不同搭配比例的水生植物与底栖生物对湖滨湿地水质净化效果的研究

王 妹，杜兴华，靳 坤，蔡新华，胡秀梅

(1.山东省济宁市任城区水产局，山东 济宁 272000;2.山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013)



不同搭配比例的水生植物与底栖生物对湖滨湿地水质净化效果的研究

王 妹1，杜兴华2*，靳 坤1，蔡新华1，胡秀梅1

(1.山东省济宁市任城区水产局，山东 济宁 272000;2.山东省淡水渔业研究院，山东 济南 250013)

设置了不同密度蒲草和螺蛳的正交试验，优化出最佳净化效果的试验组。结果表明：各试验组与对照组相比，能够显著降低水体中的COD、总氮、总磷、氨氮和亚硝酸盐等化学指标，其中以Ⅷ组(即当蒲草的种植比例为10%，螺蛳的密度为266.7g/m3时)对水质的净化效果最好，能够有效控制水体富营养化，有效地保护了湖滨湿地的生态环境。

水生植物；底栖生物；湖滨湿地；水质净化

湖泊、水库等封闭型水体的富营养化已日益成为一个全球性的水环境污染问题。据统计，目前全球有75%以上的封闭型水体存在富营养化问题[1]。我国湖泊众多，但是近年来随着湖泊富营养化的加重，导致湖泊生态结构和功能退化，蓝藻水华频繁爆发。水质性缺水日趋严重，湖泊面积日趋缩减，造成湖泊湿地功能日趋退化，滨湖湿地正受沼泽化的威胁[2]。南水北调是缓解我国北方水资源短缺和生态环境恶化、促进水资源优化配置的重大战略性工程。南四湖、东平湖作为南水北调东线工程蓄水库，其水质的好坏直接关系到调水工程的成败[3]，因此，湖泊水域环境的治理与保障技术，成为当前湖泊保护和开发利用的重中之重。

由于水体自净过程复杂，受多种因素影响，研究湖泊水域的生态净化技术是一个非常复杂的课题，目前的研究大都是针对水体自净规律的某一方面，运用单一的水质处理手段[4]。主要采用了包括水生植物恢复，渔业生物的生物操纵、人工湿地建设等技术措施，虽然也取得了一定的成绩，但是真正实现湖泊生境的构建，尚无较为完善的技术与模式。本试验是根据生态学原理和主要水生生物生态特性，科学、合理地构建具有多层次生物链条的水生生态系统，即在滨湖湿地增加水生植物，鲢鱼、鳙鱼等净水鱼类，河蚌、螺类等底栖生物，通过不同密度的合理搭配，从而构建一套完整的滨湖湿地“水生植物-鱼类-底栖生物”水质净化系统[5-8]。通过系统内水生植物、鱼类和底栖生物对水中营养盐的吸收与利用，既可充分利用水体空间，增加水生生物资源多样性，又可清除水体污染、改进水质、减轻水体富营养化，最终达到“以渔养水、以水养鱼”的目的[9]，实行湖区渔业循环经济模式，同时为我国湖泊治理与保护提供技术支持。

1　材料与方法

1.1试验材料

试验用鲢鱼(平均规格为150g)、鳙鱼(平均规格为250g)，来自山东省淡水渔业研究院。试验所用水生植物为蒲草(平均高度1.2m，平均每株湿重1240g)，取自当地湖区湿地，栽植密度为株行距20cm×20cm。试验用底栖生物为螺蛳，在试验基地通过野外采集得到，先在一个干净的水泥池里暂养2d，洗净后投放到各试验水体。

1.2试验方法

试验地点选在山东省内最大的淡水湖南四湖西岸，是典型的滨湖湿地带，水深1.5m左右。本试验采用两因素三水平L9(23)正交试验，即分别安排9个试验组，1个对照组，每组设置2个重复，共20组。每个试验组用橡胶雨布做成规格为4m×4m的围隔,正交试验方案见表1。

表1　L9(23)正交试验表

每个试验组投放规格相近、数量相同的鲢鱼和鳙鱼，具体放养量见表3，整个试验期间均不投喂饲料。

表2　各试验组具体放养密度

1.3水质分析

水质检测项目：水温、溶氧、pH、总氮、总磷、COD、氨氮、亚硝酸盐等。其中水温、溶氧、pH用智能水质分析仪器(YSI)测量；总氮、总磷、COD、氨氮、亚硝酸盐采用国标法测量。水质指标平均每隔15d检测1次，试验持续测定3个月。

1.4统计分析

数据统计分析与图标处理采用SPSS16.0(StatisticalPackageforSocialScience)社会学统计软件和Excel2007软件。

2　结果与分析

2.1各试验组COD的变化

各试验组COD浓度的变化如图1所示，各试验组的COD浓度平均去除效果比较，以试验Ⅷ组的去除效果最好，8月13日去除率为33.9%，其次是试验Ⅴ组，以对照组的COD浓度最高。说明生物协同作用可有效地分解有机物，使水质保持较好的状态。在整个试验过程中，COD浓度呈现先升高后降低的变化趋势，这是因为试验开始时水温较低，随着气温的升高，水中化学耗氧量呈现升高的趋势。

