3種人工濕地的構建及其對養殖池塘富營養化水的治理效果

張家宏　韓光明　王桂良

摘要 本文構建了“壅菜—鴨—魚”“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘四水（水禽、水產、水生蔬菜、水稻）生態種養”3種類型的人工濕地，明確了資源的優化配置，研究了各人工濕地模式治理養殖池塘富營養化水的效能；建立了江蘇省農業標準化示范區，為養殖池塘富營養化水的資源化循環利用和避免隨意排放造成水污染提供了技術支持和示范樣板。

關鍵詞 人工濕地；構建；養殖池塘；富營養化水；治理；資源配置

中圖分類號 X52；X714 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）21-0180-03

Abstract The paper constructed three kinds of artificial wetlands，such as "water spinach-duck-fish" "aquaculture pond-purifying pond-aquatic plant" "aquaculture pond-four hydrobiontes（waterfowl，aquatic products，aquatic vegetables，rice）ecological planting-breeding"，cleared the optimization of resources allocation of these artificial wetlands，and researched their functions of governance of eutrophied pond water.Furtherly，the agricultural standardization demonstration area of Jiangsu Province was set up，to provide technical support and demonstration model for the resource recycling as well as avoiding water pollution caused by arbitrary discharged eutrophied water in aquaculture ponds.

Key words artificial wetland；construction；aquaculture ponds；eutrophied water；governance；resources allocation

我國養殖池塘結構設計中大多只有生產功能而嚴重缺乏有效的水體自凈功能。當前，利用生態修復方法促進池塘養殖水質凈化，已成為社會和水產養殖行業共同關注的重要問題[1-2]。近年來，在江蘇省里下河地區構建了“壅菜—鴨—魚”[3]“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘四水[1]（水禽、水產、水生蔬菜、水稻）生態種養”3種類型的人工濕地，并開展了資源的優化配置和治理養殖池塘富營養化水的效能研究，取得了顯著成效。在高郵送橋鎮建立了江蘇省農業標準化示范區，加速了相關技術的推廣應用，為養殖池塘富營養化水的資源化循環利用和避免隨意排放造成水污染提供了技術支持[1，4]，同時為配合區域性“江淮生態大走廊”的建設提供了示范樣板。

1 “壅菜—鴨—魚”生態種養人工濕地

1.1 人工濕地的構建

1.1.1 土地資源的優化配置。實施區域的規劃布局，區域面積為100 hm2時，養殖池塘及鴨水上運動場面積為90 hm2，鴨舍、圍欄、陸上運動場地等配套設施占用3 hm2，道路、灌排水系、綠化等基礎設施占用7 hm2。

1.1.2 養殖池塘水面的合理布局。每個養殖池塘以1～2 hm2為宜，池深在2.5 m以上、水深1.5～2.0 m，塘埂坡度一般為1.0∶1.5～2.0。池塘水面的20%～30%用作鋪設浮床生長壅菜，10%左右用網圍起作為鴨的水上運動場。

壅菜浮床搭建浮床一般用網片、尼龍繩和竹竿等建成，網片可選擇建筑施工用的防護網，規格為1.8 m×6.0 m較好，四周邊緣有用于穿繩固定的網孔。用尼龍繩拉緊網片浮床，并在水面完全展開，固定在立于水面的竹竿上。每條浮床之間應留有足夠空間，便于人工乘船適時采收壅菜。

鴨的水上運動場圍網構建按1只/m2圍一片水域作鴨的水上運動場。圍網上部高出水面60 cm左右，下部距離水底約40 cm，便于魚類從網底游入鴨的水上運動場區域攝食。如此既減小鴨群對魚群的干擾，避免鴨群取食壅菜，也便于鴨的日常管理。

1.1.3 養鴨量控制與鴨舍搭建。魚池塘的放鴨量一般以50～60只/hm2為宜，這是因為放鴨過多會驚擾魚群和敗壞水質。一般70～80 d養成，可養2期。鴨舍按6～8只/m2的容量搭建在地勢較高且平坦的池塘堤埂上，四周用竹、木圍筑，用石棉瓦蓋頂，能遮陽擋雨、通風透氣。地面墊上塑料薄膜，并延伸到水面，以減少鴨子下水上欄對塘埂的破壞。在鴨舍周邊按2只/m2的標準圍一塊旱地作鴨的陸上運動場，網高60 cm左右，圍網下綱埋入土中。

