論紫根水葫蘆種植對水質(zhì)的影響
——江川縣星云湖紫根水葫蘆凈化水體示范工程調(diào)查報告

王雙頂

（江川縣環(huán)境保護(hù)局，云南 江川652600）

論紫根水葫蘆種植對水質(zhì)的影響
——江川縣星云湖紫根水葫蘆凈化水體示范工程調(diào)查報告

王雙頂

（江川縣環(huán)境保護(hù)局，云南 江川652600）

針對江川縣星云湖紫根水葫蘆凈化水體示范工程，根據(jù)紫根水葫蘆種植區(qū)域與種植區(qū)域外側(cè)、湖區(qū)、入湖河道的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷紫根水葫蘆的種植對削減星云湖、入湖河水等內(nèi)源污染物的影響程度，找出項目種植實(shí)踐中存在的問題，為下一步的工作提供指導(dǎo)。

紫根水葫蘆；種植；水質(zhì)；影響；問題；討論；星云湖

1 項目概況

1.1 星云湖基本情況

星云湖是珠江流域南盤江水系的源頭湖泊。湖面呈茄形，南北長 9.087km，東西最寬 4.727km，東西最窄2.518km，最大水深10.81m，平均水深6.01m。水 位 1722.5m 高 程 時，湖面 面 積34.329km2，湖泊蓄水量 2.0981億 m3，湖周長38.8km?，F(xiàn)行運(yùn)行水位1721.5～1722.5m，歷年最高水位1723.11m，最低水位1720.56m，最大變幅2.55m，年內(nèi)變化 0.73～1.68m。補(bǔ)給系數(shù)10.9。湖水主要靠地表徑流和湖面降水補(bǔ)給，入湖河流除隔河外，主要有大街河、小街河、東西大河、螺螄鋪河、漁村河等12條季節(jié)性入湖河流，多年平均入湖徑流量為6200萬 m3，占陸面徑流量的76%。

1.2 項目區(qū)水質(zhì)狀況

由于受流域經(jīng)濟(jì)增長、工農(nóng)業(yè)及旅游業(yè)快速發(fā)展的影響，星云湖水體功能為 III類，現(xiàn)狀水質(zhì)為劣V類。近幾年星云湖水質(zhì)持續(xù)呈現(xiàn)劣 V類，水體營養(yǎng)水平持續(xù)增高，藍(lán)藻水華頻發(fā)，沉水植物消亡嚴(yán)重，水生態(tài)退化明顯。雖然近年各級政府持續(xù)在星云湖流域開展污染治理工程，使?fàn)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)上升趨勢減緩，但由于星云湖內(nèi)源污染嚴(yán)重，高氮磷污染底泥大量堆積，致使星云湖整體水質(zhì)改善不明顯，藍(lán)藻水華仍然持續(xù)暴發(fā)。

1.3 “紫根水葫蘆”簡介

水葫蘆，學(xué)名鳳眼蓮，原產(chǎn)南美的巴西，1901年作為花卉引入我國。20世紀(jì)中期代大豆替代品推廣。由于它繁殖生長速度快，作為上好的豬飼料，幫助無數(shù)農(nóng)戶渡過了中國歷史上最艱難的飼料危機(jī)的階段。水葫蘆的根部有極強(qiáng)的吸收能力，研究證實(shí)水葫蘆2d內(nèi)可除去廢水中80%的含氮化合物、40%的含磷化合物，并能迅速吸收水中的金、銀、鉛、汞、鎘、鎳等有毒金屬元素以及苯、酚等微量有機(jī)化合物。一晝夜能在 1hm2水域中吃掉34kg鈉、22kg鈣、17kg磷、2.1kg酚和89g汞［1］。在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)模擬試驗(yàn)條件下，在20d內(nèi)，水葫蘆數(shù)量增加了97℅，每增加1g水葫蘆可以分別去除氮、磷和CODCr6.62mg、0.55mg、55.84mg［2］。

“紫根水葫蘆”就是使用 GPIT（基因表型誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)技術(shù)）將普通水葫蘆經(jīng)誘導(dǎo)培育成的根須發(fā)達(dá)頸葉生長緩慢的水葫蘆［4］。

