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作者：李巖 張飲江 馬海峰 王聰 董悅 文曉峰 劉曉培 何培民 單位：上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院 水域環(huán)境生態(tài)上海高校工程研究中心

1材料與方法

1．1試驗(yàn)區(qū)位本試驗(yàn)基地位于江蘇省無錫市胡埭鎮(zhèn)直湖港地區(qū)養(yǎng)殖塘(圖1)。胡埭鎮(zhèn)直湖港地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積700hm2，以養(yǎng)殖魚類和中華絨鰲蟹為主，養(yǎng)殖面積約38．8hm2，魚塘面積約83%，蟹塘面積約12%。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重呈逐年上升趨勢(shì)，是農(nóng)業(yè)增效產(chǎn)、農(nóng)民增收重要途徑。以太湖地區(qū)污染物排放系數(shù)、入河系數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)污染源調(diào)查分析，直湖港地區(qū)CODMn(以高錳酸鉀作化學(xué)氧化劑測(cè)定的化學(xué)需氧量)、銨態(tài)氮、總磷等水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量分別為6.0、0．9、0．6t/年。

1．2試驗(yàn)材料沉水植物主要為苦草(Vallisnerianatans)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、伊樂藻(Potamogetonmalaianus)。輪葉黑藻株高20～25cm，伊樂藻株高12～15cm，均來自上海海洋大學(xué)南匯水產(chǎn)養(yǎng)殖試驗(yàn)基地，苦草為草籽，來自無錫。蟹塘面積為0．67hm2，中華絨鰲蟹(Eriocheirsinensis)投放密度109．5kg/hm2，規(guī)格200只/kg。魚塘面積為0．8hm2，主要為鯽魚、草魚、白鰱、花鰱混養(yǎng)(草魚4180尾/hm2，鯽魚3880尾/hm2，白鰱2090尾/hm2，花鰱895尾/hm2)，飼料為四大家魚配合飼料，每日投餌量為魚體重的3%～4%;試驗(yàn)期間，補(bǔ)給水來自降雨，魚苗塘面積0．13hm2，主要是草魚與鯽魚魚苗。用化肥追肥，每隔3～5d施肥1次，每次用碳銨60～75kg/hm2，鈣鎂磷肥60～75kg/hm2;試驗(yàn)期間補(bǔ)給水來自降雨。養(yǎng)殖塘水源來自龍延河河道。

1．3試驗(yàn)方法原位生態(tài)修復(fù):從2010年1月至2011年1月，首先冬歇期對(duì)蟹塘干塘清整，維持底泥約5cm，用生石灰2340～2985kg/hm2，全塘潑灑消毒10d，水溫為5℃以上，選擇伊樂藻為春季先鋒種，輪葉黑藻為夏秋季主要植物。伊樂藻移栽時(shí)，按照2m×3m行間距扦插，扦插深度3～5cm，栽種密度為5～7g/L，隨著伊樂藻生長，逐步加水，使水深為1．2～1．5m。2月下旬投放中華絨鰲蟹，3月投放苦草籽1kg/0．07hm2，6月開始分階段移除過量伊樂藻，使苦草、輪葉黑藻主要發(fā)揮凈化水質(zhì)的功效。每月中旬10:00在蟹塘定點(diǎn)處的水面下50cm處采集水樣2L進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)觀察伊樂藻、苦草與輪葉黑藻生長狀態(tài)，并及時(shí)補(bǔ)種或收割。原位生態(tài)修復(fù)和異位濕地處理相結(jié)合措施:從2010年11月下旬中華絨鰲蟹捕撈后，有序分批地抽取魚塘與魚苗塘的養(yǎng)殖廢水至蟹塘，進(jìn)行凈化處理，其間魚塘異位處理20d，然后魚苗塘異位處理20d。12月17日開始，先用2d時(shí)間抽取魚塘中(50%)的養(yǎng)殖廢水(水位降低0．5m、水量減少4002m3)至異位濕地處理場(chǎng)所蟹塘中凈化處理，將凈化處理后的水排回魚塘再利用。1月10日開始，用1d時(shí)間抽取魚苗塘(50%)的養(yǎng)殖廢水(水量2335m3)，排至異位濕地處理場(chǎng)蟹塘中，凈化處理后，將水排回至魚苗塘再利用，削減養(yǎng)殖廢水排放。魚塘與魚苗塘每批抽水完成后，每隔5d定點(diǎn)采集水樣2L，共采樣5次。