1.1.4 養魚的品種和數量控制。魚種一般選擇非草食性魚類。5月上旬放魚苗，放養魚苗大小一般以當年養成上市為佳。如鰱魚、鳙魚約20尾/kg，鯉魚約10尾/kg，鯽魚、團頭魴約50尾/kg等，也可放養一定量的小苗作翌年的魚種。鰱魚、鳙魚的放養比例占45%，鯉魚、團頭魴、鯽魚的放養比例占55%。魚種放養密度以30 000尾/hm2左右為宜。

1.1.5 壅菜的栽培。5月中、下旬，當壅菜幼苗長至3～4片葉，株高達12～15 cm時即可移栽。移栽時，用剪刀在網片上戳小孔，大小以剛好能夠塞進苗根為宜，株行距以15～20 cm為宜。

1.2 治理效果

1.2.1 試驗經過。2015年5月在高郵市送橋鎮建立了“壅菜—鴨—魚”生態種養人工濕地示范點。選擇2個池塘用于試驗，其中1個為“壅菜—鴨—魚”組，種植壅菜，放養鴨、魚；1個為單養魚對照組。池塘面積均為1.8 hm2。“壅菜—鴨—魚”組池塘中，種植壅菜的浮床網片面積占池塘水面的20.2%，放養1 150只鴨苗，2個池塘放養相同魚苗，分別是鰱魚（7.14 g/尾）2 250尾/hm2，鳙魚（41.67 g/尾）1 500尾/hm2，鳊魚（1.92 g/尾）4 725尾/hm2，鯽魚（2.85 g/尾）24 525尾/hm2。魚日投餌量為魚體重的2%～5%。鴨養至8月底繼續作產蛋鴨飼養，日投飼量為150 g/只。魚和鴨均按正常飼養管理。適時取水樣和池塘底泥土樣進行有關參數指標測試分析。endprint

1.2.2 池塘水質指標的檢測與影響。在池塘水體富營養化較嚴重的9月，每間隔1周跟蹤測定（9：00—10：00取水樣）水體溶解氧、化學耗氧量、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷、磷酸鹽等指標（表1）。結果表明，在水體化學耗氧量指標方面，“壅菜—鴨—魚”組數值為18.00～30.00 mg/L，平均為24.33 mg/L，而單養魚組的為27.00～54.00 mg/L，平均高達40.33 mg/L，前者比后者降低39.7%；在水體養分方面，“壅菜—鴨—魚”組也比單養魚顯著降低，其中氨氮降低幅度為64.7%～81.5%、亞硝酸鹽氮降低幅度為57.1%～83.3%、總磷降低幅度為41.2%～76.7%、磷酸鹽降低幅度為54.5%～84.2%；從水體溶解氧指標看，“壅菜—鴨—魚”組比單養魚顯著提高，提高幅度為16.1%～16.9%。可見，“壅菜—鴨—魚”人工濕地，由于壅菜對水體氮磷養分的持續吸收，大大降低了水體的氮磷積累，同時，由于鴨的水面活動和壅菜的光合作用等增加了水體的溶解氧含量，顯著降低了池塘水體富營養化的風險，同時，也大大減少了富營養化水的對外排放量，提高了水資源的循環利用率。

1.2.3 池塘底質養分指標的檢測與影響。由池塘底泥（9：00—10：00取底泥樣本）的有機質、總氮、總磷等指標檢測結果（表2），發現“壅菜—鴨—魚”組的池塘底質養分含量顯著低于單養魚組。“壅菜—鴨—魚”人工濕地可以顯著減少有機質、總氮、總磷等養分物質在池塘底部的沉積，與單養魚組對比，有機質減少69.2%～76.1%、總氮減少57.1%～75.7%、總磷減少61.1%～67.9%。由此可見，“壅菜—鴨—魚”人工濕地不易于造成養分在池塘底泥中的積累，提高了飼料的綜合利用率。

2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地

2.1 人工濕地的構建

2.1.1 土地資源的優化配置。養殖池塘與凈化濕地的面積比一般為10～30∶1。

2.1.2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的構建。三級凈化單元的建設方案：第一級為養殖池塘淺水濕地建設；第二級為深水濕地建設，水深30～60 cm；第三級為過渡回流淺水濕地建設，水深30 cm以下；凈化池單池長度為5～20 m，單池長寬比為3～5∶1，水深60～80 cm（圖1）。

