人工植物床对外塘甲鱼养殖水体的净化作用

郑洁敏，牛天新，李春娟

(1.浙江省杭州市农业科学研究院，浙江 杭州 310024;2.浙江工商大学，浙江 杭州 310018)

人工植物床将大型水生植物引入水面生长［1-2］，水体中氮磷等营养物质通过植物根部吸收在植物体内贮存。植物收获时，水中部分营养物质被移出水体［3］。通过这种方式来改善富营养化水体，扰动小、成本低廉、环境友好。近年来人工植物床广泛应用于河道湖泊水域［4-8］的生态修复工程中，人工植物床在水产养殖水体中的修复作用也日益受到关注［9］，但是植物浮床作为一项原位修复技术，在大面积甲鱼养殖水体的应用研究报道相对较少。浙江省甲鱼养殖产量位居全国第一，2011年共创造70亿元的产值。在创造巨大价值的同时，甲鱼养殖所面临的环境污染问题不容忽视。就外塘甲鱼养殖而言，甲鱼投喂饲料集中在6-10月，这正是富营养化水体容易恶化的季节，水质的恶化不仅影响甲鱼正常生长和品质，养殖废水的排放对农村环境也造成严重影响。本试验在外塘甲鱼养殖水体中构建人工植物床，并定期检测养殖水体水质指标，在植物收获时测定植物收获部氮磷含量及其生物量，以检验人工植物床对外塘养殖水体的净化作用，为该技术在外塘甲鱼养殖水体中的推广应用积累经验。现将有关结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在杭州市西湖区上泗地区的甲鱼养殖场进行，每个甲鱼养殖池塘占地面积约1 000 m2，共用5个养殖池。

人工植物床［10］利用给水用 PVC管 (50 mm直径)作为浮床载体，做成2 m×2 m方形，四边用专用胶水通过弯头相互连接。制作简便，不易漏水。园艺用12孔 (32 cm×42 cm)穴盆作为植物载体，植物根部用海绵固定在穴盆上。固定有植物的穴盆通过塑料绳与框架连成一体。植物浮床下水后，用绳索固定。

浮床上植物的选择根据实践经验而定［11］，选用挺水植物泽苔、菖蒲和千屈菜;沉水植物黄花水龙、穗状狐尾藻和浮水植物大薸。此外，在水面上种植空心菜和水芹菜。空心菜采用穴盆种子育苗后移栽，其他水生植物从野外直接移栽。挺水植物固定于浮床上的密度为6株·m-2，剪去地上部分;大薸等浮水植物和沉水植物种植密度2～4株·m-2。

1.2 处理设计

5个养殖池塘，1个为空白塘，4个为甲鱼养殖池塘。其中2个放人工植物浮床记为处理塘1、处理塘2，另2个不放人工植物浮床记为对照塘1、对照塘2。处理塘中构建136 m2的人工浮床，植物种类和数量如表1所示。

2011年3月下旬，外塘养殖池塘用石灰消毒。晒塘后，从周边河道引水入塘，把重约0.5 kg的小甲鱼放入处理与对照塘中，塘养殖密度约为3只·m-2。空白塘原先养过甲鱼，现仅存数只甲鱼和数条草鱼，整个试验过程不投饲料。4月中旬甲鱼养殖塘开始投喂饲料。所用饲料为鳖配合饲料，投喂量根据经验而定。日温度超过20℃后，视温度和甲鱼摄食情况，每日投料1～2次，如遇雨天，不饲喂。到2011年10月1日，停止投喂饲料。2012年1月，逐渐放水捕捞。

在应用植物床之前，对水体取样，测定塘内养殖水体的可溶性总磷、氨氮、BOD(生物需氧量)、COD(化学需氧量)、SS(固体悬浮物)等值 (表2)。植物浮床于6月下旬下水固定。观察植物生长与成活情况，当植物生长影响甲鱼养殖时，进行必要的维护工作。于植物床下水2个月后，对植物进行收获，植物可收获部分用清水洗净，用吸水纸吸干水分，称取鲜重。在烘箱中105℃杀青30 min后，于80℃烘至恒重。记录生物量干重，计算含水量。同种植物收获部分烘干后混合粉碎，测定氮磷含量。

