（环境科学专业论文）沉水植物与生态浮床组合系统对水产养殖污染控制的研究.pdf

不影响围隔的隔水性，还可为多个围隔共用一个水位调节井，可统一 调节进排水和调节水位，使得同一批实验的多个围隔的实验条件达到 统一，从而提高实验的真实性和有效性。 2 0 0 9 年9 月 - 一2 0 1 0 年3 月实验过程中，围隔无一破损，且隔水 性能良好，围隔生态系发育与运行正常，放养的养殖生物生长良好。 3 沉水植物与浮床组合系统净化养殖水体围隔实验 通过2 0 0 9 年9 月 - 一2 0 1 0 年2 月测定陆基围隔中水生植物种植密 度、浮床水面覆盖率、水质状况、浮游藻类群落特征及水生生物生长 状况，研究了沉水植物与生态浮床组合系统对养虾塘污染原位净化及 水质调控作用。结果表明，围隔单养虾、虾+ 沉水植物、虾+ 沉水植物 + 植物浮床三种不同模式中，后者较前者在养殖过程中污染原位净化 及水质调控作用效果更佳；而四种不同配置的沉水植物生态浮床组 合系统中，第v 组围隔内栽种苦草4 ok g 和轮叶黑藻3 0k g ，与种植 3 1 2 株常绿鸢尾的植物浮床组合，对养殖污染的控制效果最好，t n 、 t p 、c o d m n 分别从3 4 1 、0 3 2 、1 4 3 4m g l - 1 降至o 7 9 、o 0 2 和1 1 9 6 m g l - 1 ；第v 组围隔内浮游藻类m a r g a l e f 指数为4 0 0 ，s h a n n o n w i e n e r 多样性指数为3 3 2 ，p i e l o u 均匀度指数为o 7 5 ，显示养殖水体环境较 稳定，水质相对较好。 ( 1 ) 围隔水体浮游藻类特征 观察到围隔内浮游藻类共6 门3 6 属5 1 种：蓝藻门7 属1 1 种， 占总种类数的2 1 5 7 ；绿藻门1 3 属2 1 种，占总种类数的4 1 1 8 ； 硅藻门1 0 属1 3 种，占总种类数的2 5 4 9 ；黄藻门3 属3 种，金藻 门1 属1 种，甲藻门2 属2 种，共占总种类数的1 1 7 6 。蓝藻门的 席藻属( p h o r m i d i u m ) 、绿藻门的纤维藻属( a n k i s t r o d e s m u s ) 和硅藻 门的菱形藻属( n i t z s c h i a ) 是围隔水体的优势属，其在各组围隔中的 分布达1 0 0 ，围隔水体藻型为绿藻+ 蓝藻+ 硅藻型，其中优势种类席 藻、颤藻等均被视为富营养河流代表种，显示水体呈富营养化。 ( 2 ) 围隔水体叶绿素a 与多项水生态因子的关系 实验围隔中叶绿素a 与水生态因子相关性进行统计分析显示，叶绿 素a 与总氮的相关性最高，相关系数r 达0 9 9 7 0 ；其次是硝态氮和亚硝 态氮，r 分别为0 9 8 8 1 、0 9 4 5 7 ；水温与叶绿素的相关系数r 为0 9 3 1 9 ， c o d 的为0 8 9 9 8 ；最低的是总磷，r 仅为0 0 9 7 2 。综合分析表明，五 项主要水生态因子，包括总氮、硝态氮、亚硝态氮、水温和c o d 。均与 叶绿素a 含量呈显著线性相关，其中总氮与水温是影响叶绿素a 的最大 因素，而气温的变化是无法人为操控的，因此，本研究中沉水植物与 浮床组合系统对总氮的吸收效果越好，则水生态修复效率越高。 关键词：沉水植物，生态浮床，陆基围隔，养殖污染，水质净化 i i i i ：海海洋人学 a b s t r a c t t h ew a t e rp o l l u t i o no fa q u a c u l t u r ei sm a i n l yc a u s e db yt h el a r g e i n p u t o fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s e s p e c i a ll yw i t ht h ea q u a c u l t u r e i n d u s t r i a ls t r u c t u r ea d v a n c et o w a r d l a r g e s c a l ei n t e n s i f i c a t i o n ，t h e e u t r o p h i c a t i o np r o b l e mi nr i v e r ，l a k ea n do c e a ni sg e t t i n gw o r s eb e c a u s e o ft h e l a r g e s c a l ee m i s s i o n so fn u t r i e n t p o l l u t i o n a q u a t i c p h y t o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g y i sag o o dw a yt oc o n t r o l a q u a c u l t u r e e u t r o p h i c a t i o n o no n es i d e ，a q u a t i cp l a n t sp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i