水流的設計采用串聯自由表面流人工濕地結構，實際操作時用水泵將一級濕地中的富營養化水泵入凈化池中，以后通過水力坡設計，一般為0.1%～0.5%，水體經凈化池、二級和三級濕地凈化后，回流至一級濕地被循環利用。凈化池和二級、三級濕地底部最好輔設生物炭等基質層，污水在基質層表面流動時，基質可攔截、吸附水體中的部分養分，并被水生植物吸收利用。

水生植物的配置方面，要求種植具有吸收水體養分性能好、成活率高、生長速度快、抗水性強、生長周期長、美觀且具有經濟價值的水濕生植物。如一級和三級濕地區種植茭白、食用菖蒲、等水生植物；二級濕地和凈化池中種植伊樂藻、輪葉黑藻、苦草、食用菖蒲、荷藕等。一般挺水植物的種植密度為6～15株/m2，浮水植物和沉水植物為3～9株/m2。

2.2 治理效果

2.2.1 試驗經過。2014年5月，在邗江區公道鎮構建了“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地，其中養殖池塘面積為11.0 hm2，凈化池和濕地面積為1.2 hm2。在一級濕地岸邊按10株/m2種植了茭白，三級濕地區按12株/m2相間種植了茭白和食用菖蒲，二級濕地和凈化池中按8株/m2相間種植了伊樂藻、食用菖蒲和荷藕。在4—5月排入凈化池的水力負荷定為0.25 m3/（m2·d），6—8月水力負荷定為0.5 m3/（m2·d），9—11月水力負荷定為0.75 m3/（m2·d），并于每日9：00—10：00在進水口和出水口分別取水樣測定化學需氧量、總氮、總磷。

2.2.2 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的凈化效果。按水力負荷劃分試驗階段，在每個階段進行了3種主要污染物凈化效果的參數測定（表3）。可以看出，“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地系統對養殖池塘富營養化水有較好的凈化效果，對化學需氧量、總氮、總磷的去除率分別為41.5%～57.7%、36.4%～67.6%、66.7%～71.4%。隨著水力負荷的增加，對化學需氧量和總氮的去除率呈增加的趨勢，主要是因為濕地植物快速生長，內部結構和功能逐步完善，系統的凈化效能得到提高。但是當水力負荷增加到0.75 m3/（m2·d）時，該濕地系統對化學需氧量、總氮和總磷的去除率略有下降，表明水流再增大可能影響系統對主要污染物的去除效果。

2.2.3 “池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地的可行性。本試驗結果表明，在6—11月相對高溫時節，采用0.50～0.75 m3/（m2·d）的水力負荷，經過人工濕地凈化后，化學需氧量降低50%以上，總氮和總磷去除率達60%以上，確保了養殖水體的循環利用。本濕地系統除需要水泵外，不需要其他機械設備，系統運行能耗低、維護管理方便。因此，用于“池塘—凈化池—水濕生植物”人工濕地系統，處理養殖池塘富營養化水，使養殖肥水得到循環利用，具有可操作性。

3 “池塘—‘四水”生態種養人工濕地

由于“池塘—‘四水生態種養”人工濕地模式比較多，如“池塘—‘稻—鴨—魚”[5]“池塘—‘水生蔬菜+鴨”[6-7]“池塘—‘水生蔬菜+克氏原螯蝦”[8-9]“池塘—‘稻—鴨”[9-10]“池塘—‘稻—克氏原螯蝦”[9-10]等。本試驗以“池塘—‘一茭兩鴨”生態種養人工濕地為例，開展了相應研究。

3.1 “池塘—‘一茭兩鴨”生態種養人工濕地的構建

3.1.1 土地資源的優化配置。區域面積為10 hm2，茭白種植面積為9 hm2，鴨舍、圍欄、陸上運動場地等配套設施占用0.35 hm2，搭建鴨舍600 m2，道路、水利等基礎設施占用0.65 hm2。endprint

