（生态学专业论文）人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 目前养殖业正向集约化和规模化的方向发展，因此如何处理规模化养殖过程 中所产生的废弃物已成为一个急需解决的问题。本研究就是主要针对上述问题， 在2 0 0 5 年9 一1 1 月以水葫芦( e c h h o r n ac r a s s i p e s ) 作为湿地净化植物，在第二年 3 _ 弓月以黄菖蒲( i r i sp s e u d a c o r u sl ) 作为湿地净化植物，在鸭场中构建面积为 6 6 7 m 2 的人工湿地来处理极富营养化的养鸭废水，同时定期收获水葫芦作为蛋鸭 青饲料。通过试验，观察水葫芦对养鸭废水的净化功镌和对蛋鸭日采食量、产蛋 性能及蛋品质的影响，同时观察黄菖蒲作为湿地植物，种植在养鸭场极富营养化 水体中，其耐寒力、耐肥力、生长情况及净化富营养化水体的能力。结果表明， 以水葫芦作为净化植物的人工湿地对化学需氧量( c o d ) 有较高的去除率，可达 6 4 4 4 ，对总氮( t n ) 和总磷( t p ) 的去除率分别是2 1 7 8 和2 3 0 2 。经湿 地净化后，水体溶解氧( d o ) 和透明度都得到较大幅度的提高，其中透明度是 未经湿地处理水体的2 5 倍。试验结果也表明黄蓄蒲在长江流域春季低温条件钷 很好的生长繁殖，经过7 0 天后，其抹数增加了4 2 1 0 ，株高增长了3 1 4 9 8 ； 而且它具有较强的耐肥及净化废水的能力，对c o d ( 化学需氧量) 、t p ( 总磷) 、 t n ( 总氮) 和n h 3 - i , q l ( 氨氮) 的去除率分别达到1 3 3 4 、4 9 4 3 、2 2 1 5 和 6 6 4 6 ：同时又具有美化环境的生态效益和作为园林花卉出售的经济效益。把水 葫芦作为青饲料饲喂蛋鸭后，试验组蛋鸭日采食量和产蛋率比对照组分别增加了 5 8 6 和9 ：7 9 ，差异均极显著( p o 0 1 ) ；试验组平均蛋重比对照组增长了2 3 6 ， 差异显著( p 0 0 5 ) 。在蛋的品质 上，饲喂水葫芦明显提高了鸭蛋的蛋壳厚度和蛋壳强度( p ( 0 0 5 ) 。因此，在水 葫芦生长季节，它是一种较好的净化废水的湿地植物，也是一种良好的青饲科。 但在太湖流域冬春季气温较低，水葫芦不能正常生长繁殖时，黄菖蒲由于其强的 耐寒耐肥能力，也是一种较好的湿地植物。最后，综合分析了人工湿地净化废水 的效果，并与国家标准进行了比较，部分指标达到了国家城镇污水处理厂污染物 排放标准( g b1 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 的要求，例如c o d ( - - 级标准：1 0 0m g l - 1 ) 和 t n ( 一级a 标准：1 5 m g l - 1 ) ，有些指标达到国家地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) v 类水体要求。在此基础上，提出了鸭场废水的多级化利用思路，即一 级湿地( 以水葫芦、黄菖蒲等为主要植物) 、二级湿地( 鱼塘) 、三级湿地( 主 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 要种植水生经济植物) 和四级湿地( 水稻田) 。 关键词：水葫芦；黄菖蒲；青饲料；养鸭场；废水处理；去除率：生长；产蛋性 能；蛋品质 4 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y si n t e n s i v eb r e e d i n go fp o u l t r ya n dl i v e s t o c ka tl a r g es c a l eh a dr e n d e r e d t h et r e a t m e n to fi t sw a s t ea n dw a s t e w a t e ra nu r g e n te n v i r o n m e n t a li s s u e , w h i c h m o t i v a t e dt h i ss t u d y aw e t l a n do f6 8 8m 。w a sc o n s t r u c t e do n ad u c kf a r m , a n dw a t e r h y a c i n t h 伍i c h 1 0 m i nc r a s s i 妒s ) w a sc h o s e na sa na q u a t i cp l a n to ft h ew e t l a n df r o m s e p t e m b e rt on o v e m b e ri n2 0 0 5 ，w h i l ey e l l o w f l a gi r i s ( i r i sp s e u d a c o r u sl ) w a s s e l e c t e da n dc u l t i v a t e df r o mm a r c ht om a yn e x ty e a r a tt h es a m et i m ew a t e rh y a c i n t h w