上海水葫芦氮磷污染初探.docx

上海水葫芦氮磷污染初探 简介：针对水葫芦生长失控的问题，探讨其生长条件， 展现其不良影响，提出相应的解决方法，如采取截污、打 捞、疏浚、替种、引水、放虫等措施，抑制水葫芦的过度 生长。 关键字：水葫芦，氮磷污染，考察结果，形成原因， 营养物质，生长环境，影响，污染 1 引言 近年来，黄浦江上游及沿江中小河道的水葫芦呈失控 疯长趋势，大片的水葫芦漂浮江面，顺流而下，连绵数十 公里，成水生群落聚集。在水葫芦生长旺盛时期,有些江段 水面的很大部分被水葫芦覆盖。越往上游，这种情况越趋 严重。 水葫芦又名凤眼莲，是水生直立或漂浮草本植物，原 产美洲热带。于 20 世纪 30 年代引入我国，6070 年代作 为饲料加以推广。但从 20 世纪 90 年代初期开始，我国的 环境污染日益严重，产生的大量氮、磷营养盐和有机污染 物成为水葫芦疯狂繁殖的营养物质。特别是 20 世纪 90 年 代末至 21 世纪初达到极点，华南、华东等地相继出现水葫 芦爆发的情况。黄浦江及沿江中小河道水葫芦的失控生长， 也是在这样的大背景下出现的，已经给黄浦江及上海市的 环境造成了巨大压力。 2 考察结果 XX 年 11 月 24 日，对黄浦江及沿江中小河道的水葫芦 生长情况进行了初步考察。从松浦大桥开始，溯水而上， 跨越奉贤、松江、青浦 3 个县，沿途考察叶榭港、园泄泾、 大柳港、太浦河、斜塘等 10 条中小河道，经过地区包括城 镇、农村、工厂、农田、养殖场等。观察发现，顺黄浦江 而上，水葫芦的数量和密度呈增长趋势。在黄浦江干流上， 水葫芦的覆盖密度要疏于中小河道，大多呈簇或零散状沿 主航道漂流而下。这些水葫芦多数枝叶泛黄泛黑，有些开 始萎缩腐败，死亡的水葫芦占了多数，越往下游，所占的 比重就越大。而在中小河道上水葫芦普遍长得很旺盛，在 有些狭窄江段，水葫芦阻塞整个河道。特别是沿岸分布有 工厂、城镇、交通干道和养殖场的河道，水葫芦长得尤其 好，江面上几乎看不见裸露的水面。而两岸是水稻田和旱 地的小河道，水葫芦的数量、密度均比其他河道小得多。 在这些中小河道流入黄浦江的汇入口处，源源不断地有新 鲜的和衰亡的水葫芦注入黄浦江。在黄浦江入口处，大多 有水闸控制，在水闸内侧堆积着密密麻麻的水葫芦，而在 外侧就很少或没有。我们认为，沿江中小河道上的水葫芦 是黄浦江干流水葫芦的主要贡献。 3 形成原因 水葫芦是一种繁殖快、产量高的水生植物。据推测， 667m2 水面约生长 10 余万株水葫芦，合干质量 35004000kg，在污水中的生长速度是天然水体的 2 倍1。 水葫芦生长应该具备 2 个条件。 3.1 充足的营养物质 水葫芦极易吸收水体中的氮、磷物质。在最适宜生长 条件下，1hm 水葫芦可以吸收 800 人每天排出的氮、磷元素。 每年 667 m2 水葫芦吸收 198kg 氮、5.52kg 磷2。由此可 见，黄浦江及其周遍中小河道高负荷的氮、磷和有机污染， 为水葫芦的泛滥提供了丰富的营养条件。 上海地处沿海经济发达地区，市郊工农业也相当发达， 人口密度大，小城镇密集，工厂、养殖场数量繁多，产生 的工业、农业和生活污染物很多，特别是农业和生活非点 源污染已相当严重。尤其是近 10 年来，经济飞速发展，但 环境恶化趋势加剧3。 由于黄浦江沿岸大部分位于市郊，污染比较分散，范 围广，但产生的污染并不轻于市区，尤其是农业非点源污 染相当严重。1993 年，上海市郊畜禽粪尿为非点源的首位， 负荷占总量的 39.23%。在市郊单位面积人畜禽粪尿理论负 荷量为 25.95t/hm2，有半数地区超过 26.25 t/hm2 的适宜 用量，有 11 个乡已超过 150 t/hm2，平均负荷居全国首位 5。农村的基础设施不尽完善，缺少污水处理厂和处理设 备，乡企和私企的规模小，设备陈旧，环保投入少，甚至 没有。农村居民居住分散，养殖场靠近河道，产生的大部 分污水只进行简单处理或没有处理就排入附近河道或在路 面溢流，最终汇入周边中小河道，使这些河道水体的污染 负荷加重，氮、磷和有机污染指标显著超标，水体呈严重 富营养状态。