生态浮床对鱼塘水质的净化评价及管理

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　　摘要：以华宇园林苗木生态园的鱼塘为研究对象，以种植生态浮床前后水体中的总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮、化学需要量（COD）为评价指标，对水质进行评价。分别从时间和空间两个维度，分析和对比生态浮床对水体中氮、磷的吸收效果、对水体中COD的影响趋势。结果表明，生态浮床对整个水域的氮和磷以及COD都有一定的吸收作用，其中对总氮的去除率最高可达15.2%，总磷的去除率最高可达56.3%。提出生态浮床对鱼塘水质净化的治理管理理念。
　　关键词：鱼塘;生态浮床;水体净化评价;管理
　　中图分类号：X321;X328         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）02-0062-05
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.02.013           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Purification evaluation and management of fish pond water quality by ecological floating bed：Taking the fish pond of Huayu Garden Nursery stock ecological garden as an example
　　LAI Xin1，FU Jin2，ZHANG Xi-zhi3
　　（1.College of Civil and Commercial Law，Southwest University of Political Science & Law，Chongqing 401120，China;
　　2.College of Environment and Resources，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China;
　　3.College of Professional Studies，Northeastern University，Boston 02115，USA）
　　Abstract： Taking the fish pond of Huayu Garden Ecological Nursery as the research object， total nitrogen （TN）， total phosphorus （TP）， ammonia nitrogen and chemical demand （COD） in water before and after planting ecological floating bed as evaluation indexes， the water quality was tested. Respectively from two dimensions of time and space，the absorption effect of ecological floating bed on nitrogen and phosphorus in water and the influence trend of of COD in water were analyzed and compared. The results showed that the ecological floating bed for the whole water of nitrogen and phosphorus and COD has certain absorption effect， including removal rate up to 15.2% of total nitrogen， total phosphorus removal rate up to 56.3%. The management concept of ecological floating bed for fish pond water purification was put forward.
　　Key words： fish ponds; ecological floating bed; water purification evaluation; management
　　水体环境是生态环境中不可或缺的一部分。水体中无论是河流、湖泊还是城市公园或人工鱼塘，都能给人们带来美的享受[1]。伴随着中国经济的快速增长，人们对生活质量的要求不断提高，越来越多的人从事渔业，在流动性小的池塘、湖泊中进行养鱼，这种封闭式的养鱼方式会对水体造成不可逆转的破坏，同时污染地下水，造成湖泊、河流和浅海水域生态系统水体的富营养化[2]。其中氮、磷超标是引起水体富营养化的主要原因[3]。在治理、修复富营养化水体的多种措施中，利用水生植物吸收有机营养物质，并通过收割水生植物从而达到去除营养物质、修复富营养化水体的目的，目前控制和修复水体富营养化的植物生态技术主要有人工湿地、植物塘、生态浮床等工艺。
　　1  材料与方法
　　重庆华宇苗木生态园湖库中种植的浮床植物以旱伞草（水竹）为主，搭配千屈菜、再力花、美人蕉、组合成小型人工植物群落;单个浮床的总面积为6.75 m2，共放置6个浮床。取原水水样，测定水体中的总氮、总磷、氨氮和化学需氧量。沿着水流方向依次确定6个采样点，每20 d采样1次，共采樣3次。以原水水质为参比对象，测出每隔20 d相应点的总氮、总磷、氨氮及化学需氧量的含量，并计算出生态浮床对指标的去除率。由于整个水域的流动性比较小、浮床所占据的面积比例相对较小且饲养着一定量的鱼类，为了使整个试验结果更具有说服力，分别从时间和空间两个维度进行数据分析。 　　1.1  水样的采集
　　水质样品的采集、保存与监测均按照《水环境监测规范》（SL219-98）、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）进行[4]。
　　1.1.1  采样点的选取  依据重庆华宇园林苗木生态园湖库水质和地理状况，采样点分别设置在进水口、出水口和水域内具有代表性的地方，共设6个采样点作为水质监测点，采样标志用浮标法。监测点位置如图1所示。
