水葫芦的防治与利用.doc

水葫芦的防治与利用摘要:近年来,水葫芦在我国淡水河道密集地区不断疯长，已成为令人头疼的河网“杀手”，并严重影响了河道的景观。就水葫芦的来源及危害、疯长的原因、防治方法等进行了论述。在适宜条件下，1 hm2水葫芦能将800人排放的氮、磷元素当天吸收掉，因此水葫芦也是净化污水的生态功臣。关键词:水葫芦；防治；利用1 水葫芦生物入侵的现状1.1 生物入侵的概念生物入侵( biological invasion) 是指外来种在迁入地适宜条件下，得以迅速增殖，形成野化种群，其种群的进一步扩散已经或即将造成明显的生态和经济后果，这一事件称为生物入侵1。这些生物被叫做外来物种。外来种( exotic species )是相对于土著种而言，可以是动物、植物和微生物。一种生物以任何方式传入其原产地以外的国家或地理区域，并在那里定殖，建立自然种群，这种生物即可称为外来种1。外来入侵物种具有生态适应能力强，繁殖能力强，传播能力强等特点；被入侵生态系统具有足够的可利用资源，缺乏自然控制机制，侵入的频率高等特点。外来生物在其原产地有许多防止其种群恶性膨胀的限制因子，其中捕食和寄生性天敌的作用十分关键，它们能将其种群密度控制在一定数量之下。因此，那些外来种在其原产地通常并不造成较大的危害。但是一旦它们侵入新的地区，失去了原有天敌的控制，其种群密度则会迅速增长并蔓延成灾。而自然界里生态环境中存在着食物链，天敌之间相互制约，一但某种生物人为绝灭和人为引入，都会产生一系列难以想象的后果。水葫芦就属于外来种。1.2 水葫芦的生物学特征水葫芦即凤眼莲，学名 Eichharnia crassipes，属雨久花科、凤眼莲属。喜生于温暖向阳的富含有机质的静水中，耐寒力较差，遇霜后叶片枯萎。水葫芦悬浮于水中，多须根。叶为根出叶，丛生于短缩茎基部，每株有叶6 一 12片；叶片卵圆形或椭圆形2，叶面光滑，叶肉肥厚，叶长20 30cm。叶柄中下部膨大似葫芦状，内为海绵组织，贮有很多空气。具腋芽和匍枝，由此发育成新株。花为穗状花序，花瓣6枚，蓝紫色。1.3 水葫芦的来源水葫芦学名叫凤眼莲,1901年，凤眼莲被作为观赏植物引入中国，20世纪50年代,我国从南美引进水葫芦作为猪饲料，广泛放养于南方的乡村河塘。据专家介绍，水葫芦现在已被列为世界十大害草之一。2 水葫芦生物入侵的危害2.1 水葫芦对水体的危害它对水体危害很大：水葫芦大量繁殖后会覆盖水面,堵塞河道,影响航运和防洪;它还会降低光线对水体的穿透能力，妨碍水底生物的生长；同时，水葫芦会增加水中二氧化碳的浓度，降低水的pH值和溶解氧浓度,减少鱼虾等水产品的产量；水葫芦如果不及时打捞会腐烂变臭，成为污染水体的污染源。作为引进物种，水葫芦还会侵占其他物种的生存空间,遏制当地生物的多样性。2002年横穿宁波市的姚江、奉化江和甬江水面,几乎被水葫芦封锁。2.2 水葫芦生物入侵造成的经济损失据悉，多年来，外来入侵物种己经造成我国当地物种的减少甚至灭绝，导致生态系统功能的弱化甚至丧失，同时给农、林业生产带来了严重经济损失。原产南美洲的凤眼莲( 水葫芦) ，一旦入侵成功，防治是非常困难的，往往是治标不治本，代价极其昂贵。以美国为例，1884年引进该草，1899年政府就投资25000美元进行防治，但效果欠佳且入侵的地区越来越多，面积也越来越大，到1965年，国家法律规定每年的防治费用最高不能超过500万美元，并要积极支持科研部门尽快找到防治该草最经济、最快速的方法，通过从管理者到政府部门多年的艰辛努力，采用了化学、机械、生物天敌等多种防治措施，现在才得以使该草维持在一个较低的水平。