a su t i l i z e da ss u c c u l e n c ef o rd u c kp r o d u c t i o n t h eo b j e c t i v eo ft h i ss t u d yw a st o o b s e r v ew a t e rh y a c i n t h sr o l ei np u r i f y i n gt h er i c hw a s t e w a t e ra n di t se f f e c t so nt h e d u c kf e e di n t a k e , d u c ke g g h y i n gp e r f o r m a n c ea n dd u c ke g gq u a l i t y a l s ot oo b s e r v e y e l l o w f l a gi r i s sc o l da n dp o l l u t i o nr e s i s t a n c ea n dp u r i f y i n ga b i l i t i e s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ew a t e rh y a c i n t hc o n s t r u c t e dw e t l a n dr e m o v e da sh i i g ha s6 4 4 4 o f c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c 0 d ) ，2 1 7 8 a n d2 3 0 2 o ft o t a ln i t r o g e n 删) a n dt o t a l p h o s p h o r u s 仃p ) r e s p e c t i v e l y b o t hd i s s o l v e do x y g e n ( d o ) a n d w a t e rt r a n s p a r e n c yo f t h ew a s t e w a t e rw e r er e m a r k a b l yi m p r o v e d ，w i t ht h et r a n s p a r e n c yb e i n g2 5t i m e s h i g h e rt h a nt h a to ft h eu n t r e a t e d t h er e s e a r c ha l s os h o w e dt h a ty e l l o w f l a gi r i sc o u l d w e l ls u r v i v a la n dg r o wa b o u t7 c ，a n da f t e r7 0d a y s ，t h er a m e tn u m b e ra n dt h em e a n h e i g h ti n c r e a s e d4 2 1 0 a n d3 1 4 9 8 r e s p e c t i v e l y b a s e do ni t ss t r o n gp o l l u t i o n r e s i s t a n c ea n dp u r i f y i n ga b i l i t i e s ，t h er e m o v a lr a t e so fc o d , t p , t na n dn h 4 - n a c h i e v e d1 3 3 4 ，4 9 4 3 ，2 2 1 5 a n d6 6 4 6 ，r e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e , e c o l o g i c a lb e n e f i t so fb e a u t i f y i n ge n v i r o n m e n ta n de c o n o m i c a lb e n e f i t sb ys e l l i n gi t a sg a r d e nf l o w e rw e r eb o t hg a i n e d a f t e rt h ee g gd u c k sw e r ef e db yw a t e rh y a c i n t ha s i t ss u c c u l e n c e , t h ea v e r a g ed a i l yf e e di n t a k ea n dt h ee g gl a y i n gr a t i oi nt h et e s t i n g g r o u pw e r e5 8 6 a n d9 7 9 h i g h e rt h a nt h a ti nt h ec o n t r o lg r o u pr e s p e c t i v e l y , t h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nt e s t e dg r o u pa n dc o n t r o lg r o u pw e r eb o t hs i g n i f i c a n ta t0 0 l p r