濱湖生態濕地養殖池塘利用竹葉草浮床修復水質效果研究

吳廣州,王妹,孟娟,侯高峰,董龍濤,任耀軍,簡康

(1.濟寧市漁業發展和資源養護中心,山東 濟寧 272000;2.濟寧市任城區漁業發展和資源養護中心,山東 濟寧 272000)

濟寧市淡水總面積約20萬hm2,占山東省淡水面積一半以上,是山東省乃至中國北方地區淡水漁業第一大市。位于濟寧市境內由微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖串聯在一起的湖泊組成的南四湖(116°34′～117°21′E,34°27′～35°20′N)湖面面積1 266 km2,是山東省最大的淡水湖泊,也是中國第六大淡水湖泊,湖面南北長約120 km,東西寬5～25 km[1-3]。南四湖是南水北調東線工程主要調蓄樞紐之一,是中國北方地區最大的淡水湖泊濕地,在提供原材料、保障食物和水資源、保護生物多樣性、防洪抗旱以及旅游休閑等方面都發揮著重要作用[4-7];在維護經濟發展和區域生態平衡方面具有重要的戰略意義[8-11]。

近年來,隨著中國經濟的快速發展和人口快速增長,漁業資源面臨著自然因素和人為因素的雙重影響,漁業發展面臨著前所未有的困境。因此,在漁業資源與生態環境之間矛盾日趨惡化的新形勢下,如何實現南四湖生態環保與漁業經濟協調發展成為擺在水產科技工作者面前的重要科學問題。從漁業經濟學的角度出發,漁業綠色健康養殖濱湖生態濕地尾水治理技術是以可持續發展理論、漁業生態學和生態經濟學原理為指導,堅持社會效益、經濟效益和生態效益相協調的原則,以生態經濟為主導,生態環境為條件,實現漁業發展與南四湖生態環境保護相協調的可持續發展之路[12-13]。

濱湖生態濕地是以保護生物多樣性為宗旨的大面積水域資源。濱湖生態濕地養殖水體污染和富營養化仍是該水環境面臨的主要問題。為確保實現當前國家環保的要求,從濱湖生態濕地優勢和發展基礎出發,將社會經濟活動和生態環境保護有機融為一體,力求做到漁業開發與生態環境保護協同發展,在充分、合理利用自然資源的基礎上加快漁業產業的優化升級[14]。本研究通過在濟寧鑫惠生水產養殖專業合作社濱湖生態濕地精養池塘中設置不同覆蓋率的竹葉草浮床,分析不同覆蓋率浮床凈化濱湖生態濕地精養池塘水質效果,從而為改善生態濕地水域環境提供參考和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗設計

本研究選取濟寧鑫惠生水產養殖專業合作社濱湖生態濕地改造的基地池塘,共選取4個池塘(1～4號池塘),單個池塘面積約600 m2,水深2～3 m。其中,1～3號池塘設有覆蓋率分別為10%、20%、30%的竹葉草原位凈化帶,4號池塘為對照池塘。

表1 池塘魚類放養情況Tab.1 Fish stocking in pond

1.2 水質采樣方法、監測項目和分析方法

1.3 數據分析

本研究采用ANOVA(Excel)雙因素方差進行數據分析;采用最小顯著性差異法(Least—significant difference,LSD)和Duncan’s法通過SPSS進行數據的多重比較。參照宋超等[17]的方法計算去除率：

V=(P1-P0)/P0×100%

式中：V：試驗組N、P的去除率;P1：試驗組N、P的濃度;P0：對照組N、P的濃度。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋率竹葉草浮床對濱湖生態濕地精養池塘中氮含量的影響

從圖1中可以看出,1～4號池塘水體中氮含量差距均顯著。圖1顯示1～4號池塘氨氮的變化趨勢比較一致,1～4號池塘之間的氨氮隨著時間變化的差異均非常顯著(P<0.01);根據數據多重比較的結果顯示,1～4號池塘的氨氮含量排序為：4號池塘>1號池塘(P<0.01)>2號池塘(P<0.01)>3號池塘(P<0.01)。從圖2中可以看出,1號、2號和3號池塘的氨氮去除率均較為平穩、稍有升高,1～3號池塘的氨氮最大去除率分別為19.1%、25.1%和42.0%。說明竹葉草覆蓋率為30%的3號精養池塘氨氮去除效果最好。

圖1 精養池塘中氨氮含量隨時間的變化Fig.1 Change of removal rate with time in intensive culture pond

