太湖及其入湖河蕩控制性種養(yǎng)水葫蘆示范工程及效果分析

何 俊，張憲中，殷文健

(江蘇省無錫市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，江蘇無錫 214021)

太湖及其入湖河蕩控制性種養(yǎng)水葫蘆示范工程及效果分析

何 俊，張憲中，殷文健

(江蘇省無錫市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，江蘇無錫 214021)

對太湖梅梁灣水域及入湖河蕩控制性種養(yǎng)水葫蘆示范工程及其對水質(zhì)的凈化效果進行了介紹，同時從水葫蘆本身作為外來物種具有的缺陷和種養(yǎng)區(qū)域所在地區(qū)的水系特點等方面分析了該工程的弊端，旨在為進一步采用生態(tài)工程學(xué)方法治理污染水體提供參考。

太湖；水葫蘆；控制性種養(yǎng)；效果

水葫蘆，學(xué)名鳳眼蓮，隸屬雨久花科鳳眼蓮屬，是一種外來生物，原產(chǎn)于南美洲委內(nèi)瑞拉，它是一種生態(tài)入侵能力極強的水生維管植物，是亞熱帶和溫帶河、湖水面廣泛生長的一種水草[1]。20世紀(jì)60年代，水葫蘆被從南美洲引入我國，由于其能在很短時間內(nèi)大量生長繁殖，侵占水庫和湖泊，堵塞河運、灌渠，嚴(yán)重危害水上運輸，2003年被國家環(huán)保總局列入16種入侵有害物種名單，并被列為世界十大有害草種之一[2-4]。同時，水葫蘆又有著極強的水質(zhì)凈化能力。研究表明，水葫蘆對多種污染物質(zhì)(如氮、磷等元素)有很強的吸收凈化能力，對受污染水體有較好的修復(fù)作用，可被廣泛應(yīng)用于水域凈化和各種污水(如生活污水、工業(yè)污水和混合污水等)的凈化處理[1，5-6]。利用水葫蘆凈化水質(zhì)，修復(fù)受污染水體已經(jīng)得到全社會的普遍關(guān)注。

太湖流域位于長江三角洲地區(qū)腹地，是我國著名的魚米之鄉(xiāng)，流域總面積3.69萬km2，人口密集，經(jīng)濟發(fā)達。自20世紀(jì)90年代以來，太湖流域經(jīng)濟、社會快速發(fā)展，污染物排放量不斷增加，雖然國家及地方加大了水污染治理力度，并取得了一定成效，但水環(huán)境惡化趨勢未得到有效遏制。2007年5月底，太湖藍藻暴發(fā)等因素導(dǎo)致無錫市水源地水質(zhì)污染，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)亟偃f群眾的正常生活，引起社會的廣泛關(guān)注。2007年太湖水危機以后，控制性種養(yǎng)水葫蘆項目作為太湖水污染治理的一個子項目，被列入國務(wù)院和江蘇省政府治理太湖總體規(guī)劃。水葫蘆種養(yǎng)示范工程作為太湖水污染治理的應(yīng)急措施之一，于2007年7月初正式啟動，2008年被正式列入國家太湖治理總體方案。筆者對太湖梅梁灣水域及入湖河蕩控制性種養(yǎng)水葫蘆示范工程概況及其對水質(zhì)凈化效果進行了介紹，同時從水葫蘆本身作為外來物種具有的缺陷和種養(yǎng)區(qū)域所在地區(qū)的水系特點等方面分析了該工程的弊瑞，旨在為進一步采用生態(tài)工程學(xué)方法治理污染水體提供參考。

