不同搭配比例的水生植物與底棲生物對湖濱濕地水質(zhì)凈化效果的研究

王 妹，杜興華，靳 坤，蔡新華，胡秀梅

(1.山東省濟(jì)寧市任城區(qū)水產(chǎn)局，山東 濟(jì)寧 272000;2.山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

?

不同搭配比例的水生植物與底棲生物對湖濱濕地水質(zhì)凈化效果的研究

王 妹1，杜興華2*，靳 坤1，蔡新華1，胡秀梅1

(1.山東省濟(jì)寧市任城區(qū)水產(chǎn)局，山東 濟(jì)寧 272000;2.山東省淡水漁業(yè)研究院，山東 濟(jì)南 250013)

設(shè)置了不同密度蒲草和螺螄的正交試驗(yàn)，優(yōu)化出最佳凈化效果的試驗(yàn)組。結(jié)果表明：各試驗(yàn)組與對照組相比，能夠顯著降低水體中的COD、總氮、總磷、氨氮和亞硝酸鹽等化學(xué)指標(biāo)，其中以Ⅷ組(即當(dāng)蒲草的種植比例為10%，螺螄的密度為266.7g/m3時)對水質(zhì)的凈化效果最好，能夠有效控制水體富營養(yǎng)化，有效地保護(hù)了湖濱濕地的生態(tài)環(huán)境。

水生植物；底棲生物；湖濱濕地；水質(zhì)凈化

湖泊、水庫等封閉型水體的富營養(yǎng)化已日益成為一個全球性的水環(huán)境污染問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球有75%以上的封閉型水體存在富營養(yǎng)化問題[1]。我國湖泊眾多，但是近年來隨著湖泊富營養(yǎng)化的加重，導(dǎo)致湖泊生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能退化，藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)。水質(zhì)性缺水日趨嚴(yán)重，湖泊面積日趨縮減，造成湖泊濕地功能日趨退化，濱湖濕地正受沼澤化的威脅[2]。南水北調(diào)是緩解我國北方水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化、促進(jìn)水資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略性工程。南四湖、東平湖作為南水北調(diào)東線工程蓄水庫，其水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到調(diào)水工程的成敗[3]，因此，湖泊水域環(huán)境的治理與保障技術(shù)，成為當(dāng)前湖泊保護(hù)和開發(fā)利用的重中之重。

由于水體自凈過程復(fù)雜，受多種因素影響，研究湖泊水域的生態(tài)凈化技術(shù)是一個非常復(fù)雜的課題，目前的研究大都是針對水體自凈規(guī)律的某一方面，運(yùn)用單一的水質(zhì)處理手段[4]。主要采用了包括水生植物恢復(fù)，漁業(yè)生物的生物操縱、人工濕地建設(shè)等技術(shù)措施，雖然也取得了一定的成績，但是真正實(shí)現(xiàn)湖泊生境的構(gòu)建，尚無較為完善的技術(shù)與模式。本試驗(yàn)是根據(jù)生態(tài)學(xué)原理和主要水生生物生態(tài)特性，科學(xué)、合理地構(gòu)建具有多層次生物鏈條的水生生態(tài)系統(tǒng)，即在濱湖濕地增加水生植物，鰱魚、鳙魚等凈水魚類，河蚌、螺類等底棲生物，通過不同密度的合理搭配，從而構(gòu)建一套完整的濱湖濕地“水生植物-魚類-底棲生物”水質(zhì)凈化系統(tǒng)[5-8]。通過系統(tǒng)內(nèi)水生植物、魚類和底棲生物對水中營養(yǎng)鹽的吸收與利用，既可充分利用水體空間，增加水生生物資源多樣性，又可清除水體污染、改進(jìn)水質(zhì)、減輕水體富營養(yǎng)化，最終達(dá)到“以漁養(yǎng)水、以水養(yǎng)魚”的目的[9]，實(shí)行湖區(qū)漁業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，同時為我國湖泊治理與保護(hù)提供技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用鰱魚(平均規(guī)格為150g)、鳙魚(平均規(guī)格為250g)，來自山東省淡水漁業(yè)研究院。試驗(yàn)所用水生植物為蒲草(平均高度1.2m，平均每株濕重1240g)，取自當(dāng)?shù)睾^(qū)濕地，栽植密度為株行距20cm×20cm。試驗(yàn)用底棲生物為螺螄，在試驗(yàn)基地通過野外采集得到，先在一個干凈的水泥池里暫養(yǎng)2d，洗凈后投放到各試驗(yàn)水體。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地點(diǎn)選在山東省內(nèi)最大的淡水湖南四湖西岸，是典型的濱湖濕地帶，水深1.5m左右。本試驗(yàn)采用兩因素三水平L9(23)正交試驗(yàn)，即分別安排9個試驗(yàn)組，1個對照組，每組設(shè)置2個重復(fù)，共20組。每個試驗(yàn)組用橡膠雨布做成規(guī)格為4m×4m的圍隔,正交試驗(yàn)方案見表1。

