水葫蘆圈養對重慶動物園水禽湖富營養化水體水質的影響

袁 梨 吳登虎 姚 勇 戴 崗 田時飛 匡高翔

重慶市動物園管理處，重慶400050

水葫蘆（Eichhornia crassipes（Martius）Solms Laubach）又稱鳳眼蓮、鳳眼蘭（藍）、假水仙、洋水仙、水（生）風信子、水荷花以及布袋蓮等，是單子葉植物，雨久花科鳳眼蘭屬[1]。自1901年引入中國，現已廣泛分布于華北、華東、華中、華南和西南的19 個省市[2]。水葫蘆是世界上生長繁殖速度極快、產量極高的水生植物之一。雖然水葫蘆被視為世界上危害最嚴重的水生雜草，但其對無機養分、重金屬、持久性有機污染物等具有更強的吸收積累與分解轉化能力。因此，水葫蘆被成功應用于處理各類廢水并在世界范圍內得到了廣泛認可[3-4]。水葫蘆在污染水體凈化中的規?；瘧茫饕瑑艋钗鬯凸I廢水、處理畜禽養殖廢水、凈化地表徑流水、修復富營養化河流、湖泊和水庫等。由于水葫蘆在污染水體中生長迅速，甚至瘋長，鋪滿整個水面，阻隔了水體與外界的陽光、空氣和交換，如果不定期收集，可能會降低水體中的溶解氧，產生副效應，加劇水體的富營養化[5]，因此，水葫蘆需控養以進行水體凈化逐漸被大家所認識，并對控養水葫蘆在水質凈化中的作用進行研究[1，6-13]。本研究在重慶動物園人工水體水禽湖進行，通過對水禽湖控養前后的水質總磷（TP）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）以及不同形態氮濃度對比，評價了圈養水葫蘆對重慶動物園水禽湖水質的凈化效果，為小型畜禽養殖觀賞型水體水質凈化提供借鑒。

由于水禽吃食和排泄均是在水禽湖的島上或水禽湖中，已近10年，水禽湖中氮、磷元素逐漸積累，水體富營養化，致使水體水華不間斷暴發，特別是溫度較高的夏季，更是大量暴發水華，觀賞性極差。同時，湖底底泥也因湖周落葉等腐殖質沉積，于夏季溫度較高被微生物降解形成異嗅，水體處于富營養化狀態[1]。因此，作為重慶動物園的一個飼養展出水禽的水體景觀，無論在視覺還是嗅覺上，都已然不能滿足觀賞性水體應具備的最基本狀態。

1 材料與方法

1.1 研究地點

重慶動物園（地理位置為東經106°50'、北緯29°51'）水禽湖位于重慶動物園中心區域，為人工水體，水深約2 m，水面面積4 700 m2。自2008年起，常年飼養水禽100 余只。水的來源為雨水、自來水和水禽湖中心陸地沖洗入湖的含有糞便、飼料等物質的污水。圈養在水禽湖里分3 片區域控制性圈養水葫蘆約470 m2，用于削減水體內源污染。

1.2 研究方法

2015年3月23日，在水葫蘆開始圈養種植前對水體進行空白對照水樣采集。2015年8月11日，在水葫蘆從最初約20 m2長滿圈養區域470 m2，對水體進行第2 次水樣采集。2016年3月18日，圈養水葫蘆越冬后，對水體進行第3 次水樣采集。采樣點設在水面下1 m。

2015年3月底，在圈養區域放入約20 m2水葫蘆，并于研究期內實時觀察記錄水葫蘆長勢。2015年3月-2016年3月，重慶動物園水禽湖月平均氣溫以中國氣象局發布的重慶市月平均氣溫為準，實時觀察水禽湖中水華暴發情況。

1.3 分析方法

總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB18918-2002）；氨氮采用蒸餾滴定法（GB18918-2002）；總磷采用鉬銻抗分光光度法（GB18918-2002）；COD 采用重鉻酸鉀法（GB18918-2002）；BOD5采用儀器法（GB18918-2002）。

1.4 數據處理

采用Excel 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 水葫蘆的長勢隨氣溫變化情況

經查，重慶地區2015年3月-2016年3月平均氣溫為10～33 ℃。3-10月為水葫蘆生長季，月平均氣溫在20 ℃以上，11月至第2年2月為水葫蘆越冬期，平均氣溫20 ℃以下。水葫蘆長勢最好的月份為6-8月，平均氣溫為29～33 ℃；水葫蘆歷經約60 d，面積從20 m2增長至470 m2；立秋前后為水葫蘆開花期。2015年3-5月，水葫蘆長勢較緩慢或一般，在投入面積較少時受水禽的采食不能存活（表1）。因此，在飼養展出水禽的小型水體中，對于水葫蘆的圈養方式還要考慮防備水禽的破壞。