n r e m e d i a t i o no fp h y t o p l a n k t o n - d o m i n a t e de u t r o p h i cw a t e rb e c a u s eo ft h e f u n c t i o no fa b s o r b i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s o nt h eo t h e rs i d e ，a q u a t i c p l a n t sc a na c ta sf o r a g e i na q u a t i cc u l t i v a t i o n ，t h a ti st h eb i o m a s so f a q u a t i cp l a n tc a nb ec o n t r o l l e dt h r o u g ht h ei n g e s t i o no fa q u a t i ca n i m a l s t h ea p p l i c a t i o no fa q u a t i cp h y t o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yi na q u a c u l t u r e c o u l dk i l lt w ob i r d sw i t ho n es t o n e t h i sp a p e rp r o v i d e sa no p t i m a ld e s i g no fag r o u n d b a s e de n c l o s u r e d e v i c ew h i c hi su s e di nm e s o c o s me x p e r i m e n t s a n da ni n v e s t i g a t i o no n t h ei n s i t up u r i f i c a t i o na n dw a t e rq u a l i t yc o n t r o lo ft h ei n t e g r a t e ds y s t e m o fp l a n t e df l o a ta n ds u b m e r g e dm a c r o p h y t ei nt h eo p t i m i z e dd e v i c ew a s c a r r i e do u tb yd e t e c t i n gt h ea q u a t i cp l a n td e n s i t y ，f l o a tc o v e r a g er a t e ， p u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c ya n ds oo n m e a n t i m e ，i ta l s op r o v i d e san e ww a y f o rt h es e w a g ep u r i f i c a t i o n ，t h ee u t r o p h i c a t i o nc o n t r o l ，a n dt h ew a t e r s l a n d s c a p ec o n s t r u c t i o n t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： i v j ：海海洋人学 1 t h ei n v e s t i g a t i o na n de v a l u a t i o nr e p o r to fp o l l u t i o ns i t u a t i o no ft h e c u l t u r ep o n d si ns h a n g h a is o n g j i a n ga g r i c u l t u r a lp a r k i n s h a n g h a is o n g j i a n ga g r i c u l t u r a lp a r k ，t h e w a t e r s o r g a n i c p o l l u t i o nw a s s e r i o u si nt h ec u l t u r ep o n d s ，p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ei n d e x w a sa sh i g ha s1 8 8 2m g l - 1 ；n i t r o g e n ，ak i n do fn u t r i t i o ne l e m e n t s ，w a s 1 9 9 6 9 1m g l - 1i nt h ew a t e r ，w h i c hs e r i o u s l yo v e rp r o o f e dt h es u r f a c e w a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r d s ( g