種養(yǎng)結(jié)合模式對池塘養(yǎng)殖尾水的循環(huán)利用效果

陶玲 李曉莉 宋超峰

摘要：采用小試測坑試驗研究了池塘養(yǎng)殖尾水中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)在蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）和茭白（Zizania aquatica L.）兩種水生經(jīng)濟植物種植中的消減和循環(huán)利用效果。結(jié)果顯示，表面流運行方式下，兩種植物種植測坑出水中溶解氧均顯著升高且水溫顯著降低；兩種植物種植測坑對養(yǎng)殖尾水中NO2--N、NH4+-N、總氮、總磷及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）去除率分別達到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70% 和23.00%～30.65%，且隨著水力負荷增加，蓮藕和茭白種植測坑對總氮的去除效果均顯著降低。利用蓮藕和茭白對池塘養(yǎng)殖尾水進行循環(huán)利用，使池塘養(yǎng)殖尾水中的養(yǎng)分和水分得到雙重循環(huán)利用，是降低水產(chǎn)養(yǎng)殖污染排放和改善池塘養(yǎng)殖環(huán)境的有效方法和途徑。

關(guān)鍵詞：池塘養(yǎng)殖；水生植物；物質(zhì)循環(huán)利用；種養(yǎng)結(jié)合

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）03-0034-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.03.009 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract： The nutrient recycling effects of two economic aquatic plant lotus（Nelumbo nucifera Gaertn） and water bamboo （Zizania aquatica L.） on nitrogen and phosphorus nutrient of aquaculture wastewater were studied based on the testing-hole experiment. The results showed that under surface flow operation， the dissolved oxygen in the outflow of both water bamboo planted testing-hole and lotus planted testing-hole significantly increased， meanwhile the water temperature in the outflow significantly decreased. The removal rate of the planted testing-hole for NO2--N，NH4+-N，TN（total nitrogen），TP（total phosphorus） and CODMn reached by 11.30%～26.27%，8.30%～26.60%，1.87%～20.60%，10.79%～19.70% and 23.00%～30.65% respectively. The removal efficiency of lotus and water bamboo cultivated testing-hole for TN significantly decreased with the increasing hydraulic loading rate. Ex-situ treatment of aquaculture wastewater by lotus and water bamboo plantation is an effective way for improving the pond environment and reducing wastewater discharge by recycling water and nutrients in the aquaculture wastewater.

Key words： pond aquaculture； aquatic plants； nutrient recycle； agriculture-aquacultue integration

近20年來，中國池塘集約化養(yǎng)殖投入了大量餌料、肥料和藥物，導(dǎo)致了每年近3億m3養(yǎng)殖尾水的排放，加劇了江河湖庫的富營養(yǎng)化和污染程度，同時地表水污染和生態(tài)環(huán)境惡化使得可用作水產(chǎn)養(yǎng)殖的地表水源越來越緊張。雖然與人類其他活動向水體排污量相比，水產(chǎn)養(yǎng)殖的排污量所占比重還不算大，但由于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)大部分水體交換條件差，易產(chǎn)生累積污染。池塘養(yǎng)殖當前急需解決的問題是如何提高產(chǎn)量的同時保持環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展[1]。當前對養(yǎng)殖尾水的凈化和回用的生態(tài)凈化技術(shù)主要包括人工濕地技術(shù)[2，3]、生物塘技術(shù)、生物浮床技術(shù)以及稻田異位凈化技術(shù)[4-7]等。考慮到長江流域南方平原湖區(qū)以及河流故道池塘養(yǎng)殖和水生經(jīng)濟植物種植比較普遍，富含氮、磷的池塘養(yǎng)殖尾水是水生經(jīng)濟植物生產(chǎn)的營養(yǎng)來源，將水生植物種植生產(chǎn)與池塘養(yǎng)殖有效復(fù)合用于循環(huán)利用池塘養(yǎng)殖尾水具有一定可行性。本研究結(jié)合平原湖區(qū)池塘養(yǎng)殖和水生植物種植生產(chǎn)特點，開展了兩種常見水生經(jīng)濟植物種植對池塘養(yǎng)殖尾水中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用試驗，以期通過水生植物對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用提高種養(yǎng)系統(tǒng)物質(zhì)利用效率，為控制水產(chǎn)養(yǎng)殖污染和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供有效方法和途徑，形成一種健康、可持續(xù)的池塘養(yǎng)殖模式。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在湖北省荊州市一養(yǎng)殖場的6個測坑（長×寬×高=1.5 m×2.0 m×1.2 m）中進行，每個測坑配備相對獨立的供、排水裝置，測坑中填埋40 cm深的底泥。蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）種植密度為行距0.5 m、株距0.5 m；茭白（Zizania aquatica L.）株高約30 cm，種植密度為行距0.3 m、株距0.3 m。運行時將測坑旁一個精養(yǎng)池塘養(yǎng)殖尾水通過水泵抽到蓮藕和茭白測坑，進行表面流試驗，考察蓮藕和茭白對池塘養(yǎng)殖尾水的凈化和利用效果。考慮到養(yǎng)殖池塘水質(zhì)易在高溫季節(jié)（7—8月）惡化并需要換水，本試驗開展時間為2014年7—8月。表面流處理時間為9：00～15：00。調(diào)整進水管流量，使養(yǎng)殖尾水在蓮藕和茭白測坑表面作緩慢流動并經(jīng)出水管排出，在水力負荷分別為0.45和0.27 m/d（進水流量0.08和0.13 m3/h）條件下，取測坑進、出水樣檢測。不同水力負荷下，分別采集3次水樣進行分析。