o b a b i l i t yl e v e l t h ee g gw e i g h ti nt h et e s t i n gg r o u pw a s2 3 6 h i g h e rt h a nt h a ti n t h ec o n t r o lg r o u p ( p j j 哆 ji 蠛7 图4 人工湿地中营养物质的转化( 引自b r i jg ，1 9 9 9 ) f i g 4 t r a n s l a t i o n s o f n u t r i t i o n a l m a t e r i a l i nc o n s t r u c t e d w e t l a n d ( c i l e d f r o m b 墒g ，1 9 9 9 ) 1 4 人工湿地构建过程中湿地植物的选择 在人工湿地处理废水的任何时候，水质、水力、水温、土壤化学成分、溶解 氧、微生物群体、无脊椎动物和植物等这些物理、化学和生物的成分都会影响其 去污能力。在湿地中这些组成因素都有一定的功能，而且湿地的处理效果也依赖 于它们的共同作用，但是在所有的这些因素中，植物有异常重要的作用( j o a ne ta 1 ， 2 0 0 5 ) 。g r e e n w a y ( 2 0 0 4 ) 也认为水生植物是人工湿地的主要成分，而且在湿地净 化过程中起重要的作用。s h u n r e nj i n g ( 2 0 0 1 ) 就认为湿地的净化能力主要是由湿 地中植物的生长情况决定的。植物在人工湿地中最主要的作用是去除污染物，一 方面它通过吸收利用、吸附和富集等作用消除水体中的污染物。另一方面植物根 系释放到土壤中的酶等物质可直接降解污染物，且降解速度非常快。美国乔治亚 州a t h e n s 的e p a ( e n v i m n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ) 实验室从淡水沉积物中分离鉴 定出脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和氰酶等五种酶对污染物降解有重 要作用，并发现这些酶均来自植物( 李铁民，2 0 0 3 ) 。s h a u a ( 2 0 0 0 ) 的研究发现脲酶 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 活性与人工湿地 i n 的去除率具有较明显的正相关性，几乎达到极显著水平。因 此在人工湿地的应用中，水生植物的筛选和合理配置是关系到这一技术能否正 常发挥污染治理效能的关键( g e r s b c r g e ta 1 1 9 8 5 ) 。此外，植物还有维持人工湿 地环境和增加生态美学功能，有些还具有一定的经济价值。 挺水植物是构建人工湿地植被系统的主要类型植物，具有同化吸收污染物和 拦截、过滤污染物的作用( b r i x ，1 9 9 7 ) ，部分挺水植物还有抑制藻类生长效应( 叶 居新等，1 9 9 9 ) 。研究和实践上常用的湿地植物是挺水植物，如芦苇( p h r a g m i t e s c o m m u n i s ) 、香蒲( t y p h al a t i f o l i a ) 、茭自( z i z a n i ac a d u c i f l o r a ) 、水葱( s c i r p u s v a l i d u s ) 、水毛草( s c i r p u sm u c r o n a t u s ) 、菖蒲( a c o r n sc a l a m u s ) 、灯心草( j u n c u s e 舢u s ) 、茳芏( c y p 唧m a l a c c e n s i s ) 等。美国北卡罗来纳州的猪场废水处理湿地 主要以芦苇构建植被；丹麦、印度的人工湿地主要用芦苇和宽叶香蒲( j u w a r k a r e t a 1 ，1 9 9 5 ) ；1 9 8 9 年以来，捷克所建人工湿地多数用芦苇作植被( v y m a z a le t 以， 1 9 9 5 ) 。不少学者认为，选择当地优势挺水植物，突出生物多样性特色是提高人 工湿地净化能力的关键措施( b r i j ，1 9 9 9 ；b r i x ，1 0 9 7 ) 。此外，十几年的研究结果也 表明一些漂浮植物例如水葫芦( e i c h h o r n i ac r a s s i p e s ) 、石莲花( h y d r o c o t y l e u m b e l l a t a ) 和浮萍( l e m n a b b ) 等往往有极快的繁殖速度，且根系直接从水体中吸 收养分与元素，并对悬浮颗粒产生过滤与吸附效果，在净化富营养化水体中也有 较好的效果( 李止正等，1 9 9 1 ；s o o k n a hrd a n dw i l k i eac2 0 0 4 ；唐淑军等， 2 0 0 2 ；v a i l l a n tn e ta 1 ，2 0 0 3 ：杨丹菁等，2 0 0 1 ) 。因此。合理的选择和配置人工 湿地中的植物能促进湿地功能的发挥。 湿地植物往往是热带或亚热带植物，大多在寒冷的环境条件下不能生存或生 长不好，这样人工湿地的去污能力就会下降甚至消失。