论紫根水葫芦种植对水质的影响——江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程调查报告

王双顶

（江川县环境保护局，云南 江川652600）

论紫根水葫芦种植对水质的影响
——江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程调查报告

王双顶

（江川县环境保护局，云南 江川652600）

针对江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程，根据紫根水葫芦种植区域与种植区域外侧、湖区、入湖河道的水质监测数据，判断紫根水葫芦的种植对削减星云湖、入湖河水等内源污染物的影响程度，找出项目种植实践中存在的问题，为下一步的工作提供指导。

紫根水葫芦；种植；水质；影响；问题；讨论；星云湖

1 项目概况

1.1 星云湖基本情况

星云湖是珠江流域南盘江水系的源头湖泊。湖面呈茄形，南北长 9.087km，东西最宽 4.727km，东西最窄2.518km，最大水深10.81m，平均水深6.01m。水 位 1722.5m 高 程 时，湖面 面 积34.329km2，湖泊蓄水量 2.0981亿 m3，湖周长38.8km。现行运行水位1721.5～1722.5m，历年最高水位1723.11m，最低水位1720.56m，最大变幅2.55m，年内变化 0.73～1.68m。补给系数10.9。湖水主要靠地表径流和湖面降水补给，入湖河流除隔河外，主要有大街河、小街河、东西大河、螺蛳铺河、渔村河等12条季节性入湖河流，多年平均入湖径流量为6200万 m3，占陆面径流量的76%。

1.2 项目区水质状况

由于受流域经济增长、工农业及旅游业快速发展的影响，星云湖水体功能为 III类，现状水质为劣V类。近几年星云湖水质持续呈现劣 V类，水体营养水平持续增高，蓝藻水华频发，沉水植物消亡严重，水生态退化明显。虽然近年各级政府持续在星云湖流域开展污染治理工程，使营养状态指数上升趋势减缓，但由于星云湖内源污染严重，高氮磷污染底泥大量堆积，致使星云湖整体水质改善不明显，蓝藻水华仍然持续暴发。

1.3 “紫根水葫芦”简介

水葫芦，学名凤眼莲，原产南美的巴西，1901年作为花卉引入我国。20世纪中期代大豆替代品推广。由于它繁殖生长速度快，作为上好的猪饲料，帮助无数农户渡过了中国历史上最艰难的饲料危机的阶段。水葫芦的根部有极强的吸收能力，研究证实水葫芦2d内可除去废水中80%的含氮化合物、40%的含磷化合物，并能迅速吸收水中的金、银、铅、汞、镉、镍等有毒金属元素以及苯、酚等微量有机化合物。一昼夜能在 1hm2水域中吃掉34kg钠、22kg钙、17kg磷、2.1kg酚和89g汞［1］。在实验室静态模拟试验条件下，在20d内，水葫芦数量增加了97℅，每增加1g水葫芦可以分别去除氮、磷和CODCr6.62mg、0.55mg、55.84mg［2］。

“紫根水葫芦”就是使用 GPIT（基因表型诱导调控表达技术）将普通水葫芦经诱导培育成的根须发达颈叶生长缓慢的水葫芦［4］。

GPIT技术 （全称：作物基因表型诱导调控表达技术 （Gene Phenotype Induction Technique）是建立在生物信息感受度和动力学机制可改变，相应生理代谢可随之快速调节变化乃至强化及强补偿代谢可逆的理论基础上；以高抗光氧化提高光合作用效率（净光合作用强度可提高50%～400%以上）为中心；综合双向抗自然和生物逆境为特征的作物潜能优良性状连锁表达；利用光导全息、细胞全能能动性、生物多态能动性基础、信息感受度和动力学机制诱导调控可改变的能动性与外部环境等条件显著改变有机互作等原理，从而产生表型增强、重大分离或变异 （数量、质量性状）及累加递增至质变，乃至部分稳定表达或遗传表达；使抗逆高光效节水肥土壤自修复良循环，发挥生物多态性潜能。1.4项目建设

江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程项目在星云湖大街河、小街河入湖河口建设33.33hm2紫根水葫净化水体实验区，经过一个治理周期 （约6个月）的治理后拟达到以下目标：33.33hm2治理水域整体水质有所改善。试种 2～3个月后，在入湖河道及湖滨近岸区域有效治理区，