b 2 0 0 2 - 3 8 3 8 ) o fl e v e lv t h e s e d i m e n t sn u t r i e n tl e v e lo fc u l t u r ep o n d sw e r ea sf o l l o w s ：o r g a n i cm a t t e r c o n t e n t11 0 9 g k g ，m e s o t r o p h i c ；t o t a ln i t r o g e n c o n t e n to 8 8 g k g ， o l i g o t r o p h i c ；t o t a lp h o s p h o r u sc o n t e n t0 8 2 9 k g ，m e s o t r o p h i c 2 t h em a n u f a c t u r ea n dp e r f o r m a n c et e s t so faw a t e rl e v e la d j u s t a b l e g r o u n d b a s e de n c l o s u r ed e v i c e t h i sp a p e rp r o v i d e sa no p t i m a ld e s i g no fag r o u n d - b a s e de n c l o s u r e d e v i c ew h i c h i m p r o v e d t h ec u l v e r t s y s t e m a n dt h e o p e r a t i o nw a y c o m p a r e dw i t ho t h e re x i s t i n gd e v i c e ，i tc o u l db em o r ec o n v e n i e n ti n c o n t r o l l i n gt h ew a t e rl e v e la n dt h ed e v i c e sw a t e r - r e s i s t i n gp r o p e r t yw a s i m p r o v e d a l le n c l o s u r e sc o u l db ec o n t r o l l e db yo n ec u l v e r ts y s t e m ，s o t h ee x p e r i m e n tc o n d i t i o nc o u l db eu n i f i e d t h u s ，t h ed e v i c el a r g e l y i m p r o v e dt h ee x p e r i m e n t a u t h e n t i c i t ya n de f f i c i e n c y i nm e s o c o s me x p e r i m e n t sf r o ms e p t e m b e r ，2 0 0 9t om a r c h ，2 0 1 0 ， t h ed e v i c ew a sn o td a m a g e d ，a n dt h ew a t e r - r e s i s t i n ge f f i c i e n c yo fi tw a s q u i t ew e l l m e s o c o s m e c o s y s t e mw a sd e v e l o p i n gw e l la n do p e r a t i n g v f ：海海洋大学 n o r m a l l y ；t h eg r o w t ho fo r g a n i s m sw a s a l s og o o d 3 s t u d i e so na q u a c u l t u r ew a t e rp u r i f i c a t i o nb yi n t e g r a t e ds y s t e mo f p l a n t e df l o a ta n ds u b m e r g e dm a c r o p h y t e t h r o u g hm o n i t o r i n gt h ed e n s i t yo fa q u a t i cp l a n t s ，s u r f a c ec o v e r a g e r a t eo ft h ef l o a t i n gb e d ，w a t e rq u a l i t y ，c h a r a c t e r i s t i c so fp h y t o p l a n k t o n c o m m u n i t i e sa n dg r o w t ho fh y d r o b i o n t si nas h r i m p - r e a r i n gp o n dd u r i n g s e p t e m b e r 2 0 0 9t of e b r u a r y2 0 1 0 ，e f f e c t so f c o m b i n a t i o n so fs u b m e