聯合原位生態(tài)修復技術改善白洋淀水產養(yǎng)殖水質的研究

【摘要】本研究采用動物、植物、微生物聯合的原位生態(tài)修復技術對白洋淀水產養(yǎng)殖試驗區(qū)進行水質改善。通過調整養(yǎng)殖動物結構、栽培水生植物、施用微生態(tài)制劑等具體措施，使研究水域在一個養(yǎng)殖周期內的溶解氧水平較對照點有所提高，高錳酸鹽指數、總氮、總磷較對照點有所降低。結果表明，該聯合原位生態(tài)修復技術對白洋淀水產養(yǎng)殖水質起到了一定的改善作用。

【關鍵詞】白洋淀；水產養(yǎng)殖；生態(tài)修復；水質改善

1、引言

白洋淀地處北京-天津-石家莊三角的中心位置，是我國最典型、最具代表性的北方淺水草型湖泊，對于調節(jié)華北地區(qū)溫濕狀況，補充地下水源，維持生態(tài)平衡，保護生物多樣性和珍稀物種資源起著不可忽視的作用，在區(qū)域生態(tài)安全體系建立中具有非常重要的戰(zhàn)略位置。水產養(yǎng)殖是白洋淀的傳統(tǒng)產業(yè)，為農業(yè)增收，農民致富做出了巨大的貢獻。然而長期以來，白洋淀無序養(yǎng)殖十分普遍，水環(huán)境污染愈加嚴重。在1998年～2006年期間，發(fā)生過9次大面積死魚事件，特別是2006年3月再次發(fā)生的大面積死魚事件更是引起社會廣泛關注。

水產養(yǎng)殖對湖泊水質的主要影響是富營養(yǎng)化問題，而富營養(yǎng)化問題的核心是營養(yǎng)鹽大量輸入引起浮游植物增殖，導致水質惡化，最后造成整個生態(tài)平衡破壞。從技術上說，消除水體富營養(yǎng)化的關鍵在于削減水體和沉積物中的氮、磷、有機碳負荷，消除水體中藻類增殖的基礎，降低藻類生物量，提高水體透明度。目前水體富營養(yǎng)化的治理包括化學方法、物理方法和生物方法。其中，化學方法容易產生二次污染，且劑量難以掌握。物理方法（如底泥疏浚）費用較高，并存在一些難以克服的弊病。實踐表明，采用不適當的物理、化學方法反而會加劇原本脆弱的水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞。生物方法具有無副作用、廉價和易操作等特點，具有較強的應用性和發(fā)展前景，利用生態(tài)修復技術治理富營養(yǎng)化水體是目前研究的熱點。

2、材料與方法

2.1 試驗地點

選取白洋淀的鰣鯸淀（隸屬安新縣大田莊村）東北角水域建立水產養(yǎng)殖示范區(qū)作為試驗地點，中心位置坐標為E115°59′48.9″、N38°50′37.0″。示范區(qū)三面封閉，一面臨水，水深1.5～2 m，水域面積200m×240m，總計48000㎡，設置雙層圍網，具體位置如圖2-1所示。由于多年過度養(yǎng)殖，鰣鯸淀水體生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，水質處于劣V類，水生植物、底棲動物稀少，具有環(huán)境質量改善的前提。

2.2 動物修復

通過調整養(yǎng)殖品種的結構進行示范區(qū)水質動物修復。按照養(yǎng)殖動物的內在食物鏈關系于內層圍網內放養(yǎng)青蝦、河蟹、黃顙、翹嘴紅鲌、鱖魚、白鰱、花鰱等對水環(huán)境影響小且經濟價值高的品種。具體投放量和規(guī)格見表2-1：

2.3 植物修復

通過栽種水生植物進行示范區(qū)水質植物修復。在內層圍網內栽培蘆葦、菖蒲、苦草、茨藻、眼子菜、輪葉黑藻等魚、蝦、蟹喜食的水生植物，覆蓋面積大于60%。在兩層圍網之間栽培沉、挺、浮水植物如菱、蓮、睡蓮、眼子菜、鳳眼蓮、喜旱蓮子草等，覆蓋率80%以上。

2.4 微生物修復

通過使用微生態(tài)制劑進行示范區(qū)水質微生物修復。微生態(tài)制劑由本子課題組自主研發(fā)，菌株分離自白洋淀底泥，為白洋淀自然存在的土著菌。微生態(tài)制劑每隔15天使用一次，第一次按1.5kg/hm2的量均勻潑灑，以后根據水質好壞適當調節(jié)潑灑的量。微生態(tài)制劑作用示意圖見圖2-2：

