種養(yǎng)結(jié)合模式對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水的循環(huán)利用效果

陶玲 李曉莉 宋超峰

摘要：采用小試測(cè)坑試驗(yàn)研究了池塘養(yǎng)殖尾水中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)在蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）和茭白（Zizania aquatica L.）兩種水生經(jīng)濟(jì)植物種植中的消減和循環(huán)利用效果。結(jié)果顯示，表面流運(yùn)行方式下，兩種植物種植測(cè)坑出水中溶解氧均顯著升高且水溫顯著降低；兩種植物種植測(cè)坑對(duì)養(yǎng)殖尾水中NO2--N、NH4+-N、總氮、總磷及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）去除率分別達(dá)到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70% 和23.00%～30.65%，且隨著水力負(fù)荷增加，蓮藕和茭白種植測(cè)坑對(duì)總氮的去除效果均顯著降低。利用蓮藕和茭白對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)利用，使池塘養(yǎng)殖尾水中的養(yǎng)分和水分得到雙重循環(huán)利用，是降低水產(chǎn)養(yǎng)殖污染排放和改善池塘養(yǎng)殖環(huán)境的有效方法和途徑。

關(guān)鍵詞：池塘養(yǎng)殖；水生植物；物質(zhì)循環(huán)利用；種養(yǎng)結(jié)合

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）03-0034-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.03.009 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The nutrient recycling effects of two economic aquatic plant lotus（Nelumbo nucifera Gaertn） and water bamboo （Zizania aquatica L.） on nitrogen and phosphorus nutrient of aquaculture wastewater were studied based on the testing-hole experiment. The results showed that under surface flow operation， the dissolved oxygen in the outflow of both water bamboo planted testing-hole and lotus planted testing-hole significantly increased， meanwhile the water temperature in the outflow significantly decreased. The removal rate of the planted testing-hole for NO2--N，NH4+-N，TN（total nitrogen），TP（total phosphorus） and CODMn reached by 11.30%～26.27%，8.30%～26.60%，1.87%～20.60%，10.79%～19.70% and 23.00%～30.65% respectively. The removal efficiency of lotus and water bamboo cultivated testing-hole for TN significantly decreased with the increasing hydraulic loading rate. Ex-situ treatment of aquaculture wastewater by lotus and water bamboo plantation is an effective way for improving the pond environment and reducing wastewater discharge by recycling water and nutrients in the aquaculture wastewater.

Key words： pond aquaculture； aquatic plants； nutrient recycle； agriculture-aquacultue integration

近20年來，中國池塘集約化養(yǎng)殖投入了大量餌料、肥料和藥物，導(dǎo)致了每年近3億m3養(yǎng)殖尾水的排放，加劇了江河湖庫的富營養(yǎng)化和污染程度，同時(shí)地表水污染和生態(tài)環(huán)境惡化使得可用作水產(chǎn)養(yǎng)殖的地表水源越來越緊張。雖然與人類其他活動(dòng)向水體排污量相比，水產(chǎn)養(yǎng)殖的排污量所占比重還不算大，但由于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)大部分水體交換條件差，易產(chǎn)生累積污染。池塘養(yǎng)殖當(dāng)前急需解決的問題是如何提高產(chǎn)量的同時(shí)保持環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展[1]。當(dāng)前對(duì)養(yǎng)殖尾水的凈化和回用的生態(tài)凈化技術(shù)主要包括人工濕地技術(shù)[2，3]、生物塘技術(shù)、生物浮床技術(shù)以及稻田異位凈化技術(shù)[4-7]等?？紤]到長江流域南方平原湖區(qū)以及河流故道池塘養(yǎng)殖和水生經(jīng)濟(jì)植物種植比較普遍，富含氮、磷的池塘養(yǎng)殖尾水是水生經(jīng)濟(jì)植物生產(chǎn)的營養(yǎng)來源，將水生植物種植生產(chǎn)與池塘養(yǎng)殖有效復(fù)合用于循環(huán)利用池塘養(yǎng)殖尾水具有一定可行性。本研究結(jié)合平原湖區(qū)池塘養(yǎng)殖和水生植物種植生產(chǎn)特點(diǎn)，開展了兩種常見水生經(jīng)濟(jì)植物種植對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用試驗(yàn)，以期通過水生植物對(duì)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用提高種養(yǎng)系統(tǒng)物質(zhì)利用效率，為控制水產(chǎn)養(yǎng)殖污染和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供有效方法和途徑，形成一種健康、可持續(xù)的池塘養(yǎng)殖模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖北省荊州市一養(yǎng)殖場(chǎng)的6個(gè)測(cè)坑（長×寬×高=1.5 m×2.0 m×1.2 m）中進(jìn)行，每個(gè)測(cè)坑配備相對(duì)獨(dú)立的供、排水裝置，測(cè)坑中填埋40 cm深的底泥。蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）種植密度為行距0.5 m、株距0.5 m；茭白（Zizania aquatica L.）株高約30 cm，種植密度為行距0.3 m、株距0.3 m。運(yùn)行時(shí)將測(cè)坑旁一個(gè)精養(yǎng)池塘養(yǎng)殖尾水通過水泵抽到蓮藕和茭白測(cè)坑，進(jìn)行表面流試驗(yàn)，考察蓮藕和茭白對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水的凈化和利用效果。考慮到養(yǎng)殖池塘水質(zhì)易在高溫季節(jié)（7—8月）惡化并需要換水，本試驗(yàn)開展時(shí)間為2014年7—8月。表面流處理時(shí)間為9：00～15：00。調(diào)整進(jìn)水管流量，使養(yǎng)殖尾水在蓮藕和茭白測(cè)坑表面作緩慢流動(dòng)并經(jīng)出水管排出，在水力負(fù)荷分別為0.45和0.27 m/d（進(jìn)水流量0.08和0.13 m3/h）條件下，取測(cè)坑進(jìn)、出水樣檢測(cè)。不同水力負(fù)荷下，分別采集3次水樣進(jìn)行分析。