r g e d m a c r o p h y t e sw i t he c o l o g i c a lf l o a t i n gb e d so ni n - s i t up u r i f i c a t i o n a n d r e g u l a t i o no fw a t e rq u a l i t yw e r e s t u d i e d d i f f e r e n tm o d e l sw e r es e tu pt o d i s c u s sh o wt oc o n t r o lt h ea q u a c u l t u r ep o l l u t i o na n do p t i m i z et h ec u l t u r a l e c o s y s t e m ，w h i c hw e r es h r i m pm o n o c u l t u r em o d e l ，s h r i m p h y g r o p h y t e i n t e g r a t e dm o d e l ，a n ds h r i m p h y g r o p h y t e - e c o l o g i c a lf l o a t i n g b e d i n t e g r a t e dm o d e l t h er e s u l t ss h o wt h a tt h el a t t e r w a ss u p e r i o rt ot h e f o r m e r a n dt h et h i r dm o d ew a sf u r t h e rd i s c u s s e d i tw a sf o u n dt h a tt h e c o m b i n a t i o no fp l a n t i n g4 0k gv a l l i s n e r i an a t a na n d3 0k gh y d r i l l a v e r t i c i l l a t aw i t ht h e f l o a t i n g b e do f3 1 2h i l l so f r s h e x a g o n u si n e n c l o s u r evw a st h em o s te f f e c t i v ei nc o n t r o l l i n ga q u a c u l t u r a lp o l l u t i o n ， w i t ht n ，t pa n dc o d m nd e c r e a s e di nc o n c e n t r a t i o nf r o m3 4 1 ，0 3 2a n d 1 4 3 4t o0 7 9 ，0 0 2a n d1 1 9 6m g l 1 ，r e s p e c t i v e l y i nt h i se n c l o s u r e ， t h em a r g a l e fi n d e xo fp h y t o p l a n k t o nw a s4 0 0 ，t h es h a n n o n w i e n e r d i v e r s i t yi n d e x3 3 2 ，a n dt h ee v e n n e s si n d e x0 7 6 ，w h i c hd e m o n s t r a t e t h a ti t sw a t e re n v i r o n m e n ti sq u i t es t a b l ea n di t sw a t e rq u a l i t yq u i t eg o o d v i i ：海海洋人学 ( 1 ) t h ed i s t r i b u t i o no fp h y t o p l a n k t o ni ne n c l o s u r e s f i f t y o n es p e c i e s ，t h i r t y s i xg e n e r a ，s i xp h y l u mp h y t o p l a n k t o nw e r e i d e n t i f i e d ：c y a n o p h y t at o o ku pp e r c e n t a g e2 1 5 7 ，e l e v e ns p e c i e s ，a n d s e v e n g e n e r a ；c h l o r o p h y t a t o o k u pp e r c e n t a g e4 1 1 8 ，t w e n t y - o n e s p e c i e s ，a n dt h i r t e e ng e n e r a ；b a c i l l a r i o p h y t at o o ku pp e r c e n t a g e2 5 4 9 ， t h i r t e e n s p e c i e s ， a n dt e n g e n e r a ； o t h e r st o o k u pp e r c e n t a g