GPIT技術(shù) （全稱：作物基因表型誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)技術(shù) （Gene Phenotype Induction Technique）是建立在生物信息感受度和動力學(xué)機(jī)制可改變，相應(yīng)生理代謝可隨之快速調(diào)節(jié)變化乃至強(qiáng)化及強(qiáng)補(bǔ)償代謝可逆的理論基礎(chǔ)上；以高抗光氧化提高光合作用效率（凈光合作用強(qiáng)度可提高50%～400%以上）為中心；綜合雙向抗自然和生物逆境為特征的作物潛能優(yōu)良性狀連鎖表達(dá)；利用光導(dǎo)全息、細(xì)胞全能能動性、生物多態(tài)能動性基礎(chǔ)、信息感受度和動力學(xué)機(jī)制誘導(dǎo)調(diào)控可改變的能動性與外部環(huán)境等條件顯著改變有機(jī)互作等原理，從而產(chǎn)生表型增強(qiáng)、重大分離或變異 （數(shù)量、質(zhì)量性狀）及累加遞增至質(zhì)變，乃至部分穩(wěn)定表達(dá)或遺傳表達(dá)；使抗逆高光效節(jié)水肥土壤自修復(fù)良循環(huán)，發(fā)揮生物多態(tài)性潛能。1.4項目建設(shè)

江川縣星云湖紫根水葫蘆凈化水體示范工程項目在星云湖大街河、小街河入湖河口建設(shè)33.33hm2紫根水葫凈化水體實(shí)驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過一個治理周期 （約6個月）的治理后擬達(dá)到以下目標(biāo)：33.33hm2治理水域整體水質(zhì)有所改善。試種 2～3個月后，在入湖河道及湖濱近岸區(qū)域有效治理區(qū)，

17.33 hm2水質(zhì)明顯改善，TN、TP、NH3－N等主要指標(biāo)比對照區(qū)削減20%～30%，核心治理區(qū)約14hm2水質(zhì) TN、TP、NH3－N等主要指標(biāo)比對照區(qū)削減30%～40%，無可見藍(lán)藻水華。示范區(qū)外側(cè)設(shè)置對照區(qū)交換治理區(qū)8.67hm2水質(zhì)明顯改善［3］。

因各方面的原因，項目于2012年8月動工，9月底完成打樁工作，10月中下旬完成水葫蘆的投放工作。因種植時間太遲，工程完工之時季節(jié)已經(jīng)是秋冬時節(jié)，所以當(dāng)年沒有對所種植的紫根水葫蘆進(jìn)行打撈。

2 水質(zhì)監(jiān)測

2.1 監(jiān)測點(diǎn)位

在治理區(qū)外入湖河道設(shè)置對照監(jiān)測點(diǎn)2個，對照點(diǎn)6號點(diǎn)、7號點(diǎn) （圖1）。

示范區(qū)外側(cè)設(shè)置對照監(jiān)測點(diǎn)3個，見監(jiān)測點(diǎn)布置圖監(jiān)測對照點(diǎn)8號點(diǎn)、9號點(diǎn)、10號點(diǎn)。

在核心治理區(qū)設(shè)監(jiān)測點(diǎn)5個，見監(jiān)測點(diǎn)布置圖監(jiān)測1號點(diǎn)、2號點(diǎn)、3號點(diǎn)、4號點(diǎn)、5號點(diǎn)，每個點(diǎn)取表層水樣進(jìn)行分析。

2.2 監(jiān)測項目

監(jiān)測評價標(biāo)準(zhǔn)：GB3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［5］。

監(jiān)測項目分為兩大項：主要污染物監(jiān)測項目：水溫、pH、透明度、溶解氧、BOD5、COD、TN、T－P、NH3－N；生物監(jiān)測項目：浮游植物數(shù)量、浮游動物數(shù)量、底棲生物生物量、異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量、藻生物量、水生植物生物量［6～8］。

2.3 監(jiān)測頻率

種苗投放前各監(jiān)測點(diǎn)采集 1次樣品為對比基數(shù)。種苗投放后7d開始進(jìn)行監(jiān)測，每14d監(jiān)測1次，共監(jiān)測3個月污染物監(jiān)測項目。投苗中期及后期生物監(jiān)測項目各監(jiān)測1次，監(jiān)測時間由治理方確定。后期水質(zhì)達(dá)到治理目標(biāo)后每月監(jiān)測1次污染物監(jiān)測項目，至2013年3月。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要污染監(jiān)測數(shù)據(jù)及對比分析