1.2 水樣分析方法

水樣水溫（T）、溶解氧（DO）、pH及電導(dǎo)率（EC）等理化指標(biāo)利用多功能水質(zhì)在線分析儀（YSI）測(cè)定，氨氮（NH4+-N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、總氮（TN）、總磷（TP）以及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）測(cè)定及處理方法參照文獻(xiàn)[8]。底泥中有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用550 ℃灼燒法，用燒失量（Loss-on-Ignition，LOI）表示；底泥TN和TP經(jīng)消解后參照水中TN和TP方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)出水理化特征

由表1可以看出，試驗(yàn)期間水溫較穩(wěn)定，進(jìn)水水溫波動(dòng)范圍為31.80～32.67 ℃；在水力負(fù)荷為0.27 m/d時(shí)，蓮藕測(cè)坑出水中水溫顯著降低；在水力負(fù)荷為0.45 m/d時(shí)，蓮藕測(cè)坑和茭白測(cè)坑出水中水溫均顯著降低。比較各測(cè)坑進(jìn)出水中溶解氧含量變化，發(fā)現(xiàn)在兩種水力負(fù)荷條件下，蓮藕測(cè)坑和茭白測(cè)坑出水中溶解氧含量均顯著增加，且在水力負(fù)荷為0.27 m/d時(shí)，茭白測(cè)坑出水中溶解氧含量顯著高于蓮藕測(cè)坑出水；在水力負(fù)荷為0.45 m/d時(shí)，茭白測(cè)坑出水中溶解氧含量顯著低于蓮藕測(cè)坑出水。蓮藕測(cè)坑和茭白測(cè)坑出水中電導(dǎo)率與進(jìn)水相比，在0.27 m/d水力負(fù)荷下，均有所下降但差異均不顯著；在0.45 m/d水力負(fù)荷下，茭白測(cè)坑出水電導(dǎo)率有所增加，蓮藕測(cè)坑出水中有所降低，但差異也不顯著，電導(dǎo)率波動(dòng)范圍為542.00～590.66 μS/cm。蓮藕測(cè)坑和茭白測(cè)坑出水中pH與進(jìn)水相比均有所升高，但差異均不顯著，pH波動(dòng)范圍為7.68～8.09。

2.2 表面流條件下水生植物對(duì)養(yǎng)殖尾水利用效果

由表2可知，植物測(cè)坑對(duì)NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達(dá)到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。比較相同水力負(fù)荷條件下兩種植物種植測(cè)坑對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的凈化效果差異，其中在0.27 m/d水力負(fù)荷下，茭白測(cè)坑對(duì)養(yǎng)殖尾水中NH4+-N的去除率顯著高于蓮藕測(cè)坑，但在0.45 m/d水力負(fù)荷下差異不顯著；相同水力負(fù)荷下，茭白測(cè)坑和蓮藕測(cè)坑對(duì)NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差異均不顯著。比較同種植物測(cè)坑在不同水力負(fù)荷條件下的去除效率發(fā)現(xiàn)，隨水力負(fù)荷增加，蓮藕測(cè)坑對(duì)NH4+-N的去除率顯著升高，茭白測(cè)坑和蓮藕測(cè)坑對(duì)TN的去除率隨水力負(fù)荷提高均顯著降低，而TP和CODMn去除率隨水力負(fù)荷升高沒有顯著變化。