e 1 1 7 6 ，e n c l u d i n gx a n t h o p h y t a ，c h r y s o p h y t a a n d p y r r o p h y t a t h e d o m i n a n ts p e c i e sw e r ep h o r m i d i u mt e n u e ，a n k i s t r o d e s m u sa n dn i t z s c h i a ； t h e yc o u l db eo b s e r v e di ne v e r ye n c l o s u r ea n dt h e yw e r er e g a r d e da s i n d i c a t o rs p e c i e so fe u t r o p h i c a t i o n ( 2 ) c o r r e l a t i o n so fc h l o r o p h y l l - aa n da q u a t i ce c o - f a c t o r si ne n c l o s u r e s t h er e s u l t so fc o r r e l a t i o n so fc h l o r o p h y l l - aa n da q u a t i ce c o - f a c t o r s i ne n c l o s u r e ss h o w e dt h em o s ti n f l u e n t i a lf a c t o r so nc h l ai st n ，t h e r e l a t e dc o e f f i c i e n ti s0 9 9 7 0 ，a n dt h en e x tf a c t o r sa sf e l l o w s ：n 0 3 _ n ， r = o 9 8 8 1 ；n 0 2 - n ，r = 0 9 4 5 7 ；t e m p e r a t u r e ，r = 0 9 3 1 9 ；c o d m n ，r = 0 8 9 9 8 a c c o r d i n gt oc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fe x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，f i v em a i n f a c t o r sh a dg o o dl i n e a rc o r r e l a t i o nw i t hc h l - a ，e s p e c i a l l yt h ef a c t o r so f t na n dt e m p e r a t u r e h o w e v e r ，t e m p e r a t u r ew a sn o tc o n t r o l l a b l ei n o u t d o o r s ，s oi nt h i sp a p e rt h ei n t e g r a t e ds y s t e m se f f i c i e n c yo fa b s o r b i n g n i t r o g e nw a st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ri nw a t e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n k e y w o r d s ：s u b m e r g e dm a c r o p h y t e ：p l a n t e df l o a t ：l a n d b a s e de n c l o s u r e s ； a q u a c u l t u r ep o l l u t i o n ；w a t e rp u r i f i c a t i o n l 上海海洋大学博硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 赵云龙华东师范大学教授主席 刘其根上海海洋大学教授委员 李娟英上海海洋大学副教授委员 杨东方上海海洋大学副教授委员 大忌i 山上海海洋大学副教授秘书 答辩地点生命学院a 4 3 5答辩日期 2 0 11 6 16 己i 言 丁1 口 水是生命之源。据考古学、历史学与人类学的研究表明，人类几 乎所有的文明都是起源于水边，水孕育着不同的道德信仰、地域文化 和文明水平，水文化促进了人类文明的发展。地球有7 0 8 的面积为 水所覆盖，但全部水资源中咸水占9 7 5 ，在余下的2 5 的淡水中， 有8 7 是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪， 可见人类真正能够利用的淡水资源，包括江河湖泊以及地下水中的一 部分，实在极其有限，仅占地球总水量的0 2 6 。 我国淡水资源总量为2 8 万亿立方米，居世界第六位，但人均水 量只相当世界人均占有量的1 4 ，居世界第8 8 位。目前，我国有2 0 0 多个城市缺水。