1 工程概況

1.1 種養(yǎng)地點和種養(yǎng)規(guī)模 太湖梅梁灣水域及入湖河蕩控制性種養(yǎng)水葫蘆示范工程種養(yǎng)地點選擇在太湖梅梁灣十八灣水域(120°09′41.7″ E，31°31′19.3″ N)、梅梁灣水滸城水域(120°13′12.42″ E，31°30′39.64″ N)和太湖入湖河道望虞河鵝真蕩水域(120°33′57.76″ E，31°30′53.95″ N)(種養(yǎng)地點的分布如圖1所示)。梅梁灣位處太湖北部，藍藻常在此大量積蓄，是太湖污染最嚴(yán)重的區(qū)域。望虞河作為太湖洪水的主要出路之一，自南向北從鵝真蕩穿過，且作為“引江濟太”的通道，在太湖水環(huán)境治理中起著十分關(guān)鍵的作用。鵝真蕩是望虞河的重要組成部分，是望虞河斷面中以寬代深的河段，具有利用鵝真蕩湖面排泄太湖洪水和“引江濟太”的特殊性。2008—2009年控制性種養(yǎng)水葫蘆面積為333.33 hm2，實施地點在太湖十八灣水域。2010—2015年水葫蘆年種養(yǎng)面積擴增至400.00 hm2，實施地點分別為太湖十八灣、水滸城水域和望虞河鵝真蕩水域。

1.2 工程建設(shè) 工程建設(shè)主要包括種養(yǎng)工程、打撈工程、資源化處置與利用工程等3個部分。種養(yǎng)工程包括水葫蘆種苗采購、在太湖水域及入湖河道采用圍欄方式放養(yǎng)水葫蘆、建設(shè)水葫蘆越冬保種所需鋼架塑料大棚等。種養(yǎng)階段結(jié)束后，根據(jù)種養(yǎng)水域特點，選擇合適的打撈和運輸方式，并因地制宜采用合適的資源化利用方式(圖2)。

1.2.1 圍欄制作。植物控養(yǎng)工程采取化浪浮床圍欄方式放養(yǎng)水葫蘆，根據(jù)湖灣的具體情況，靈活制定圍欄的布局。種養(yǎng)設(shè)施圍欄構(gòu)件采用錨基浮球框架加網(wǎng)片的圍欄設(shè)施，由泡沫浮球、鋼管、網(wǎng)片、鐵錨、沉子、繩等制成(圖3)。圍欄浮床高出水面50 cm，采用鐵錨等重物固定，塑料泡沫浮球為圓柱狀，規(guī)格為50 cm×80 cm，可產(chǎn)生足夠的浮力，保證浮床隨太湖水位的變化而上下浮動，從而確保圍攔內(nèi)種養(yǎng)的水葫蘆不發(fā)生逃逸、擴散。鋼管采用直徑6 cm的鍍鋅鋼管，網(wǎng)圍材質(zhì)為聚乙烯材料，網(wǎng)眼3 cm×3 cm，網(wǎng)寬2 m，水上50 cm，水下150 cm。同時，圍欄浮床采用鐵錨、沉子固定的方式，每隔25 m設(shè)置1個重達20 kg的鐵錨，以確保浮床有足夠的強度，能抵御8級左右臺風(fēng)風(fēng)浪的侵襲與擾動。根據(jù)太湖的實際情況，采用多個單體圍欄組合形成控養(yǎng)區(qū)，一般一個圍欄組合面積約6.67 hm2(組合框如圖4所示)。單體圍欄大小控制在0.67～1.33 hm2/個，圍欄與圍欄之間留有寬約30 m的通道，以利于日常維護和機械化打撈船作業(yè)。在組合圍欄四周采用Φ165鋼管打樁、3 m掛網(wǎng)的形式構(gòu)筑一道抗風(fēng)浪、防逃逸的圍欄。同時，為減少風(fēng)浪對水葫蘆的破壞，2011年開始在太湖水域中的圍欄主要迎風(fēng)一側(cè)增加三角形圍欄，用以化解風(fēng)浪，降低風(fēng)浪對水葫蘆種苗的沖擊，以免水葫蘆種苗被打碎。圍欄區(qū)域設(shè)置要遠離航道、入湖河口等重要水域，在藍藻聚集嚴(yán)重的區(qū)域，圍欄離湖岸的距離不低于200 m。應(yīng)遵循“三不”原則：不影響航道船只的航行交通安全，不影響行洪調(diào)水，不影響周邊景觀。同時，要充分考慮后續(xù)的打撈、交通運輸、資源化利用等。