我国每年因打捞水葫芦的费用就多达 5 亿元至 10 亿元，由水葫芦造成的直接经济损失也接近100亿元，据悉，广东、云南、江苏、浙江、江西、福建、上海等省市每年都要人工打捞水葫芦，仅浙江温州市和福建莆田市每年用于人工打捞水葫芦的费用分别为1000万元和500万元3，全国总费用有多少，目前没有准确统计，但至少超过 1 亿元。而且还必须年复一年，持之以恒。而水葫芦造成的生态、农业方面的损失则无从计算。2.3 水葫芦造成的生态破坏和生物多样性的丧失凤眼莲( 水葫芦) 一旦入侵成功，常形成漂浮植毡层，改变水生生境，对生物群落的物种组成产生明显的影响，进而影响到整个淡水生态系统的结构和功能。沉水植物是水生生态系统的主要维持者，凤眼莲形成漂浮层后起到了荫蔽作用并能拦截氧气进入水中，从而大大缩小其生存空间；凤眼莲强有力的竞争对浮叶根生植物和自由漂浮植物生长造成不利影响。在云南滇池，由于凤眼莲生物入侵和富营养化的双重作用，原来生活在该湖泊中的很多水生生物几乎处于灭绝的边缘。凤眼莲大面积覆盖水面常使鱼类和底栖动物生境破坏，从而减少这类生物生存的概率，水产品的品质和数量也受到明显影响。Muli( 1996) 的研究表明维多利亚湖泊经历了一次巨大生物学变化，先是生活和工业污水大量排放导致了富营养化，随后发生了凤眼莲大面积覆盖水面，使得该湖的生物多样性急剧下降，许多本地生物群已经灭绝，生活在该湖的丽鱼( 具有较高的经济和研究价值) 和底栖软体动物，尤其是水生昆虫，种类和数量均急剧下降。Kikuchi的研究表明由于凤眼莲对污水的净化作用，清净的水质不利于疟蚊幼虫生存繁殖，其数量将明显减少。此外，凤眼莲具有明显的克藻效应，并能通过营养和光照的竞争而控制浮游植物的丰度，同时，植物残体腐烂时会减少水体的溶氧量，而且会因水体理化特征的改变而使绿藻急剧增多，完全将蓝绿藻替代掉。当覆盖水面的凤眼莲清除后，生物多样性会慢慢得到恢复，如在印度的一个池塘中，凤眼莲清除后，浮游植物数量从 36 个/L 上升为 680 个/L，浮游动物数量从 62 /L 上升为 260 个/L。凤眼莲入侵将遮住阳光使水中其他植物死亡，破坏水生生态系统食物链，大大降低生物多样性，群落结构发生变化，湿地的保护价值受到直接影响( Howard and Harley 1999)43 水葫芦疯长的原因水葫芦在我国部分地区泛滥成灾的原因是多方面的。从内因上来说，水葫芦的生长速度极快，在适宜条件下，每5d就能繁殖一棵新植株,而作为外来物种,水葫芦在我国没有天敌，这也使它能够不受限制地疯长。水葫芦在过去为我国农民度过饲料危机作出过一定的贡献，但是近10年来，随着饲料结构和饲养模式的转变，农民不再费力地打捞含水量大、食用成分不高的水葫芦，而是任由它疯长。从外因上来说,随着工业化而不断恶化的水质也给水葫芦提供了成长的“沃土”。4水葫芦的防冶据专家介绍，目前防治水葫芦的方法主要有人工打捞、化学防治、生物防治和机械清除等几种。(1)人工打捞法。人工打捞法见效快,但劳动强度大，治理成本高，并且难以清除水中的种子。宁波市在第一年主要以人工打捞为主，投入大量的人力物力，但成效并不明显，这类方法往往治标不治本，月耗资巨大。(2)化学防治法。化学防治法效果迅速,但除草剂对许多草种都有杀伤力，对水体生态系统的破坏性大，而且这种方法也不能清除水葫芦种子，效果不能持久。从有关研究资料获悉，在北京的室外小区试验表明：4种除草剂对水葫芦的生长具有不同的抑制效果。克芜踪具有十分明显的杀草作用，药后20 35d所有供试植株死亡；草甘膦的杀草作用缓慢,处理的植株无新分枝、无开花，根长和叶片数也明显降低,药后35d所有植株死亡，苄嘧磺隆和恶草灵均在药后12周内抑制和破坏植株的生长，但难以彻底杀死植株，药后35d植株重新恢复正常生长，6% 草甘氯磺可溶性粉剂 4500 5250g/hm2剂量也能能有效防除水葫芦，药后 2 8 d5，其株防效和鲜重防效均在 93% 以上；41% Bioforce 水剂 100 倍液防除河道中水葫芦效果很好。