3 種生態(tài)浮床植物去除鯉魚塘氮、磷效果比較

向太吉，郝霆，張平錄，白海鋒

（1.西安市臨潼區(qū)水產(chǎn)工作服務(wù)站，陜西 西安 710600；2.陜西省水產(chǎn)研究與工作總站，陜西 西安 710086）

近年來，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，人類為了獲取豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，集約化、高密度養(yǎng)殖的規(guī)模逐年增加，這些養(yǎng)殖方式直接引起養(yǎng)殖水體富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重破壞了養(yǎng)殖水域生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致養(yǎng)殖動(dòng)物免疫力下降、病害頻發(fā)，水產(chǎn)品的質(zhì)量降低[1]。因此，尋求一種高效環(huán)保的水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理技術(shù)，控制養(yǎng)殖池塘富營(yíng)養(yǎng)化，已成為我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的新需求。

目前，生態(tài)水處理技術(shù)已成為受損水環(huán)境修復(fù)的主要措施之一，而生態(tài)浮床技術(shù)就是其中一種生物處理技術(shù)。生態(tài)浮床技術(shù)是一種水體原位修復(fù)和控制技術(shù)，利用植物生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收特點(diǎn)，將養(yǎng)殖水體中過剩的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)移出水體，從而起到改良水質(zhì)，控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的，其不但可操作性強(qiáng)而且還具有一定的景觀效應(yīng)和生態(tài)效益[2]。近年來，雖然生態(tài)浮床技術(shù)已成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，但是不同的浮床植物具有不同的氮、磷吸收能力，這使得其對(duì)水體的凈化效果存在較大差異。因此，該研究選取3 種不同的水生植物——空心菜、水葫蘆、水花生，以精養(yǎng)鯉魚池塘水環(huán)境為研究對(duì)象，對(duì)比分析了不同水生植物對(duì)池塘養(yǎng)殖水體中氮、磷的去除效果，以期為建立池塘綠色高效養(yǎng)殖模式提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 池塘條件

試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西臨潼渭河北岸漁場(chǎng)，用于試驗(yàn)的池塘均東西走向，池塘深2.2 m，水深1.8 m，面積均為5 333 m2，池底有少許淤泥，進(jìn)排水及充氧系統(tǒng)齊全。池塘統(tǒng)一主養(yǎng)松浦鏡鯉，鯉魚放養(yǎng)規(guī)格60～130 g/尾，放養(yǎng)密度1 700～1 800 尾/667 m2，套養(yǎng)規(guī)格65～85 g/尾的鰱、鳙魚種600～700 尾。

1.2 浮床植物

試驗(yàn)所選用3 種植物中，空心菜取自有土栽培，洗凈其根后移栽于試驗(yàn)池塘的生態(tài)浮床，水葫蘆和水花生取自本地河道，移栽前將其用清水沖洗干凈。生態(tài)浮床框架采用直徑100 mm PVC 浮管和尼龍繩制作，單組浮床呈長(zhǎng)方形，規(guī)格為300 cm×100 cm。浮床上層網(wǎng)孔徑35 mm×40 mm，下層網(wǎng)孔徑10 mm×10 mm。浮床植物移栽于上層網(wǎng)上，密度為20～30 株/m2。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置空白對(duì)照池塘和3 種浮床植物處理池塘（覆蓋率均為20%）[3]，分別編號(hào)為0#、1#、2#、3#。浮床系統(tǒng)由單個(gè)浮床相互串并聯(lián)組成，由繩索固定在池塘四周。試驗(yàn)從2019 年7 月1 日至9 月13日，周期為75 d。試驗(yàn)期間平均每隔15 d 測(cè)定一次水質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定項(xiàng)目包括：水溫、溶解氧、pH、透明度，試驗(yàn)室檢測(cè)分析項(xiàng)目包括：總氮、總磷。為了減少誤差，固定每次采樣的時(shí)間為上午9：00—10：00，檢測(cè)水樣的采集采用5 點(diǎn)取樣法（池塘四角及中央取水），水樣混合均勻后送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)用便攜式養(yǎng)殖水質(zhì)分析儀測(cè)定，測(cè)定總氮、總磷的水樣分析時(shí)間一般不超過48 h，水樣分析方法參照《水和廢水分析方法》（第四版）[4]，總氮檢測(cè)方法采用HJ636—2012 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，總磷檢測(cè)方法采用GB/T11893—1989 鉬酸銨分光光度法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