表1　L9(23)正交試驗(yàn)表

每個試驗(yàn)組投放規(guī)格相近、數(shù)量相同的鰱魚和鳙魚，具體放養(yǎng)量見表3，整個試驗(yàn)期間均不投喂飼料。

表2　各試驗(yàn)組具體放養(yǎng)密度

1.3水質(zhì)分析

水質(zhì)檢測項(xiàng)目：水溫、溶氧、pH、總氮、總磷、COD、氨氮、亞硝酸鹽等。其中水溫、溶氧、pH用智能水質(zhì)分析儀器(YSI)測量；總氮、總磷、COD、氨氮、亞硝酸鹽采用國標(biāo)法測量。水質(zhì)指標(biāo)平均每隔15d檢測1次，試驗(yàn)持續(xù)測定3個月。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與圖標(biāo)處理采用SPSS16.0(StatisticalPackageforSocialScience)社會學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件和Excel2007軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1各試驗(yàn)組COD的變化

各試驗(yàn)組COD濃度的變化如圖1所示，各試驗(yàn)組的COD濃度平均去除效果比較，以試驗(yàn)Ⅷ組的去除效果最好，8月13日去除率為33.9%，其次是試驗(yàn)Ⅴ組，以對照組的COD濃度最高。說明生物協(xié)同作用可有效地分解有機(jī)物，使水質(zhì)保持較好的狀態(tài)。在整個試驗(yàn)過程中，COD濃度呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，這是因?yàn)樵囼?yàn)開始時水溫較低，隨著氣溫的升高，水中化學(xué)耗氧量呈現(xiàn)升高的趨勢。

圖1　各試驗(yàn)組COD的變化

2.2各試驗(yàn)組總氮的變化

各試驗(yàn)組總氮濃度的變化如圖2所示，試驗(yàn)初期，試驗(yàn)Ⅰ組、試驗(yàn)Ⅳ組出現(xiàn)驟然下降的趨勢，之后又逐漸上升。從整個試驗(yàn)過程來看，試驗(yàn)Ⅷ組總氮的降解效果最好，7月13日降解率為68%。其次為試驗(yàn)Ⅸ組，6月30日降解率為65%。即在挺水植物引種1個月左右，此時已經(jīng)扎根，所以對總氮表現(xiàn)出很好的吸收效果。另外螺螄對水體中的總氮也有一定的去除效果。朱浩等[10]研究表明，螺螄對水體中的總氮、亞硝態(tài)氮有一定的去除效果。

圖2　各試驗(yàn)組總氮的變化

2.3各試驗(yàn)組總磷的變化

各試驗(yàn)組總磷的變化如圖3所示，試驗(yàn)Ⅸ組對總磷的去除效果最好，8月13日去除率為71%，其次為試驗(yàn)Ⅳ組。挺水植物引種1個月左右，便表現(xiàn)出很好的去除效果，水生植物在生長過程中對水中總磷的需求量較大，通過莖葉將其吸收利用。