1．4檢測(cè)指標(biāo)及方法主要檢測(cè)指標(biāo)為pH值、溶解氧含量、高錳酸鹽指數(shù)、硝態(tài)氮含量、亞硝態(tài)氮含量、銨態(tài)氮含量、總磷含量、總氮含量。檢測(cè)方法:高錳酸鉀指數(shù)，酸性高錳酸鉀滴定法;亞態(tài)硝氮含量，重氮－偶氮比色法;硝態(tài)氮含量，紫外分光光度法;銨態(tài)氮含量，納什試劑比色法;總磷(TP)含量，鉬酸銨分光光度法;總氮(TN)含量，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;活性磷(PO3－4－P)，鉬銻抗法;葉綠素a含量，單色分光光度法。

2結(jié)果與分析

2．1苦草、伊樂藻與輪葉黑藻組合群落對(duì)蟹塘的凈化效果2010年1月至2011年1月對(duì)蟹塘(原位生態(tài)修復(fù))、魚塘、魚苗塘和龍延河(水源)水質(zhì)情況開展定時(shí)、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)(表1)，試驗(yàn)區(qū)域水質(zhì)氮、磷與有機(jī)物污染較嚴(yán)重。蟹塘水質(zhì)優(yōu)于其他相鄰養(yǎng)殖塘。

2．1．1蟹塘N、P含量全年變化趨勢(shì)水體中高濃度的氮、磷是水體富營養(yǎng)化的主要表現(xiàn)，控制水體富營養(yǎng)化的根本措施在于削減水體中氮、磷濃度［6］。試驗(yàn)結(jié)果表明，蟹塘TN、TP含量整年都較穩(wěn)定，且較魚塘、魚苗塘和水源低(圖2、圖3)。這說明苦草、伊樂藻和輪葉黑藻能有效降低蟹塘水體的氮、磷含量，并能使其維持在一定范圍內(nèi)。蟹塘總磷含量全年保持穩(wěn)定，在0．15mg/L上下波動(dòng)，特別是6—9月，總磷含量明顯低于魚塘，達(dá)到國家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(圖2)。蟹塘總氮含量明顯低于其他塘水質(zhì)，并且全年變化范圍不太大(圖3)。蟹塘水體氮、磷含量全年保持穩(wěn)定，為中華絨鰲蟹生長提供了良好的生境。

2．1．2蟹塘CODMn含量全年變化趨勢(shì)利用植物削減富營養(yǎng)化水體有機(jī)污染也有大量研究［7－8］，本研究利用苦草、伊樂藻與輪葉黑藻組合群落削減蟹塘養(yǎng)殖水體中的CODMn取得較好的效果。CODMn反映水體中有機(jī)污染程度的綜合指標(biāo)，由圖4可知，蟹塘CODMn全年較穩(wěn)定，平均為10mg/L，低于未種植苦草、伊樂藻和輪葉黑藻的魚塘、魚苗塘和水源。說明伊樂藻與輪葉黑藻對(duì)水體具有凈化功能，能有效削減養(yǎng)殖水體中的有機(jī)污染物。

2．1．3蟹塘葉綠素a含量全年變化趨勢(shì)葉綠素a含量是衡量水體藻類生物量的一個(gè)重要指標(biāo)［9］。沉水植物具有克藻效應(yīng)，能降低水體葉綠素a含量［10］。試驗(yàn)結(jié)果表明，蟹塘葉綠素a含量全年基本穩(wěn)定，在夏季藻類滋生的高溫季節(jié)，蟹塘葉綠素a含量平均為15mg/m3，僅約為其他水體含量的1/5(圖5)，并且透明度在晴好天氣高達(dá)0．8m。而沒有種植沉水植物的魚塘及魚苗塘，在相同水源情況下，葉綠素a含量在6—9月之間發(fā)生明顯變化。說明苦草、伊樂藻和輪葉黑藻對(duì)控制蟹塘水體藻類生長發(fā)揮了很大作用，明顯降低了水體葉綠素a含量，并且提高了水體透明度。