1.2 水樣分析方法

水樣水溫（T）、溶解氧（DO）、pH及電導(dǎo)率（EC）等理化指標利用多功能水質(zhì)在線分析儀（YSI）測定，氨氮（NH4+-N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）、總氮（TN）、總磷（TP）以及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）測定及處理方法參照文獻[8]。底泥中有機質(zhì)含量測定采用550 ℃灼燒法，用燒失量（Loss-on-Ignition，LOI）表示；底泥TN和TP經(jīng)消解后參照水中TN和TP方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 進出水理化特征

由表1可以看出，試驗期間水溫較穩(wěn)定，進水水溫波動范圍為31.80～32.67 ℃；在水力負荷為0.27 m/d時，蓮藕測坑出水中水溫顯著降低；在水力負荷為0.45 m/d時，蓮藕測坑和茭白測坑出水中水溫均顯著降低。比較各測坑進出水中溶解氧含量變化，發(fā)現(xiàn)在兩種水力負荷條件下，蓮藕測坑和茭白測坑出水中溶解氧含量均顯著增加，且在水力負荷為0.27 m/d時，茭白測坑出水中溶解氧含量顯著高于蓮藕測坑出水；在水力負荷為0.45 m/d時，茭白測坑出水中溶解氧含量顯著低于蓮藕測坑出水。蓮藕測坑和茭白測坑出水中電導(dǎo)率與進水相比，在0.27 m/d水力負荷下，均有所下降但差異均不顯著；在0.45 m/d水力負荷下，茭白測坑出水電導(dǎo)率有所增加，蓮藕測坑出水中有所降低，但差異也不顯著，電導(dǎo)率波動范圍為542.00～590.66 μS/cm。蓮藕測坑和茭白測坑出水中pH與進水相比均有所升高，但差異均不顯著，pH波動范圍為7.68～8.09。

2.2 表面流條件下水生植物對養(yǎng)殖尾水利用效果

由表2可知，植物測坑對NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。比較相同水力負荷條件下兩種植物種植測坑對營養(yǎng)物質(zhì)的凈化效果差異，其中在0.27 m/d水力負荷下，茭白測坑對養(yǎng)殖尾水中NH4+-N的去除率顯著高于蓮藕測坑，但在0.45 m/d水力負荷下差異不顯著；相同水力負荷下，茭白測坑和蓮藕測坑對NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差異均不顯著。比較同種植物測坑在不同水力負荷條件下的去除效率發(fā)現(xiàn)，隨水力負荷增加，蓮藕測坑對NH4+-N的去除率顯著升高，茭白測坑和蓮藕測坑對TN的去除率隨水力負荷提高均顯著降低，而TP和CODMn去除率隨水力負荷升高沒有顯著變化。