2.4各試驗(yàn)組氨氮的變化

各試驗(yàn)組氨氮的變化如圖4所示，試驗(yàn)Ⅶ組和試驗(yàn)Ⅷ組對氨氮的去除效果最好，7月28日氨氮的去除率分別為80%和79%，其次是試驗(yàn)Ⅸ組對氨氮的去除效果較好。對照組的氨氮含量明顯高于各試驗(yàn)組。通過復(fù)合系統(tǒng)處理，硝化和反硝化作用加強(qiáng)，使非離子氨降低，有效地保持了水質(zhì)[11]。

圖3　各試驗(yàn)組總磷的變化

圖4　各試驗(yàn)組氨氮的變化

2.5各試驗(yàn)組亞硝酸鹽的變化

各試驗(yàn)組亞硝酸鹽的變化如圖5所示，試驗(yàn)Ⅶ組和試驗(yàn)Ⅸ組對硝酸鹽的去除效果最好，亞硝酸鹽的去除率分別為87%、82.6%，其次是試驗(yàn)Ⅷ組。對照組的亞硝酸鹽濃度始終高于試驗(yàn)組。試驗(yàn)表明，生物處理能夠吸收利用亞硝酸鹽氮，有效地促進(jìn)氮的硝化作用，綜合凈化處理法對高營養(yǎng)水平的富營養(yǎng)化水體作用明顯。

圖5　各試驗(yàn)組亞硝酸鹽的變化

2.6試驗(yàn)前后鰱鳙魚增重情況

從表3可以看出，經(jīng)過6個月，鰱魚的平均增重情況以試驗(yàn)Ⅷ組最高847g，其次是試驗(yàn)Ⅸ組833g；鳙魚的平均增重情況以試驗(yàn)Ⅴ組最高，為1243g；其次是試驗(yàn)Ⅷ組，為1242g。鰱魚、鳙魚通過攝食水體中的浮游植物、浮游動物，讓水體中氮、磷通過營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)化，最終以魚產(chǎn)量的形式固定，并通過捕撈的形式移出[12]，鰱鳙魚的平均增重高說明從水體中轉(zhuǎn)化了更多的氮磷。

表3　試驗(yàn)前后各組鰱鳙魚體重變化g

3　結(jié)論

試驗(yàn)通過不同密度的水生植物、魚類與底棲生物的合理搭配，構(gòu)建湖濱濕地“水生植物-魚類-底棲生物”水質(zhì)綜合凈化系統(tǒng)。結(jié)果表明:與對照組相比，試驗(yàn)組中的水生植物、魚類、底棲生物通過協(xié)調(diào)作用，水質(zhì)明顯改善，對水體中的COD、總氮、總磷、氨氮和亞硝酸鹽等有較強(qiáng)的降解作用。

通過兩因素三水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化出了最佳凈化效果的試驗(yàn)組。通過各個試驗(yàn)組水質(zhì)指標(biāo)去除效率的比較，以試驗(yàn)Ⅷ組對各項(xiàng)指標(biāo)的去除效果最佳，即當(dāng)蒲草的種植面積占總面積的比例為10%，螺螄的放養(yǎng)密度為266.7g/m3時，對水質(zhì)的凈化效果最好。

試驗(yàn)構(gòu)建了一套完整的濱湖濕地“水生植物-魚類-底棲生物”水質(zhì)凈化系統(tǒng)，通過系統(tǒng)內(nèi)水生植物、魚類和底棲生物對水中營養(yǎng)鹽的吸收與利用，從而達(dá)到既充分利用水體空間，增加水生生物資源多樣性，又可清除水體污染、改進(jìn)水質(zhì)、減輕水體富營養(yǎng)化的目的，改變了當(dāng)前的研究主要針對水體自凈規(guī)律的某一方面，或者運(yùn)用單一的水質(zhì)處理手段，水質(zhì)凈化效果差的現(xiàn)狀。

[1]FreedmanB.EnviromentEcology[M].Sandiego:AcademicPress, 2002.

