫與水溫的下降，水葫蘆的生長(zhǎng)速率開始減緩，加之對(duì)水葫蘆的采收，水葫蘆的單位面積生物量明顯減少。

圖6 2012年和2013年外海水域水葫蘆單位面積生物量變化(樣品量n=3)Fig. 6 The changes of the biomass per unit area of Eichhornia crassipes in Waihai lake in 2012 and 2013

2.1.2 水葫蘆種群擴(kuò)繁規(guī)律

根據(jù)云南省農(nóng)業(yè)氣象中心提供的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示（圖7和圖8），2012年和2013年水葫蘆覆蓋面積均呈先升后降的變化趨勢(shì)。其中，2012年水葫蘆種苗投放后，開始迅速生長(zhǎng)，8月份達(dá)到最大覆蓋面積，為556.39 hm2，8月后因水葫蘆日生長(zhǎng)量小于日采收量及氣溫降低等因素致使覆蓋面積減少。2013年與2012年略有不同，6─10月水葫蘆覆蓋面積一直遞增，10月份時(shí)達(dá)最大，為257.87 hm2，這主要與2013年10月后氣溫才開始下降以及水葫蘆的采收有關(guān)。

圖7 2012年和2013年外海水域水葫蘆覆蓋面積變化Fig. 7 The changes of area covered with Eihhornia crassipes in Waihai lake in 2012 and 2013

2.2 水葫蘆氮、磷富集能力

水葫蘆的同化作用是去除水體氮、磷的途徑之一，但其同化氮、磷量受諸多因素影響而存在差異，比如氣候、水質(zhì)等（張迎穎等，2011）。根據(jù) 2012─2013年水葫蘆組織氮、磷含量的監(jiān)測(cè)結(jié)果，不同年度間水葫蘆組織的全氮、全磷含量均存在一定的差異，2012年度水葫蘆植株干物質(zhì)的平均全氮、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.66%和0.13%，低于2013年度的1.99%和0.17%，且結(jié)合各年度植株干物質(zhì)含量得到了水葫蘆氮、磷富集量（表 1）。根據(jù) 2012、2013年水葫蘆采收總量（分別為2.76×105、2.71×105t），得知水葫蘆控養(yǎng)年份采收的水葫蘆共帶走外海水體氮691.89 t、磷57.40 t。

圖8 2012年和2013年水葫蘆最大覆蓋面積時(shí)的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)圖Fig. 8 The diagram of Satellite remote sensing monitoring when the best area covered with Eihhornia crassipes in 2012 and 2013

表1 2012年和2013年水葫蘆富集氮、磷能力Table 1 Amount of nitrogen and phosphorus accumulated with Eihhornia crassipes in 2012 and 2013

圖9 外海2011─2013年水體pH、SD及DO變化Fig. 9 The changes of pH, SD and DO in the water in Waihai lake from 2011 to 2013

2.3 外海全湖水體水質(zhì)改善效果

2.3.1 SD、DO及pH的變化

外海全湖8個(gè)國(guó)控點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2011年外海全湖水體平均pH、SD和DO分別是8.97、0.44 m和6.86 mg·L-1。2012─2013年外海全湖水體pH和DO呈波動(dòng)態(tài)上升的趨勢(shì)，而SD變化則較為平穩(wěn)（圖9）。其中，2012─2013年外海全湖水體pH年度平均值分別是9.18和9.51，SD分別是0.41和0.44 m，DO分別是6.97和8.05 mg·L-1。統(tǒng)計(jì)分析表明，2013年外海全湖水體pH和DO均顯著高于前兩年（P<0.05），這可能是藍(lán)藻爆發(fā)周期加長(zhǎng)所致，不過(guò)年際間水體SD差異不明顯（P>0.05）。

2.3.2 高錳酸鹽指數(shù)變化

水葫蘆控養(yǎng)后外海全湖水體 CODMn呈波動(dòng)態(tài)的變化，見圖10。2011年水體CODMn平均質(zhì)量濃度為10.66 mg·L-1，高于2012年的10.06 mg·L-1與2013年的10.65 mg·L-1，但年際間水體CODMn無(wú)顯著性差異（P>0.05），這說(shuō)明水葫蘆控養(yǎng)及打撈過(guò)程中并未導(dǎo)致水體CODMn的增加。在2012─2013年水葫蘆生長(zhǎng)期間，外海水體 CODMn降至較低的水平，明顯優(yōu)于地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，這也表明規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆對(duì)滇池外海水體 CODMn具有削減的作用，特別是水葫蘆生長(zhǎng)期間。