圖1 水葫蘆種養(yǎng)地點的分布Fig.1 The distribution of planting plots of water hyacinth

圖2 水葫蘆控制性種養(yǎng)工程示意Fig.2 The controllable planting project of water hyacinth

圖3 錨基浮球鋼管圍欄示意Fig.3 The steel pipe fence with anchor base and floating balls

圖4 組合框示意Fig.4 The combo box

1.2.2 越冬保種和春繁。采用從南方氣候較暖地區(qū)調(diào)入優(yōu)質(zhì)水葫蘆種苗和本地保種相結(jié)合的形式為項目提供充足的優(yōu)質(zhì)種苗。水葫蘆的越冬保種一般在11月中下旬進行，要選擇無病蟲害，水葫蘆葉柄圓滿，根莖比接近，高度為15～20 cm，生長健壯的植株作為越冬保種的種苗。越冬場所應(yīng)靠近春繁水域，選擇背風(fēng)向陽、排灌方便的水田。設(shè)施采用塑料大棚，用塑料薄膜加遮陽膜覆蓋法保種。保種期間要經(jīng)常檢查苗床水分，保持土壤濕潤至淺水層，控制水溫在5 ℃以上。當(dāng)氣溫為5～13 ℃時，可逐漸對大棚進行通風(fēng)管理，全部揭膜后進行露天繁育，種苗從越冬苗床中分出來，置于光照好、水流緩的河道進行春繁，水面春繁種苗投放量約4 500 kg/hm2。

1.2.3 種苗投放及日常管理。太湖流域水葫蘆大水面放養(yǎng)時間一般從4月20日開始，7月10日前結(jié)束。種苗放養(yǎng)初期，采取逐步投放、視水葫蘆擴繁情況逐步擴大水葫蘆生長水域面積，確保太湖種養(yǎng)水葫蘆“攔得住、長得出、逃不掉”。風(fēng)浪大的開放性水域投種密度要高于風(fēng)浪較小、水流緩的湖蕩。風(fēng)浪大的水域初期投種時，應(yīng)先在外圍三角圍欄和單體圍欄集中投放，覆蓋度占圍欄總面積的50%以上，形成有效防浪帶后，再向內(nèi)圍欄投放種苗。

養(yǎng)護期間，配備專人專船進行日常管理和養(yǎng)護。①及時疏分水葫蘆，促進其快速生長，充分吸收太湖湖體氮磷等富營養(yǎng)物質(zhì)。在實際養(yǎng)護管理過程中，若發(fā)現(xiàn)圍欄內(nèi)水葫蘆開始向外擴張，撐開圍欄網(wǎng)片時，及時將其疏散到鄰近的空余圍欄，繼續(xù)使其生長；②及時清理水葫蘆種養(yǎng)區(qū)域堆積的藍藻，防止其危害水葫蘆正常生長；③加強圍攔設(shè)施的保養(yǎng)和維護，防止水葫蘆的漂移、擴散；④記錄氣候變化、水葫蘆生長情況及水質(zhì)的變化，針對不同情況，準(zhǔn)備多種突發(fā)情況下的應(yīng)對措施。

1.2.4 水葫蘆機械化打撈、運輸和資源化處置利用。當(dāng)氣溫低于10 ℃時水葫蘆即停止生長，遇霜凍就會受傷發(fā)黃、死亡，逐步沉入水中腐爛分解，其吸收的氮、磷等物質(zhì)又會再次溶于水中，造成水體的二次污染。因此，必須在霜凍前組織力量，將種養(yǎng)區(qū)域內(nèi)的水葫蘆打撈干凈。結(jié)合區(qū)域氣候條件，水葫蘆打撈在11月初啟動，于12月底前全部結(jié)束打撈。由于水葫蘆體積較大，含水量高，人工打撈效率低且成本高，必須采用機械化打撈方式。工程采用機械打撈為主、人工打撈為輔的方式。為了提高了打撈效率，配備了由張家港市海豐水面環(huán)保機械有限公司生產(chǎn)的HF226B-PT型水葫蘆機械打撈船，進行專業(yè)化打撈，每小時可打撈水葫蘆200 t，同時運用自己研發(fā)的抓斗機將水葫蘆輸送至運輸船，減輕了打撈強度，縮短了時間，提高了打撈效率。水葫蘆打撈上岸后，采取船運的方式運送至田間專用處置場地，經(jīng)過好氧堆肥發(fā)酵后，將水葫蘆轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出高有機質(zhì)、低NPK的營養(yǎng)土，同時配備收集裝置，收集堆肥過程中產(chǎn)生的水葫蘆渣液并進行發(fā)酵，將水葫蘆渣液和營養(yǎng)土提供給周邊林地苗木使用，實現(xiàn)了水葫蘆資源化利用。