去除率的計(jì)算依據(jù)下面公式計(jì)算：

式中：U 為去除率，C0為試驗(yàn)初始水質(zhì)量濃度，Ct為試驗(yàn)結(jié)束水質(zhì)量濃度。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浮床植物對(duì)水質(zhì)的影響

試驗(yàn)過程中池塘水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表1 所示，隨著餌料的投喂以及浮游生物的大量繁殖，對(duì)照池塘與試驗(yàn)池塘的透明度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，降幅存在差異統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，對(duì)照塘降幅超過10 cm。這主要是浮床植物的存在，一定程度上阻礙了浮游植物的光合作用，導(dǎo)致浮游生物的繁殖速度減緩?？偟涂偭椎淖兓趯?duì)照塘和試驗(yàn)塘之間存在明顯差異，在3 組試驗(yàn)池塘之間，總氮、總磷的變化也存在差異，其它水質(zhì)指標(biāo)之間差異不大。

表1 池塘水質(zhì)情況

2.2 不同浮床植物對(duì)氮的吸收能力

從圖1 可以看出，對(duì)照池塘總氮含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，3 種浮床植物所在試驗(yàn)池塘的總氮含量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)遞減變化，變化趨勢(shì)一致。對(duì)照塘（0#）的總氮含量從試驗(yàn)開始時(shí)的2.88 mg/L 上升到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的4.24 mg/L，氮含量的增長(zhǎng)率為47.2%。試驗(yàn)開始時(shí)試驗(yàn)池塘總氮含量為2.71～3.03 mg/L 之間，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)1#～3#池塘水體總氮含量分別降低到0.76 mg/L、0.93 mg/L、1.34 mg/L，對(duì)照池塘與試驗(yàn)池塘總氮含量存在顯著差異。這是由于試驗(yàn)期間飼料的正常投喂，產(chǎn)生的殘餌和糞便在微生物的分解下營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶于水體中，引起水體中氮含量增加。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，統(tǒng)計(jì)出3 種浮床植物對(duì)池塘水體中氮的去除率分別為空心菜（74.1%）>水葫蘆（65.7%）>水花生（55.8%）（見圖2）。結(jié)果表明，空心菜和水葫蘆均屬于浮水植物，其龐大的根系懸浮于水面下0～10 cm處，通過快速吸收水體中氮元素供給莖葉滿足其生長(zhǎng)需要。

2.3 不同浮床植物對(duì)磷的吸收能力

通過6 次池塘水質(zhì)檢測(cè)，結(jié)果如圖3 所示，除對(duì)照池塘水體中總磷含量呈遞增趨勢(shì)外，3 組浮床植物的池塘總磷含量均呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照池塘之間差異顯著。3 種浮床植物試驗(yàn)池塘中總磷含量變化分別為0.497～0.290 mg/L（空心菜）、0.503～0.303 mg/L（水葫蘆）、0.511～0.347 mg/L（水花生），對(duì)照池塘總磷含量變化范圍為0.483～0.655 mg/L。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，統(tǒng)計(jì)出3 種浮床植物對(duì)總磷的去除率呈現(xiàn)出空心菜（41.6%）>水葫蘆（39.8%）>水花生（32.1%）的趨勢(shì)（圖4）。從試驗(yàn)對(duì)比來看，水花生對(duì)磷的吸收效果遠(yuǎn)小于空心菜和水花生，兩者之間存在差異統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從氮、磷整體吸收效果對(duì)比來看，空心菜和水葫蘆對(duì)總磷的去除效果低于對(duì)總氮的，這主要是由于水生植物種類不同，對(duì)水質(zhì)的凈化能力各異，水體中氮、磷的去除主要依靠植物（浮游植物、水生維管束屬植物等）吸收以及植物根系和池底底泥的吸附等。

