濱湖生態(tài)濕地養(yǎng)殖池塘利用竹葉草浮床修復(fù)水質(zhì)效果研究

吳廣州,王妹,孟娟,侯高峰,董龍濤,任耀軍,簡康

(1.濟(jì)寧市漁業(yè)發(fā)展和資源養(yǎng)護(hù)中心,山東 濟(jì)寧 272000;2.濟(jì)寧市任城區(qū)漁業(yè)發(fā)展和資源養(yǎng)護(hù)中心,山東 濟(jì)寧 272000)

濟(jì)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(qū)淡水漁業(yè)第一大市。位于濟(jì)寧市境內(nèi)由微山湖、昭陽湖、獨(dú)山湖和南陽湖串聯(lián)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(diào)東線工程主要調(diào)蓄樞紐之一,是中國北方地區(qū)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(hù)生物多樣性、防洪抗旱以及旅游休閑等方面都發(fā)揮著重要作用[4-7];在維護(hù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和區(qū)域生態(tài)平衡方面具有重要的戰(zhàn)略意義[8-11]。

近年來,隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口快速增長,漁業(yè)資源面臨著自然因素和人為因素的雙重影響,漁業(yè)發(fā)展面臨著前所未有的困境。因此,在漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境之間矛盾日趨惡化的新形勢下,如何實(shí)現(xiàn)南四湖生態(tài)環(huán)保與漁業(yè)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展成為擺在水產(chǎn)科技工作者面前的重要科學(xué)問題。從漁業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā),漁業(yè)綠色健康養(yǎng)殖濱湖生態(tài)濕地尾水治理技術(shù)是以可持續(xù)發(fā)展理論、漁業(yè)生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理為指導(dǎo),堅(jiān)持社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益相協(xié)調(diào)的原則,以生態(tài)經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo),生態(tài)環(huán)境為條件,實(shí)現(xiàn)漁業(yè)發(fā)展與南四湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展之路[12-13]。

濱湖生態(tài)濕地是以保護(hù)生物多樣性為宗旨的大面積水域資源。濱湖生態(tài)濕地養(yǎng)殖水體污染和富營養(yǎng)化仍是該水環(huán)境面臨的主要問題。為確保實(shí)現(xiàn)當(dāng)前國家環(huán)保的要求,從濱湖生態(tài)濕地優(yōu)勢和發(fā)展基礎(chǔ)出發(fā),將社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)有機(jī)融為一體,力求做到漁業(yè)開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展,在充分、合理利用自然資源的基礎(chǔ)上加快漁業(yè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級[14]。本研究通過在濟(jì)寧鑫惠生水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)合作社濱湖生態(tài)濕地精養(yǎng)池塘中設(shè)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(tài)濕地精養(yǎng)池塘水質(zhì)效果,從而為改善生態(tài)濕地水域環(huán)境提供參考和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取濟(jì)寧鑫惠生水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)合作社濱湖生態(tài)濕地改造的基地池塘,共選取4個(gè)池塘(1～4號池塘),單個(gè)池塘面積約600 m2,水深2～3 m。其中,1～3號池塘設(shè)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(yǎng)情況Tab.1 Fish stocking in pond

1.2 水質(zhì)采樣方法、監(jiān)測項(xiàng)目和分析方法

1.3 數(shù)據(jù)分析

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

V=(P1-P0)/P0×100%

式中：V：試驗(yàn)組N、P的去除率;P1：試驗(yàn)組N、P的濃度;P0：對照組N、P的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋率竹葉草浮床對濱湖生態(tài)濕地精養(yǎng)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(shí)間變化的差異均非常顯著(P<0.01);根據(jù)數(shù)據(jù)多重比較的結(jié)果顯示,1～4號池塘的氨氮含量排序?yàn)椋?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(wěn)、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(yǎng)池塘氨氮去除效果最好。

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

圖2 精養(yǎng)池塘中氨氮去除率隨時(shí)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(shí)間變化持續(xù)升高,1號、2號和3號3個(gè)池塘的亞硝酸氮?jiǎng)t隨著時(shí)間變化持續(xù)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(jù)數(shù)據(jù)多重比較的結(jié)果顯示,1～4號池塘的亞硝酸氮含量排序?yàn)椋?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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：竹葉草覆蓋率為30%的3號精養(yǎng)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(yǎng)池塘中亞硝酸氮含量隨時(shí)間的變化Fig.3 Change of NO2-N removal rate with time in intensive culture pond