工程2012年9月9日開始第一次投放紫根水葫蘆，至2012年10月20日工程完工。所以以第一次即2012年9月9日為后9次監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比基數(shù)。

分析水溫、pH、透明度、溶解氧、BOD5、COD、T－N、T－P、NH3－N的監(jiān)測數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論：

1?！?＃監(jiān)測點(diǎn)即核心治理水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果綜合評價：水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，主要污染物總磷、總氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮等。

6?！?＃監(jiān)測點(diǎn)即入湖河道附近全期水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果綜合評價：水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，主要污染物總磷、化學(xué)需氧量、總氮、五日生化需氧量、氨氮等。

8?！?＃監(jiān)測點(diǎn)即外圍對比區(qū)全期水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果綜合評價：水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，主要污染物總磷、總氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮等。

3.1.1 第 1次與后9次監(jiān)測數(shù)據(jù)對比情況分析。

將2012年9月9日第1次的監(jiān)測數(shù)據(jù)與 2012 年10月11日—2013年3月7日9次的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值比較后得出，透明度有了較大改變，提高了89%。核心治理區(qū)的主要污染物 BOD5、T－P、NH3－N等指標(biāo)分別削減53%、24%、6%，其他DO、COD、T－N等污染物變化不大 （表1）。

將2012年 9月 9日第 1次的監(jiān)測數(shù)據(jù)與2012年 10月 11日—2013年 3月7日 9次的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值比較，在入湖河道附近及湖濱近岸區(qū)域透明度有了較大改變，提高了 90% （表2）。但污染物指標(biāo)只有 BOD5略下降了3%，其余所有監(jiān)測指標(biāo)都未見好轉(zhuǎn)。主要原因?yàn)槊磕甑?0月—下年4月以前為江川縣枯水季節(jié)，河道無水源補(bǔ)充。河道內(nèi)的水為縣城各類生活污水組成，各類污染物指標(biāo)都非常高。

將2012年9月9日第 1次的監(jiān)測數(shù)據(jù)與 2012 年10月11日—2013年3月7日9次的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值比較，外圍對比區(qū)域透明度有了較大改變，提高了54%。BOD5、T－P、NH3－N分別削減50%、28%、12% （表3）。

表1 核心治理區(qū)域監(jiān)測區(qū)數(shù)據(jù)平均值比較

表2 入湖河道附近監(jiān)測區(qū)數(shù)據(jù)平均值比較

表3 外圍對比區(qū)域監(jiān)測區(qū)數(shù)據(jù)平均值比較

3.1.2 治理區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)平均與設(shè)計方案比較

將核心治理區(qū)和外圍對照治理區(qū)效果與設(shè)計方案對比。原設(shè)計為：試種2—3個月后，即2012年10月—12月，在入湖河道及湖濱近岸區(qū)域有效治理區(qū)，17.33hm2水質(zhì)明顯改善，TN、TP、NH3－N等主要指標(biāo)比對照區(qū)削減 20%～30%，核心治理區(qū)約14hm2水質(zhì) TN、TP、NH3－N等主要指標(biāo)比對照區(qū)削減 30%～40%，無可見藍(lán)藻水華。示范區(qū)外側(cè)設(shè)置對照區(qū)交換治理區(qū) 8.67hm2水質(zhì)明顯改善 （表4）。

核心治理區(qū)的 T－P、NH3－N兩個指標(biāo)分別削減24%、6%，但都沒有達(dá)到設(shè)計要求。在入湖河道附近及湖濱近岸區(qū)域的所有監(jiān)測指標(biāo)都沒有達(dá)到設(shè)計要求，削減比例不降反升。

表4 治理區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)平均與設(shè)計方案比較 （mg／L）

3.1.3 治理區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)與湖區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)、大街河、小街河河道水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較

采用紫根水葫蘆治理核心區(qū)2012年11月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值與星云湖湖區(qū)2012年11月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值比較，詳見表5。

采用大街河、小街河入湖河口紫根水葫蘆治理附近區(qū)域2012年11月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值與和大街河、小街河入湖河口2012年11月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行比較 （表5）。