2.5 水質指標測定

在水產養(yǎng)殖示范區(qū)由北至南200米的中心線上，依次在10米、50米、100米處共布3個點位（分別記作A1、A2、A3）；在鰣鯸淀中心布設1個對照點位（記作C）。每個點位在水面下0.5m處設一個采樣點。

選取水溫（T）、pH、溶解氧（DO）、高錳酸氧指數（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）等6項指標進行監(jiān)測。

監(jiān)測時間為2010年4月-10月。每月上、下旬各監(jiān)測一次，每次連續(xù)采樣三天，其中7、8兩個月各加密一次。每次分析測定在現場實驗室進行。

監(jiān)測方法和操作規(guī)程依據《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）、《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T91-2002）。

3、結果與分析

對監(jiān)測數據進行統(tǒng)計分析，取各點位每個月的平均值做趨勢圖。其中各點位的T與PH無顯著性差異，因此著重對DO、CODMn、TN、TP進行分析，各指標的監(jiān)測結果分別見圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4：

由圖3-1所示，4月份示范區(qū)與對照點溶解氧含量差別不大，接近飽和水平；5月份隨著養(yǎng)殖活動開始，溶解氧迅速下降；6月份隨著水溫升高，水生植物光合作用，溶解氧開始回升，且示范區(qū)溶解氧濃度逐漸高于對照點，這是由于示范區(qū)水草栽培與天然食物鏈形成的原因；9-10月份植物腐敗大量消耗水中溶解氧，又形成一個低谷，但示范區(qū)始終優(yōu)于對照點。

由圖3-2所示，養(yǎng)殖活動開始之初，水中高錳酸鹽指數較低，隨著時間推移，其濃度不斷升高，至養(yǎng)殖期結束，其濃度又開始下降。在5、6、7、8幾個月份，示范區(qū)高錳酸鹽指數較對照點稍低，到了9、10月份，示范區(qū)水質明顯優(yōu)于對照點。

由圖3-3所示，起初示范區(qū)TN濃度高于對照點，這是由于示范區(qū)長期過度養(yǎng)殖的結果。從實施生態(tài)修復后，示范區(qū)水質開始好轉，5月份距離岸邊挺水植物栽培區(qū)較近的A1、A2點TN濃度明顯下降。6、7月份水溫較高，是各類水生動植物生長旺盛時期，也是養(yǎng)殖戶大量投餌飼養(yǎng)時期，此時整個白洋淀水體環(huán)境TN濃度較高，由于圍網水流的通透性，示范區(qū)TN濃度也達到最高峰。此后TN濃度總體呈下降趨勢，但8月末，9月初出現小的回升估計是水生植物腐敗向水中釋氮的結果。

由圖3-4所示，整個監(jiān)測時期的TP濃度呈現上升趨勢，并且到養(yǎng)殖末期也未見下降，估計與磷的沉積釋放特性有關。整個監(jiān)測時期，示范區(qū)TP濃度都低于對照點，尤其是6、7月份，這種現象更為明顯。雖然6、7月份是養(yǎng)殖高峰時期，整個湖水中TP含量較高，但由于示范區(qū)不投餌料，定期潑灑微生態(tài)制劑，使得示范區(qū)水質優(yōu)于對照點。

4、結論與討論

白洋淀屬于草型湖泊，水生動植物種類豐富，尤其是某些淀內常見的水生植物如蘆葦、菱角、菹草、金魚藻等，本身即具有很強的水質凈化能力，對于實施動、植物原位修復技術具有很強的自身優(yōu)勢。目前使用微生態(tài)制劑凈化水質的技術已廣泛用于池塘養(yǎng)殖，取得了顯著的效果，但微生物原位修復技術用于開闊水面還未見報道。該技術的關鍵在于開發(fā)研制適合微生物菌劑附著的構筑物，（下轉第頁）

（上接第頁）從而確保微生物原位修復在流動水體中的凈化效果。

本研究通過白洋淀水產養(yǎng)殖示范區(qū)的初步試驗發(fā)現，應用動物、植物、微生物聯合的原位生態(tài)修復技術可以在一定程度內提高水體的溶解氧水平，降低高錳酸鹽指數、總氮、總磷等污染物質或營養(yǎng)物質的濃度，從而對養(yǎng)殖水體水質有一定的改善作用，同時還可獲得一定的經濟效益和社會效益。但生態(tài)修復周期長，短期效果不及化學方法明顯，且不同水體應考慮不同環(huán)境條件建立與之相適應的生態(tài)修復方法，這是生態(tài)修復技術研究和應用的難點之一。

資助項目：水體污染控制與治理重大科技專項“白洋淀污染負荷削減技術與工程示范” 課題（2008ZX07209-007）

作者簡介： 邊蔚，女，博士研究生，主要從事環(huán)境污染防治方面研究。

通訊作者：田在鋒，男，高級工程師，主要從事環(huán)境保護工作。