表1 重慶動物園水禽湖水葫蘆長勢隨氣溫變化情況

2.2 水葫蘆圈養對水體中氨氮、總氮含量的影響

氨氮和總氮在水葫蘆面積達到470 m2時，分別從1.37 mg/L 和4.84 mg/L 降低到小于0.2 mg/L和0.967 mg/L，去除率為大于85.40%和80.02%。越冬后，氨氮依舊小于0.2 mg/L，但總氮上升至2.53 mg/L（圖1）。可見，圈養水葫蘆的大量繁衍可有效吸收水體中的氨氮和總氮含量[1]，越冬期后，由于水葫蘆外葉和根系不斷脫落使水體有機物增加，造成次生污染影響[13]。但是，氨氮在越冬期后在水體中的含量并未有明顯增加，可能由于冬季溫度較低，水中含氮有機物的分解較少。

2.3 水葫蘆圈養對水體中總磷含量的影響

水葫蘆面積達到470 m2時，總磷含量從0.267 mg/L 降低到小于0.119 mg/L，去除率為55.43%（圖1）。越冬后，總磷含量上升至0.121 mg/L，0.002 mg/L。這與秦潔等[14]報道的水葫蘆生長進入生長放緩期后，微生物及浮游藻類釋放磷，磷的釋放大于磷的吸收結果相似，且水禽湖水葫蘆越冬期內磷的吸收與水體中新增加的磷含量接近。

圖1 水禽湖氨氮和總氮變化情況

圖2 水禽湖總磷變化情況

2.4 水葫蘆圈養對水體中BOD5、COD 含量的影響

水葫蘆面積達到470 m2時，BOD5值從18 mg/L降低到2.6 mg/L，去除率為85.56%。水體中有機物在微生物降解、光解、氧化還原等作用下，BOD5隨著水葫蘆生長量的不斷增長呈現明顯的下降趨勢。越冬后，BOD5值上升至4.8 mg/L，上升了2.2 mg/L。BOD5含量隨著水葫蘆越冬期內，根系向水體分泌有機物以及老化的殘肢（葉片和根莖）進入水體[1]，造成水體中有機物含量的增加，從而BOD5值上升。比較水葫蘆圈養前和越冬期后，BOD5含量下降明顯，改善了水質（圖3）。

圖3 水禽湖BOD5、COD 含量變化情況

水葫蘆面積達到470 m2時，COD 值從46.8 mg/L降低到33.5 mg/L，去除率為28.42%。越冬后，COD值持續下降至7.81 mg/L（圖3），表明水葫蘆圈養可以降低水體中的COD。與此同時，水體中COD 值在水葫蘆越冬期呈現持續下降，并未隨水葫蘆越冬期殘肢（葉片和根莖）進入水體而升高，表明越冬期內水葫蘆根系周圍棲息著的豐富的異氧微生物仍能有效降解水體中的有機物[1]。

2.5 水葫蘆圈養對水體水華暴發的影響

水禽湖在試驗期內，3-6月均有水華暴發，特別是6月氣溫升高，水華遍及整個湖面。7月水葫蘆迅速生長，但仍能見到水體中水華存在。7月1日-7月31日，共計下雨5 d，水禽湖也于8月初實現無水華狀態，直至試驗結束仍舊無水華暴發。雨水使水華不再漂浮在水面上，而是進入到水體中，水葫蘆的吸附、過濾、凝集和沉淀作用[5]，使得水華逐漸吸附在水葫蘆周圍，不再漂浮在水面上，從而逐漸消失不見；加之水葫蘆對藻類的抑制作用[5]，抑制了藻類的生長，從而實現了使水華不再暴發的目標。

3 結 論

水禽湖中圈養10%水體面積的水葫蘆，在充分防備水禽對水葫蘆的采食下，在水葫蘆生長期可以有效吸收湖水中的氨氮、總氮、總磷，降低水體中BOD5和COD 含量，且在越冬期可持續降低水體中的COD 含量。同時，水葫蘆圈養對藻類起到了很好的吸附和抑制作用，控制了水華暴發，改善了水禽湖參觀效果。越冬期水葫蘆殘肢（葉片和根莖）重新進入水體，使氨氮、總氮和BOD5含量有所升高，水體重新受到一定污染，因此，應適時進行采收，從而將水體中的營養物質帶離水體，實現水體水質凈化。