“水葫蘆—魚”生態(tài)調(diào)控模式及其機理探究

包成榮　戚正梁　李倩　郭建林　胡廷尖

摘 要：介紹了“水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式特點，并且對水葫蘆吸收水中氮、磷、鉀營養(yǎng)元素生化作用機理及其他相關(guān)作用進行探究。

關(guān)鍵詞：水葫蘆；草食性魚類；生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式；富營養(yǎng)化；機理

相當長時間以來，由于水環(huán)境污染，魚米之鄉(xiāng)的浙江省成了水質(zhì)型缺水省。造成浙江省水質(zhì)差的外部原因主要是受來水影響較大，客水水質(zhì)長期較差；內(nèi)部原因主要是三大污染：畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染、生活污水污染、工業(yè)污染。2012年以來，浙江省以“五水共治”為抓手，大力推進生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)。作為進入了快車道原動力的技術(shù)支撐，我省狠抓科技創(chuàng)新，提升轉(zhuǎn)型升級動力。不斷強化科技應(yīng)用的深度和廣度，著力實現(xiàn)以科技促發(fā)展，著力做好“治、減、環(huán)、轉(zhuǎn)、合”技術(shù)連接，打好上下左右組合拳。

運用生態(tài)工程學原理，通過圍網(wǎng)和欄網(wǎng)技術(shù)，圈養(yǎng)水葫蘆和大規(guī)格的草魚[1]，能有效降低水體富營養(yǎng)化程度；生態(tài)調(diào)控模式應(yīng)用符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念，有利于建立健全農(nóng)業(yè)水環(huán)境治理體系和長效機制，是目前浙江省“五水共治”重要的支撐技術(shù)。

1 “水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式

1.1 “水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式介紹

就是利用水體中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)培養(yǎng)圍網(wǎng)和欄網(wǎng)內(nèi)的水葫蘆，使得它迅速繁衍，然后大規(guī)格草魚取食增量的水葫蘆來限制水葫蘆，達到富營養(yǎng)物質(zhì)從水體轉(zhuǎn)化成為魚體的蛋白質(zhì)。其最終目標是通過水葫蘆對水體氮、磷、鉀等的強力吸收能力，降低水體富營養(yǎng)化，達到凈化水質(zhì)的作用[2]，并利用草魚限制水葫蘆的爆發(fā)同時又得到經(jīng)濟效益（見圖1）。

利用魚類來處理水葫蘆生物方法，克服水葫蘆本身含95%水份特質(zhì)，既經(jīng)濟、安全又方便操作，是傳統(tǒng)的化學防治、生物防治、人工及機械打撈和綜合治理水葫蘆等方法無法比擬的。本成果同時利用水葫蘆強大的吸收水體富余的營養(yǎng)N、P、K等的能力，再把產(chǎn)生的水葫蘆當作飼料通過草食性魚類轉(zhuǎn)化為人們需要的魚蛋白質(zhì)，留下清潔水體。

1.2 “水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式的特征

適量的水葫蘆可維護水體生物多樣性，并為魚類提供隱蔽點。草食性魚類大量攝食水葫蘆的根莖等營養(yǎng)部分，能有效控制水葫蘆的開花結(jié)果，避免水葫蘆的有性繁殖。該模式通過魚類限制水葫蘆的增殖，避免了大量水葫蘆的清除工作中大量人力、物力和能源的消耗，具有經(jīng)濟收益（見圖2）。

“水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模式特征是適應(yīng)不同形態(tài)水體中開展。

2 “水葫蘆-草魚”生態(tài)調(diào)控水質(zhì)模型的機理探究

2.1 水葫蘆吸收水中氮、磷、鉀營養(yǎng)元素生化作用機理

水葫蘆對氮、磷、鉀的吸收作用，植物需要氮、磷、鉀[2]等營養(yǎng)物質(zhì)，以維持生長和繁殖的需要。水生植物產(chǎn)量高。

水葫蘆能吸收水中氮、磷等大量的營養(yǎng)物的生化作用機理：我們針對水葫蘆根系作為生物膜開展研究，對根系生物膜比表面積和吸收轉(zhuǎn)化動力學開展分析。研究水葫蘆根系吸附劑去除水溶液中的營養(yǎng)物質(zhì)，水葫蘆根系作為生物膜吸收劑去除水溶液中的富營養(yǎng)機理。通過氮氣吸附/脫附[3]等溫線分析顯示，水葫蘆根系表面在零電荷點時的pH值為6.7，接近中性，N、P、K等離子是通過和