上海市郊中小河道表层水 TP 的含量约是 GB3838-XX国家地表水环境质量标准中规定 V 类水上限 0.4mg/L 的 11.8 倍；TN 约为 V 类水上限 2.0mg/L 的 23 倍4。 水体中氮的主要化学形式是铵离子，当水体中的氧充 足时，发生硝化反应，在亚硝化菌作用下氧化为亚硝酸根 离子，继而在硝化菌的作用下氧化为硝酸根离子。由此产 生的硝酸盐和亚硝酸盐以及未经硝化的铵离子，一部分被 水葫芦大量吸收，使得水体表层的水葫芦大量增殖，另一 部分在底泥沉积物中富集，使底泥成为接纳氮、磷污染物 的“汇”。河道底泥成为又一大污染源。茂密的水葫芦枝 叶铺满水面，隔绝与外界空气的交换，再加上硝化作用的 大量耗氧，使得水体中的 DO 急剧减少，造成一个厌氧环境。 市郊中小河道长期受纳污水污物，经常处在厌氧状态，底 泥颜色已呈墨黑色。近年来很少作底泥处理，使得吸附于 底泥的污染物质不断累积，在一定条件下由“汇”变成 “源”，向上层水体缓慢释放，再次污染水体。 总体看，畜牧场周围是氮、磷的最严重污染区，以铵 离子和磷污染为主。目前，养殖业的污染负荷已占上海全 市污染总量的近 1/34。1993 年，上海市郊共产生畜禽粪 尿 695.4 万 t，进入水体环境的粪尿量 206.1 万 t。居民区 附近也是污染的重灾区。1993 年上海市郊农村人口为 393.6 万人，年产生生活污水 2.98 亿 t，人粪尿 204 万 t5。 养殖场和居民区的排污量大，排污源难以控制，使得这些 河道的水葫芦长得最为茂盛，有些小河道甚至可以全部为 水葫芦所覆盖。而在非居民区的耕作区，铵离子和磷污染 要明显小于居民区。 同时，黄浦江污染的加剧，也与邻近黄浦江上游的江、 浙地区的污染源和来水水质有直接或间接的关系。XX 流域 水资源保护局于 1997 年 7 月对 XX 流域省界 19 个断面进行 了监测。根据 GB3838-88 标准评价结果，所测 19 个断面没 有 1 个断面是在类或类以上的好水，其中属于类和 劣于类的有 13 个断面，占 68%。超标项目除 DO 外，主要 是 COD 和非离子氨。其中浙江流入黄浦江上游南支大泖港 的红旗塘、上海塘和广陈塘，水质均劣于类。江苏流入 黄浦江上游的北支斜塘、淀山湖的水质，据 1997 年的监测 也不令人满意，都在类以下6。 3.2 适应的生长环境 目前，黄浦江上游的沿江支流都建有水闸，水闸的内 侧堆满了茂盛的水葫芦，而外侧相对较少，中小河道的中 上段是水葫芦的良好生长地。水葫芦易于在静水环境下生 长，一般依河道凸岸水流较缓处和有障碍物的地方生长， 且水动力越缓的河段，水葫芦更容易生长。这可能与静水 环境下有机污染物更容易富集，水葫芦的根系容易在静水 中停滞有关。另据观察，每次雨后天气放晴，水葫芦就会 以更快的速度繁殖。估计是雨滴冲击水面及河道流量加大， 打破了水界面的平衡，促进底泥氮、磷释放，以及天气突 然放晴，气温骤然升高，加快了水葫芦的新陈代谢所致。 4 水葫芦对黄浦江的不利影响 4.1 引起黄浦江的二次污染 市郊中小河道产出的大量水葫芦随流注入黄浦江，很 少被打捞处理，基本上处于自生自灭状态。其中的大多数 已处于生命的衰亡期，越往下游，衰亡的水葫芦越多。当 它漂至入海口，由于潮水的上溯作用，水葫芦就会来回摆 动，很难排入长江口，大部分在黄浦江上沉淀、腐败。富 集于水葫芦的污染物就会随之转移到水体和底泥中。所以， 水葫芦不但不能对黄浦江水体起净化作用，而且将中小河 道的污染物带到黄浦江上，使黄浦江的污染程度有所加深。 监测结果表明，经过一个冬天，河道的氮、磷和有机指标 会显著增加，此间，外源和内源的氮、磷都没有突然性地 增加，惟一的来源就是衰亡水葫芦的残枝在水中腐解7。 4.2 影响环境卫生 外滩位于黄浦江的下游，汇聚在这里的水葫芦受潮水 的顶托来回飘荡，与周围环境很不协调，引起感官的不悦。 在水葫芦生长旺盛时，有些江段基本上大片水面被覆盖， 一定程度上造成水体与外界阳光和空气的隔绝，降低水透 明度，恶化水质；大量水葫芦残体被微生物分解，会消耗 大量 DO，使得下层水体 DO 的下降，引起鱼类及其他需氧动 物的大量死亡。