圖10 外海2011─2013年水體高錳酸鹽指數(shù)變化Fig. 10 The changes of CODMnin the water in Waihai lake from 2011 to 2013

2.3.3 氮、磷濃度變化（NH4+-N、TN和TP）

規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆最主要目的是削減水體的氮、磷濃度。由圖11可以看出，2011年外海水體平均NH4+-N、TN和TP分別是0.29、2.80和0.16 mg·L-1；2012─2013年水體NH4+-N變化并不明顯，維持在0.2～0.4 mg·L-1，優(yōu)于地表水Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，而水體TN表現(xiàn)為先降后升的趨勢(shì)，尤其在2012年5─9月間水葫蘆旺盛生長(zhǎng)期下降明顯。2012年和2013年水體平均TN分別是1.96和2.12 mg·L-1，分別較 2011年下降了 30.00%和 24.28%。相比水體TN的變化，TP變化較為平穩(wěn)，分別是0.17和0.15 mg·L-1，優(yōu)于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析表明，2011年與2012─2013年外海水體NH4+-N和TP均無(wú)顯著性差異（P>0.05），但水體TN平均濃度顯著下降（P<0.05），尤其2012年水體TN平均濃度極顯著下降（P<0.01）。由此可見，規(guī)模化控養(yǎng)水葫蘆對(duì)外海全湖水體氮水平的削減較為明顯。

圖11 外海2011─2013年水體NH4+-N、TN和TP變化Fig. 11 The changes of NH4+-N, TN and TP in the water in Waihai lake from 2011 to 2013

2.3.4 滇池外海全湖水質(zhì)年際變化

滇池外海全湖水質(zhì)年際變化如表2所示。水葫蘆控養(yǎng)后，2012年外海全湖水質(zhì)明顯優(yōu)于2011年，尤其是水體TN由2.80 mg·L-1降至1.96 mg·L-1，下降了30.00%，并且略優(yōu)于2013年，這主要是因2012年水葫蘆覆蓋面積遠(yuǎn)高于2013年的緣故。通過(guò)2012─2013年水葫蘆的規(guī)?；仞B(yǎng)，外海全湖水體CODMn平均降低了2.91%，并且水體TP和NH4+-N平均濃度始終維持在較低水平?？傮w而言，規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆對(duì)滇池外海全湖水質(zhì)的改善表現(xiàn)出一定的效果。

表2 滇池外海全湖水質(zhì)年際變化Table 2 The interannual changes of water quality in waihai of Dianchi lake

2.4 水葫蘆控養(yǎng)水域的水質(zhì)變化

2.4.1 水葫蘆控養(yǎng)對(duì)水體pH、DO和SD的影響

通過(guò)2012年4─12月控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水體pH、DO和SD的變化規(guī)律基本一致，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體pH和DO明顯低于控養(yǎng)區(qū)外（P<0.01），且水葫蘆控養(yǎng)極顯著提高了控養(yǎng)區(qū)水體SD（P<0.01）（圖12）。控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體pH和SD平均分別為8.57和0.67 m，控養(yǎng)區(qū)外水體pH和SD平均分別是9.29和0.33 m，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體pH更接近中性，SD大幅度提高；控養(yǎng)養(yǎng)區(qū)內(nèi)因大面積密集種植水葫蘆以及未進(jìn)行適當(dāng)?shù)目仞B(yǎng)單元分隔，從而阻礙了大氣復(fù)氧，致使水體DO平均質(zhì)量濃度低于3.00 mg·L-1，但未出現(xiàn)生物死亡現(xiàn)象。

圖12 2012年水葫蘆控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水體pH、SD及DO的對(duì)比Fig. 12 The comparison of pH, SD and DO inside and outside planting area with Eihhornia crassipes