表1 处理塘放入植物浮床的数量、面积和植物的种类、数量

植物床下水1周后，定期对各个试验塘水体取样，测定水体中的总磷、可溶性磷、无机磷、总氮、可溶性氮、氨氮、高锰酸盐指数、COD、BOD等指标，直至天气变冷甲鱼进入冬眠期不再进行投料后，停止取水样。

表2 各塘养殖水体6月2日的主要指标

1.3 检测项目及方法

植物地上部干样用浓H2SO4-H2O2法消煮，氮的测定用消化-蒸馏定氮法［12］，磷的测定用消化-钒钼黄比色法［12］。

水质中总磷、可溶性磷、可溶性磷酸盐用钼酸铵分光光度法测定，总氮、可溶性氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定、氨氮用纳氏试剂分光光度法测定、高锰酸盐指数用碱性法测定、BOD用稀释接种法测定［13］。

2 结果与分析

2.1 植物生长情况及维护工作

植物床下水约1个月后，部分植物恢复正常生长。在浮岛上所采用的植物中，浮水植物大薸生长极具优势，由于部分植物无法正常生长，将大薸转移至未能正常生长的浮水植物床中。空心菜长势较好。泽苔、菖蒲生长正常。黄花水龙、穗状狐尾藻的匍匐茎平铺于渔网上，甲鱼经常在其间钻来钻去，植物无法正常生长。千屈菜、水芹菜生长不佳，未能存活。

在植物下水2个月后，部分植物无法正常生长导致植物床面积有所缩减，处理塘1浮床面积缩减至原来的62%，处理塘2浮床面积缩减至原来的56%。植物恢复情况及其生物量见表3。收获时，2个处理塘的大薸各占据10个浮床的位置，在4 m2的浮床中大薸数量可达800个。空心菜长势很好。浮萍随着水生植物带入水面，生长繁殖能力强，平均每隔15 d进行打捞，在降雨天，浮萍繁殖尤快。在整个甲鱼生长期，每个塘平均打捞鲜重约10.4 t。泽苔和菖蒲生长正常。

表3 植物床下水2个月后植物生长情况及其生物量

10月天气转凉，空心菜生长受到影响，进行采摘。11月中旬，大薸开始出现腐烂，下沉影响水质，进行打捞工作。第2年5月，菖蒲植物床和泽苔植物床恢复正常生长，长势旺盛。其余植物床需要重新移入植物。

2.2 植物氮磷移除能力估算

各种植物可收获部分的生物量及氮磷含量见表4。对于同一种植物，处理塘1中植物氮磷含量高于处理塘2，这可能与2个处理塘不同的水质有关(图1)。在处理塘1中，5种长势较好的植物中，植物可收获部分氮含量从高到低排序为:空心菜＞浮萍＞大薸＞泽苔＞菖蒲;磷含量从高到低排序为:浮萍＞大薸＞空心菜＞菖蒲＞泽苔;处理塘2中，植物可收获部分氮含量从高到低排序为:浮萍＞空心菜＞大薸＞泽苔＞菖蒲;磷含量从高到低排序为:浮萍＞大薸＞空心菜＞泽苔＞菖蒲。相比之下，浮水植物具有较高的氮磷含量。

在整个处理过程中，按照收刈2茬计算，人工植物床可从处理塘1中带走氮约90.69 kg，磷约9.15 kg;可从处理塘2带走氮约80.86 kg，磷约8.55 kg。