2．2異位濕地生態(tài)修復(fù)對(duì)水質(zhì)凈化效果

2．2．1異位濕地生態(tài)修復(fù)期間水質(zhì)變化情況表2和表3為魚塘和魚苗塘養(yǎng)殖廢水異位生態(tài)修復(fù)水質(zhì)凈化效果。由圖6和圖7可知，養(yǎng)殖水排放到蟹塘?xí)r各主要水質(zhì)指標(biāo)有較大波動(dòng)，但每批經(jīng)過異位處理10d后，主要檢測(cè)指標(biāo)幾乎不再有波動(dòng)，且濃度持續(xù)降低，說明該系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，凈化能力較強(qiáng)。魚塘和魚苗塘分別經(jīng)過20d異位修復(fù)后，魚塘養(yǎng)殖廢水高錳酸鹽指數(shù)、銨態(tài)氮、總磷、總氮和葉綠素a含量分別降至7．55、0．19、0．20、1．16、11．63mg/m3。魚苗塘養(yǎng)殖廢水高錳酸鹽指數(shù)、銨態(tài)氮、總磷、總氮和葉綠素a含量分別降至8.93、0．33、0．28、1．64、12．16mg/m3。水質(zhì)指標(biāo)低于生態(tài)修復(fù)前濃度，說明異位濕地生態(tài)修復(fù)起到較好的水質(zhì)凈化作用。#p#分頁標(biāo)題#e#

2．2．2異位濕地生態(tài)修復(fù)對(duì)氮、磷、高錳酸鹽指數(shù)的削減率研究結(jié)果表明，水體中總氮、銨態(tài)氮、總磷和硝氮越高，伊樂藻與輪葉黑藻對(duì)其去除效果越明顯［11－12］。從圖8中可見，魚塘異位生態(tài)修復(fù)期間，通過第1、2次采樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮、總氮、總磷去除效果明顯，而第3、4次采樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，各去除率下降較小，魚塘廢水經(jīng)20d處理后，CODMn、銨態(tài)氮、總磷、總氮、葉綠素a去除率均已超過50%，其中，總氮含量由3．14mg/L下降到1．16mg/L，削減養(yǎng)殖廢水中63%的總氮含量，基本滿足了養(yǎng)殖用水的要求。此時(shí)，異位生態(tài)修復(fù)(蟹塘)還可繼續(xù)作用于魚苗塘養(yǎng)殖廢水的凈化。由圖9中可見，在進(jìn)行異位生態(tài)修復(fù)期間，魚苗塘主要理化指標(biāo)去除率前期變化沒有處理魚塘?xí)r那么明顯。但是，前期去除率同樣較高，且2次異位生態(tài)修復(fù)期間各指標(biāo)去除率均穩(wěn)定上升，說明該原異位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。魚苗塘2335m3養(yǎng)殖廢水處理20d后，CODMn、銨態(tài)氮、總磷、總氮、葉綠素a去除率均超過45%，其中，銨態(tài)氮去除率高達(dá)54．79%。異位生態(tài)修復(fù)凈化能力強(qiáng)，體現(xiàn)出該系統(tǒng)良好的污水凈化性能與穩(wěn)定性。總體上本序批式養(yǎng)殖廢水生態(tài)凈化循環(huán)處理系統(tǒng)，HRT為30～40d，處理6336m3養(yǎng)殖廢水時(shí)，水力負(fù)荷為0．02～0．03m3/(m2•d)。水質(zhì)連續(xù)處理能力較強(qiáng)，能將劣Ⅴ類的養(yǎng)殖廢水凈化至Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，并保持相對(duì)穩(wěn)定。