2.4.2 水葫蘆控養(yǎng)對(duì)水體NH4+-N、TN和TP的影響

由圖13可以發(fā)現(xiàn)，2012年4─12月控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體NH4+-N、TN和TP均低于控養(yǎng)區(qū)外，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體NH4+-N、TN和TP均呈先降后升的變化趨勢(shì)，原因應(yīng)該是水葫蘆旺盛生長(zhǎng)期大量吸收氮磷致使氮磷下降，以及9月后水葫蘆生長(zhǎng)緩慢及開始采收導(dǎo)致氮磷逐漸回升?？仞B(yǎng)區(qū)外水體NH4+-N表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，TN呈波動(dòng)態(tài)變化，TP則呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，后兩者均在7月達(dá)最大，這可能與水體藻類密度有關(guān)。控養(yǎng)區(qū)外水體平均NH4+-N、TN和TP分別是0.25、2.91和0.23 mg·L-1，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)則是 0.20、2.08和 0.20 mg·L-1，平均下降了20.00%、28.52%和 13.04%。統(tǒng)計(jì)分析，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體TN極顯著低于控養(yǎng)區(qū)外（P<0.01），而控養(yǎng)區(qū)內(nèi)外水體NH4+-N和TP無(wú)顯著差異（P>0.05）。

3 討論與結(jié)論

為期3年的滇池水葫蘆治理污染試驗(yàn)性工程實(shí)踐表明，針對(duì)外海水面大、風(fēng)浪大、水深差異大等特點(diǎn)，在不同水域分別建設(shè)“鋼管樁基圍網(wǎng)”、“錨基鋼管浮球圍網(wǎng)”等圍欄工程技術(shù)是可靠的，控養(yǎng)的水葫蘆被安全控制在的圍欄內(nèi)，沒有出現(xiàn)公眾擔(dān)心的水葫蘆逃逸泛濫想象。不過(guò)為了維持水葫蘆控養(yǎng)區(qū)水體較高的DO濃度，建議將大面積密集種植模式拆分成若干單元種植模式，單元間保留一定空間，保證控養(yǎng)區(qū)大氣復(fù)氧順利進(jìn)行。每年水葫蘆定期采收，不僅帶走水體大量的氮磷，還消除水葫蘆因枯萎腐爛引起的二次污染。2012─2013年滇池外海共采收水葫蘆5.47×105t，共削減水體氮691.89 t和磷57.40 t，其中2012年削減水體氮322.92 t，磷24.84 t，約是當(dāng)年外海點(diǎn)源入湖氮量的7.22%和磷量的8.57%。

圖13 2012年水葫蘆控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水體NH4+-N、TN及TP的對(duì)比Fig. 13 The comparison ofNH4+-N, TN and TP inside and outside planting area with Eihhornia crassipes

試驗(yàn)結(jié)果表明水葫蘆控養(yǎng)年份，外海全湖水體pH和DO增加，而SD下降，這與水葫蘆控養(yǎng)區(qū)的結(jié)果截然相反，原因可能是相對(duì)整個(gè)滇池外海而言，水葫蘆控養(yǎng)面積僅占外海水域面積的1.00%～2.00%，對(duì)外海全湖水體DO、pH和SD的作用并不明顯，可能是其他因素導(dǎo)致了外海水體pH和DO增加及SD下降，如氣候原因引起藻類爆發(fā)周期加長(zhǎng)（Rommens等，2003）。至于水葫蘆控養(yǎng)區(qū)水體pH和DO下降，這已經(jīng)得到眾多學(xué)者證實(shí)（王智等，2013）。水葫蘆呼吸作用產(chǎn)生 CO2，吸收水體NH4+-N后殘留H+（Kim和Kim，2000）以及根系分泌有機(jī)酸等因素引起水體pH下降；大面積覆蓋的水葫蘆阻礙了水體復(fù)氧（Meerhoff等，2003）和阻礙水體初級(jí)生產(chǎn)者光合放氧（Hunt和Christiansen，2000），以及微生物作用和根系呼吸耗氧等原因?qū)顾wDO下降。而控養(yǎng)區(qū)水體SD大幅度提升，主要是因?yàn)樗J茂密根系對(duì)懸浮顆粒物的吸附攔截以及對(duì)藻類生長(zhǎng)的抑制（Chen等，2005）。