因此，更好的了解植物种 类与温度的关系对在寒冷气候条件下的人工湿地的设计与管理极其重要 0 v i n t h m pe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。所以在湿地植物的选择中，除了考虑其耐污能力强、净 化能力强、生长速度快和根系发达等因素外，还应该注意其耐寒能力一般在人 工湿地中选择一种或几种植物作为优势种搭配栽种。根据环境条件和植物群落的 特征，按一定比例在空间分布和时间分布方面进行安捧，使整个系统高效运转， 最终形成稳定可持续利用的湿地生态系统。但也要考虑到不同种类的植物生长在 一起，不仅污染物净化能力和景观效果差异较大，而且存在着相互之间的作用。 浙江大学硕上学位论文 这些作用包括两个方面，其一是对光、水、营养等资源的竞争，其二是植物之间 通过释放化学物质，影响周围植物的生长。例如香蒲、芦苇等就存在这样的相互 作用，s c z e p a n s k a ( 1 9 7 1 ) 研究发现宽叶香蒲、水葱、苔草( c 口，“s i d e r o s t i c t a ) 等植 物体腐烂产生的化感物质对芦苇生长、繁殖具有抑制作用。另外，一些植物的枯 枝落叶经雨水淋溶或微生物的作用也会释放出化感物质，抑制植株的生长，如宽 叶香蒲枯枝烂叶腐烂后会阻碍其本身新芽的萌发和新苗的生长( 成水平等， 2 0 0 2 ) 。所以构建人工湿地选择植物时一定要重视合理搭配，即有利于群体的快 速形成，也具有较高的污染物净化能力和观赏价值，同时对人工湿地杂草的生物 控制和减少残体对湿地植物生长抑制均具有重要意义( n a u g h t o n 1 9 6 8 ) 。 1 5 人工湿地生态工程处理废水的效果 随着研究的深入，对湿地生态工程去污能力的研究不再停留在定性上，而是 更注重定量的研究。其中一个反映湿地去污能力的重要数据库是n a d b ( n o r t h a m c f i c a nd a t ab a s e ) ，它是通过对1 0 0 多个废水处理型湿地生态工程的调查研究而 建立( k n i g h tr l e fa 1 ，1 9 9 2 ) 。该数据库说明湿地对b o d 、c o d 的去除率可达 8 0 - 9 0 ，但对n 、p 的去除率去相对较低，而且变化也较大，一般在5 0 左右。 v e r h o e v e n j t a 和m e u l e m a n a f m ( 1 9 9 9 ) 通过对渗漏湿地十年的研究，也得出 了反应湿地去污能力的一些数据( 见表2 ) 。从实践的角度来说，人工湿地的去 污能力会更强。因为它们的目的性更明确，而且可在最大程度上受人为控制。在 欧洲和美国，凡是投入运行并达到成熟的人工湿地，基本上都能达到尾水排放标 准。图5 是以b o d 、悬浮物( s s ) 为代表典型的湿地系统出水指标( 胡康萍和刘 少宁，1 9 9 1 ) 。 人工湿地生态工程不但能有效地降低废水中的有机物，而且对采矿和一些特 殊工业所产生的废水中的重金属也有很好的去除功能( t a n gs 。1 9 9 3 ；c r i t c srw d a 1 ，1 9 9 7 ；p e m p k o e i a kh a n dk l i m k o w s k ak 1 9 9 9 ) 。s h u i p i n gc h e n ( 2 0 0 2 ) 等学者 利用人工湿地生态工程对c u 、m n 、c a 、p b 等重金属的去除效率进行了研究，通 过5 个月的实验，该工程对重金属的去除率几乎高达1 0 0 ，其结果可以用表3 表 示。 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 表2 垂直渗漏人工湿生态工程地对c o d 、b o d 、t n 、t p 及细菌污染 的去除率，荷兰( 引自m e u l e m a n a f m 1 9 9 4 ) t a b 2r e m o v a lp e r c e n l a g e sf o rc o d ，b o da n db a c t e r i o l o g i c a lp o l l u t i o ni nt h ei n f i l t r a t i o n w e t l a n de c o l o g i c a le n g i n e e r i n gn e a rl a u w e r s o o g , t h en e t h e r l a n d s ( c i t e df r o mm e u l e m a nafm ，1 9 9 4 ) 表3 人工湿地生态工程对废水中重金属的去除效率门1 1 1 1 s h u i p i n g c e t a l ，2 0 0 2 ) t a b 3t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fh e a v ym e t a l sf r o mc o n t a m i n a t e dw a t e ri n n s t n k ：t e dw e t l a n d e c o l o g i c a l e n g i n e e r i n g ( c i t e df r o m s h u i p i n g c e t a l ，2 0 0 2 ) 注：所有浓度都是m