2 種養(yǎng)成效分析

2.1 項目實施區(qū)水質(zhì)情況 2015年11月19日，在水葫蘆種養(yǎng)階段結(jié)束后，項目委托第三方評估組對3個種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外水體進行抽樣分析，選取21個監(jiān)測點位，監(jiān)測指標(biāo)包括pH、TN、TP、NH3-N和CODMn。采樣方式為瞬時隨機采樣，由于水體連續(xù)的流動性和交換性，因此水質(zhì)檢測結(jié)果僅能反映所取樣品的水域地點某一時刻瞬時水質(zhì)情況，不能說明整體水域的水質(zhì)情況。由表1可知，3個種養(yǎng)區(qū)域水體pH在7.0左右，表明水體為中性，適宜水生生物生長；高錳酸鹽指數(shù)是衡量水體受有機物污染程度的重要指標(biāo)，從監(jiān)測情況來看，21個監(jiān)測點水體CODMn均在10.00 mg/L以下，最大值為8.80 mg/L，最小為2.00 mg/L。氨氮是水體中主要的耗氧污染物，氨氮濃度超過1.50 mg/L有4個點，均位于十八灣水域，最大值為2.41 mg/L，最小值為0.40 mg/L。21個監(jiān)測點總氮濃度超過2.00 mg/L的有19個，最大值為5.42 mg/L，最小值為1.40 mg/L，水質(zhì)有待進一步改善。只有十八灣監(jiān)測點總磷濃度超過0.30 mg/L，為0.41 mg/L，最低值為0.10 mg/L。各水域營養(yǎng)鹽濃度從高到低依次為十八灣水域、三國城水域、鵝真蕩水域。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，總氮均超過Ⅳ類水限值，其余指標(biāo)均在限定值以內(nèi)。

表1 3個種養(yǎng)區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

2.2 對水體營養(yǎng)鹽的吸收 2008—2015年，太湖梅梁灣水域及入湖河蕩共種養(yǎng)水葫蘆3 126.67 hm2，8年累計打撈水葫蘆116.38萬t。研究表明，水葫蘆的氮磷富集能力強，耐肥耐污，適應(yīng)性強，在富營養(yǎng)化水體中快速生長繁殖，能從水體中大量吸收氮、磷和鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，并能吸附有害有機物及重金屬等，對富營養(yǎng)化水體具有較強的凈化作用。每噸鮮水葫蘆可提取氮1.75 kg、磷0.25 kg、CODMn40.00 kg以上[7]。據(jù)測算，8年間種養(yǎng)水葫蘆從太湖水體中提取氮2 036.7 t、磷291.0 t、CODMn46 552.0 t，對太湖流域水體富營養(yǎng)化起到了一定的抑制作用。

2.3 水葫蘆資源化利用 水葫蘆生物產(chǎn)量高，氮磷鉀養(yǎng)分含量高，是一個巨大的能量和養(yǎng)分資源庫，是具有巨大潛力的肥源和能源植物[7]。水葫蘆打撈上岸后，可生產(chǎn)商品有機肥或直接還田，1 hm2水葫蘆可為10 hm2左右的農(nóng)田提供優(yōu)質(zhì)有機肥。無錫太湖水域種養(yǎng)水葫蘆機械化打撈上岸后，水葫蘆經(jīng)堆肥發(fā)酵形成高有機質(zhì)、低NPK的營養(yǎng)土，可供林地、苗圃、草坪等使用。