從表5可以看出，紫根水葫蘆試驗(yàn)區(qū)對湖水凈化作用沒有得到充分體現(xiàn)，但對河道內(nèi)入湖污水卻起到了很好凈化和控制作用，BOD5、T－P、TN、NH3－ N 分 別削 減 了 54%、70.16%、83.43%、89.64%。

表5 水 質(zhì)監(jiān)測結(jié)果對比表

3.2 生物監(jiān)測

在紫根水葫蘆種養(yǎng)前 （2012年9月9日）、紫根水葫蘆種養(yǎng)末期 （2012年12月23日）、紫根水葫蘆休眠期（2013年3月16日）對浮游植物數(shù)量、浮游動物生物量、底棲生物生物量、異樣細(xì)菌總數(shù)、水生植物生物量、藻生物量進(jìn)行監(jiān)測，得出如下結(jié)果：①與種養(yǎng)前相比較，紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)浮游植物數(shù)量略有下降，說明紫根水葫蘆項目區(qū)的水質(zhì)有所改善；②與種養(yǎng)前相比較，紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)浮游動物數(shù)量有明顯下降，說明紫根水葫蘆種養(yǎng)對項目區(qū)域內(nèi)的浮游動物生長有一定影響；③與種養(yǎng)前相比較，紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)底棲動物生物量有明顯下降，說明紫根水葫蘆種養(yǎng)對項目區(qū)域內(nèi)的底棲動物生長有一定影響；④與種養(yǎng)前相比較，紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量有一定減少，說明紫根水葫蘆項目區(qū)的水質(zhì)有所改善；⑤與種養(yǎng)前相比較，紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)藻生物量略有下降，說明紫根水葫蘆項目區(qū)的水質(zhì)有所改善；⑥紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)水生植物生物量明顯增加，說明水體中的部分N、P被轉(zhuǎn)化成水生植物。

4 討論

水葫蘆對氮、磷素營養(yǎng)的吸收具有較強(qiáng)的特異性，且水葫蘆作為水生植物其各組織器官，尤其是根部對氮、磷素營養(yǎng)的吸收、利用與轉(zhuǎn)化的機(jī)制具有一定的特殊性［9］。同時在水葫蘆區(qū)域，水體水質(zhì)在特定時間段存在一定程度的下降，主要是由于水葫蘆的存在降低了水體的DO，水葫蘆根系對懸浮物捕獲以及水葫蘆和懸浮物的腐爛造成的［10］。

此次紫根水葫蘆凈化水體示范工程沒有達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，主要存在以下幾方面的原因：

（1）種植紫根水葫蘆的季節(jié)嚴(yán)重滯后。紫根水葫蘆在江川縣的最佳生長季節(jié)為每年的5～10月，進(jìn)入10月后紫根水葫蘆就會生長緩慢或停滯，開始枯萎，不能起到吸污治污的作用。這是由水葫蘆自身的生物特性決定的。

（2）造成二次污染。季節(jié)進(jìn)入秋冬以后，尤其遇到霜凍后，水葫蘆會很快枯萎，水葫蘆的根、莖、葉開始脫落。此次紫根水葫蘆試驗(yàn)種植季節(jié)嚴(yán)重滯后，本應(yīng)在每年的11月下旬開始打撈的紫根水葫蘆沒有打撈，致使枯萎的水葫蘆的根、莖、葉大面積脫落在湖面試驗(yàn)區(qū)域，從而導(dǎo)致湖水的二次污染。

（3）種植面積過小，水體交換頻繁。此次的紫根水葫蘆種植面積約為 0.4km2，僅占整個湖區(qū)的1%。江川縣屬亞熱帶內(nèi)陸高原季風(fēng)氣候，當(dāng)年的10月—來年的3月空氣濕度小，多偏北風(fēng)。而試驗(yàn)區(qū)剛好位于星云湖南岸，易受到北風(fēng)的影響而加快試驗(yàn)區(qū)水體與湖區(qū)水體的置換。所以此次紫根水葫蘆種植效果不是太好，甚至沒有達(dá)到工程設(shè)計要求。

（4）干旱使湖面面積縮小，增加治理難度。近幾年來江川縣遭遇了連年的干旱，湖水下降突破歷史最低水位，退至控制水位線1722.5m以下2m 的1720.50m，從而加劇水質(zhì)治理的難度。

