基于昆山地區(qū)的水葫蘆問題解決方案研究

何 騁，沈 磊，張 穎，韓 超，徐玉良，王乙江

（昆山市周莊水利站，江蘇 昆山 215325）

水葫蘆，學(xué)名鳳眼蓮，多年生浮水向陽草本植物，原產(chǎn)南美，19世紀初從日本作為景觀植物引入我國臺灣地區(qū)，50年代作為畜禽飼料引入我國內(nèi)地，而后逐步逃逸為野生。水葫蘆作為典型的入侵植物，因其繁殖速度快，適應(yīng)能力強、在我國缺乏天敵等因素，如今已在我國南方大部分地區(qū)造成泛濫，帶來諸如生態(tài)破壞、水體污染、航道堵塞等一系列問題，給水利、環(huán)保等工作帶來諸多不利。受影響地區(qū)每年需要花費大量的人力物力進行打撈。就昆山市而言，僅2017年開展水葫蘆突擊打撈出動人員13萬余人次，船只6萬余船次，突擊打撈水葫蘆35萬余t，耗用大量人力物力。而現(xiàn)有的人工及機械打撈等措施，形式較為單一，對于大面積爆發(fā)的水葫蘆問題效果非常有限。因此，找到一個經(jīng)濟可行、技術(shù)成熟、綠色環(huán)保且切合地方實際的綜合性解決方案具有一定現(xiàn)實意義。本文旨在以昆山市為例，通過文獻調(diào)研的方式分別從水葫蘆生長繁殖不同階段列舉闡述其可能的解決方式，并通過詳細分析論證，篩選提出較為可行的綜合性解決方案建議。

1 解決方案研究的方法和思路

以水葫蘆的生長周期為主線，通過文獻調(diào)研的方式，分別在早期、中期及后期不同介入時機上列舉闡述可能的具體解決措施，并結(jié)合昆山地區(qū)實際，充分考慮技術(shù)、社會及政策可行性，同時輔以項目模擬對解決方案經(jīng)濟可行性進行論證，從而篩選提出較為可行的綜合性解決方案建議。

2 可能的解決措施闡述

2.1 前期介入

以源頭防控為主要手段，開展水體富營養(yǎng)化控制，從而削減水葫蘆生存物質(zhì)基礎(chǔ)，主要措施有：逐步削減工業(yè)排污量；加強農(nóng)藥、化肥的使用監(jiān)管和技術(shù)革新，控制農(nóng)業(yè)面源污染；加快城鎮(zhèn)生活污水治理，控制生活污水污染；防止畜禽養(yǎng)殖污染；防治水產(chǎn)養(yǎng)殖污染等。

2.2 中期介入

2.2.1 打撈和攔截

采取人工或機械手段對區(qū)域水葫蘆進行打撈，或采用設(shè)置攔籪等形式對部分水域水葫蘆進行攔截防控。

2.2.2 化學(xué)防治

使用各種除草劑對水葫蘆進行殺滅，常用的除草劑有農(nóng)達、草甘膦、克無蹤等。

2.3.3 生物防治

主要從原產(chǎn)地引進天敵（如水葫蘆象甲等），建立種群，對水葫蘆實施控制。目前在國外有多個國家和地區(qū)引種釋放，并建立了種群，部分國家成功控制了水葫蘆的危害，我國在海南、湖北等地應(yīng)用也取得了較好的效果。

2.3 后期介入

根據(jù)Poddar等人[1]的分析可知，水葫蘆（以干重計）中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等多糖類物質(zhì)占了較大比重，其余粗蛋白、粗纖維、粗脂肪也占有一定比例，另外還含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。因此，以水葫蘆的綜合利用為主要手段，從需求側(cè)入手，拉動水葫蘆治理內(nèi)在動力具有理論依據(jù)。

2.3.1 造紙

水葫蘆中纖維素、半纖維素含量達到40%以上[1]，因此充分利用水葫蘆中纖維素成分造紙具有一定的技術(shù)可行性，印度、菲律賓等地已建立以水葫蘆為原料的造紙廠，我國也開展了相關(guān)應(yīng)用研究。

2.3.2 制備生物乙醇

水葫蘆中的纖維素可經(jīng)纖維素酶水解作用降解為還原糖，再經(jīng)發(fā)酵制備生物乙醇。研究表明水葫蘆是一種適合纖維素酶轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖類的生物質(zhì)[2]，且選用合理的預(yù)處理方式，還原糖產(chǎn)量可達到197.60 mg/g水葫蘆[3]，可為生物乙醇等生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用提供保障。同時，Mishima等[4]研究還表明，利用水葫蘆生產(chǎn)乙醇在條件上具有可行性，且與其他農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量相當(dāng)。