以我国首都北京为例，每年缺水1 0 多亿立方米，地 下水位有的地方己降到3 0 多米，“水荒”出现的频率越来越高。中国 七大水系中，极大部分河段已处于富营养化状态，污染严重，而且富 营养化的进程还在加剧，8 6 的城市河段普遍超标，全国7 亿多人饮 用大肠杆菌超标的水，1 6 4 亿人饮用有机污染严重的水，3 5 0 0 万人 饮用硝酸盐超标的水。 在如此严峻的形势下，如何合理有效利用水资源，减少因人类生 产活动引起的水环境污染问题，是当今摆在科研人员面前最重大的现 实课题。修复受损水体，加强水域生态环境保护，依法保护和合理利 用水生物资源，实施可持续发展战略目标，也是国家十一五发展规 划国家十二五发展规划中重点发展领域的优先主题，在未来还 将受到越来越多的重视。 本研究主要依托上海市科学技术委员会重大科技攻关项目水产 生态养殖与污染控制关键技术集成研究及其示范，就水产养殖业发 展中产生的水环境污染问题及如何进行养殖水域生态修复展开相关 研究工作。 1 研究背景 水产养殖是我国渔业发展的基本方针，淡水养殖更是我国淡水渔 业的主体。2 0 0 5 年我国水产养殖产量占渔业总产量的6 6 以上，其 中淡水养殖占了6 0 以上，而农村池塘水产养殖产量又占整个淡水养 殖产量的7 0 还多，是当前和今后较长时期内我国淡水渔业增长的最 主要方式。传统的水产养殖技术选择高产量大规模的养殖方式，忽视 了水产品质量以及水产养殖对环境造成的污染。 1 1 水产养殖发展趋势与面临的主要问题 近年来，水产养殖业正逐步向集约化、提高质量和生态效益的方 向发展，生态健康养殖受到高度重视。在处理养殖与环境的关系上， 开始倡导“人与自然和谐共存，协调发展 的理念。不管采用哪种方 式，都应以不污染环境为前提，切实改变“重产量增长、轻规范管理 的传统思维模式。追求经济、生态与社会效益并重，提倡保护生态环 境、人类健康及社会和谐，实施整个生态环境的良性循环和产业化， 是水产生态健康养殖的目标。 水产生态健康养殖是指根据养殖水生动物正常活动、生长、繁殖 所需的生理、生态要求，选择科学的养殖模式，将健壮的养殖水生动 物通过系统的规范管理技术，使其在人为控制的生态环境中健康快速 生长，同时将养殖的水产生物作为水体生态系统的重要结构组成，参 与其中的物质循环和能量流动，从而使水产养殖与水域环境的生态功 能相协调，从而最大限度地减少养殖对环境的负面影响，甚至通过养 殖生物的作用，还能为水体环境的改善起到积极作用。水产生态健康 养殖相对于传统的养殖技术和管理，包涵了更广泛的内容，它不但要 求养殖生态环境应符合养殖品种的生态学要求，而且生产出的产品必 须是绿色水产品，以保证人类食品安全，同时还将养殖生物作为整个 水体生态系统的有机组成，确保了水产养殖的“环境友好”性和环境 改良作用。 随着水产业的可持续发展问题，水产品的安全卫生、药物残留等 质量保证方面以及环境污染的问题日益突显出来。同一水域的养殖种 类数减少，食物链结构单一化；而为了高产，又不得不增加放养密度。 高密度的放养和大量人工投饵，常导致水域中粪便、残饵等有机物的 大量堆积和水体c o d 、t n 、t p 的迅速增加，不但超越了水体的自净 能力，也为病害发生提供了有利的环境条件，常导致养殖水体水质恶 化，进而引起大规模渔病的暴发，养殖动物大量死亡，使养殖业主蒙 受巨大的经济损失，并且药物残留严重，使水产品生产质量下降，水 产品安全受到严重影响，而养殖户为了预防病害，又不得不频繁使用 药物，从而进一步破坏了池塘的微生态群落，使池塘生态系统出现严 重退化，从而非常不利于养殖生物的健康和正常生长，养殖废水未经 处理多为直接排放，养殖水体产生大量的有机物和营养盐，导致水体 出现富营养化，尤其是养殖污水成为了农村水环境的重要污染源，对 农村环境造成极大的危害。 1 2 水产养殖技术研究现状、水平和发展趋势 当前对水产生态健康养殖技术的研究主要集中在把水域生态学、 生态经济学和系统工程学的理论和方法用于水产动物养殖。利用种植 业与渔业结合起来的生态共生理论，对水环境净化技术处理与人类生 存环境协调控制的信息与计算机技术，对渔病预防和治疗与提高机体 抵抗力机能的免疫调节新技术，对水质消毒增氧、培养有益微生物生 态共生新技术等进行水产养殖。具体措施为：保护渔业生态环境、增 强养殖动物自身免疫力抗病力、利用现代生物技术提高养殖产品的品 质、加强对环境的生态保护、建立渔业管理机构、提高渔民的科学意 识并实行规范化管理。 用生态方法促进水产动物的健康养殖，并非是追求恢复天然生态 环境，而是要在高密度养殖的人工环境条件下达到新的生态平衡。用 生态平衡的方法进行健康养殖保持养殖水域生态结构，增强养殖水体 自净能力使养殖活动良性循环发展，是水产养殖发展的新方向。 1 3 现代水产养殖业必须满足经济建设和社会发展需求 水产生态健康养殖追求经济、生态与社会效益并重，提倡保护生 态环境、人类的健康及社会和谐，实施整个生态环境的良性循环和产 业化。为提高我国水产养殖业在国际上的知名度，应注重资源的合理 利用与转化，使生态效益、经济效益与社会效益达到最佳统一。水产 生态健康养殖要求我们加强对养殖品种、规模、容量的管理，以提高 产品的数量、质量；加强对养殖废水排放的管理，以提高养殖效益与 生态环境的统一；加强对药物残留的科学监控，以提高产品的竞争力 和在国际上的知名度，实现水产养殖业健康、快速和可持续发展。 