g l ；n d ：没数据；d i ：不能检测出的数据 a l l c o n c e n t r a t i o n sa r e g i v e n i n m g l ；n d ，n o d a t a ；正1 ，b e l o w d e t e c t i o n l i m i t s 1 6 浙江大学硕士学位论文 典型的人工湿地出水平均水质 d r a i n a g ea v e r a g ew a t e rf r o mt y p i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d 图5 典型的人工湿地生态工程出水污染负荷 f i g 5p o l l u t a n tb u r d e no f d r a i n a g ew a t e rf r o mt y p i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n de c o l o g i c a te u g i n e e r i n g 1 6 人工湿地生态工程的发展前景及其在废水处理中存在的问题 人工湿地生态工程在发达国家已被广泛应用于处理各种废水，例如美国现有 8 0 0 多处人工湿地生态工程用于处理生活、工业和农业废水，在丹麦、德国、英 国等国，至少有2 0 0 处人工湿地生态工程在运行。但是发展中国家构建湿地生态 工程的潜力更是巨大，多数发展中国家有温暖的热带与亚热带气候，这有利于生 物活动，保持高度的生物多样性，并形成高的生产力，能更好地发挥湿地的去污 能力( a m e l i ak k 2 0 0 1 ) 。此外，该工程构建、运行费用低，技术要求不高，也适 合发展中国家的国情。我国也属于发展中国家，而且有自己特殊的国情农村 人口数量膨大，但农业发展相对滞后，农村生态环境比较恶劣，水体面源污染相 当严重，例如生活污水、各种畜禽养殖废水一般都不经处理，直接排入河道，从 而引起水体的富营养化及一些耐肥水生植物( 如水葫芦) 的疯长( 赵月琴等， 2 0 0 6 ) 。近年来，国家致力于改善农村生态环境，当然净化水体成为其中的首要 问题。因此，人工湿地生态工程将会越来越受人们重视，并得到越来越广的应用 然而，人工湿地生态工程在处理废水中也并不是完美无缺的，它在利用过程 、器量一口。鼍暑口芒8 毯璐 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 中仍有一些问题存在。其中最为严峻的问题是在构建湿地生态工程一般需要大面 积的土地，而现在尤其在发展中国家土地资源极其短缺，我们应如何处理好两者 之间的关系( 傅智慧等，2 0 0 6 ) ；其次，在水生植物的选择上，如何根据当地的实 际状况( 如气候) ，选择去污能力强又具有经济价值或景观美学功能的植物 ( w e r k e rag ，2 0 0 2 ) ，同时，我们对于它们在寒冷的气候条件下的运行情况、植物 在不同季节的作用效果或在寒冷地区植物的选择问题知道的仍然较少( w i n t h r o p c a e t a l ，2 0 0 2 ) 。尽管在湿地处理废水方面已有大量的研究，但是很多化学、生 物过程并没有弄清楚或存在不同的观点，对它们净化废水的机理的了解也甚少。 据有关研究，湿地在处理污水过程中会产生一些有毒物质，并会增加沼气的排放， 这对自然环境又会有何影响，等等，所有这些问题都需要进行大量长期的研究才 能解决。 1 7 本研究的内容与意义 在本研究中我们运用生态学物质循环的基本原理和人工湿地处理废水的相 关技术，结合鸭子产生的经济效益来构建这个鸭场水质净化生态工程。而且将水 葫芦、黄菖蒲等作为净化鸭场废水的人工湿地植物，通过对水葫芦进行定期收获， 作为蛋鸭的青饲料饲喂，实现鸭场内物质循环利用的同时能提高湿地的净化功 能，也能有效地控制水葫芦，为合理利用水葫芦找到一条可行的途径。 湿地植物往往是热带或亚热带植物，大多在低温的环境条件下出现不同程度 寒害或正常生理代谢严重受阻，例如在华南地区气温下降至4 。c 时，静态培养的 水葫芦就发生冻害，从而限制了它们的广泛应用( 杨丹菁等，2 0 0 1 ) 。在太湖流 域这些湿地植物都不能安全越冬，当春季平均气温达到1 0 时，也不能正常生长。 因此，更好地了解植物种类与温度的关系对在寒冷气候条件下的人工湿地的设计 与管理极其- 重要0 v i n t h r o pca e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。所以在湿地植物的选择中，除了考 虑其耐污能力强、净化能力强、生长速度快和根系发达等因素外，还应该特别注 意其耐寒能力。本试验在对夏季水葫芦净化养殖废水的研究基础上，选择耐寒能 力较强的黄菖蒲作为湿地植物。 尽管漂浮植物有较好净化富营养化水体的能力，但处理n 、p 浓度比生活污 水等高得多的养殖废水的研究却较少，而且它们的运用也只限于用水葫芦和浮萍 等植物来处理猪场和奶牛场的废水( c a s a b l a n c a c h a s s a n yml e t a l ，1 9 9 2 ；c o s t ar 浙江大学硕士学位论文 h r e t a l ，2 0 0 0 ；d e b u s k t a e t a l ，1 9 9 5 ) ，对规模化养鸭过程中所产生的废水的净 化研究却很少有报道。 