2.3.3 發(fā)酵產(chǎn)沼氣

水葫蘆中的纖維素等可作為良好的發(fā)酵底物，經(jīng)微生物的厭氧發(fā)酵制備沼氣，產(chǎn)氣量可達0.344 L/g干水葫蘆[5]，利用水葫蘆與動物糞便以合適比例混合發(fā)酵能提高沼氣產(chǎn)率。另外，沼渣和沼液也是良好的有機肥料，若利用沼氣發(fā)電還可提高能源的適用范圍和利用程度。

2.3.4 有機堆肥

水葫蘆含有豐富的氮、磷、鉀等植物必需的營養(yǎng)元素，水葫蘆堆肥能保留大部分營養(yǎng)元素，且水葫蘆降解使得營養(yǎng)元素礦化更有利于植物吸收。研究表明[6-7]，使用水葫蘆堆肥能提升水稻產(chǎn)量，也能促進玉米和芝麻產(chǎn)量增加以及微量元素吸收。

2.3.5 其他利用方式

水葫蘆可干燥后直接用作燃料或制作木炭[8]，另因其具有發(fā)達的根系，可用于水質(zhì)凈化，對重金屬和有機物的去除具有良好的效果[9]。同時，水葫蘆含有豐富的粗蛋白、粗纖維以及氨基酸等，可食用或開發(fā)為藥用[5，10]，也可替代部分稻草用于草菇栽培[11]，將水葫蘆發(fā)酵后脫木質(zhì)素處理還可制備易于反芻動物的高蛋白飼料[12]，也有部分企業(yè)用水葫蘆編織工藝品或制作家具，獲得了較好的市場效果。

3 分析總結(jié)

3.1 方案介入時機及具體方式綜合分析

通過對前、中、后3個階段介入時機及其具體介入方式進行比較分析得出（見表1），宜將中期介入手段作為應(yīng)急處置方式持續(xù)介入的同時，應(yīng)將前期介入方式納入中長期規(guī)劃并持續(xù)介入，同時，在當(dāng)下富營養(yǎng)化總體趨勢不可逆的不利情勢下，應(yīng)以水葫蘆資源化利用為主要內(nèi)容的后期介入作為重點，從需求側(cè)入手大力推進。在具體介入方式上，通過對幾種較為可行的綜合利用方式進行比較分析得出，水葫蘆產(chǎn)沼氣、制備有機堆肥等利用方式綠色環(huán)保、技術(shù)成熟、低成本、高附加值，與昆山市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展升級和新農(nóng)村建設(shè)總體思路相吻合，具有一定可行性，建議因地制宜，在吳淞江、急水港等骨干外河沿線推廣應(yīng)用。

3.2 經(jīng)濟可行性分析（以產(chǎn)沼氣為例）

情景模擬：擬在昆山市急水港周莊段上游投入水葫蘆產(chǎn)沼氣項目。據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，該流域每年水葫蘆過境量（包括上游來量和本地產(chǎn)量）約為25000 t（以新鮮水葫蘆含水率90%折算成干重，下同），年打撈量約為2500 t。

分析方法：采用凈現(xiàn)值法（NPV），分析所模擬項目投資后不同壽命周期的凈現(xiàn)值，以此判斷該項目經(jīng)濟可行性。

式中∶

Pi—第i年的凈現(xiàn)金流量，Pi=CI-CO；

CI—第i年的現(xiàn)金流入，主要包括：沼氣收益，參照昆山市當(dāng)?shù)孛裼锰烊粴鈨r格2.45元/m3，沼氣甲烷含量按65%計算，折算沼氣售價為1.6元/m3。

CO—第i年的現(xiàn)金流出，主要包括：水葫蘆打撈及運輸成本，按30元/t計算；沼氣池建設(shè)固定投資，沼氣池總?cè)莘e按日產(chǎn)氣量的1.2倍計算，造價按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沼氣池總?cè)莘e×1200元/m3計算；運維成本，主要包含人員工資、電費及設(shè)備折舊等，按0.5元/m3計算。