上海市近郊水产养殖业的迅猛发展为稳定水产品价格、丰富市民 的“菜篮子”作出了巨大的贡献。据上海渔业统计年鉴，至2 0 0 7 年 池塘养殖面积已超过3 7 万亩。传统水产养殖池塘内源性污染明显， 养殖过程中的污染排放严重危害水域生态环境，极大降低周边居民的 生活、卫生条件。因此如何控制养殖污染成为水产养殖能否走上健康 可持续发展道路的关键，而解决此问题的有效途径则是以生态学思想 为指导，对养殖进行基于生态系统水平的管理，构建健康、稳定的生 态系统，开展生态养殖，从而实现可持续发展水产养殖，这在构建“和 谐社会 与“和谐农村 ，促进生态农业健康发展，具有不可估量的 社会效益与生态效益。 2 研究内容和目的 根据上海地区新农村经济建设和社会发展需求以及池塘养殖的 特点，针对水产生态养殖与污染控制技术开展关键技术集成研究，有 效改善池塘养殖水环境质量和水生态系统，降低养殖污水量，减少污 染物排放量，构建养殖池塘生态景观，生产无公害水产品，实现养殖 水体资源的综合利用，促进生态农业健康发展，推进社会主义新农村 建设。 2 1 水产养殖池塘生态修复与污染控制集成新技术 通过筛选本土多种沉水植物与生态浮床构建共生组合系统，合理 进行时空配置，改善养殖池塘底质和吸收水体氮、磷等营养，从而构 建多层次的生物群落组合，既形成养殖池塘污染控制和生态修复，又 实现养殖水体资源的综合利用。 2 2 水产养殖池塘污染控制和水体生态景观构建新模式 创建新型生态浮岛技术模式，将挺水植物、草本陆生植物种植到 养殖水域水面，并避免水产动物摄食与损伤植物根系，利用植物对氮、 磷等营养物质直接吸收利用和加速对有机污染物的分解，使养殖池塘 水质得到净化，控制养殖水体污染，为养殖对象提供良好的生长环境 条件，同时形成水体生态景观效果，美化养殖水域。 卜海海洋人学 第一章养殖水体富营养化及水生植物修复技术 水产养殖是一种重要的农业生产活动，在此项人为活动影响下，生物所需的 氮、磷等营养物质短期内大量输入水体，远远超过水生态系统在自然稳定状态下 所能承受的水平，从而极大加速水体富营养化进程，刺激浮游藻类疯长，甚至出 现有毒蓝藻蔓延，并对其他水生生物的生存构成了严重的威胁。为此，科研人员 就水生植物对富营养化水体净化修复效果做了大量探索研究，以期寻找一种有效 治理水体富营养化的办法，本章就此内容进行了系统概述。 第一节水产养殖对水体富营养化的影响 富营养化是指水体在自然过程或人类活动的影响下，由于大量n ，p 营养盐 输入水体，引起的藻类及其他浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧下降，使鱼类和其 让他生物大量死亡、水质恶化的现象“1 。水产养殖造成的水体污染主要就是氮 磷营养盐污染，尤其是随着水产业的产业结构逐渐向大型集约化方向发展，水产 动物粪便排放总量急增的同时含有高氮磷等饲料残饵和化肥的废水大量排放， 致使湖泊、海域的富营养问题日益严重。 1 水产养殖发展现状及趋势 我国是世界传统的水产养殖大国，水产养殖业历史悠久，目前已经发展成一 种与种植业并重的农业活动，为全球水产品供给、食物安全保障、渔业发展等方 面做出了重大贡献。国家农业部全国出口水产品优势养殖区域规划( 2 0 0 8 2 0 1 5 年) 数据显示，我国是世界第一大水产养殖大国，水产品总产量自1 9 8 9 年以来 连续位居世界首位，养殖产量占全球养殖产量的7 0 。据联合国粮食及农业组织 预测，未来全球水产品消费量将持续增长，因此，水产养殖业将继续扩大规模增 大产量。 1 1 水产养殖业面临的问题 7 l ：海海洋大学 我国水产养殖业规模跃居世界前列，已从“分散、个体规模 为主的发展阶 段进入“相对集中、规模化、产业化开发为主”的整合阶段。集约化、规模化、 高密度的养殖模式在有效增产增收的同时也带来了严重的水产养殖污染问题，大 量残饵、残骸与养殖动物排泄物使得水体负荷增重，加之人类生活污水、各种工 业废水等的超量排放，再次加重污染养殖用水水源，造成养殖水质下降，引发各 种水产疾病频发，水产品质量急剧下降，食用后甚至导致中毒和疾病，人们谈“渔” 色变，这些都严重制约养殖业的可持续发展。 1 2 水产养殖业发展趋势 为突破制约产业发展的瓶颈，未来积极推动科技创新及成果转化，进行水产 养殖的绿色革命，推广高效、生态、健康、安全的水产养殖模式将势在必行，这 也j 下是保证水产养殖业健康持续稳定发展的最佳途径。 为了达到高效、生态、健康、安全、循环、集约的产业发展要求，在已形成 水产养殖规模化的地区，必须进行养殖场地的改造，即养殖池塘的改造，同时配 备实施健康养殖所需的进排水处理及同常管理等技术设备，当然最主要的是推广 生态清洁养殖方式，提高生产效率与资源，以最大限度减少水产养殖污染。建立 动植物复合养殖系统，实施养殖系统的“生物操纵 与“自我修复 ，优化养殖 结构，始终保持养殖水体适应养殖生物生长的生态环境，才是水产养殖的根本和 基础，这也正是健康生态养殖新理念、新模式的精髓。 2 水产养殖对富营养化的影响 所谓养殖污染，即指养殖动物不断排出的粪便及残饵等废物的增长速度超 过了水流的冲刷速度和水体的自净能力，引起沉淀并腐烂，形成腐烂层，使养 殖水体生态环境恶化和水质变坏乜3 。水产养殖对水体最主要的影响就是氮磷的影 响。