1 9 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 2 材料与方法 2 1 实验材料 2 1 1 水葫芦 水葫芦系雨久花科( p o n t e d d a c e a e ) 、风眼莲羼( e i c h h o r n i d ) 多年生草本，浮 水或生泥沼中。繁殖方式以无性为主，依靠匍匐技与母株分离方式，在适宜的条 件下，植株数量可在五天内增加一倍。一株花序可产生3 0 0 粒种子，种子沉积水 下可存活5 - 2 0 年。常年生于水库、湖泊、池塘、沟渠、流速缓慢的河道、沼泽 地和稻田中。 水葫芦具有适应性强，耐碱性、耐肥、抗病力强，在p h = 9 的水体中仍能正 常生长等优点，它不仅能有效改良水质、降低水体污染，而且是一种优良的水生 植物性饲料、绿肥( 李博等，2 0 0 4 ；徐在宽，2 0 0 0 ) ，还可在农产品生产和废物 处理中被用作一种资源( g u n n a r s s o nc ca n dp e t e r s e ncm ，2 0 0 7 ；朱磊等，2 0 0 6 ) 。 据测定，水葫芦含有大量的水分，一般在9 0 到9 5 之间。但同时其含有丰富的 营养成分，其干物质中有机物占8 0 1 ，特别是粗蛋白含量达干重的1 2 4 ( 表4 ) 。 在水葫芦植物蛋白中富含赖氨酸、蛋氨酸等动物机体所必需的多种氨基酸( 表5 ) ， 灰分和粗脂肪含量分别达1 9 9 和4 7 2 ，且多种维生素齐全，完全符合饲料的 要求，可以作为动物良好的青绿饲料( k e i t hl a n dh a n s m a r t i n 瓯1 9 9 9 ) 。 a b d e l h a r a i d 和g a b r ( 1 9 9 1 ) 也把水葫芦作为反刍动物的饲料来进行其营养研究。 在我们的研究中，把湿地中的水葫芦进行定期收获来作为蛋鸭的青饲料，从而观 察其对蛋鸭产蛋率和蛋品质的影响。 表4 水葫芦干物质的组成成分 t a b 4 c h e m i c a l e l e m e n t o f w a t e r h y a c i n t h d r y m a t t e r 物质( m a t e , i a l ) 百分比( ) 物质 百分比( ) 有机物( o r g a n i c 8 0 1 灰分0 s hc o n t e n t ) 1 9 9 m a t t e r ) 粗蛋t h ( c m d ep r o t e i n l 1 2 4 乙醚提取物0 e t h e 0 4 7 2 磷( p h o s p h o r u s ) 0 4 3 钾叫i u i ) 3 9 4 钙( c a l c i u m ) 2 0 3 镁( m a g n e s i a n n o 。8 0 钠( p a t r i u m ) o 5 9 浙江大学硕士学位论文 注：千物质的碳：氦为2 3 ：1 表5 水葫芦中必须氨基酸的含量( 每1 0 0 克氨基酸中的克数) t a b 5 t h e e s s e n t i a la m i n o a c i dc o m p o s i t i o n o f w a t e r h y a c i n t h ( e x p r e s s e da s g r a m sa m i n o a c i dp e r1 0 0g r a m sr e c o v e r e da m i n oa d d s ) 氮基酸( a m i n oa c i d )克数( g ) 氨基酸种类 克数( g ) 精氨酸( a r g i n t n e l 6 1 3 蛋氨酸( m e t h i o n i n e l 组氨酸( m s a d i n e ) 1 9 2 苯丙氨酸5 9 0 ( p h e n y l a l a n i n e ) 异亮氨酸( i s o l e u c i n e ) 7 1 0 苏氨 睦( t h r e o n i n e ) 亮氨酸( l e u c i n e ) 8 1 0 色氨酸o c r y p t o p h a n ) 赖氨酸( l y s i n e l 5 2 0 缬氨酸( v a l i n e ) 6 5 0 2 1 2 黄菖蒲 黄菖蒲又名黄鸢尾，鸢尾科( 1 r i d a c e a e ) ，鸢尾属( i r i sl 1 ，多年生水生植物。 它原产欧洲，在我国东北及其它地方常见栽培。喜水湿、肥沃的土壤，耐寒冷， 在长江中下游地区能安全越冬，这对于人工湿地在寒冷的冬季保持其生态功能有 着重大的意义。花期在4 - 5 月，常用分株和播种繁殖。而且黄菖蒲适合于湿地、 湖畔、池边栽植，景观别具雅致，有较高的观赏价值( 中国植物志编辑委员 会，1 9 8 5 ) 。黄菖蒲的生物量和生活活力在我国南方一直处在优势位且其氮磷负荷 量也相当的高( r o g e t a k h a n d b r e e n c m ，1 9 8 0 ；蒋跃平等，2 0 0 4 ) ，这一特点在 气候并不是特别恶劣的南方可以得到利用。 2 2 试验基地 浙江省德清县利虹禽业有限公司的蛋鸭养殖场( 图6 ) 是浙江省较大的蛋鸭 养殖场，占地面积达5 3 3 6 0 m 2 ，其中水面面积为1 3 3 4 0m 2 ，全年饲养蛋鸭、种鸭 1 0 万只。