3討論

沉水植物的恢復(fù)與重建能力已成為環(huán)境領(lǐng)域和水生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一［13］。有研究證明，利用水生植物進(jìn)行水污染控制具有投資、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低，管理簡便，污水處理效果好，可改善和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，回收資源和能源以及收獲經(jīng)濟(jì)植物等諸多優(yōu)點(diǎn)，在污水處理和富營養(yǎng)化水體凈化等方面均表現(xiàn)出良好的效果［14］。水體中氮、磷分為有機(jī)和無機(jī)2種形態(tài)［15］。氮元素在養(yǎng)殖塘內(nèi)的循環(huán)是開放式的，水生生物、水生植物、池塘微生物等構(gòu)成水態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)，各種生物通過同化作用使得氮元素在營養(yǎng)級(jí)中自下而上進(jìn)行傳遞［16－19］。受污水體中的磷元素多易沉積于池塘底部，成為難以去除的營養(yǎng)物質(zhì)。苦草在生長期能顯著降低沉積物中各形態(tài)磷的含量，沉積物總磷、NaOH提取磷、HCl提取磷、無機(jī)磷和有機(jī)磷含量分別降低了65．71、39．06、11．65、52．86、11．28mg/kg［20］。伊樂藻和輪葉黑藻對(duì)養(yǎng)魚污水中氮、磷等物質(zhì)有著較好凈化效果［21］。苦草、伊樂藻與輪葉黑藻種植密度為3g/L時(shí)，對(duì)水體中TP的去除率均超過68%［22］。本試驗(yàn)在蟹塘種植苦草、伊樂藻與輪葉黑藻，使其根部直接吸收底泥中的磷元素，從而去除水中磷元素。苦草生態(tài)適應(yīng)性廣，吸附污物及營養(yǎng)鹽能力強(qiáng)，是減少水體污染、緩解水體富營養(yǎng)化程度的重要沉水植物。苦草繁殖速度快，再生能力強(qiáng)，收割后恢復(fù)時(shí)間短，被收割的苦草僅15d就可恢復(fù)生長到收割前水平，可從水體中帶出大量營養(yǎng)鹽。因此，苦草常被作為沉水植物恢復(fù)主要選用品種之一［23］。輪葉黑藻生存范圍廣，適應(yīng)能力強(qiáng)，生長速度快、富集能力強(qiáng)，是凈化養(yǎng)殖廢水的理想植物，同時(shí)輪葉黑藻的根、莖、葉都是河蟹的適口性青飼料，能夠提高河蟹的品質(zhì);另外，輪葉黑藻既可移植也可播種，栽種方便，并且枝莖被河蟹夾斷后還能正常生根長成新株，不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成不良影響［24］。伊樂藻具有發(fā)芽早、長勢(shì)快、耐低溫等特點(diǎn)，所以伊樂藻與輪葉黑藻常在富營養(yǎng)化水體植被恢復(fù)工程中作為先鋒物種［25］。本試驗(yàn)在蟹塘種植苦草、伊樂藻與輪葉黑藻，不僅可以給中華絨鰲蟹生長提供飼料與避難場(chǎng)所，同時(shí)在凈化水質(zhì)方面具有重要作用。

養(yǎng)殖水體藻類大量生長會(huì)導(dǎo)致水體溶氧量減少并降低水體透明度，造成魚蟹大量死亡，所以控藻對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖來說同樣具有重要意義。不少研究表明，沉水植物是養(yǎng)殖塘水體中的初級(jí)生產(chǎn)者，與藻類屬于競(jìng)爭關(guān)系，而沉水植物在營養(yǎng)物質(zhì)、光照等方面更具優(yōu)勢(shì)，從而能抑制藻類的生長，此外沉水植物會(huì)分泌化感物質(zhì)抑制其生長［26－33］，還能提高水體溶氧與透明度［34］。伊樂藻光合放氧使水體溶氧量和pH值升高，促進(jìn)開放系統(tǒng)銨態(tài)氮的揮發(fā)［35］。輪葉黑藻對(duì)水中懸浮物的吸附量可達(dá)自身重量的2．59～5．52倍［11］。不同生物量伊樂藻對(duì)河水中其他藻類均具有較強(qiáng)抑制作用，并且隨著生物量增加，其克藻效應(yīng)更加明顯［36］。苦草在水環(huán)境中能產(chǎn)生并釋放具有抑藻活性的物質(zhì)，以抑制多種浮游或附著藻類的生長［37］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，通過在蟹塘種植苦草、伊樂藻和輪葉黑藻，蟹塘葉綠素a含量全年基本穩(wěn)定，在夏季藻類滋生的高溫季節(jié)，蟹塘葉綠素a含量平均為15mg/m3，僅為其他水體含量的約1/5，并且在晴好天氣透明度高達(dá)0．8m。苦草、伊樂藻和輪葉黑藻的種植能明顯控制蟹塘藻類的生長，為中華絨鰲蟹的生長提供較良好的生境。