根據(jù) 2012─2013年外海全湖水體氮磷濃度變化，可以看出，外海全湖水質(zhì)得到一定的改善，尤其水體TN濃度平均下降27.14%。其中，2012年水體平均 TN由 2011年的 2.80 mg·L-1降至 1.96 mg·L-1，已優(yōu)于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，而2013年略有回升，但也接近地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，這可能與2012年外海水葫蘆覆蓋面積大于 2013年相關(guān)。雖然水體TN，水體TP和NH4+-N變化并不顯著，但水葫蘆控養(yǎng)維持了外海全湖水體TP和NH4+-N處于較低水平。根據(jù)控養(yǎng)區(qū)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)水葫蘆對(duì)氮磷的削減作用比較顯著，與控養(yǎng)區(qū)外對(duì)比，控養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體NH4+-N、TN和 TP分別降低 20.00%、28.52%和13.14%，這主要是因?yàn)樵撍蛩w處于劣Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，有利于水葫蘆快速生長(zhǎng)，促進(jìn)其對(duì)氮、磷的削減（張迎穎等，2011）。而之前有專家擔(dān)心水葫蘆控養(yǎng)會(huì)對(duì)外海水體 CODMn帶來(lái)不利影響，但縱觀控養(yǎng)年份的試驗(yàn)結(jié)果，水體 CODMn平均下降了2.91%，2012年甚至降低了5.72%，這說(shuō)明大型水面條件下控養(yǎng)水葫蘆并沒有增加水體CODMn，這主要?dú)w于在水葫蘆植株衰敗前采取了及時(shí)有效的機(jī)械化采收措施。

綜上所述，本試驗(yàn)性工程條件下，無(wú)論從外海全湖水質(zhì)變化還是外海暉灣水葫蘆控養(yǎng)區(qū)內(nèi)、外水質(zhì)變化而言，規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆對(duì)開放型湖泊水質(zhì)具有一定的改善效果，特別是控養(yǎng)區(qū)的水質(zhì)改善比較明顯，有望于進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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Effects of Water Quality Improvement in Waihai of Dianchi Lake with Large Scale Confined Growth of Eichhornia crassipes

ZHANG Zhiyong1, XU Cunfa1,2, WEN Xuezheng1, ZHANG Jinhua2, QIN Hongjie1, ZHANG Yingying1, YANG Guangming3, LI Xiaoming4, LIU Haiqing1, YAN Shaohua1*
1. Institute of Agricultural Resource and Environmental Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2. School of Environmental and Biological Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 3. Fisheries Management Commission of Lake Gehu, Changzhou 213216, China; 4. Kunming Environment Monitor Center, Kunming 650034, China

A pilot project on eutrophic lake restoration with large scale confined growth of Eichhornia crassipes was implemented in Waihai of Dianchi Lake from 2011 to 2013. The effects of water quality improvement (nitrogen and phosphorus removal, changes of water quality inside and outside of planting zone) in waihai was investigated. Results showed that E. crassipes grew rapidly, safety and controllability without escaping. The largest area covered with E. crassipes were 556.39 hm2and 257.87 hm2in 2012 and 2013, respectively. The amount of nitrogen and phosphorus removal by plants were 691.89 tons and 57.40 tons in 2012 and 2013, respectively. During the ecological engineering, water quality of Waihai was improved significantly by large-scale confined growth E. crassipes. TP concentrations kept in low level, while those of TN was reduced significantly especially in 2012. Concentration of TN reduced by 30.00% (from 2.80 mg·L-1to 1.96 mg·L-1). While TN and TP concentrations decreased by 28.52% and 13.04% in planting zone, respectively. The results indicated that efficient nitrogen and phosphorus removal was shown with large-scale confined growth of E. crassipes. Although area with E. crassipes was less than 2.00% of the whole area in Waihai, certain effect on the water quality improvement was shown. These findings could provide

on theory and practice for large eutrophic lakes restoration with E. crassipes.

Eichhornia crassipes; nitrogen; phosphorus; water quality improvement; Dianchi lake

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.04.018

X52

A

1674-5906（2015）04-0665-08

張志勇，徐寸發(fā)，聞學(xué)政，張晉華，秦紅杰，張迎穎，楊光明，李曉銘，劉海琴，嚴(yán)少華. 規(guī)?；仞B(yǎng)水葫蘆改善滇池外海水質(zhì)效果研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(4): 665-672.

ZHANG Zhiyong, XU Cunfa, WEN Xuezheng, ZHANG Jinhua, QIN Hongjie, ZHANG Yingying, YANG Guangming, LI Xiaoming, LIU Haiqing, YAN Shaohua. Effects of Water Quality Improvement in Waihai of Dianchi Lake with Large Scale Confined Growth of Eichhornia crassipes [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(4): 665-672.

國(guó)家“十二五”滇池水專項(xiàng)（2012ZX07102-004-6）；國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41201533）

張志勇（1977年生），男，副研究員，博士，主要從事水體污染生物修復(fù)方面的研究。*通信作者。E-mail: shyan@jaas.ac.cn

2014-12-22