圖2 精養池塘中氨氮去除率隨時間的變化Fig.2 Change of content with time in intensive culture pond

圖3顯示,1～4號池塘的亞硝酸氮含量變化有明顯差異,4號池塘的亞硝酸氮隨著時間變化持續升高,1號、2號和3號3個池塘的亞硝酸氮則隨著時間變化持續下降,1～4號池塘的亞硝酸氮之間的差異極顯著(P<0.01);根據數據多重比較的結果顯示,1～4號池塘的亞硝酸氮含量排序為：4號池塘>1號池塘(P<0.01)>2號池塘(P<0.05)>3號池塘(P<0.05)。從圖4可以看出,1～3號池塘的亞硝酸氮去除率均呈逐步升高趨勢,其中3號池塘的去除率最高,最大值為83.5%,1號和2號池塘的最大去除率分別為59.1%和71.0%。實驗結果表明：竹葉草覆蓋率為30%的3號精養池塘亞硝酸氮去除效果最好,亞硝酸氮同氨氮的去除效果一致。

圖3 精養池塘中亞硝酸氮含量隨時間的變化Fig.3 Change of NO2-N removal rate with time in intensive culture pond

圖4 精養池塘中亞硝酸氮去除率隨時間的變化Fig.4 Change of NO2-N content with time in intensive culture pond

圖5和圖6顯示硝酸氮與亞硝酸氮的變化趨勢基本一致,同樣是4號池塘的硝酸氮隨著時間變化持續升高,1～3號池塘的硝酸氮則隨著時間變化持續下降,1～4號池塘的硝酸氮之間的差異極顯著(P<0.01)。從圖5可以看出,1號池塘和4號池塘的硝酸氮數值差異不大,均高于2號、3號池塘,3號池塘的硝酸氮含量最低。從數據的多重比較結果看,1號池塘、4號池塘的硝酸氮之間的差異不顯著,1號和4號池塘的硝酸氮含量都極顯著高于2號池塘(P<0.01),2號池塘的硝酸氮含量則極顯著高于3號池塘(P<0.01)。從圖6可以看出,1～3號池塘的硝酸氮去除率均呈逐步升高趨勢,3號池塘的硝酸氮去除率最高,最大值為38.00%,1號、2號池塘的最大去除率分別為8.05%和17.01%,實驗結果表明竹葉草覆蓋率為30%時硝酸氮的去除效果最好。

圖5 精養池塘中硝酸氮含量隨時間的變化Fig.5 Change of NO3-N removal rate with time in intensive culture pond

圖6 精養池塘中硝酸氮去除率隨時間的變化Fig.6 Change of NO3-N content with time in intensive culture pond

圖7可以看出,1～4號池塘總氮變化趨勢一致,均呈現隨著時間變化而緩慢升高的趨勢,4號池塘的總氮升高趨勢比1～3號池塘明顯,1～3號池塘的總氮變化趨勢均較平穩,1～4號池塘的總氮隨時間的變化的差異均極為顯著(P<0.01);根據數據多重比較結果顯示,1～4號池塘的總氮含量排序為：4號池塘>1號池塘(P<0.01)>2號池塘(P<0.01)>3號池塘(P<0.01)。從圖8可以看出,1～3號池塘的總氮去除率均呈現波動緩慢升高趨勢,3號池塘的總氮去除率最高,最大去除率為52.0%;1號、2號池塘總氮最大去除率分別為21.1%、30.5%。實驗結果表明竹葉草覆蓋率為30%時總氮的去除效果最好。

圖7 精養池塘中總氮含量隨時間的變化Fig.7 Change of TN removal rate with time in intensive culture pond

圖8 精養池塘中總氮去除率隨時間的變化Fig.8 Change of TN content with time in intensive culture pond

2.2 不同覆蓋率竹葉草浮床對濱湖生態濕地精養池塘中總磷的影響

圖9顯示1～4號池塘的總磷變化趨勢均呈現隨時間變化而緩慢升高趨勢,4號池塘總磷升高趨勢明顯高于1～3號池塘,1～3號池塘的總磷變化趨勢均較平穩,1～4號池塘的總磷隨時間的變化差異都極為顯著(P<0.01);根據多重比較結果表明：4號池塘總磷含量極顯著的高于1號、2號池塘(P<0.01),1號、2號池塘總磷含量之間差異不顯著(P>0.05),2號池塘總磷含量明顯高于3號池塘(P<0.05)。從圖10可以看出,1～4號池塘的總磷去除率變化趨勢與總氮基本一致,1～3號池塘的總磷去除率均呈現緩慢波動升高趨勢,3號池塘的總磷去除率最高,最大去除率為76.0%;1號、2號池塘的總磷最大去除率分別40.1%和55.2%。實驗結果表明竹葉草覆蓋率為30%時總磷的去除效果最好。