但大量鸭粪排入到鸭放养池中，使鸭池中的水极度富营养化，这严重 影响了鸭子的健康、蛋鸭的产蛋率及蛋的品质。特别是高温季节，捧水量增加， 过多过肥的池水又造成了水田肥害，河水的富营养化，对当地生态安全构成极大 的威胁。 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 在该养殖场内构建了一个面积为6 6 7m 2 的水葫芦放养池( 人工湿地) 来进行 水质净化实验。水葫芦来自养鸭场附近的河道，开始湿地覆盖面积达3 9 3m 2 ，约 占总面积的5 9 。一次性从鸭放养池( 简称鸭池) 中泵入废水，来处理鸭池中的 极富营养化水体( 见图7 ) 。并定期收获放养池中的水葫芦作为蛋鸭的青饲料， 研究其对蛋鸭产蛋性能及蛋品质的影响。整个水质净化工程见图8 。 为提高湿地在低温季节的净化能力，在2 0 0 6 年3 月从浙江大学园林公司购 得黄菖蒲植株1 0 0 0 株，将其均匀种植于湿地四周，用水泵一次性从鸭池中抽取 富营养化水注入湿地，水位略高于植株根系。从2 0 0 6 年3 月2 0 日开始，每l o 天对湿地进行取水样分析，同时观察黄菖蒲的生长情况。 图6 浙江德清县利虹禽业有限公司蛋鸭养殖场一角 f i g 6 p a r t p i c t u r e o f t h ee g g - d u c k f a r m o f t h e l i h o n g p o u l t r y l i d ，z h e j i a n g p r o v i n c e 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 人工湿地生卷工程净化养鸭废水的研究 取样点s a m p l i n gp o i n t水泵w a t 盱p 哪 i 占 。oo 鸭池 人工湿地 d u c kp o n d c o n s t r u c t e dw e t l a n d o o受e oo b c 图7 鸭池河人工湿地示意图( a l ，a 2 ：试验地的照片；b ：试验地的简图：c 人工湿地的三维 图) f i g 7 t h es k e t c h m a p o f t h e d u c kp o n da n d t h e c o n s t r u c t e d w e d a n d ( a ：p h o t o o f e x p e r i m e n ts i t e ， b s k e t c hm a po f e x p e r i m e n t a ls i t e c ：3 - dv i e wo f t h ec o n s t r u c t e dw e t h n d ) 图8 鸭场净化水质及循环利用生态工程图 浙江大学硕士学位论文 f i g 8 t h ee c o l o g i c a le n g i n e e r i n g f o r t h e t r e a t m e n t o f w a s t e w a t e ra n d i t sc i r c u l a t i o n u t i l i z a t i o n i n t h e d u c k f a r m ， 2 3 试验方法 2 3 1 水质净化试验 f 1 2 0 0 5 年9 月2 5 日至2 0 0 5 年1 1 月4 日，4 天一次对鸭放养池( c k ) 和水葫芦放 养池( c w ) 进行取水样分析，取样位置见图7 所示。分析指标包括化学需氧量 ( c o d ) 、总磷( 口) 、总氮( t n ) 、溶解氧( d o ) 和透明度。在试验期间日平 均气温变化变化见图9 。 f 1 2 0 0 6 年3 月2 0 日至2 0 0 6 年5 月3 0 n ，每1 0 天对湿地进行取水样分析，同时观 察黄菖蒲的生长情况。水质分析指标包括化学需氧量( c o d ) 、总磷( t p ) 、总 氮( t n ) ，氨氮( n h 4 - n ) 和溶解氧( d 0 ) 。黄菖蒲生长情况的分析，主要是测 定植株的株数及株高，并计算地上部分的生物量。在试验期间日平均气温变化变 化见图1 0 ，降水情况见图1 l 。 彗1 0 0 0 童 & 0 0 o 图9 试验期间日平均气温变化 f t g 9 t e m p e r a t u r e c h a n g e d u r i n g t h e e x p e r i m e n t 衢 扼 (1)oh暑ep暑口- ， 毯赠 5352 暑磁脚 5o5o 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 图1 0 试验期间日平均气温变化 f i g 1 0t e m p e r a t u r ec h a n g ed u r i n gt h ee x p e r i m e n t 图1 1 试验期间每旬降水量变化 f i g 1 lr a i n f a l lc h a n g ei nap e r i o do f t e nd a y sd u r i n gt h ee x p e r i m e n t c o d 用重铬酸盐法测定，透明度用塞克盘直接测定，d o 用碘量法测定。