聯合原位生態修復技術改善白洋淀水產養殖水質的研究

【摘要】本研究采用動物、植物、微生物聯合的原位生態修復技術對白洋淀水產養殖試驗區進行水質改善。通過調整養殖動物結構、栽培水生植物、施用微生態制劑等具體措施，使研究水域在一個養殖周期內的溶解氧水平較對照點有所提高，高錳酸鹽指數、總氮、總磷較對照點有所降低。結果表明，該聯合原位生態修復技術對白洋淀水產養殖水質起到了一定的改善作用。

【關鍵詞】白洋淀；水產養殖；生態修復；水質改善

1、引言

白洋淀地處北京-天津-石家莊三角的中心位置，是我國最典型、最具代表性的北方淺水草型湖泊，對于調節華北地區溫濕狀況，補充地下水源，維持生態平衡，保護生物多樣性和珍稀物種資源起著不可忽視的作用，在區域生態安全體系建立中具有非常重要的戰略位置。水產養殖是白洋淀的傳統產業，為農業增收，農民致富做出了巨大的貢獻。然而長期以來，白洋淀無序養殖十分普遍，水環境污染愈加嚴重。在1998年～2006年期間，發生過9次大面積死魚事件，特別是2006年3月再次發生的大面積死魚事件更是引起社會廣泛關注。

水產養殖對湖泊水質的主要影響是富營養化問題，而富營養化問題的核心是營養鹽大量輸入引起浮游植物增殖，導致水質惡化，最后造成整個生態平衡破壞。從技術上說，消除水體富營養化的關鍵在于削減水體和沉積物中的氮、磷、有機碳負荷，消除水體中藻類增殖的基礎，降低藻類生物量，提高水體透明度。目前水體富營養化的治理包括化學方法、物理方法和生物方法。其中，化學方法容易產生二次污染，且劑量難以掌握。物理方法（如底泥疏浚）費用較高，并存在一些難以克服的弊病。實踐表明，采用不適當的物理、化學方法反而會加劇原本脆弱的水生生態系統的破壞。生物方法具有無副作用、廉價和易操作等特點，具有較強的應用性和發展前景，利用生態修復技術治理富營養化水體是目前研究的熱點。

2、材料與方法

2.1 試驗地點

選取白洋淀的鰣鯸淀（隸屬安新縣大田莊村）東北角水域建立水產養殖示范區作為試驗地點，中心位置坐標為E115°59′48.9″、N38°50′37.0″。示范區三面封閉，一面臨水，水深1.5～2 m，水域面積200m×240m，總計48000㎡，設置雙層圍網，具體位置如圖2-1所示。由于多年過度養殖，鰣鯸淀水體生態環境遭到嚴重破壞，水質處于劣V類，水生植物、底棲動物稀少，具有環境質量改善的前提。

2.2 動物修復

通過調整養殖品種的結構進行示范區水質動物修復。按照養殖動物的內在食物鏈關系于內層圍網內放養青蝦、河蟹、黃顙、翹嘴紅鲌、鱖魚、白鰱、花鰱等對水環境影響小且經濟價值高的品種。具體投放量和規格見表2-1：

2.3 植物修復

通過栽種水生植物進行示范區水質植物修復。在內層圍網內栽培蘆葦、菖蒲、苦草、茨藻、眼子菜、輪葉黑藻等魚、蝦、蟹喜食的水生植物，覆蓋面積大于60%。在兩層圍網之間栽培沉、挺、浮水植物如菱、蓮、睡蓮、眼子菜、鳳眼蓮、喜旱蓮子草等，覆蓋率80%以上。

2.4 微生物修復

通過使用微生態制劑進行示范區水質微生物修復。微生態制劑由本子課題組自主研發，菌株分離自白洋淀底泥，為白洋淀自然存在的土著菌。微生態制劑每隔15天使用一次，第一次按1.5kg/hm2的量均勻潑灑，以后根據水質好壞適當調節潑灑的量。微生態制劑作用示意圖見圖2-2：