R—社會貼現(xiàn)率，本文采用6%的貼現(xiàn)率為基準[13]，并選取不同貼現(xiàn)率進行了對比分析。

表1 方案介入時機和方式分析結(jié)果

當(dāng)以現(xiàn)有打撈力量，將打撈上岸的水葫蘆全部用于產(chǎn)沼項目時，（按水葫蘆產(chǎn)氣量0.34 L/g、產(chǎn)沼日340 d計算，日產(chǎn)沼氣約2500 m3），考慮建設(shè)3000 m3容積普通鋼混結(jié)構(gòu)沼氣池，項目投資后1年建成，并投入運行獲益。不同社會貼現(xiàn)率情況下（如圖1），隨著社會貼現(xiàn)率的逐步減小，投資回收期不斷縮短，凈現(xiàn)值不斷增大，當(dāng)社會貼現(xiàn)率取值為6%時，項目可在投入運營后6年內(nèi)實現(xiàn)盈利，項目運營15年時凈現(xiàn)值為178萬元。由于該區(qū)域水葫蘆過境量遠大于現(xiàn)有打撈能力，故打撈量存在較大提升空間，產(chǎn)沼規(guī)模亦隨之存在較大擴充空間，當(dāng)社會貼現(xiàn)率取一定時（取值5%），隨著產(chǎn)氣規(guī)模的不斷加大，投資回收期有所縮短，凈現(xiàn)值增加明顯（如圖2）。另外，沼液和沼渣是功能良好的的有機肥料，若將其充分開發(fā)利用可創(chuàng)造一定經(jīng)濟價值，能進一步縮短項目投資回收期，增加凈現(xiàn)值。因此，所模擬水葫蘆產(chǎn)沼氣項目具有一定經(jīng)濟可行性，且通過提升打撈量、擴大產(chǎn)氣規(guī)模以及開發(fā)利用沼液和沼渣等副產(chǎn)物能進一步提升項目經(jīng)濟可行性。

圖1 不同貼現(xiàn)率取值下的凈現(xiàn)值

圖2 不同產(chǎn)氣規(guī)模的凈現(xiàn)值

4 結(jié)論與建議

作為典型入侵生物，水葫蘆的危害日益顯著，對生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟等多方面帶來深遠影響，當(dāng)因地制宜，從源頭控制到末端處理即資源化利用全過程多方位入手，積極探尋適合當(dāng)?shù)貙嶋H的綜合性解決方案。

在方案介入時機上，宜兩端發(fā)力，一方面宜從早期源頭控制端入手，以河長制改革為契機，建立完善流域性的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，將水體富營養(yǎng)化治理納入中長期規(guī)劃，并持續(xù)推進。另一方面在富營養(yǎng)化趨勢短期內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)的情況下，宜從需求側(cè)發(fā)力，因地制宜大力推進水葫蘆綜合利用推廣應(yīng)用。

在具體方案選擇上，宜在做好人工、機械打撈等應(yīng)急方案的基礎(chǔ)上，以我市吳淞江、急水港等骨干外河上游地區(qū)為中心，擇優(yōu)選擇水葫蘆堆肥、沼氣等綜合利用方式大力推廣，拉動水葫蘆解決的市場需求。同時，宜將水葫蘆制備生物乙醇等作為高新技術(shù)項目引入，與相關(guān)科研機構(gòu)開展應(yīng)用推廣研究，助推我市產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級。

在開展資源化綜合利用項目上，水葫蘆產(chǎn)沼氣是當(dāng)下與昆山地區(qū)經(jīng)濟社會現(xiàn)狀以及經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型升級和新農(nóng)村建設(shè)整體思路相符的綜合利用方式之一，在社會、政策、技術(shù)以及經(jīng)濟方面均具有較高的可行性。以昆山市急水港周莊段為例，以現(xiàn)有能力打撈的全部水葫蘆用于產(chǎn)沼氣項目，當(dāng)社會貼現(xiàn)率為6%時，項目可在投入運營后6年內(nèi)實現(xiàn)盈利，項目運營15年時可實現(xiàn)凈現(xiàn)值178萬元。同時還能帶來調(diào)整農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、降低碳排放、減少農(nóng)業(yè)面源污染等多方面巨大生態(tài)環(huán)境效益。

本研究主要探索分析了水葫蘆造成的危害及其可能的解決方案，提出了以水葫蘆資源化綜合利用為主要內(nèi)容的綜合性解決方案建議。但是如何進一步完善外來物種的準入和監(jiān)管制度，加強源頭管控，從根本上避免水葫蘆等外來生物入侵造成的不利影響，以及如何結(jié)合地方實際對沼氣等水葫蘆綜合利用所開發(fā)產(chǎn)品加以全面推廣利用，這些都值得進一步加以研究。

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