3.1.2 鴨舍、圍欄、陸上運動場構建。在茭白田頭空地按6～8只/m2搭建鴨舍。鴨舍一般四周用竹、木圍筑，石棉瓦蓋頂，外圍再用致密尼龍網或塑料薄膜圍起，以防鴨子外逃和天敵入侵。養鴨的茭白田埂四周圍網，每隔1～2 m打1根樁，樁高1 m左右。尼龍網上下綱用尼龍繩作綱繩，將網拉直固定在樁上，圍網下綱埋入土中，地上網高60 cm左右。在鴨舍周邊按2只/m2圍一塊旱地作鴨的陸上運動場，網高60 cm左右，圍網下綱埋入土中。

3.1.3 一茭兩鴨的時空耦合。一茭兩鴨指1季茭白田養2期鴨。茭白苗4月上中旬移栽，9月底10月初開始采摘，全生育期190 d左右，經育雛10 d的鴨一般飼養70～80 d即可養成成鴨。第1期苗鴨一般在5月下旬茭白分蘗初期施放，第2期苗鴨一般在8月下旬施放，10—11月采收茭白。

3.2 “池塘—‘一茭兩鴨”生態種養人工濕地治理效果

3.2.1 試驗經過。2014年在江都區小紀鎮紀西村進行試驗，共設置2個處理：①茭白單作人工濕地；②“茭白—鴨”人工濕地。隨機排列，3次重復，小區面積300 m2（15 m×20 m）。各處理按照當地農民習慣施肥：基肥施用尿素225 kg/hm2，分蘗肥施用尿素300 kg/hm2，調節肥施用尿素225 kg/hm2和復合肥300 kg/hm2，孕茭肥施用尿素300 kg/hm2和復合肥450 kg/hm2。每次施用肥料前，先落淺田面水位至1～2 cm，然后順行撒施肥料，第2天復水。所用肥料為尿素（含純N 46%）、復合肥（N-P2O5-K2O=15%-15%-15%）。自每次灌溉富營養化水當天到灌溉后第1天、第3天和第7天，9：00—10：00采集田間水樣。茭白分蘗深水期和孕茭深水期為需水敏感期，用養殖池塘富營養化水進行集中灌溉，2次用水量和水體氮、磷含量見表4。

3.2.2 “池塘—‘一茭兩鴨”生態種養人工濕地去除養殖池塘富營養化水的效果。人工濕地灌溉富營養化水后田面水總氮和總磷的動態變化情況如圖2所示。2個需水敏感期，在灌溉富營養化水后1 d田面水總氮濃度達到峰值，平均為100.78 mg/L，之后逐漸下降，第7天總氮濃度降至5.16 mg/L，去除率為94.9%。“一茭兩鴨”人工濕地總氮濃度比茭白單作人工濕地略高，與鴨糞向田面水中持續釋放氮素有關。與田面水總氮濃度變化規律相似，田面水總磷濃度在灌溉富營養化水后1 d達到峰值，之后逐漸下降，第7天總磷去除率達到93.6%。鴨糞供磷的作用導致“一茭兩鴨”人工濕地總磷濃度比茭白單作人工濕地略高。“一茭兩鴨”人工濕地茭白整個生長期，用養殖池塘富營養化水約4 600 m3/hm2進行灌溉，其輸入的氮磷含量，相當于83.5 kg尿素和46.5 kg過磷酸鈣氮磷含量，折合化肥施用量減少40%。養殖池塘富營養化水通過“一茭兩鴨”人工濕地的消納，排放的田面水都達到國家淡水池塘養殖水的排放標準。

4 人工濕地標準化示范區建立

在高郵市送橋鎮江蘇普興循環農業發展有限公司的循環農業示范基地，建立了水生作物綜合種養田消納養殖池塘富營養化水的農業標準化示范區[11]，主要示范原位種養一體化人工濕地如“壅菜—鴨—魚”，在原池塘中構建浮床種植壅菜、水面養鴨、水下養魚的生態自我凈化系統，以及異位系統化的人工濕地，如“池塘—凈化池—水濕生植物”和“池塘—‘一稻兩鴨”“池塘—‘一稻兩蝦”“池塘—‘一茭兩鴨”“池塘—‘一茭兩蝦”等。示范區的建設將加速人工濕地法生態治理養殖池塘富營養化水技術的推廣應用，為養殖肥水的資源化循環利用，避免環境污染和維護生態平衡，為南水北調東線源頭區域性“江淮生態大走廊”的建設提供典型范例。

5 參考文獻

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