H+交換而傳遞，和pH值負相關(guān)。具體見圖3。筆者根據(jù)多點測定，水葫蘆根系的比表面積平均為4.6 m2·g-1，折合每平方米水葫水蘆根系表面的生物膜面積達2 509.98 m2；超過國際藍球場地4倍多面積（長度28 m，寬度15 m）。

2.2 水葫蘆對銅綠微囊藻的化感抑制作用

筆者測定水質(zhì)過程中發(fā)現(xiàn)水葫蘆存在周圍水體藍藻數(shù)量減少了，為此，開展水葫蘆對藍藻的化感作用研究[4]。試驗用水葫蘆取自浙江省淡水所苗種基地水葫蘆培養(yǎng)池，試驗樣品是鮮活樣品陰晾干。水樣取自種植水葫蘆的池塘和未種植水葫蘆的池塘。試驗藻株銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa） （編號FACHB-905）購于武漢水生生物研究所淡水藻種庫。筆者研究了水葫蘆種植水抽濾液、不同部位的活體水葫蘆和干體水葫蘆的甲醇和丙酮提取物對銅綠微囊藻的化感抑制作用。研究表明：水葫蘆種植水抽濾液及不同部位的提取液均對銅綠微囊藻產(chǎn)生一定的化感抑制作用，并降低了穩(wěn)定期的銅綠微囊藻產(chǎn)量。10%、50%、100%種植水抽濾液對銅綠微囊藻的抑制率分別為81%、89%和90%。水葫蘆不同部位的甲醇和丙酮提取液對銅綠微囊藻的抑制強度不同，其中以根部的甲醇提取液效果最佳。

結(jié)果表明：水葫蘆種植水抽濾液及不同部位的提取液均對銅綠微囊藻產(chǎn)生一定的化感抑制作用[5]，并降低了穩(wěn)定期的銅綠微囊藻產(chǎn)量。水葫蘆不同部位的甲醇和丙酮提取液對銅綠微囊藻的抑制強度不同，其中以根部的甲醇提取液效果最佳?？梢娝J作為殺藻劑的生物材料具有一定的應(yīng)用前景。

2.3 水葫蘆潔水的礦化過程

水葫蘆發(fā)達的根系為微生物和微型生物[6]提供了附著基質(zhì)和棲息場所。這些生物能大大加速截留在根系周圍的有機膠體并且分解礦化。此外，水葫蘆的根系還能分泌促進嗜氮、磷細菌生長的物質(zhì)，從而間接提高水質(zhì)凈化效率。

2.4 水葫蘆潔水的物理過程

水葫蘆發(fā)達的根系與水體接觸面積很大，能形成一道密集的過濾層，當水流經(jīng)過時，有機碎屑會被根系粘附或吸附而沉降下來。同時，附著于根系的細菌體在進入生長階段后會發(fā)生凝集為根系所吸附，根系部分分泌的凝集的類似生物絮團則把懸浮性的有機物沉靜下來。

參考文獻：

[1] 胡廷尖，李訓朗，王雨辰，等.草食性魚種抑制鳳眼蓮生長的試驗[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學，2011（09）：56-60

[2] 汪鳳娣.外來入侵物種鳳眼蓮的危害及防治對策[J].福建環(huán)境，2003，20（6）：54-56

[3] Snow AM，Ghaly AE.Assessment of Hydroponically Grown Macrophytes for Their Suitability as Fish Feed[J].American J.Biochem.Biotechnol，2008（1）：43-5

[4] 唐萍，吳國榮，陸長梅，等.太湖水域幾種高等水生植物的克藻效應(yīng)[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2001，17（3）：42-44，47

[5] 唐萍，吳國榮.鳳眼蓮根系分泌物對柵列藻膜系統(tǒng)及光合作用的影響[J].連云港教育學院學報，1999，46（2）：49-50

[6] 李倩，胡廷尖，王雨辰，等.鳳眼蓮生長對池塘水質(zhì)及生物種群影響試驗[J].安徽農(nóng)學通報，2010（20）：66，138

（收稿日期：2016-04-18）