水葫芦和其他生物残体在分解时产生硫化 氢等气体，发出难闻的恶臭，其中还含有一些毒素，对人 体和动物构成了威胁8。肥大繁茂的枝叶为蚊蝇、鼠蛇的 孳生，为某些病菌的繁殖提供了有利的场所。 4.3 影响泄洪和行船安全 漂浮在河道上的水葫芦过于密集，必然减缓水流速度， 占用过水通道，减少过水流量。在汛期，上游降水过多， 洪峰流量过境时，大量的水葫芦阻挡上游来水的下泄，引 起水位的局部抬高，一些地势较低的岸段容易被水漫灌， 影响这里的城镇、村庄和农田。严重时引起护岸堤的坍塌， 造成更大的人员和财产损失。在中小河道上一般建有水闸， 大量的水葫芦阻塞闸口，会影响水闸的正常运作。同样， 航道几乎被水葫芦阻塞，若是水葫芦卷入螺旋桨，还会造 成船舶发动机无法转动。 5 防治措施 严重的环境污染，大量的氮、磷污染物是水葫芦泛滥 的最主要原因。要严格控制工厂、养殖场的污水排放量， 增设环保设备，优化产业结构，改进生产工艺，建设污水 处理厂，提高黄浦江沿岸城镇生活污水的处理能力。要加 强与周边省市的合作，改善边界地区的环境状况。要减轻 氮、磷对中小河道水体和底泥的污染负荷，从“源”上抑 制水葫芦的失控繁殖。 在水葫芦容易生长和富集的小河道，要定期打捞河道 中的水葫芦。被打捞的水葫芦不宜作为垃圾填埋，因为水 葫芦是一种有机垃圾，填埋后不仅会发酵产生大量可燃性 气体，还会产生垃圾渗漏液，形成垃圾填埋场的潮湿环境。 同时，渗漏液在渗漏途中还会溶解其他有毒污染物而污染 填埋场的土壤和地下水2。可将水葫芦通过技术处理，制 成干草粉等干饲料。还可制作沼气或有机肥料。疏浚河道、 清除底泥，消除底泥的二次污染应成为治理措施中的重要 一环。 水葫芦繁殖快、经济价值低，农民又不乐意将它作为 饲料使用，目前全部靠人工打捞比较费时费力。可根据上 海河道的特点，选择一些开阔和平静的河段，将河道用人 工篱笆隔成几块，其中一部分养殖水葫芦，让其去除大量 的氮、磷污染物，另外一部分种植水稻、慈姑、茭白等经 济作物，吸收掉剩余的污染物，还可形成与水葫芦争夺营 养资源的局面，以抑制水葫芦的过度生长。 一般河道越宽、水流越快，就越不利于水葫芦的生长。 所以应经常引水开闸、增加水动力，加快水体的交换；或 不定期用水泵抽水和注水，进行新旧水体的互换，以达到 不利于氮磷富集的目的。 目前生物防治是国际上治理水葫芦的主要方法，已在 很多国家取得成功。在受污染水域放养水葫芦象甲虫、水 葫芦螟蛾和叶螨，它们均以水葫芦为食。用生物天敌控制 水葫芦的生长，效果较好，既不影响生态环境，又持久有 效。1998 年 8 月在浙江温州面积为 1372m2、水葫芦覆盖率 为 100%的河道上释放 1000 头象甲虫，放虫 2 年后，水葫芦 植株长势明显抑制，但防治效率只有 25%；放虫 3 年后，效 果变得明显，99%的水葫芦被清除9。 6 结语 黄浦江以及沿江中小河道上漂浮大量的水葫芦，且中 小河道的水葫芦枝大叶茂、生长旺盛。黄浦江干流上的水 葫芦在数量、密度上要逊于中小河道，且有很大一部分已 死亡。但无论是干流还是支流，水葫芦的繁殖几近失控的 地步。 水葫芦大量繁殖应该具有 2 个条件：充足的营养物质。 上海市郊与周边省市环境的恶化，造成中小河道氮、磷污 染加重，是水葫芦暴长的主要原因。而且越靠近城镇和畜 牧场，氮、磷污染越重，水葫芦就越丰盛。适宜的生长环 境。水葫芦在静水环境和雨后天晴时繁殖加速。 大量的水葫芦从支流汇入黄浦江干流，长久漂浮在黄 浦江江面，又很难排入长江口，最终在黄浦江上衰亡腐烂， 给黄浦江产生巨大的环境压力。水质、环境卫生、防洪排 涝、航运安全等都受到水葫芦的严重影响。应该采取截污、 打捞、疏浚、替种、引水、放虫等措施，抑制水葫芦的过 度生长。 7 参考文献 1 刘嘉麒，邓加忠，王红武汉江段大面积出现水葫 芦对该水域环境的影响江苏环境科技，XX，14：2526. 2 齐玉梅，高伟生凤眼莲净化水质及其后处理工艺 探讨环境科学进展，1999，7：136139. 3 松江年鉴上海市松江县地方志编纂委员会上海： 上海社会科学院出版社1997XX. 4