大薸、浮萍氮磷含量高，繁殖能力快，两者对氮的移除贡献达到94.93%和98.89%，对磷移除贡献率达到97.47% 和99.53%，这主要是因为这两者的浮水特性和快速繁殖能力，易于分散繁殖，但是正是因为这个特性，使得这2种植物难以管理，需要耗费较多的劳力进行维护，无形中增加了植物浮床修复水体的成本。在供试的植物中，空心菜氮磷含量相对较高，尤其是氮含量，与浮萍相当，其生长时期为5-10月，恰好与外塘甲鱼养殖投料时间契合。因此，具有一定覆盖面积的空心菜植物床，是外塘甲鱼养殖水体原位处理的较佳选择，可在净化水质的同时为养殖户带来一定的经济收益。

表4 植物地上部氮磷含量及从甲鱼塘中移除的氮磷总量

2.3 水质指标变化情况

外塘甲鱼养殖水体受到天气影响较大，高温期间，如连续晴朗不降雨，5个试验甲鱼塘都不同程度呈现蓝藻水华，其中对照塘水华现象更为严重，养殖水体的pH值均超过8.0;如天气阴雨未见太阳，塘中蓝藻水华即消失，水体pH值保持在7.5～8.0正常范围内。从7-11月，甲鱼塘检测结果见图1-5，由于甲鱼塘每天投喂饲料量和底泥释放的不确定因素，加之气温、降雨等气候因素的干扰，供试甲鱼塘水质较为多变。

图1 供试甲鱼塘养殖水体中总磷浓度的变化

图2 供试甲鱼塘养殖水体中可溶性总磷浓度的变化

图3 供试甲鱼塘养殖水体中氨氮浓度的变化

图4 供试甲鱼养殖水体中高锰酸钾指数浓度的变化

各个塘的水质，总体趋势是空白塘比饲养塘好，进行了植物床处理的甲鱼塘比对照塘好。从总磷、可溶性磷和氨氮的浓度来看，空白塘基本保持背景值的水平，明显小于其余塘。虽然空白塘水体中高锰酸盐指数、COD、BOD的浓度较其余塘低，但仍有相当高的浓度，说明在长期的甲鱼养殖过程中，在塘底沉积了大量的有机物质，即使该塘不进行投饵，其有机质的浓度仍然保持较高水平。

投喂饲料的甲鱼塘，各水质指标随着气温的逐步升高浓度增加，随着天气转凉浓度下降，这与气温高时，甲鱼活动量大、摄食多，投喂量增加有关，高温时沉降于池底的内源污染释放速度也增加。其中水体中总磷和可溶性总磷的浓度在8月底、9月初达到最高，氨氮的浓度较为滞后，在9月底达到最高;高锰酸盐指数、BOD浓度的变化趋势比较一致，在7-9月浓度较高。

9月，2个对照塘水质恶化，养殖户感官判断水体已不适于甲鱼养殖，于9月10日开始陆续换半塘水，反映在各水质指标中，即对照塘水质各指标浓度在9月中下旬明显回落。而植物床处理的甲鱼塘在整个过程中未进行换水处理。

3 小结与讨论

在传统的水产养殖业中，因为追求高产，过分强化人工饲料与养殖对象这个单一物质能量通道，导致养殖生态系统失衡，物质能量转化率低［9］。植物浮床将植物引入到养殖水体中，增加了物质能量通道，使水体中营养物质有更多的转化渠道。试验表明，人工植物床对外塘甲鱼养殖水体具有明显的净化作用，处理塘水质优于对照塘，且在整个养殖过程中无需换水，能为养殖户节省成本，也减少对周边水域环境的影响。对于植物床的净水效果，有研究认为植物对水体中营养物的吸收作用仅是其对水体净化作用的一部分，植物根系对净水也有重要的作用［14］。据报导通过浮床形式所引入的高等水生植物在水生生态系统中发挥着多种生态功能，除了短期储存氮、磷、钾等水体中的植物营养物质和其他污染物质外，还可抑制低等藻类的生长、促进水中其他水生生物的代谢，并为多种微生物提供生境，加速硝化细菌反硝化细菌等对水体中氮的降解与转化［15-16］。由于试验在生产用的养殖塘中进行，供试塘存在内源污染，水质指标变化较为复杂。尽管如此，在甲鱼养殖外塘水体中引入人工植物床后，部分水质指标优于对照塘，而且在整个外塘甲鱼的饲养过程中无需换水，说明植物对提高水体自净能力起到了一定的作用。