[2] 趙金宏，鄧祥征，戰(zhàn)金艷，等.我國湖泊富營養(yǎng)化防治與控制策略研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33(3)：92-98.

[3] 黃雪蘭.談南四湖與南水北調(diào)東線工程的相互作用和影響[J].山東水利，2007(4)：58-59.

[4] 趙洪波，吳睿，陳丹，等.湖濱濕地沉水植物群落重建及水質(zhì)凈化控制方法[P].中國專利，201310492591.4，2013-10-18.

[5] 閔婷婷，劉正文，李傳紅.惠州西湖生態(tài)修復(fù)對浮游植物的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2011，20(4)：701-705.

[6] 劉建康，謝平.用鰱鳙直接控制微囊藻水華的圍隔試驗(yàn)和湖泊實(shí)踐[J].生態(tài)科學(xué)，2003,22(3):193-196.

[7] 李雪娟，楊麗云，鄭希，等.淺析沉水植物和底棲動物對水質(zhì)的凈化作用[J].民營科技，2015(8)：241.

[8]BlindowI,AnderssonG,HaregyA,etal.Long-termpatternofalternativestablestatesintwoshalloweutrophiclakes[J].FreshwaterBiology, 1993, 30(1): 159-167.

[9] 陳來生，洪海平，洪榮華，等.千島湖網(wǎng)圍放養(yǎng)鰱鳙魚的水體凈化功能和漁業(yè)合理經(jīng)營的探討[J].水產(chǎn)科技情報，2005,32(6):259-261.

[10] 朱浩，邊文冀，劉文斌，等.底棲生物對黃顙魚養(yǎng)殖水體凈化效果的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(1)：233-236.

[11] 卞云斌，汪東冬.微生物制劑與水生植物對養(yǎng)殖水質(zhì)的協(xié)同凈化作用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2007,34(4)：16-18.

[12] 孫金輝.鰱鳙對云龍水庫水質(zhì)影響的原位圍隔試驗(yàn)機(jī)合理放養(yǎng)的探討[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006：26-27.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

StudyonPurifyingEffectofDifferentProportionsofHydrophytesandBenthicOrganismsonWaterQualityinLakesideWetland

WANGMei1,DUXing-hua2*,JINKun1,CAIXin-hua1,HUXiu-mei1

(1.FisheryBureauofRenchengDistrict,Ji’ningCity,ShandongProvince,Ji’ning272000,China;2.FreshwaterFisheryResearchInstituteofShandongProvince,Ji’nan250013,China)

Inordertooptimizetheratioofhydrophytetobenthicorganismforpurifyingthewaterqualityinlakesidewetland,wesetupandconductedanorthogonaltestfordifferentdensitiesofcattailandcipangopaludina.TheresultsshowedthattheCOD,totalnitrogen,totalphosphorus,ammonianitrogen,nitriteandotherchemicalindexesinthetreatedwaterbodyweresignificantlylowerthanthoseinthecontrolwaterbody,andtreatmentⅧ (theplantingproportionofcattailwas10%,andthedensityofcipangopaludinawas266.7g/m3)hadthebestpurifyingeffectonthewaterquality,andcouldeffectivelycontroltheeutrophicationofwaterbody,andprotecttheecologicalenvironmentoflakesidewetland.

Hydrophyte;Benthicorganisms;Lakesidewetland;Waterpurification

2016-01-25

山東省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(20141020)；山東省西部經(jīng)濟(jì)隆起帶科技創(chuàng)新人才聯(lián)合基金項(xiàng)目(XB2014FW024)。

王妹(1982─)，女，山東濰坊人，工程師，碩士研究生，主要從事淡水生態(tài)漁業(yè)方面的研究。*通訊作者：杜興華。

X524

A

1001-8581(2016)08-0070-04