(3)生物防治法。生物防治法就是从水葫芦原产地引进其天敌，如象鼻虫，利用食物链原理对水葫芦实施生物防治。生物防治方法无污染、成本低、效果持久、但见效慢。当前报道的有生物除草剂的真菌有: 尾孢菌属的 WH9BR 菌株、链格孢 C416 菌株等，细菌有炭疽菌等，植物源制剂: 马缨丹叶提取物机器酚类化合物5等，对葫芦生长有显著的抑制作用。国际上最为成功的控制水葫芦的天敌昆虫是水葫芦象甲( Neochetina bruchi ，N Eichhorniae) ( 鞘翅目，象甲科) ，在国外有30个国家和地区引种释放，在其中26个国家建立了种群，在 13 个国家成功控制了水葫芦的危害。水葫芦象甲的安全性，寄主的专一性得到了多方证实，自中国农科院生物防治研究所 1995 年从美国和阿根廷引进以来，许多专家学者都在不同地区，做了水葫芦象甲寄主范围的检验，试验证明水葫芦象甲食性专一6。经试验水葫芦象甲对水葫芦有较强的专食性，而对我国的各种主要农作物如: 水稻、麦子、豆类、蔬菜、水生植物等均不取食、不寄生，是一种对不同农作物均安全性较高的可用于水葫芦生物防治的天敌昆虫。就宁波市为例，从有关研究资料获悉,在温州的田间试验表明，象甲从释放到完全控制水葫芦需要3年的时间。面积为49 m 28 m的河道上,1996年8月释放1 000头象甲，放虫1年后，水面仍被水葫芦密密地覆盖。到1998年9月时,仍有75%的水面被覆盖，防效仅为25%。但进入第3年时，效果十分迅速,99%的水葫芦被清除。水葫芦的长势对象甲的种群数量也有较大的影响。放虫2年后，由于放虫区水葫芦数量和植株长势的减弱，象甲开始向四周扩散，首先扩散到紧邻的对照区和距离1 2 km的河道上，并在1999年4月将对照区70%的水葫芦清除；1999年8月发现，从放虫区沿河道向下10 km，均可发现象甲。这种方法无污染，成本低，效果持久，但见效慢,一般需要3 5年甚至更长的时间，而且副作用尚不完全清楚，人们还担心，在水葫芦被消灭后，象鼻虫可能会成为另一个令人头痛的问题。(4) 机械清除法。人工打捞法见效快，但劳动强度大，治理成本高，并且难以清除水中的种子。成效并不明显，这类方法往往治标不治本，耗资巨大。机械清除法主要有打捞船结合粉碎机或采用“全自动水葫芦清理装置”，1套螺杆压榨机配备动力5.5 7.5 kW的设备，在水葫芦生长致密状态下，每小时能清除面积达600 m2水域;而在水葫芦离散状态下，每小时的清除面积达4 000 m2水域。这是人工清理效率的20倍以上。同时经比较，费用亦比人工经济，目前采用人工清理方式处理1 m2水面水葫芦成本约为4.20元左右，而采用该装置清理只需成本0.36 0.45元左右。该产品已在嘉兴南湖等地试用，取得了较好效果。宁波市在最近几年基本上采用机械清除为主。5水葫芦的开发与利用5.1 水葫芦的开发水葫芦是世界著名的害草，正危害着我国许多湖泊的生态。但目前,中国科学家已经认识到了水葫芦的一些特性,并多方尝试利用其这一特性治理污染。中科院武汉植物研究所研究员李伟正在主持一个湖北省科技攻关项目城市湖泊水质修复与保持技术。这一课题的研究思路是：利用水生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用，通过选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污染水体，通过控制水生植物的数量来调控净化能力的大小，以修复受污染水体和保持水质。