圖9 精養池塘中總磷含量隨時間的變化Fig.9 Change of TP removal rate with time in intensive culture pond

圖10 精養池塘中總磷去除率隨時間的變化Fig.10 Change of TP content with time in intensive culture pond

2.3 不同覆蓋率竹葉草浮床對濱湖生態濕地精養池塘中化學需氧量的影響

從圖11可以看出,1～4號池塘的化學需氧量變化均呈現略微升高趨勢,1～4號池塘的化學需氧量隨著時間變化的差異極顯著(P<0.01);根據數據多重比較結果顯示,1～4號池塘的化學需氧量排序為：4號池塘>1號池塘(P<0.01)>2號池塘(P<0.01)>3號池塘(P<0.01)。從圖12中可以看出,1～4號池塘的化學需氧量去除率的變化趨勢與總氮、總磷的變化趨勢基本一致,1～3號池塘的化學需氧量去除率均呈現緩慢上升趨勢,3號池塘的化學需氧量去除率最高,最大去除率為37.0%;1號、2號池塘化學需氧量最大去除率分別為21.1%、30.1%。實驗結果表明竹葉草覆蓋率為30%時,化學需氧量去除效果最好。

圖11 精養池塘中化學需氧量含量隨時間的變化Fig.11 Change of COD removal rate with time in intensive culture pond

圖12 精養池塘中化學需氧量去除率隨時間的變化Fig.12 Change of COD content with time in intensive culture pond

2.4 不同覆蓋率竹葉草浮床對濱湖生態濕地精養池塘中溶解氧的影響

從圖13可以看出,1～4號池塘的溶解氧值隨時間變化的差異不顯著,數值變化比較無序,數值之間差異極顯著(P<0.01)。其中,3號池塘的溶解氧值最高,1號、2號、4號池塘的溶解氧值差距不明顯,根據多重比較結果顯示,3號池塘的溶解氧值極顯著的高于1號、2號和4號池塘(P<0.01)。

圖13 精養池塘中溶解氧含量隨時間的變化Fig.13 Change of DO content with culture time in intensive culture pond

3 結論

近年來,通過種植于池塘中的水生植物浮床技術,利用植物之間吸附作用、物種競爭作用,將水域中的污染物轉變成水生植物需要的能量儲存于水生植物體內以改善水域環境而受到廣泛關注[18]。本研究選取常見蔬菜竹葉草作為實驗對象,因其可一次栽種多次收割,能夠凈化水質、不產生二次污染。研究結果表明在放置竹葉草浮床的1～3號精養池塘中總氮、總磷含量均低于4號對照組池塘;1～3號池塘中,竹葉草浮床覆蓋率越大,總氮、總磷含量越低,去除率越高,氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮均呈現相似趨勢;3號池塘的各類營養鹽的最大去除率均最大。氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮、總氮、總磷的最大去除率分別達到了42.0%、83.5%、38.0%、52.0%和76.0%。說明在實驗設定的情況下,竹葉草浮床-魚混養模式對水質凈化作用較為明顯。適當提高水生植物覆蓋率能夠凈化水質,這與栗明等[19]的研究結果一致。但是當水生植物覆蓋率達到一定程度時,由于存在“水呼吸作用”,水生植物和魚類會競爭水體中的溶解氧,因此健康養殖并非無限制地提高水生植物的覆蓋率。

理化指標中,化學需氧量的變化趨勢非常明顯,溶解氧的變化趨勢較明顯?；瘜W需氧量的變化趨勢和氮、磷的變化趨勢基本一致,均是放置竹葉草浮床的1～3號池塘化學需氧量明顯低于4號對照組池塘,并且竹葉草浮床覆蓋率越大,化學需氧量越低;溶解氧則與之相反,放置竹葉草浮床的1～3號池塘溶解氧高于4號對照組池塘,依據本實驗竹葉草浮床設定比例,竹葉草浮床放置面積越大,溶解氧越高。說明在本實驗設定條件下,精養池塘中放置30%的竹葉草浮床并沒有引起不可抑制的“水呼吸作用”,30%的竹葉草浮床具有較好實用價值。本研究采用竹葉草浮床-魚類混養模式,能有效的去除水體中的氮、磷等營養物質,提高水體溶解氧含量,在經濟效益、社會效益和環境效益上具有突出優勢和良好的應用前景。