2.3 底泥總氮、總磷和有機質(zhì)含量變化

通過測定養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用前后測坑底泥中TN、TP和有機質(zhì)含量變化，考察利用茭白和蓮藕測坑凈化養(yǎng)殖尾水對底泥營養(yǎng)物質(zhì)累積的影響。結(jié)果（表3）表明，茭白和蓮藕測坑底泥中TN含量在養(yǎng)殖初期分別為0.88、0.90 mg/L，經(jīng)池塘養(yǎng)殖尾水表面流運行后，茭白和蓮藕測坑底泥中TN含量分別達到1.11、1.03 mg/L，均有升高的趨勢，但差異不顯著，且茭白測坑中TN的升高幅度大于蓮藕測坑。茭白和蓮藕測坑底泥中TP和有機質(zhì)含量在表面流運行后均呈降低趨勢，TP含量分別由1.68、1.90 mg/L下降至1.57、1.70 mg/L，有機質(zhì)含量分別由6.06%、5.88%下降至5.38%、5.19%。

3 小結(jié)與討論

3.1 討論

水生植物栽培可以對環(huán)境污染起修復(fù)作用，魚塘栽培水生植物可有效改善魚塘水質(zhì)，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖的污染[9，10]。朱雪超[11]研究了藕田處理生活污水的效果。沈漢庭等[12]研究結(jié)果表明，藕田套養(yǎng)泥鰍和黃鱔經(jīng)濟效益提高。在浙江省嘉興市北部低洼田改造中改水稻種植為蓮藕、南湖菱（Trapa acornis）、茭白等適合當?shù)氐乃?jīng)濟作物種植，同時結(jié)合種養(yǎng)模式探索，創(chuàng)新了一批農(nóng)田藕魚共生、魚塘套種南湖菱等生態(tài)種養(yǎng)模式，已取得較好的社會經(jīng)濟效益[13]。與上述研究中利用水生植物原位利用池塘多余營養(yǎng)物質(zhì)不同，水生植物異位利用池塘養(yǎng)殖尾水不在池塘內(nèi)構(gòu)建設(shè)施，不影響池塘養(yǎng)殖生產(chǎn)操作，就近利用藕塘和茭白種植塘，不會另外增加使用面積。因此，利用水生植物種植塘對池塘養(yǎng)殖尾水進行循環(huán)利用是一種互利且可行的方式。可以達到的目的主要有：一是在高溫季節(jié)將部分水質(zhì)超標的池塘水體抽入植物種植塘凈化后回用到池塘解決池塘換水問題，也可通過水生植物塘進行表面流凈化攪動池塘水體進行循環(huán)微流水養(yǎng)殖；二是在養(yǎng)殖結(jié)束干塘?xí)r將富含氮、磷的池塘養(yǎng)殖尾水收集到植物種植塘經(jīng)深入凈化后排放到周圍水域，解決養(yǎng)殖尾水排放問題；三是當外源水質(zhì)不達標，但在高溫季節(jié)池塘又需要補水時，外源水體可通過植物塘的凈化后再引入池塘補水。另外，植物種植塘可將收集的多余雨水供養(yǎng)殖池塘補水用，減輕過高水位對水生植物生長的影響并增加養(yǎng)殖池塘水量。

本研究結(jié)果表明，表面流運行方式下，蓮藕測坑和茭白測坑出水中溶解氧含量均顯著增加，這可能與空氣中氧氣的溶入以及植物根部泌氧有關(guān)[14]。蓮藕測坑出水中水溫在兩種水力負荷條件下均顯著降低，茭白測坑出水中水溫在0.27 m/d水力負荷條件下時也顯著降低，原因可能是蓮藕和茭白植株遮陽作用使進入測坑的池塘養(yǎng)殖尾水的溫度降低。植物凈化塘的水體降溫作用對預(yù)防夏季池塘水體溫度過高具有積極意義。表面流運行方式下，茭白測坑和蓮藕測坑均對養(yǎng)殖尾水有一定凈化效果，對NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達到1.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。雖然與人工濕地相比去除率較低[15]，但利用蓮藕和茭白種植塘進行異位凈化不需要額外構(gòu)建成本，經(jīng)濟適用性更強。