水体的天然富营养化是一个漫长的过程，可见，水产养殖向水体输入的大量 氮磷将极大地缩短这个过程，由此造成水质恶化、底质恶化、藻华频发等诸多富 营养化现象。具体来说，水产养殖对此影响可分为以下几方面。 2 1 饵料或肥料利用率低 8 上海海洋人学 传统集约化高密度的养殖为提高养殖动物生长速率常常大量旋肥并投放过 量饵料，有报道称重庆长寿湖在1 9 9 8 年肥水性网栏养殖投放鸡粪4 0 0 0 n 屯，1 9 9 9 年投放鸡粪2 0 0 0 n 屯1 ；在玉筋鱼养殖中，其代谢产物为投饵量的2 0 一3 5 ，残饵 为投饵量的1 0 - 4 0 h 1 。除了未被摄食的部分，被养殖动物消化排泄进入水体的 饵料也有占有相当大的比重。鲑鳟鱼和斑点叉尾的总固体排泄物分别占投饵量的 4 0 - 5 2 和1 8 6 9 ：美国网箱养虹鳟，饵料中仅有2 4 7 的氮和3 0 的磷的被鲑体吸 收利用，而7 5 的氮和7 0 的磷则被直接排入水体中h 1 。根据“百分之十”理论， 能量在食物链中的传递只有上一级的1 0 左右，所以饵料只有约1 0 - 2 0 被摄食， 而且其中也只有2 0 左右被鱼虾吸收转化成自身的蛋白质瞄1 。由此可见，投饵量 或施肥量的能量转换率其实是非常低的，投入肥料或饵料中的绝大部分营养元素 溶解在水中或是沉积在池底，极大加重了养殖水体的氮磷负荷，造成富营养化。 2 2 二次污染 底泥是水体营养物质的重要蓄积库，营养物质经过一系列的物理、化学及生 化作用，其中一部分或大部分沉积到水体的底部，成为水体营养物质的内负荷肺1 。 据上所述，大量残饵残骸排泄物除了以溶解态溶于水中外，还以固体态沉积于池 塘底部。有报道称某地一湖泊的湖底淤积饲料及水生物排泄物深达1 m ，即使停止 水产养殖，水中的氮磷至少需要5 0 年才能消耗完口1 。即使水体的外源输入能得 到有效遏制，但沉积在底部的营养物质会逐步释放出来补充水体中的营养物质， 仍可以导致藻类暴发，水体水质恶化吲。加之水体沉积物与上覆水水体之间的物 质交换过程十分复杂，对底泥的污染控制非常困难，难以在短期内有所成效，所 以目前广泛采用的都是通过翻塘、底泥疏浚等物理办法将富营养化底质移出养殖 池塘，费时费力、成本巨大。 3 水体富营养化对水产养殖及生态环境的危害 水体富营养化通常导致水体藻华，表现特征是在高温季节藻类大量滋生，甚 至“疯长 ，形成各色丝带状或絮状物质漂浮在水面或悬浮在水中，水质浑浊， 腥臭难挡。 9 l ：海海洋人学 3 1 富营养化对水产养殖业的危害 大量藻体的滋生、疯长、死亡对水体最大的影响莫过于对氧的大量消耗，造 成水体缺氧；另一方面，暴发的藻体大大降低水体透明度，减少水下光照，使得 水下植物光合作用受阻，再次加重缺氧程度。研究表明，溶解氧低于4 m g l 时，将 影响到水体中鱼类生存，水体会丧失养殖价值；当溶解氧低于l m g l 时，水体中鱼 类会窒息死亡p 3 ；水体处于厌氧状态后，水中的厌氧微生物将会成为优势种类， 产生并释放出n h 。、c h 。、h 。s 和硫醇等还原性气体，容易滋生致病微生物，导 致大规模水产疾病暴发，水质完全恶化，水体结构被破坏。而且有些藻类本身， 如铜绿微囊藻，会释放出藻毒素，危及养殖动物健康，同时这些毒素富集在水产 品中，通过食物链传递，严重威胁人类健康，引起藻毒素中毒甚至死亡等事故。 3 2 富营养化对生态环境的危害 中国是一个水资源丰富的国家，江河湖泊星罗棋布，不仅形成一道优美的自 然风景，还承担着为人类生活生产提供生活用水、农业用水、工业用水等重要功 能。但是近年来水生态系统遭到不同程度的破坏，富营养化问题只益突出。 以云南滇池为例，从上个世纪8 0 年代开始，随着经济社会的快速发展，大量 的氮、磷、c o d 等污染物涌入滇池，湖泊极度富营养化，藻华频发，每到夏秋之 际，大量的蓝藻被常年盛行的主导风向西南风推聚到北部，在水面上形成一 层油亮的厚膜，“海油”之称名副其实，满地粘稠的黄绿色水散发出强烈的臭味， 使人难以靠近，景观功能完全丧失，蓝藻产生的毒素，严重损害人类健康和生态 系统的安全。2 0 0 8 年发生的太湖蓝藻事件，引发水危机，导致无锡市民无水喝的 情形如今还历历在目。原先大家并不关注的水体富营养化问题如今已给人类生活 带来了严重的干扰，它破坏原本风光旖旎的自然景观，影响城市供水，危及人体 健康。 1 0 j ：海海洋人学 第二节水生植物对富营养化水体净化效果研究 在治理水体富营养化的众多举措中，水生植物生态修复技术具有低碳、高效、 安全等诸多优点，其治理效果好、对环境扰动小，得到人们越来越多的关注。一 方面，它的抑制过滤作用能有效提高水体透明度，另一方面，植物还可吸收分解 水体中的营养物、污染物。当水生植被丰富、生物量适当时，水体通常表现为水 质清澈、溶解氧高、藻类密度低、生物多样性高等特点，能使整个水生态系统处 于一种良性循环状态。由此可见，水生植物作为水中主要初级生产者，在水生生 态系统中发挥着不可替代的作用。 1 水生植物种类 水生植物在狭义范围内指维管束植物，仅包括蕨类植物、裸子植物以及被子 植物；而广义上的概念则是指适应湿地类型生境的所有植物，包括维管束植物、 不具有维管束构造的低等植物，如藻类植物与苔藓植物等【1 0 l 。概括来说，水生植 物指常年生活在水中以及长期生活在