2.3 底泥總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)含量變化

通過測(cè)定養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用前后測(cè)坑底泥中TN、TP和有機(jī)質(zhì)含量變化，考察利用茭白和蓮藕測(cè)坑凈化養(yǎng)殖尾水對(duì)底泥營養(yǎng)物質(zhì)累積的影響。結(jié)果（表3）表明，茭白和蓮藕測(cè)坑底泥中TN含量在養(yǎng)殖初期分別為0.88、0.90 mg/L，經(jīng)池塘養(yǎng)殖尾水表面流運(yùn)行后，茭白和蓮藕測(cè)坑底泥中TN含量分別達(dá)到1.11、1.03 mg/L，均有升高的趨勢(shì)，但差異不顯著，且茭白測(cè)坑中TN的升高幅度大于蓮藕測(cè)坑。茭白和蓮藕測(cè)坑底泥中TP和有機(jī)質(zhì)含量在表面流運(yùn)行后均呈降低趨勢(shì)，TP含量分別由1.68、1.90 mg/L下降至1.57、1.70 mg/L，有機(jī)質(zhì)含量分別由6.06%、5.88%下降至5.38%、5.19%。

3 小結(jié)與討論

3.1 討論

水生植物栽培可以對(duì)環(huán)境污染起修復(fù)作用，魚塘栽培水生植物可有效改善魚塘水質(zhì)，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖的污染[9，10]。朱雪超[11]研究了藕田處理生活污水的效果。沈漢庭等[12]研究結(jié)果表明，藕田套養(yǎng)泥鰍和黃鱔經(jīng)濟(jì)效益提高。在浙江省嘉興市北部低洼田改造中改水稻種植為蓮藕、南湖菱（Trapa acornis）、茭白等適合當(dāng)?shù)氐乃?jīng)濟(jì)作物種植，同時(shí)結(jié)合種養(yǎng)模式探索，創(chuàng)新了一批農(nóng)田藕魚共生、魚塘套種南湖菱等生態(tài)種養(yǎng)模式，已取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[13]。與上述研究中利用水生植物原位利用池塘多余營養(yǎng)物質(zhì)不同，水生植物異位利用池塘養(yǎng)殖尾水不在池塘內(nèi)構(gòu)建設(shè)施，不影響池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)操作，就近利用藕塘和茭白種植塘，不會(huì)另外增加使用面積。因此，利用水生植物種植塘對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)利用是一種互利且可行的方式。可以達(dá)到的目的主要有：一是在高溫季節(jié)將部分水質(zhì)超標(biāo)的池塘水體抽入植物種植塘凈化后回用到池塘解決池塘換水問題，也可通過水生植物塘進(jìn)行表面流凈化攪動(dòng)池塘水體進(jìn)行循環(huán)微流水養(yǎng)殖；二是在養(yǎng)殖結(jié)束干塘?xí)r將富含氮、磷的池塘養(yǎng)殖尾水收集到植物種植塘經(jīng)深入凈化后排放到周圍水域，解決養(yǎng)殖尾水排放問題；三是當(dāng)外源水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，但在高溫季節(jié)池塘又需要補(bǔ)水時(shí)，外源水體可通過植物塘的凈化后再引入池塘補(bǔ)水。另外，植物種植塘可將收集的多余雨水供養(yǎng)殖池塘補(bǔ)水用，減輕過高水位對(duì)水生植物生長的影響并增加養(yǎng)殖池塘水量。

本研究結(jié)果表明，表面流運(yùn)行方式下，蓮藕測(cè)坑和茭白測(cè)坑出水中溶解氧含量均顯著增加，這可能與空氣中氧氣的溶入以及植物根部泌氧有關(guān)[14]。蓮藕測(cè)坑出水中水溫在兩種水力負(fù)荷條件下均顯著降低，茭白測(cè)坑出水中水溫在0.27 m/d水力負(fù)荷條件下時(shí)也顯著降低，原因可能是蓮藕和茭白植株遮陽作用使進(jìn)入測(cè)坑的池塘養(yǎng)殖尾水的溫度降低。植物凈化塘的水體降溫作用對(duì)預(yù)防夏季池塘水體溫度過高具有積極意義。表面流運(yùn)行方式下，茭白測(cè)坑和蓮藕測(cè)坑均對(duì)養(yǎng)殖尾水有一定凈化效果，對(duì)NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達(dá)到1.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。雖然與人工濕地相比去除率較低[15]，但利用蓮藕和茭白種植塘進(jìn)行異位凈化不需要額外構(gòu)建成本，經(jīng)濟(jì)適用性更強(qiáng)。