水產(chǎn)養(yǎng)殖中，投入池塘飼料通常不能被魚蟹完全攝食［38］。據(jù)調(diào)查，直湖港胡埭龍延村段每年魚類養(yǎng)殖投入1200t顆粒飼料，投入養(yǎng)蟹塘顆粒料20t、鮮活冰凍魚片42t，以及玉米、小麥粉等，殘留餌料與養(yǎng)殖對(duì)象的排泄物會(huì)沉積到池塘底部，這加劇了池塘水體富營養(yǎng)化程度，造成水中浮游生物數(shù)量增加，魚類病害泛濫。試驗(yàn)區(qū)魚塘養(yǎng)殖水體氮、磷含量較高，如果直接排放會(huì)導(dǎo)致自然水體富營養(yǎng)化，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。本研究根據(jù)中華絨鰲蟹養(yǎng)殖周期短、秋季收獲、不同養(yǎng)殖對(duì)象養(yǎng)殖水資源需求與排放時(shí)間差異的規(guī)律特征，利用中華絨鰲蟹上市后蟹塘閑置期，建立陸域養(yǎng)殖廢水排放異位濕地處理場(chǎng)所，將其他養(yǎng)殖污染較嚴(yán)重的污水通過一定水量有序分批式直接引入蟹塘凈化處理，節(jié)約了凈化處理設(shè)施與土地，這樣既能有效轉(zhuǎn)化池塘多余氮磷、填補(bǔ)蟹塘水草缺乏營養(yǎng)需求狀況，又為來年養(yǎng)殖提供了餌料，同時(shí)通過凈化處理后的水又可循環(huán)回用，有利于發(fā)展高密度養(yǎng)殖，提高水產(chǎn)品品質(zhì)。魚塘和魚苗塘養(yǎng)殖廢水經(jīng)異位生態(tài)修復(fù)均得到較好的凈化效果，魚塘CODMn、銨態(tài)氮、總氮、總磷、葉綠素a去除率均超過50%。魚苗塘CODMn、銨態(tài)氮、總氮、總磷、葉綠素a去除率均超過45%。異位生態(tài)修復(fù)時(shí)，魚塘修復(fù)水力負(fù)荷較大，不過養(yǎng)殖廢水得到較好的凈化效果。經(jīng)過20d魚塘污水凈化，蟹塘對(duì)魚苗塘污水凈化能力有所下降，但是其總氮、總磷去除率仍然高達(dá)46．84%、49．09%。說明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)凈化能力強(qiáng)。異位生態(tài)修復(fù)時(shí)，由于抽水和排水會(huì)導(dǎo)致水體曝氣，從而會(huì)影響銨態(tài)氮等營養(yǎng)鹽含量變化，造成結(jié)果的部分誤差。但從結(jié)果來看，本系統(tǒng)通過綜合調(diào)控與合理利用水資源，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖過程中養(yǎng)殖廢水的凈化和“零排放”，及水資源循環(huán)利用，提高水資源利用的綜合效應(yīng)，具有低碳高效、節(jié)約型循化水養(yǎng)殖的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用有一定的推廣價(jià)值。目前，限于試驗(yàn)條件對(duì)蟹塘、魚苗塘和魚塘養(yǎng)殖廢水的原位、異位濕地生態(tài)修復(fù)處理研究分析，今后將進(jìn)一步完善沉水植物篩選與群落配置，擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，并篩選指示植物，提高預(yù)警，防止病害傳播造成交叉污染等潛在危險(xiǎn)，建立長期穩(wěn)定的養(yǎng)殖廢水序批式循環(huán)處理與再利用系統(tǒng)。#p#分頁標(biāo)題#e#

4結(jié)論

本研究構(gòu)建了一個(gè)較為穩(wěn)定的原位、異位與養(yǎng)殖模式相結(jié)合的凈化系統(tǒng)，用于凈化養(yǎng)殖廢水的有效措施，同時(shí)可以發(fā)展水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物養(yǎng)殖，形成水循環(huán)良性系統(tǒng)，即節(jié)約了土地資源、降低了成本，又實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖廢水零排放，并且工藝簡短、易操作、運(yùn)行費(fèi)用低，適應(yīng)性強(qiáng)，無二次污染。養(yǎng)蟹塘整年水質(zhì)較穩(wěn)定，主要理化性質(zhì)與生物學(xué)指標(biāo)優(yōu)于魚塘、魚苗塘與水源水質(zhì)，達(dá)到國家地表水Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，中華絨鰲蟹生長良好;蟹塘對(duì)魚塘和魚苗塘污水異位濕地修復(fù)效果明顯，經(jīng)異位生態(tài)修復(fù)，魚塘高錳酸鹽指數(shù)、銨態(tài)氮、總磷、總氮、葉綠素a去除率分別為58%、55%、75%、65%、60%;魚苗塘高錳酸鹽指數(shù)、銨態(tài)氮、總磷、總氮和葉綠素a去除率均超過45%，水質(zhì)總體達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其中魚塘銨態(tài)氮達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，異位濕地生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)整體水力負(fù)荷較大，HRT為30～40d，處理6336m3養(yǎng)殖廢水時(shí)，水力負(fù)荷為0．02～0．03m3/(m2•d)，能將劣Ⅴ類養(yǎng)殖廢水凈化為Ⅲ類，并保持相對(duì)穩(wěn)定，整個(gè)試驗(yàn)期間系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖廢水的零排放，該系統(tǒng)有較高的水體凈化能力，節(jié)約了水資源。