17.33 hm2水质明显改善，TN、TP、NH3－N等主要指标比对照区削减20%～30%，核心治理区约14hm2水质 TN、TP、NH3－N等主要指标比对照区削减30%～40%，无可见蓝藻水华。示范区外侧设置对照区交换治理区8.67hm2水质明显改善［3］。

因各方面的原因，项目于2012年8月动工，9月底完成打桩工作，10月中下旬完成水葫芦的投放工作。因种植时间太迟，工程完工之时季节已经是秋冬时节，所以当年没有对所种植的紫根水葫芦进行打捞。

2 水质监测

2.1 监测点位

在治理区外入湖河道设置对照监测点2个，对照点6号点、7号点 （图1）。

示范区外侧设置对照监测点3个，见监测点布置图监测对照点8号点、9号点、10号点。

在核心治理区设监测点5个，见监测点布置图监测1号点、2号点、3号点、4号点、5号点，每个点取表层水样进行分析。

2.2 监测项目

监测评价标准：GB3838－2002《地表水环境质量标准》［5］。

监测项目分为两大项：主要污染物监测项目：水温、pH、透明度、溶解氧、BOD5、COD、TN、T－P、NH3－N；生物监测项目：浮游植物数量、浮游动物数量、底栖生物生物量、异养细菌数量、藻生物量、水生植物生物量［6～8］。

2.3 监测频率

种苗投放前各监测点采集 1次样品为对比基数。种苗投放后7d开始进行监测，每14d监测1次，共监测3个月污染物监测项目。投苗中期及后期生物监测项目各监测1次，监测时间由治理方确定。后期水质达到治理目标后每月监测1次污染物监测项目，至2013年3月。

3 结果与分析

3.1 主要污染监测数据及对比分析

工程2012年9月9日开始第一次投放紫根水葫芦，至2012年10月20日工程完工。所以以第一次即2012年9月9日为后9次监测数据的对比基数。

分析水温、pH、透明度、溶解氧、BOD5、COD、T－N、T－P、NH3－N的监测数据可得出如下结论：

1＃～5＃监测点即核心治理水质监测结果综合评价：水质类别为劣Ⅴ类，主要污染物总磷、总氮、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮等。

6＃～7＃监测点即入湖河道附近全期水质监测结果综合评价：水质类别为劣Ⅴ类，主要污染物总磷、化学需氧量、总氮、五日生化需氧量、氨氮等。

8＃～9＃监测点即外围对比区全期水质监测结果综合评价：水质类别为劣Ⅴ类，主要污染物总磷、总氮、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮等。

3.1.1 第 1次与后9次监测数据对比情况分析。

将2012年9月9日第1次的监测数据与 2012 年10月11日—2013年3月7日9次的监测数据的平均值比较后得出，透明度有了较大改变，提高了89%。核心治理区的主要污染物 BOD5、T－P、NH3－N等指标分别削减53%、24%、6%，其他DO、COD、T－N等污染物变化不大 （表1）。

将2012年 9月 9日第 1次的监测数据与2012年 10月 11日—2013年 3月7日 9次的监测数据的平均值比较，在入湖河道附近及湖滨近岸区域透明度有了较大改变，提高了 90% （表2）。但污染物指标只有 BOD5略下降了3%，其余所有监测指标都未见好转。主要原因为每年的10月—下年4月以前为江川县枯水季节，河道无水源补充。河道内的水为县城各类生活污水组成，各类污染物指标都非常高。

将2012年9月9日第 1次的监测数据与 2012 年10月11日—2013年3月7日9次的监测数据的平均值比较，外围对比区域透明度有了较大改变，提高了54%。BOD5、T－P、NH3－N分别削减50%、28%、12% （表3）。

表1 核心治理区域监测区数据平均值比较

表2 入湖河道附近监测区数据平均值比较

表3 外围对比区域监测区数据平均值比较

3.1.2 治理区监测数据平均与设计方案比较

将核心治理区和外围对照治理区效果与设计方案对比。原设计为：试种2—3个月后，即2012年10月—12月，在入湖河道及湖滨近岸区域有效治理区，17.33hm2水质明显改善，TN、TP、NH3－N等主要指标比对照区削减 20%～30%，核心治理区约14hm2水质 TN、TP、NH3－N等主要指标比对照区削减 30%～40%，无可见蓝藻水华。示范区外侧设置对照区交换治理区 8.67hm2水质明显改善 （表4）。