圖4 精養(yǎng)池塘中亞硝酸氮去除率隨時(shí)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(shí)間變化持續(xù)升高,1～3號池塘的硝酸氮?jiǎng)t隨著時(shí)間變化持續(xù)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(shù)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(shù)據(jù)的多重比較結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明竹葉草覆蓋率為30%時(shí)硝酸氮的去除效果最好。

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

圖6 精養(yǎng)池塘中硝酸氮去除率隨時(shí)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(xiàn)隨著時(shí)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(wěn),1～4號池塘的總氮隨時(shí)間的變化的差異均極為顯著(P<0.01);根據(jù)數(shù)據(jù)多重比較結(jié)果顯示,1～4號池塘的總氮含量排序?yàn)椋?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(xiàn)波動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明竹葉草覆蓋率為30%時(shí)總氮的去除效果最好。

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

圖8 精養(yǎng)池塘中總氮去除率隨時(shí)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(tài)濕地精養(yǎng)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(xiàn)隨時(shí)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(wěn),1～4號池塘的總磷隨時(shí)間的變化差異都極為顯著(P<0.01);根據(jù)多重比較結(jié)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(xiàn)緩慢波動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明竹葉草覆蓋率為30%時(shí)總磷的去除效果最好。

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

圖10 精養(yǎng)池塘中總磷去除率隨時(shí)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(tài)濕地精養(yǎng)池塘中化學(xué)需氧量的影響

從圖11可以看出,1～4號池塘的化學(xué)需氧量變化均呈現(xiàn)略微升高趨勢,1～4號池塘的化學(xué)需氧量隨著時(shí)間變化的差異極顯著(P<0.01);根據(jù)數(shù)據(jù)多重比較結(jié)果顯示,1～4號池塘的化學(xué)需氧量排序?yàn)椋?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(xué)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(xué)需氧量去除率均呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,3號池塘的化學(xué)需氧量去除率最高,最大去除率為37.0%;1號、2號池塘化學(xué)需氧量最大去除率分別為21.1%、30.1%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明竹葉草覆蓋率為30%時(shí),化學(xué)需氧量去除效果最好。

圖11 精養(yǎng)池塘中化學(xué)需氧量含量隨時(shí)間的變化Fig.11 Change of COD removal rate with time in intensive culture pond

圖12 精養(yǎng)池塘中化學(xué)需氧量去除率隨時(shí)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(tài)濕地精養(yǎng)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(shí)間變化的差異不顯著,數(shù)值變化比較無序,數(shù)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(jù)多重比較結(jié)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(yǎng)池塘中溶解氧含量隨時(shí)間的變化Fig.13 Change of DO content with culture time in intensive culture pond

3 結(jié)論

近年來,通過種植于池塘中的水生植物浮床技術(shù),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(zhuǎn)變成水生植物需要的能量儲(chǔ)存于水生植物體內(nèi)以改善水域環(huán)境而受到廣泛關(guān)注[18]。本研究選取常見蔬菜竹葉草作為實(shí)驗(yàn)對象,因其可一次栽種多次收割,能夠凈化水質(zhì)、不產(chǎn)生二次污染。研究結(jié)果表明在放置竹葉草浮床的1～3號精養(yǎng)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(xiàn)相似趨勢;3號池塘的各類營養(yǎng)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(dá)到了42.0%、83.5%、38.0%、52.0%和76.0%。說明在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的情況下,竹葉草浮床-魚混養(yǎng)模式對水質(zhì)凈化作用較為明顯。適當(dāng)提高水生植物覆蓋率能夠凈化水質(zhì),這與栗明等[19]的研究結(jié)果一致。但是當(dāng)水生植物覆蓋率達(dá)到一定程度時(shí),由于存在“水呼吸作用”,水生植物和魚類會(huì)競爭水體中的溶解氧,因此健康養(yǎng)殖并非無限制地提高水生植物的覆蓋率。

理化指標(biāo)中,化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(jù)本實(shí)驗(yàn)竹葉草浮床設(shè)定比例,竹葉草浮床放置面積越大,溶解氧越高。說明在本實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下,精養(yǎng)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(shí)用價(jià)值。本研究采用竹葉草浮床-魚類混養(yǎng)模式,能有效的去除水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),提高水體溶解氧含量,在經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益上具有突出優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景。