圖1 不同浮床植物池塘水體中總氮的變化情況

圖2 不同浮床植物對(duì)水體中總氮去除率

3 討論

圖3 不同浮床植物池塘水體中總磷的變化情況

圖4 不同浮床植物對(duì)水體中總磷去除率

在我國(guó)，池塘養(yǎng)殖已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要形式，也是水產(chǎn)品的重要來源，漁業(yè)年鑒統(tǒng)計(jì)，2017 年我國(guó)淡水養(yǎng)殖面積5 365 000 hm2，其中池塘養(yǎng)殖面積達(dá)2 528 000 hm2，占比45%以上，池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量占淡水漁業(yè)總產(chǎn)量的73.1%[5]。在池塘養(yǎng)殖中，水體富營(yíng)養(yǎng)化是池塘污染的主要表現(xiàn)形式，其不僅危害養(yǎng)殖動(dòng)物，而且對(duì)養(yǎng)殖區(qū)域水環(huán)境造成重大影響，養(yǎng)殖水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素是氮、磷含量超標(biāo)。周勁風(fēng)等[6]研究認(rèn)為精養(yǎng)魚池中飼料投喂輸入的氮、磷占輸入總氮、磷的90～98%，池塘沉積下來的剩餌、糞便、分泌物等攜帶的氮和磷分別占水體氮、磷輸出的54%～77%和72%～89%。目前，水體原位修復(fù)和移位修復(fù)是水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水體富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)的主要方法，魚菜共生模式是原位修復(fù)的主要形式，生態(tài)濕地修復(fù)模式是移位修復(fù)的主要代表，在這兩種修復(fù)方法中，水生植物是主要的載體和介質(zhì)。該研究通過在精養(yǎng)鯉魚池塘進(jìn)行魚菜共生試驗(yàn)，結(jié)果顯示不同浮床植物對(duì)氮、磷的需求和吸收能力不同，因而在池塘水體凈化能力上存在差異。同時(shí)，浮床植物通過與浮游藻類競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及所需的光照條件，抑制藻類生長(zhǎng)，此外，浮床植物利用他感作用，損壞藻類正常的生理代謝，迫使藻類死亡[7]。因此，浮床植物可有效提高水體透明度，改善溶解氧含量，促進(jìn)其與共生菌生長(zhǎng)，進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

水生植物在生長(zhǎng)過程中通過吸收水體的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將無機(jī)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成植物本身有機(jī)體，再通過收割、移除等操作，將氮、磷移除水體，能夠有效起到凈化水質(zhì)的作用[8]。該試驗(yàn)的3 種浮床植物對(duì)氮、磷的吸收能力較高的是空心菜，因?yàn)榭招牟说膬粼錾锪吭? 種浮床植物中占比較高，有研究顯示水質(zhì)氮、磷去除率與水生植物凈增生物量存在較高的相關(guān)性[9]?？招牟瞬粌H可以有效去除水體中過量的營(yíng)養(yǎng)鹽，生態(tài)凈化水質(zhì)，而且其本身的食用價(jià)值也相當(dāng)高[10]。但是，在浮床植物的選擇上應(yīng)充分考慮不同植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，合理搭配不同生態(tài)功能類型的植物種類，進(jìn)行種類、數(shù)量、模式的優(yōu)化配置，才能更好的達(dá)到凈化水質(zhì)、修復(fù)環(huán)境的預(yù)期效果[11]。該試驗(yàn)在室外自然養(yǎng)魚塘中進(jìn)行，雖然試驗(yàn)結(jié)果與一些室內(nèi)靜水條件下存在差異[12]，但是該試驗(yàn)更接近于實(shí)際生產(chǎn)，試驗(yàn)結(jié)果更能有效應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖實(shí)踐中。

陜西省擁有水域面積2 000 余萬hm2，其中渭河流域沿岸目前已有養(yǎng)魚池塘上千余畝，大量的養(yǎng)殖廢水外排將對(duì)流域環(huán)境造成巨大影響，因此，池塘養(yǎng)殖廢水原位修復(fù)和生態(tài)濕地移位修復(fù)模式的推廣應(yīng)用勢(shì)在必行。修復(fù)模式中水生植物不僅能吸收去除水體中的有機(jī)質(zhì)（主要包括總氮、總磷、化學(xué)需氧量等），還能為基質(zhì)中的微生物提供適宜的微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)其對(duì)有機(jī)質(zhì)的加速分解，進(jìn)一步起到凈化水質(zhì)的作用。因此，生態(tài)浮床原位修復(fù)不僅可以用于水源保護(hù)、局部性水質(zhì)控制、污水凈化方面，而且可用于小型富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)恢復(fù)等方面，其應(yīng)用前景廣闊。