比較不同植物對養(yǎng)殖尾水的凈化效果，發(fā)現(xiàn)僅在0.27 m/d水力負荷下，茭白測坑對養(yǎng)殖尾水中NH4+-N的去除率顯著高于蓮藕測坑，而對NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差異均不顯著，表明利用蓮藕和茭白凈化和回用養(yǎng)殖尾水時，水生經(jīng)濟植物種類的影響較小，在實際應(yīng)用當中可根據(jù)區(qū)域特點和經(jīng)濟效益選擇適當水生經(jīng)濟植物。隨水力負荷增加，茭白測坑和蓮藕測坑對TN的去除率顯著降低，而對TP和CODMn的去除率沒有顯著變化，表明在養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)池塘養(yǎng)殖尾水中NH4+-N和NO2--N等有害物質(zhì)濃度及TN和TP等水體營養(yǎng)水平而調(diào)整水力負荷，有針對性地控制池塘中有害物質(zhì)含量和調(diào)控水體營養(yǎng)水平，特別是在養(yǎng)殖末期對養(yǎng)殖尾水進行凈化后再排放時，選擇最佳的水力負荷條件達到最佳的減排效果。池塘養(yǎng)殖尾水在植物測坑中表面流運行后，茭白和蓮藕測坑底泥中TN含量均有升高趨勢，而TP和有機質(zhì)含量呈降低趨勢，但相較運行前差異均不顯著，表明將養(yǎng)殖尾水引入水生經(jīng)濟植物種植塘進行凈化和資源化利用不會導(dǎo)致底泥營養(yǎng)物質(zhì)過多的積累，養(yǎng)殖尾水中的營養(yǎng)物質(zhì)可能大部分被植物吸收和利用，轉(zhuǎn)化成具有一定經(jīng)濟效益的農(nóng)產(chǎn)品。

通過蓮藕和茭白種植塘循環(huán)利用池塘養(yǎng)殖尾水是針對長江中下游及南方平原湖區(qū)以種養(yǎng)結(jié)合實現(xiàn)以水為載體的物質(zhì)能量循環(huán)利用，把單純的池塘養(yǎng)殖和區(qū)域水土資源綜合利用緊密聯(lián)系在一起。因此，在進行農(nóng)業(yè)規(guī)劃和池塘養(yǎng)殖生態(tài)規(guī)劃和布局時，可在養(yǎng)殖池塘進行升級改造時配備水生經(jīng)濟植物種植塘，同時利用生態(tài)工程技術(shù)對藕塘和茭白種植塘進行適當工程設(shè)施改造，通過循環(huán)經(jīng)濟的方式使池塘養(yǎng)殖尾水進行循環(huán)利用和達標排放，提高養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)利用效率，形成一種新的池塘養(yǎng)殖模式。

本試驗僅初步研究了茭白和蓮藕常規(guī)種植密度下對養(yǎng)殖尾水的循環(huán)利用效率，生產(chǎn)實際中應(yīng)用時可根據(jù)水生經(jīng)濟植物的生物量和經(jīng)濟效益選擇合適的物種和種植密度。另外，本試驗僅研究了特定養(yǎng)殖廢水用水泵抽入水生植物測坑中的凈化效果，今后應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖尾水營養(yǎng)負荷對種植塘與池塘養(yǎng)殖的面積配比進一步進行研究，為生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)。

3.2 小結(jié)

表面流運行方式下，在水力負荷為0.27、0.45 m/d條件下，蓮藕和茭白兩種植物測坑對養(yǎng)殖尾水中NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分別達到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。隨著水力負荷增加，蓮藕和茭白種植對養(yǎng)殖尾水中總氮的去除效果均顯著降低。

種植蓮藕和茭白對池塘養(yǎng)殖尾水進行循環(huán)利用，構(gòu)建形成了種養(yǎng)結(jié)合模式，使池塘養(yǎng)殖尾水中養(yǎng)分和水分得到雙重循環(huán)利用，有利于廢水達標排放并提高物質(zhì)利用效率，是預(yù)防性治理和控制農(nóng)業(yè)面源污染的有效方法和途徑。

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