核心治理区的 T－P、NH3－N两个指标分别削减24%、6%，但都没有达到设计要求。在入湖河道附近及湖滨近岸区域的所有监测指标都没有达到设计要求，削减比例不降反升。

表4 治理区监测数据平均与设计方案比较 （mg／L）

3.1.3 治理区监测数据与湖区监测数据、大街河、小街河河道水质监测数据比较

采用紫根水葫芦治理核心区2012年11月份的监测数据的平均值与星云湖湖区2012年11月份的监测数据的平均值比较，详见表5。

采用大街河、小街河入湖河口紫根水葫芦治理附近区域2012年11月份的监测数据的平均值与和大街河、小街河入湖河口2012年11月份的监测数据的平均值进行比较 （表5）。

从表5可以看出，紫根水葫芦试验区对湖水净化作用没有得到充分体现，但对河道内入湖污水却起到了很好净化和控制作用，BOD5、T－P、TN、NH3－ N 分 别削 减 了 54%、70.16%、83.43%、89.64%。

表5 水 质监测结果对比表

3.2 生物监测

在紫根水葫芦种养前 （2012年9月9日）、紫根水葫芦种养末期 （2012年12月23日）、紫根水葫芦休眠期（2013年3月16日）对浮游植物数量、浮游动物生物量、底栖生物生物量、异样细菌总数、水生植物生物量、藻生物量进行监测，得出如下结果：①与种养前相比较，紫根水葫芦种养区浮游植物数量略有下降，说明紫根水葫芦项目区的水质有所改善；②与种养前相比较，紫根水葫芦种养区浮游动物数量有明显下降，说明紫根水葫芦种养对项目区域内的浮游动物生长有一定影响；③与种养前相比较，紫根水葫芦种养区底栖动物生物量有明显下降，说明紫根水葫芦种养对项目区域内的底栖动物生长有一定影响；④与种养前相比较，紫根水葫芦种养区异养细菌数量有一定减少，说明紫根水葫芦项目区的水质有所改善；⑤与种养前相比较，紫根水葫芦种养区藻生物量略有下降，说明紫根水葫芦项目区的水质有所改善；⑥紫根水葫芦种养区水生植物生物量明显增加，说明水体中的部分N、P被转化成水生植物。

4 讨论

水葫芦对氮、磷素营养的吸收具有较强的特异性，且水葫芦作为水生植物其各组织器官，尤其是根部对氮、磷素营养的吸收、利用与转化的机制具有一定的特殊性［9］。同时在水葫芦区域，水体水质在特定时间段存在一定程度的下降，主要是由于水葫芦的存在降低了水体的DO，水葫芦根系对悬浮物捕获以及水葫芦和悬浮物的腐烂造成的［10］。

此次紫根水葫芦净化水体示范工程没有达到设计目标，主要存在以下几方面的原因：

（1）种植紫根水葫芦的季节严重滞后。紫根水葫芦在江川县的最佳生长季节为每年的5～10月，进入10月后紫根水葫芦就会生长缓慢或停滞，开始枯萎，不能起到吸污治污的作用。这是由水葫芦自身的生物特性决定的。

（2）造成二次污染。季节进入秋冬以后，尤其遇到霜冻后，水葫芦会很快枯萎，水葫芦的根、茎、叶开始脱落。此次紫根水葫芦试验种植季节严重滞后，本应在每年的11月下旬开始打捞的紫根水葫芦没有打捞，致使枯萎的水葫芦的根、茎、叶大面积脱落在湖面试验区域，从而导致湖水的二次污染。

（3）种植面积过小，水体交换频繁。此次的紫根水葫芦种植面积约为 0.4km2，仅占整个湖区的1%。江川县属亚热带内陆高原季风气候，当年的10月—来年的3月空气湿度小，多偏北风。而试验区刚好位于星云湖南岸，易受到北风的影响而加快试验区水体与湖区水体的置换。所以此次紫根水葫芦种植效果不是太好，甚至没有达到工程设计要求。