图1　各试验组COD的变化

2.2各试验组总氮的变化

各试验组总氮浓度的变化如图2所示，试验初期，试验Ⅰ组、试验Ⅳ组出现骤然下降的趋势，之后又逐渐上升。从整个试验过程来看，试验Ⅷ组总氮的降解效果最好，7月13日降解率为68%。其次为试验Ⅸ组，6月30日降解率为65%。即在挺水植物引种1个月左右，此时已经扎根，所以对总氮表现出很好的吸收效果。另外螺蛳对水体中的总氮也有一定的去除效果。朱浩等[10]研究表明，螺蛳对水体中的总氮、亚硝态氮有一定的去除效果。

图2　各试验组总氮的变化

2.3各试验组总磷的变化

各试验组总磷的变化如图3所示，试验Ⅸ组对总磷的去除效果最好，8月13日去除率为71%，其次为试验Ⅳ组。挺水植物引种1个月左右，便表现出很好的去除效果，水生植物在生长过程中对水中总磷的需求量较大，通过茎叶将其吸收利用。

2.4各试验组氨氮的变化

各试验组氨氮的变化如图4所示，试验Ⅶ组和试验Ⅷ组对氨氮的去除效果最好，7月28日氨氮的去除率分别为80%和79%，其次是试验Ⅸ组对氨氮的去除效果较好。对照组的氨氮含量明显高于各试验组。通过复合系统处理，硝化和反硝化作用加强，使非离子氨降低，有效地保持了水质[11]。

图3　各试验组总磷的变化

图4　各试验组氨氮的变化

2.5各试验组亚硝酸盐的变化

各试验组亚硝酸盐的变化如图5所示，试验Ⅶ组和试验Ⅸ组对硝酸盐的去除效果最好，亚硝酸盐的去除率分别为87%、82.6%，其次是试验Ⅷ组。对照组的亚硝酸盐浓度始终高于试验组。试验表明，生物处理能够吸收利用亚硝酸盐氮，有效地促进氮的硝化作用，综合净化处理法对高营养水平的富营养化水体作用明显。

图5　各试验组亚硝酸盐的变化

2.6试验前后鲢鳙鱼增重情况

从表3可以看出，经过6个月，鲢鱼的平均增重情况以试验Ⅷ组最高847g，其次是试验Ⅸ组833g；鳙鱼的平均增重情况以试验Ⅴ组最高，为1243g；其次是试验Ⅷ组，为1242g。鲢鱼、鳙鱼通过摄食水体中的浮游植物、浮游动物，让水体中氮、磷通过营养级的转化，最终以鱼产量的形式固定，并通过捕捞的形式移出[12]，鲢鳙鱼的平均增重高说明从水体中转化了更多的氮磷。

表3　试验前后各组鲢鳙鱼体重变化g

3　结论

试验通过不同密度的水生植物、鱼类与底栖生物的合理搭配，构建湖滨湿地“水生植物-鱼类-底栖生物”水质综合净化系统。结果表明:与对照组相比，试验组中的水生植物、鱼类、底栖生物通过协调作用，水质明显改善，对水体中的COD、总氮、总磷、氨氮和亚硝酸盐等有较强的降解作用。

通过两因素三水平正交试验，优化出了最佳净化效果的试验组。通过各个试验组水质指标去除效率的比较，以试验Ⅷ组对各项指标的去除效果最佳，即当蒲草的种植面积占总面积的比例为10%，螺蛳的放养密度为266.7g/m3时，对水质的净化效果最好。

试验构建了一套完整的滨湖湿地“水生植物-鱼类-底栖生物”水质净化系统，通过系统内水生植物、鱼类和底栖生物对水中营养盐的吸收与利用，从而达到既充分利用水体空间，增加水生生物资源多样性，又可清除水体污染、改进水质、减轻水体富营养化的目的，改变了当前的研究主要针对水体自净规律的某一方面，或者运用单一的水质处理手段，水质净化效果差的现状。

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(责任编辑：曾小军)

StudyonPurifyingEffectofDifferentProportionsofHydrophytesandBenthicOrganismsonWaterQualityinLakesideWetland

WANGMei1,DUXing-hua2*,JINKun1,CAIXin-hua1,HUXiu-mei1

(1.FisheryBureauofRenchengDistrict,Ji’ningCity,ShandongProvince,Ji’ning272000,China;2.FreshwaterFisheryResearchInstituteofShandongProvince,Ji’nan250013,China)

Inordertooptimizetheratioofhydrophytetobenthicorganismforpurifyingthewaterqualityinlakesidewetland,wesetupandconductedanorthogonaltestfordifferentdensitiesofcattailandcipangopaludina.TheresultsshowedthattheCOD,totalnitrogen,totalphosphorus,ammonianitrogen,nitriteandotherchemicalindexesinthetreatedwaterbodyweresignificantlylowerthanthoseinthecontrolwaterbody,andtreatmentⅧ (theplantingproportionofcattailwas10%,andthedensityofcipangopaludinawas266.7g/m3)hadthebestpurifyingeffectonthewaterquality,andcouldeffectivelycontroltheeutrophicationofwaterbody,andprotecttheecologicalenvironmentoflakesidewetland.

Hydrophyte;Benthicorganisms;Lakesidewetland;Waterpurification

2016-01-25

山东省农业科技成果转化资金项目(20141020)；山东省西部经济隆起带科技创新人才联合基金项目(XB2014FW024)。

王妹(1982─)，女，山东潍坊人，工程师，硕士研究生，主要从事淡水生态渔业方面的研究。*通讯作者：杜兴华。

X524

A

1001-8581(2016)08-0070-04