種養結合模式對池塘養殖尾水的循環利用效果

陶玲 李曉莉 宋超峰

摘要：采用小試測坑試驗研究了池塘養殖尾水中氮、磷營養物質在蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn）和茭白（Zizania aquatica L.）兩種水生經濟植物種植中的消減和循環利用效果。結果顯示，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殖尾水中NO2--N、NH4+-N、總氮、總磷及高錳酸鹽指數（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殖尾水進行循環利用，使池塘養殖尾水中的養分和水分得到雙重循環利用，是降低水產養殖污染排放和改善池塘養殖環境的有效方法和途徑。

關鍵詞：池塘養殖；水生植物；物質循環利用；種養結合

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（資源服務）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，中國池塘集約化養殖投入了大量餌料、肥料和藥物，導致了每年近3億m3養殖尾水的排放，加劇了江河湖庫的富營養化和污染程度，同時地表水污染和生態環境惡化使得可用作水產養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，水產養殖的排污量所占比重還不算大，但由于水產養殖區大部分水體交換條件差，易產生累積污染。池塘養殖當前急需解決的問題是如何提高產量的同時保持環境的可持續性發展[1]。當前對養殖尾水的凈化和回用的生態凈化技術主要包括人工濕地技術[2，3]、生物塘技術、生物浮床技術以及稻田異位凈化技術[4-7]等。考慮到長江流域南方平原湖區以及河流故道池塘養殖和水生經濟植物種植比較普遍，富含氮、磷的池塘養殖尾水是水生經濟植物生產的營養來源，將水生植物種植生產與池塘養殖有效復合用于循環利用池塘養殖尾水具有一定可行性。本研究結合平原湖區池塘養殖和水生植物種植生產特點，開展了兩種常見水生經濟植物種植對池塘養殖尾水中營養物質的循環利用試驗，以期通過水生植物對氮、磷等營養物質的循環利用提高種養系統物質利用效率，為控制水產養殖污染和改善區域生態環境提供有效方法和途徑，形成一種健康、可持續的池塘養殖模式。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在湖北省荊州市一養殖場的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池塘養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殖尾水的凈化和利用效果。考慮到養殖池塘水質易在高溫季節（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。調整進水管流量，使養殖尾水在蓮藕和茭白測坑表面作緩慢流動并經出水管排出，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及電導率（EC）等理化指標利用多功能水質在線分析儀（YSI）測定，氨氮（NH4+-N）、亞硝態氮（NO2--N）、總氮（TN）、總磷（TP）以及高錳酸鹽指數（CODMn）測定及處理方法參照文獻[8]。底泥中有機質含量測定采用550 ℃灼燒法，用燒失量（Loss-on-Ignition，LOI）表示；底泥TN和TP經消解后參照水中TN和TP方法測定。

1.3 數據分析

所有數據采用SPSS 18.0進行統計分析。

2 結果與分析

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，發現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物質的凈化效果差異，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現，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、總磷和有機質含量變化

通過測定養殖尾水循環利用前后測坑底泥中TN、TP和有機質含量變化，考察利用茭白和蓮藕測坑凈化養殖尾水對底泥營養物質累積的影響。結果（表3）表明，茭白和蓮藕測坑底泥中TN含量在養殖初期分別為0.88、0.90 mg/L，經池塘養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，有機質含量分別由6.06%、5.88%下降至5.38%、5.19%。

3 小結與討論

3.1 討論

水生植物栽培可以對環境污染起修復作用，魚塘栽培水生植物可有效改善魚塘水質，減少水產養殖的污染[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]研究結果表明，藕田套養泥鰍和黃鱔經濟效益提高。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）、茭白等適合當地的水生經濟作物種植，同時結合種養模式探索，創新了一批農田藕魚共生、魚塘套種南湖菱等生態種養模式，已取得較好的社會經濟效益[13]。與上述研究中利用水生植物原位利用池塘多余營養物質不同，水生植物異位利用池塘養殖尾水不在池塘內構建設施，不影響池塘養殖生產操作，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殖尾水進行循環利用是一種互利且可行的方式。可以達到的目的主要有：一是在高溫季節將部分水質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微流水養殖；二是在養殖結束干塘時將富含氮、磷的池塘養殖尾水收集到植物種植塘經深入凈化后排放到周圍水域，解決養殖尾水排放問題；三是當外源水質不達標，但在高溫季節池塘又需要補水時，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殖池塘水量。

本研究結果表明，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[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殖尾水的溫度降低。植物凈化塘的水體降溫作用對預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建成本，經濟適用性更強。

比較不同植物對養殖尾水的凈化效果，發現僅在0.27 m/d水力負荷下，茭白測坑對養殖尾水中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殖尾水時，水生經濟植物種類的影響較小，在實際應用當中可根據區域特點和經濟效益選擇適當水生經濟植物。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，表明在養殖生產中應根據池塘養殖尾水中NH4+-N和NO2--N等有害物質濃度及TN和TP等水體營養水平而調整水力負荷，有針對性地控制池塘中有害物質含量和調控水體營養水平，特別是在養殖末期對養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和有機質含量呈降低趨勢，但相較運行前差異均不顯著，表明將養殖尾水引入水生經濟植物種植塘進行凈化和資源化利用不會導致底泥營養物質過多的積累，養殖尾水中的營養物質可能大部分被植物吸收和利用，轉化成具有一定經濟效益的農產品。

通過蓮藕和茭白種植塘循環利用池塘養殖尾水是針對長江中下游及南方平原湖區以種養結合實現以水為載體的物質能量循環利用，把單純的池塘養殖和區域水土資源綜合利用緊密聯系在一起。因此，在進行農業規劃和池塘養殖生態規劃和布局時，可在養殖池塘進行升級改造時配備水生經濟植物種植塘，同時利用生態工程技術對藕塘和茭白種植塘進行適當工程設施改造，通過循環經濟的方式使池塘養殖尾水進行循環利用和達標排放，提高養殖區域內的物質利用效率，形成一種新的池塘養殖模式。

本試驗僅初步研究了茭白和蓮藕常規種植密度下對養殖尾水的循環利用效率，生產實際中應用時可根據水生經濟植物的生物量和經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殖廢水用水泵抽入水生植物測坑中的凈化效果，今后應根據養殖尾水營養負荷對種植塘與池塘養殖的面積配比進一步進行研究，為生產實踐提供指導。

3.2 小結

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殖尾水進行循環利用，構建形成了種養結合模式，使池塘養殖尾水中養分和水分得到雙重循環利用，有利于廢水達標排放并提高物質利用效率，是預防性治理和控制農業面源污染的有效方法和途徑。

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