2.4 經(jīng)濟效益分析 根據(jù)《江蘇省環(huán)境資源區(qū)域補償辦法(試行)》[蘇政發(fā)(2007)149號]的規(guī)定，環(huán)境資源區(qū)域補償因子及補償標(biāo)準(zhǔn)暫定為：化學(xué)需氧量1.5萬元/t，氨氮10.0萬元/t，總磷10.0萬元/t。無錫太湖水域8年種養(yǎng)水葫蘆共除氮2 036.7 t、磷291.0 t、CODMn46 552.0 t，氨氮占比按70%計算，可補償資金8.7億元。

3 討論

從太湖水域及其入湖河蕩8年控制性種養(yǎng)水葫蘆工程實踐來看，控制性種養(yǎng)水葫蘆對改善太湖水質(zhì)起到一定的作用，2008—2015年累計種養(yǎng)水葫蘆3 126. 67 hm2，打撈水葫蘆116.38萬t，從太湖水體提取氮2 036.7 t、磷291.0 t、CODMn46 552.0 t。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測的部分結(jié)果，太湖流域經(jīng)過多年的科學(xué)治理，水質(zhì)已經(jīng)得到一定改善，水體中氨氮、總磷濃度均得到明顯降低，水葫蘆在生長過程中需要大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，因此可吸收水體中無機氮、無機磷等元素作為其生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，起到凈化水質(zhì)作用。采用控制性圍欄種養(yǎng)技術(shù)和機械化打撈技術(shù)，可以避免水葫蘆“逃逸”造成的一系列危害。采用鋼管樁基固定圍欄和化解風(fēng)浪用的三角形圍欄技術(shù)有效抵御了臺風(fēng)、短時間雷暴雨等極端性氣候的破壞。項目管理也實現(xiàn)了從應(yīng)急措施到控制性種養(yǎng)、精細化管理、形成長效機制的轉(zhuǎn)變，總結(jié)形成了一整套水葫蘆越冬保種擴繁、控制性圍攔、維護管理、機械化打撈、無害化處理、資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)。

從長遠角度來看，水葫蘆作為外來入侵種，利用其凈化水質(zhì)的前提是必須采取嚴(yán)格的生態(tài)工程學(xué)措施來防止其逃逸擴散，并且要在有限范圍內(nèi)限制性應(yīng)用，否則極易對水生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的破壞。種養(yǎng)水域地處無錫地區(qū)，該地區(qū)水網(wǎng)密集，河道眾多，在太湖開放性水體種養(yǎng)水葫蘆若管理不善，加上臺風(fēng)等極端天氣的影響，容易發(fā)生水葫蘆大面積“逃逸”，水葫蘆打撈過程中放開圍欄也容易出現(xiàn)“逃逸”飄逸現(xiàn)象，成為野生植物，從而影響河道及水環(huán)境衛(wèi)生。因此，在該地區(qū)種養(yǎng)水葫蘆仍存在一定風(fēng)險，有必要研究利用其他生態(tài)工程方法來治理太湖水環(huán)境。參考文獻

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Controllable Planting Demonstration Project of Water Hyacinth in Tai Lake and Rivers into Tai Lake and Its Effect Analysis

HE Jun，ZHANG Xian-zhong，YIN Wen-jian

(Fisheries Technical Extension Station of Wuxi City in Jiangsu Province，Wuxi，Jiangsu 214021)

Controllable Planting Demonstration Project of Water Hyacinth in Meiliang Bay of Tai Lake and rivers into Tai Lake and its purification effects on water quality were introduced. Meantime, the disadvantages of this project were analyzed from the aspects of defects of water hyacinth as alien species and the characters of water system in the planting areas, so as to provide references for treating water pollution further by using ecological engineering method.

Tai Lake；Water hyacinth；Controllable planting；Effect

江蘇省太湖水環(huán)境治理專項。

何俊(1982- )，女，江蘇句容人，工程師，碩士，從事水環(huán)境生態(tài)修復(fù)和生態(tài)養(yǎng)殖等研究。

2016-10-26

S 931.3

A

0517-6611(2016)35-0133-04