（4）干旱使湖面面积缩小，增加治理难度。近几年来江川县遭遇了连年的干旱，湖水下降突破历史最低水位，退至控制水位线1722.5m以下2m 的1720.50m，从而加剧水质治理的难度。

下一步星云湖在此次项目基础上进行的紫根水葫芦的扩、改建工程，应该注意以下几方面的问题：

（1）注意栽种的季节性，一定要在每年的 4月—5月前完成紫根水葫芦种植。只有这样才能发挥栽种水葫芦应有的作用。

（2）每年的一个栽种季节周期完成以后，一定要对紫根水葫芦的植物残体进行打捞和恰当地处置，才不会对星云湖造成二次污染。

（3）在种栽过程中注意紫根水葫芦的圈养范围，防止紫根水葫芦在种植过程中逃逸，造成湖区的污染。

5 结论

经过一个治理周期 （约 6个月）的治理后，33.33hm2治理水域整体水质有所改善。

从主要污染物治理情况看：核心治理区，入湖河口等近岸区域，都无可见蓝藻水华出现，透明度有所增加。BOD5、T－P等主要污染物得到了削减，部分区域的 T－N、NH3－N也得到了一定的遏制。但在整个治理期内，紫根水葫芦的种植对星云湖的主要污染物总磷、总氮、氨氮等污染物的削减指标都没有达到设计的要求。

从生物监测的情况看：紫根水葫芦项目区的水质有所改善；但紫根水葫芦种养对项目区域内的浮游动物生长、底栖动物生长有一定影响；紫根水葫芦种养区水生生物量增加，吸收并转化水体中的部分 N、P。

［1］刘立岩，吕兴娜.用水葫芦净化水质中氮、磷污染物的研究分析 ［J］.丹东纺专学报，2005，（2）：43.

［2］黄泱，吴宏，许寿斌，等.水葫芦对三湘江漳州师范学院河段水质影响研究 ［J］.漳州师范学院学报 （自然科学版），2008，21（1）：78－81.

［3］云南环境工程设计研究中心.星云湖内源生物治理试验示范工程实施方案 ［R］.2013.

［4］李彦璋，成江.云南省生态农业研究所 《紫根水葫芦净化水体示范工程研究》星云湖实施方案 ［R］.昆明兴滇技术咨询有限公司，2012.

［5］GB 3838－2002，地表水环境质量标准 ［S］.

［6］玉溪市华恒环境科技有限公司.江川县星云湖紫根水葫芦净化水体示范工程水质监测报告 ［R］.2012－09－09至2013－03－07.

［7］玉溪市环境保护局，玉溪市环境监测站.环保简报［Z］.2012.

［8］侯春.江川县星云湖紫根水葫芦项目区水生生物监测报告［R］.云南大学生命科学学院，2013.

［9］张秋芳，刘波，官雪芳，等.水葫芦对氮磷营养的需求及分布规律初探 ［J］.中国农学通报，2007，23（5）：387－389.

［10］王智，张志勇，韩亚平，等.滇池湖湾大水域种养水葫芦对水质的影响分析 ［J］.环境工程学报，2012，6（1）：3827 －3831.

Effects of Farming Water Hyacinth on Water Quality in Xingyun Lake— Survey Report of Water Hyacinth Purifying Pilot Project in Xingyun Lake

WANG Shuang－ding
（Jiangchuan Environmental Protection Bureau，Jiangchuan，Yunnan 652600，China）

An investigation was conduct to explore the effects of farming water hyacinth on water quality in Xingyun lake based on the water hyacinth purifying pilot project in Xingyun Lake.The water monitoring data were obtained on the sites of inside and outside of farming area，water body，and rivers feeding into Xingyun lake.The influences on reducing pollutants'loadings and internal source pollution were analyzed based on the monitoring data.Meanwhile，the problems of farming water hyacinth were examined.This will be a useful guide for future work.

water hyacinth；farm；water quality；effect；problem；discussion；Xingyun Lake

X52

A

1673－9655（2014）02－0020－05

2014－01－16