比較不同植物對(duì)養(yǎng)殖尾水的凈化效果，發(fā)現(xiàn)僅在0.27 m/d水力負(fù)荷下，茭白測(cè)坑對(duì)養(yǎng)殖尾水中NH4+-N的去除率顯著高于蓮藕測(cè)坑，而對(duì)NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差異均不顯著，表明利用蓮藕和茭白凈化和回用養(yǎng)殖尾水時(shí)，水生經(jīng)濟(jì)植物種類的影響較小，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益選擇適當(dāng)水生經(jīng)濟(jì)植物。隨水力負(fù)荷增加，茭白測(cè)坑和蓮藕測(cè)坑對(duì)TN的去除率顯著降低，而對(duì)TP和CODMn的去除率沒有顯著變化，表明在養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)池塘養(yǎng)殖尾水中NH4+-N和NO2--N等有害物質(zhì)濃度及TN和TP等水體營養(yǎng)水平而調(diào)整水力負(fù)荷，有針對(duì)性地控制池塘中有害物質(zhì)含量和調(diào)控水體營養(yǎng)水平，特別是在養(yǎng)殖末期對(duì)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行凈化后再排放時(shí)，選擇最佳的水力負(fù)荷條件達(dá)到最佳的減排效果。池塘養(yǎng)殖尾水在植物測(cè)坑中表面流運(yùn)行后，茭白和蓮藕測(cè)坑底泥中TN含量均有升高趨勢(shì)，而TP和有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢(shì)，但相較運(yùn)行前差異均不顯著，表明將養(yǎng)殖尾水引入水生經(jīng)濟(jì)植物種植塘進(jìn)行凈化和資源化利用不會(huì)導(dǎo)致底泥營養(yǎng)物質(zhì)過多的積累，養(yǎng)殖尾水中的營養(yǎng)物質(zhì)可能大部分被植物吸收和利用，轉(zhuǎn)化成具有一定經(jīng)濟(jì)效益的農(nóng)產(chǎn)品。

通過蓮藕和茭白種植塘循環(huán)利用池塘養(yǎng)殖尾水是針對(duì)長江中下游及南方平原湖區(qū)以種養(yǎng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)以水為載體的物質(zhì)能量循環(huán)利用，把單純的池塘養(yǎng)殖和區(qū)域水土資源綜合利用緊密聯(lián)系在一起。因此，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)規(guī)劃和池塘養(yǎng)殖生態(tài)規(guī)劃和布局時(shí)，可在養(yǎng)殖池塘進(jìn)行升級(jí)改造時(shí)配備水生經(jīng)濟(jì)植物種植塘，同時(shí)利用生態(tài)工程技術(shù)對(duì)藕塘和茭白種植塘進(jìn)行適當(dāng)工程設(shè)施改造，通過循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式使池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)利用和達(dá)標(biāo)排放，提高養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)利用效率，形成一種新的池塘養(yǎng)殖模式。

本試驗(yàn)僅初步研究了茭白和蓮藕常規(guī)種植密度下對(duì)養(yǎng)殖尾水的循環(huán)利用效率，生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用時(shí)可根據(jù)水生經(jīng)濟(jì)植物的生物量和經(jīng)濟(jì)效益選擇合適的物種和種植密度。另外，本試驗(yàn)僅研究了特定養(yǎng)殖廢水用水泵抽入水生植物測(cè)坑中的凈化效果，今后應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖尾水營養(yǎng)負(fù)荷對(duì)種植塘與池塘養(yǎng)殖的面積配比進(jìn)一步進(jìn)行研究，為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

3.2 小結(jié)

表面流運(yùn)行方式下，在水力負(fù)荷為0.27、0.45 m/d條件下，蓮藕和茭白兩種植物測(cè)坑對(duì)養(yǎng)殖尾水中NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達(dá)到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。隨著水力負(fù)荷增加，蓮藕和茭白種植對(duì)養(yǎng)殖尾水中總氮的去除效果均顯著降低。

種植蓮藕和茭白對(duì)池塘養(yǎng)殖尾水進(jìn)行循環(huán)利用，構(gòu)建形成了種養(yǎng)結(jié)合模式，使池塘養(yǎng)殖尾水中養(yǎng)分和水分得到雙重循環(huán)利用，有利于廢水達(dá)標(biāo)排放并提高物質(zhì)利用效率，是預(yù)防性治理和控制農(nóng)業(yè)面源污染的有效方法和途徑。

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