该课题组将水葫芦纳入了选用范围，由于水葫芦蔓延速度十分迅速,因此专家们设想利用采收的水葫芦加工成活性有机肥和草粉饲料，也就是打通水生植物资源化利用的途径，形成良性循环。李伟说,适量的水葫芦生长对水质的净化是有利的，关键是科学管理和转化利用。我国的湖泊已有65%呈现富营养状态，还有29%正在转向富营养状态。对其治理，必须考虑利用水生植物的自身治污特性。在水葫芦长到适当的时候就需要适时打捞，并通过发酵转化等后续技术将之转化利用，防止其腐烂造成的二次污染。根据趋利避害原则，水葫芦通过发酵转化，能提高自身的蛋白质含量，制成饲料；利用水葫芦中含有大量氮磷钾的特点，制作有机、无机复合肥；从中提取营养素，加工提炼食品、保健品、药品及饲料添加剂。这几种开发方式一旦形成产业，将消耗大量的水葫芦,也会吸引更多人去打捞水葫芦，从而可能根除因水葫芦过多而破坏生态平衡的后患。由于我国年污水排放量高达415亿t,47%的河道受污染。利用水葫芦治理污水的模式，是一种富有环境改造价值的科学行为。据可靠资料显示,水葫芦净化污水体系中约5 m2可处理1 t污水，而1座现代化的污水处理厂中1 m2的地方就对应着5 t污水的处理量。水葫芦的应用条件比较讲究，需要建立几个串联的莲池,让污水缓缓流动，流程要控制在8 d左右，即污水需与水葫芦共处8 d左右才能达到净化的目的，莲池的污水深度应在1 1.8 m之间。为了保证净化效果，还需控制水葫芦覆盖莲池的密度，保持在一定的比例范围内，经常将过量生长的水葫芦捞出才可。否则,任其在池中自生自灭，又会产生新的腐败物，达不到净化水质的效果。5.2 水葫芦的利用治理水体污染。水葫芦生长过程中需要吸收大量的氮、磷等营养物质，并对重金属离子、农药及其他人工合成化合物等也有极强的富集能力，净化污水的能力在所有的水草中是最强的，这也是水葫芦当前对人类的最大贡献，一般情况下，水葫芦在 3 年时间内可以将污水净化到常用水质标准，而投资仅需现行治污工程治污投资的 20% 以下。研究还表明，水葫芦甚至能将富营养水质转化成可直接饮用水7。用作饲料。水葫芦可加工成鸡、鸭、鱼、猪、牛和羊等畜禽的青饲料，且用量很大。用作观赏。水葫芦是一种很美丽的物种，我们可以让水葫芦变为盆景，成为美化环境的有用植物。有关植物专家介绍，水葫芦作为普通绿色植物，成活率非常高。如果市民有兴趣试养的话，只需注意及时换水和修剪，因为它繁殖力强，水面耗氧很快。制作有机肥料。水葫芦中氮磷钾养分含量很高，分别达 3.3% 、1.28% 和 3.36% ，可以制作优质有机肥和有机无机复混肥。每公顷水葫芦干重有 30t，可产 75t 复混肥，中科院水生所已成功生产出水葫芦复合肥品种。水葫芦的生长是非常迅速的，如果不适当加以控制，它就会疯长，引起水体富营养化。对水葫芦的利用我们一定要谨慎，确保资源得到充分利用，以实现其综合效益的最大化，但又不能盲目开发，使资源遭到破坏。6 综合治理单独应用任何一种防治方法都难以达到安全、持续、快速的防治效果8，所以应发挥生物、化学和机械防治的各自优势，建立以污水治理为长期目标，生物防治为主要方法、化学防治为补充、人工机械打捞为预备的水葫芦综合治理方案。首先要加强对水葫芦的监控预报，在水葫芦处于苗期时，就实行打捞特别对于中上游河道的水葫芦进行清理。其次，在必要时，可适当使用除草剂。综合治理最主要是释放水葫芦象甲，实际长效控制水葫芦的蔓延，从长期看，既节约资金，又保持生态平衡，对环境安全，防治成本低。7结语目前防治水葫芦的方法主要用化学防治、生物防治、人工及机械打捞等方法。(1)化学防治法使用方便，效果迅速，常用品种如克芜踪、草甘磷等,但除草剂对水体生态系统的破坏性大，污染环境,而且无法清除水葫芦种子，效果不能持久。(2)生物防治法是利用植物与天敌间生态平衡的理论，从水葫芦原产地引进其天敌，使之建立种群，对水葫