下一步星云湖在此次項目基礎(chǔ)上進(jìn)行的紫根水葫蘆的擴(kuò)、改建工程，應(yīng)該注意以下幾方面的問題：

（1）注意栽種的季節(jié)性，一定要在每年的 4月—5月前完成紫根水葫蘆種植。只有這樣才能發(fā)揮栽種水葫蘆應(yīng)有的作用。

（2）每年的一個栽種季節(jié)周期完成以后，一定要對紫根水葫蘆的植物殘體進(jìn)行打撈和恰當(dāng)?shù)靥幹茫挪粫π窃坪斐啥挝廴尽?/p>

（3）在種栽過程中注意紫根水葫蘆的圈養(yǎng)范圍，防止紫根水葫蘆在種植過程中逃逸，造成湖區(qū)的污染。

5 結(jié)論

經(jīng)過一個治理周期 （約 6個月）的治理后，33.33hm2治理水域整體水質(zhì)有所改善。

從主要污染物治理情況看：核心治理區(qū)，入湖河口等近岸區(qū)域，都無可見藍(lán)藻水華出現(xiàn)，透明度有所增加。BOD5、T－P等主要污染物得到了削減，部分區(qū)域的 T－N、NH3－N也得到了一定的遏制。但在整個治理期內(nèi)，紫根水葫蘆的種植對星云湖的主要污染物總磷、總氮、氨氮等污染物的削減指標(biāo)都沒有達(dá)到設(shè)計的要求。

從生物監(jiān)測的情況看：紫根水葫蘆項目區(qū)的水質(zhì)有所改善；但紫根水葫蘆種養(yǎng)對項目區(qū)域內(nèi)的浮游動物生長、底棲動物生長有一定影響；紫根水葫蘆種養(yǎng)區(qū)水生生物量增加，吸收并轉(zhuǎn)化水體中的部分 N、P。

［1］劉立巖，呂興娜.用水葫蘆凈化水質(zhì)中氮、磷污染物的研究分析 ［J］.丹東紡專學(xué)報，2005，（2）：43.

［2］黃泱，吳宏，許壽斌，等.水葫蘆對三湘江漳州師范學(xué)院河段水質(zhì)影響研究 ［J］.漳州師范學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版），2008，21（1）：78－81.

［3］云南環(huán)境工程設(shè)計研究中心.星云湖內(nèi)源生物治理試驗(yàn)示范工程實(shí)施方案 ［R］.2013.

［4］李彥璋，成江.云南省生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所 《紫根水葫蘆凈化水體示范工程研究》星云湖實(shí)施方案 ［R］.昆明興滇技術(shù)咨詢有限公司，2012.

［5］GB 3838－2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ［S］.

［6］玉溪市華恒環(huán)境科技有限公司.江川縣星云湖紫根水葫蘆凈化水體示范工程水質(zhì)監(jiān)測報告 ［R］.2012－09－09至2013－03－07.

［7］玉溪市環(huán)境保護(hù)局，玉溪市環(huán)境監(jiān)測站.環(huán)保簡報［Z］.2012.

［8］侯春.江川縣星云湖紫根水葫蘆項目區(qū)水生生物監(jiān)測報告［R］.云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2013.

［9］張秋芳，劉波，官雪芳，等.水葫蘆對氮磷營養(yǎng)的需求及分布規(guī)律初探 ［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（5）：387－389.

［10］王智，張志勇，韓亞平，等.滇池湖灣大水域種養(yǎng)水葫蘆對水質(zhì)的影響分析 ［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（1）：3827 －3831.

Effects of Farming Water Hyacinth on Water Quality in Xingyun Lake— Survey Report of Water Hyacinth Purifying Pilot Project in Xingyun Lake

WANG Shuang－ding
（Jiangchuan Environmental Protection Bureau，Jiangchuan，Yunnan 652600，China）

An investigation was conduct to explore the effects of farming water hyacinth on water quality in Xingyun lake based on the water hyacinth purifying pilot project in Xingyun Lake.The water monitoring data were obtained on the sites of inside and outside of farming area，water body，and rivers feeding into Xingyun lake.The influences on reducing pollutants'loadings and internal source pollution were analyzed based on the monitoring data.Meanwhile，the problems of farming water hyacinth were examined.This will be a useful guide for future work.

water hyacinth；farm；water quality；effect；problem；discussion；Xingyun Lake

X52

A

1673－9655（2014）02－0020－05

2014－01－16