而 对t p 、n i 山- n 和t n 的测定，首先要将水样进行稀释。然后日用钼酸铵分光光度 法测定，t n 用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，n h 4 - n 采用纳氏试剂分 浙江大学硕士学位论文 光光度法。 2 3 2 水葫芦作为青饲料试验 从2 0 0 5 年1 0 月2 7 e 至2 0 0 5 年1 1 月2 6 日，共3 0 天，选择2 0 0 日龄的商品绍鸭2 0 0 0 只。随机分为蘸组即试验组和对照组，每组设4 个重复，每个重复各有绍鸭2 5 0 只。对照组饲喂基础日粮，试验组在饲喂基础日粮的同时补喂新鲜水葫芦( 图1 2 ) 。 试验组蛋鸭平均每天每只补喂新鲜水葫芦5 0 9 ，记录各组蛋鸭采食量、产蛋数量 及总蛋重。每1 0 天随机选取两组中的蛋各4 0 枚，共3 次，测定蛋重、蛋形指数、 蛋壳厚度、蛋壳强度、哈夫单位、蛋壳相对重和蛋黄颜色等。其中蛋壳强度采用 美国产i n s i r o n 蛋壳强度仪测定，蛋黄颜色采用瑞士产蛋黄比色扇测定。 图1 2 水葫芦作为鸭子的青饲料 f i g 1 2w a m rh y a d n mu s e d d u c ks u o e u l e n c e 2 4 统计分析 试验数据用s p s s 软件的o n e - w a y a n o v a ( o n e - w a yv a r i a n c e 刹y s i o 分析。 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 3 结果与分析 3 1 水质净化 3 1 1 水葫芦水质净化 表6 反映的是水葫芦对鸭场废水的总体净化效果，通过对进水和出水之问的 比较，从而得出水质改善的情况。而人工湿地与鸭池净化效果的比较可见表7 ， c o d 、t p 、t n 和透明度的差异都达到极显著水平。 表6 水葫芦对鸭场废水的处理效果 t a b 6 t r e a t m e n t e f f e c t s o f w a t e r h y a c i n t h o l l w a s t e w a t e r 劬m t h e d u c k f a r m 表7 人工湿地与鸭池内c o d 、t p 、t n 及透明度的均值差异性比较 t a b 7 t h e c o m p a r i s o n o f t h e a v e r a g e s o f c o d ，t p , i n a n d t r a n s p a r e n c y b e t w e e nt h ec wa n dt h ec k ”表示差异极显著( p o 0 1 ) ； s i g n i f i c a n t a t 0 0 1 l e v e l ；f o a l n 。2 0 ) - - 8 1 0 3 1 1 1c o d 的去除 通过湿地的净化，c o d r hj 黼2 7 0m g l 1 - fj 鞫 9 6m g l 1 ，去除率达 6 4 4 4 ( 表6 ) 。图1 3 表明，c o d 去除最有效的是在前1 2 天，在这期间，由于气 温较高，水葫芦生长也旺盛，由图1 4 所示，水葫芦的覆盖面积到试验第1 6 天时， 2 8 浙江大学硕士学位论文 已是原来的1 5 倍。而在1 6 天以后，水葫芦生长变缓，同时c o d 的降低速率也变 侵，甚至在其问略有回升。这是因为植物能运输氧气，从而增强在沉积物或植物 根茎表面的微生物对有机物的去除作用( r c d d yk ra n dd a n g c l oem 1 9 9 7 ) 。反 之如果植物死亡，她的死亡部分需要消耗氧气，对c o d 的去除起到消极作用，所 以我们应该定期收获水葫芦。在实验中，我们把收获的水葫芦作为鸭子的青饲科， 实现废物的回收利用。图1 3 也反映了鸭池中c o d 的变化情况，可以看出在整个试 验期间鸭池中c o d 含量变化不大，基本维持在2 5 0m g l - 1 左右通过方差分析 ( 表7 ) ，f 值为4 0 7 7 ，表明人工湿地与鸭池之间c o d 变化差异达到极显著水平 ( p o 0 1 ) 3 5 0 2 8 0 删f 赫一2 1 0 雏警 垫喾1 4 0 辜8 7 0 o u 入一 ，i i ，? ? 一7 ， + c + c k ttl 04 81 2 1 62 0 2 42 83 2 3 64 0 试验天数 d a y so ft h ee x p e r i m e n t 图1 3 人工湿地与鸭池c o d 的变化情况 f i g 1 3c h a l 培eo f c o d i nt h ec wa n dt h ec k 人工湿地生态工程净化养鸭废水的研究 髫耋 雏 长兰 b - ，1 111 e 一 + c 胃 o481 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 试验天数 。 d a y so ft h ee x p e r i m e n t 图1 4 水葫芦生长情况 f i 参1 4 t h eg r o w t h c o n d i t i o no f w a t e r h y a c i n t h 3 1