2.5 水質指標測定

在水產養殖示范區由北至南200米的中心線上，依次在10米、50米、100米處共布3個點位（分別記作A1、A2、A3）；在鰣鯸淀中心布設1個對照點位（記作C）。每個點位在水面下0.5m處設一個采樣點。

選取水溫（T）、pH、溶解氧（DO）、高錳酸氧指數（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）等6項指標進行監測。

監測時間為2010年4月-10月。每月上、下旬各監測一次，每次連續采樣三天，其中7、8兩個月各加密一次。每次分析測定在現場實驗室進行。

監測方法和操作規程依據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）、《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91-2002）。

3、結果與分析

對監測數據進行統計分析，取各點位每個月的平均值做趨勢圖。其中各點位的T與PH無顯著性差異，因此著重對DO、CODMn、TN、TP進行分析，各指標的監測結果分別見圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4：

由圖3-1所示，4月份示范區與對照點溶解氧含量差別不大，接近飽和水平；5月份隨著養殖活動開始，溶解氧迅速下降；6月份隨著水溫升高，水生植物光合作用，溶解氧開始回升，且示范區溶解氧濃度逐漸高于對照點，這是由于示范區水草栽培與天然食物鏈形成的原因；9-10月份植物腐敗大量消耗水中溶解氧，又形成一個低谷，但示范區始終優于對照點。

由圖3-2所示，養殖活動開始之初，水中高錳酸鹽指數較低，隨著時間推移，其濃度不斷升高，至養殖期結束，其濃度又開始下降。在5、6、7、8幾個月份，示范區高錳酸鹽指數較對照點稍低，到了9、10月份，示范區水質明顯優于對照點。

由圖3-3所示，起初示范區TN濃度高于對照點，這是由于示范區長期過度養殖的結果。從實施生態修復后，示范區水質開始好轉，5月份距離岸邊挺水植物栽培區較近的A1、A2點TN濃度明顯下降。6、7月份水溫較高，是各類水生動植物生長旺盛時期，也是養殖戶大量投餌飼養時期，此時整個白洋淀水體環境TN濃度較高，由于圍網水流的通透性，示范區TN濃度也達到最高峰。此后TN濃度總體呈下降趨勢，但8月末，9月初出現小的回升估計是水生植物腐敗向水中釋氮的結果。

由圖3-4所示，整個監測時期的TP濃度呈現上升趨勢，并且到養殖末期也未見下降，估計與磷的沉積釋放特性有關。整個監測時期，示范區TP濃度都低于對照點，尤其是6、7月份，這種現象更為明顯。雖然6、7月份是養殖高峰時期，整個湖水中TP含量較高，但由于示范區不投餌料，定期潑灑微生態制劑，使得示范區水質優于對照點。

4、結論與討論

白洋淀屬于草型湖泊，水生動植物種類豐富，尤其是某些淀內常見的水生植物如蘆葦、菱角、菹草、金魚藻等，本身即具有很強的水質凈化能力，對于實施動、植物原位修復技術具有很強的自身優勢。目前使用微生態制劑凈化水質的技術已廣泛用于池塘養殖，取得了顯著的效果，但微生物原位修復技術用于開闊水面還未見報道。該技術的關鍵在于開發研制適合微生物菌劑附著的構筑物，（下轉第頁）

（上接第頁）從而確保微生物原位修復在流動水體中的凈化效果。

本研究通過白洋淀水產養殖示范區的初步試驗發現，應用動物、植物、微生物聯合的原位生態修復技術可以在一定程度內提高水體的溶解氧水平，降低高錳酸鹽指數、總氮、總磷等污染物質或營養物質的濃度，從而對養殖水體水質有一定的改善作用，同時還可獲得一定的經濟效益和社會效益。但生態修復周期長，短期效果不及化學方法明顯，且不同水體應考慮不同環境條件建立與之相適應的生態修復方法，這是生態修復技術研究和應用的難點之一。

資助項目：水體污染控制與治理重大科技專項“白洋淀污染負荷削減技術與工程示范” 課題（2008ZX07209-007）

作者簡介： 邊蔚，女，博士研究生，主要從事環境污染防治方面研究。

通訊作者：田在鋒，男，高級工程師，主要從事環境保護工作。