但是，在养殖塘中通过人工植物床的方式引入水生植物吸收水体中过剩的营养物质需要考虑以下问题。浮萍生长快速，水面铺满浮萍易导致水体缺氧，需要频繁打捞，打捞出来的浮萍可运送至鱼塘喂养草鱼。但是，频繁打捞，费时费力。与浮萍相比较，大薸同样繁殖能力强，更易于控制，打捞方便，是一种较为适用的植物床植物。不同类型的养殖水体营养物质浓度、养殖鱼类特性有差异，不同的大型水生植物的适应性可能不同。在本试验中，笔者在其他水体中应用效果较好的千屈菜、黄花水龙、穗状狐尾藻却无法正常生长。因此在大面积应用前，需要进行小规模试种。就甲鱼养殖而言，甲鱼生性喜静怕声，喜阳怕风，喜洁怕脏，在外塘甲鱼养殖水体中所应用的人工植物床，需要管理和维护少，尽量减少对甲鱼的惊动，以避免甲鱼摄食量的减少。空心菜植物床从5月下旬下水，可一直生长采摘至10月，与外塘甲鱼投喂饲料的周期相符，对甲鱼摄食和生产无不良影响。因此，一定面积的空心菜植物浮床是一项可用于外塘甲鱼养殖水体的切实可行的原位修复技术，其构建与维护方法简单、成本低廉，适宜农民应用。

［1］ 李英杰，金相灿，年跃刚，等.人工浮岛技术及其应用［J］.水处理技术，2007，33(10):49-51.

［2］ 唐静杰，周青.生态浮床在富营养化水体修复中的应用［J］.环境与可持续发展，2009(2):24-26.

［3］ 程伟，程丹，李强.水生植物在水污染治理中的净化机理及其应用 ［J］.工业安全与环保，2005，31(1):6-9.

［4］ 陈荷生，宋祥甫，邹国燕.利用生态浮创技术治理污染水体 ［J］.中国水利，2005(5):50-53.

［5］ 卢进登，陈红兵，赵丽娅，等.人工浮床栽培7种植物在富营养化水体中的生长特性研究 ［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7(7):58-61.

［6］ 李梅，孙远奎，张见魁.生态浮床技术应用研究 ［J］.工业安全与环保，2010，36(1):35-36.

［7］ 武涛，刘彬彬.上海市黑臭河道治理技术应用研究 ［J］.工业安全与环保，2010，36(3):27-29.

［8］ 黄亮，吴乃成，唐涛，等.水生植物对富营养化水系统中氮、磷的富集与转移 ［J］.中国环境科学，2010，30(增刊l):1-6.

［9］ 罗思亭，张饮江，李娟英，等.沉水植物与生态浮床组合对水产养殖污染控制的研究 ［J］.生态与农村环境学报，2011，27(2):87-94.

［10］ 郑洁敏，陈煜初.一种人工浮岛:中国，200920197775.7［P］.2010-08-25.

［11］ 陈文岳，沈国正，郑洁敏，等.西溪湿地水环境污染现状及生态治理对策 ［J］.农业环境与发展，2009(2):5-8.

［12］ 鲍士旦.土壤农化分析 ［M］.北京:中国农业出版社，2000.

［13］ 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法 ［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.

［14］ 罗固源，韩金奎，肖华，等.美人蕉和风车草人工浮床治理临江河 ［J］.水处理技术，2008，34(8):46-48.

［15］ 宋伟，周庆，王彦玲，等.几种植物净化能力的比较及浮床应用效果研究 ［J］.江苏农业科学，2010(5):474-477.

［16］ 张毅敏，高月香，吴小敏，等.复合立体生物浮床技术对微污染水体氮磷的去除效果 ［J］.生态与农村环境学报，2010，26(增刊1):24-29.