　　1.1.2  采样时间与周期  从2017年10月20日至12月1日，每20 d为一个周期，采样3次，采样及分析方法按HT/T91-2002[5]执行。
　　1.2  测定与数据分析
　　1.2.1  主要设备与仪器  TOC分析仪、美国哈希COD分析仪、烧杯、玻璃棒、海尔冰箱等。
　　1.2.2  测定方法  总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定;总磷（TP）采用钼酸铵分光光度法测定;氨氮（NH3-N）采用水杨酸分光光度法测定;化学需氧量（COD）采用重铬酸钾法测定。
　　1.2.3  数据分析  计算公式如下所示。
　　R=S0-S/S0
　　式中，R为氮磷、COD、氨氮去除率;S0为氮磷、COD、氨氮初始浓度;S为氮磷、COD、氨氮最终浓度[6]。
　　2  结果与分析
　　2.1  原水水质各评价指标测定
　　将实测值与《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）《城市污水再生利用 景觀环境用水水质》（GB/T 18921-2002）的标准限值进行比较，进行水质的类别评判。结果（表1）表明，重庆华宇园林苗木生态园湖库水质质量并不乐观，其中，总磷的测量值在0.567～1.967 mg/L，均远高于0.200 mg/L，严重超过地表水V类水质TP指标要求;总氮检测值变化范围在5.866～6.398 mg/L，严重超出地表水V类水质对TN指标要求。氨氮测量值变化范围在0.023～0.050 mg/L，均小于2.000 mg/L，满足地表水Ⅴ类水质对NH3-N指标要求;化学需氧量的测量值变化范围在5.33～23.67 mg/L，均小于40.00 mg/L，满足地表水Ⅴ类水对COD指标要求。
　　2.2  各指标在时间和空间上的变化趋势及分析
　　2.2.1  不同时间空间总磷的变化  由图2可知，单从样本分析，沿着水流方向水体中的总磷含量呈现出先减小后增大的趋势，样点3中的总磷含量达到最低值，随后又开始递增，在样点6（出水口）达到最大值。这主要是由于在水域下游鱼的数量较多，排泄物也增多，投入的鱼饲料过量所导致的。其中，样点3和样点4与浮床的距离相对较近，因此总磷的含量相对较低，表明生态浮床对水体中的磷有着较强的吸收能力。
　　将3个样本综合分析， 可以得出不同的样本中所含的总磷也不相同，其中，样本一（10月20日）中含量最多，样本三（11月10日）中含量最少。表明随着时间的变化，水体中总磷的含量降低，但是降低的幅度较小，主要原因是浮床的吸收能力只是略微大于鱼类排泄物中的总磷和鱼饲料中含有的总磷。
　　2.2.2  不同时间空间总氮的变化  由图3可知，单从样本分析，沿着水流方向水体中的总氮含量呈现出先减小后增大的趋势，样点3中的总氮含量达到最低值，随后又开始递增，在样点6（出水口）达到最大值。这主要是由于在水域下游鱼的数量较多，排泄物也较多，投入的鱼饲料过量所导致的。其中，样本一（10月20日）中含量最多，样本三（11月10日）中含量最少，表明随着时间的流逝，水体中总氮的含量降低，但是降低的幅度较小，主要原因是浮床的吸收能力只是略微大于鱼类排泄物中的总氮和鱼饲料中含有的总氮。综上所述，生态浮床对水体中的总氮有吸收作用，且离浮床越近、吸收时间越久效果越好。
　　2.2.3  不同时间空间氨氮的变化  如图4所示，单从样本来看，沿着水流方向水域中的氨氮含量呈先减少后增大的趋势，含量相对较低的2个采样点离浮床相对较近;上游水域中含量较高的原因主要是进水水体中本身含有一部分氨氮且离浮床较远，所以水体中的氨氮吸收效果不佳。
　　2.2.4  不同时间空间化学需氧量的变化  如图5所示，整个华宇湖库的水域中所含有的化学需氧量符合Ⅳ类水的标准。相比于总磷、总氮、氨氮的变化幅度，化学需氧量的变化幅度相对较小，但是大致的变化趋势却大同小异，上游和下游的化学需氧量相对较高，中游的化学需氧量相对较低，可以得出浮床对化学需氧量也有一定的吸收作用。
　　2.3  各指标的去除率分析
　　2.3.1  不同时间空间总磷去除率  由图6可知，生态浮床（水竹）对整个水域的总磷都有一定的去除效果，只是在不同的流域段去除的效果不尽相同。最低的去除率为25%左右，最高去除率为57%左右;最低去除率出现在样点1（入水口），主要由于水流方向导致浮床对该点的总磷吸收效果低;最高去除率出现在样点4，该点距离浮床最近，这进一步说明浮床对水体中的总磷有吸收作用。
　　2.3.2  不同时间空间总氮去除率  由图7可知，生态浮床（水竹）对整个水域的总氮都有一定的去除效果，只是在不同的流域段去除的效果不尽相同。最低的去除率在5.5%左右，最高去除率在15.1%左右;最低去除率出现在样点1（出水口），主要由于原水的水体中就含有较高的总氮，且下游中鱼类含量多、投放饲料过量导致整体的去除效率低;最高去除率出现在样点4，该点距离浮床最近，这也进一步说明浮床对水体中的总氮有吸收作用。 　　2.3.3  不同时间空间氨氮去除率  由图8可知，生态浮床（水竹）对整个水域中氨氮的去除效果并不一致，大的趋势是先增加后减少。其中，在样点1出现了负值（氨氮比原水中含量高），出现的原因可能是样点1处于湖库的最上游，离浮床的距离最远，所以浮床吸收的氨氮比鱼的排泄物和饲料产生的多;随着离浮床的距离越来越近，水域中氨氮的去除率升高，其中，样点3和样点4离浮床最近，所以去除率最高，最高去除率为44.4%。
　　2.3.4  不同时间空间化学需氧量去除率  由图9可知，随着离浮床的距离越来越近，化学需氧量去除率逐渐升高;从时间上来讲，随着时间的推移，浮床对化学需氧量的去除率有微弱的升高。
　　3  小结
　　本试验结果显示，生态浮床对华宇苗木生态园水体中的总氮、总磷、氨氮和化学需氧量都有一定的去除作用。
　　1）总磷含量在0.301～0.821 mg/L，且相比于其他几个指标来说，浮床对水体中的总磷去除效果最好，去除率在25.0%～56.3%。
　　2）总氮含量在5.012～6.465 mg/L，浮床对总氮的去除率在5.2%～15.2%。
　　3）随着时间的推移，水体中的氨氮也呈先减小后增大的趋势，氨氮含量在0.050～0.121 mg/L，生态浮床对水体氨氮的去除率在-3.5%～44.4%。
　　4）该生态浮床对化学需氧量的减少效果并不明显，不同采样点、不同时间下化学需氧量的起伏并不大，下降的幅度均较小，含量在18.09～24.18 mg/L，浮床对化学需氧量的去除率在-28.4%～22.4%。
　　4  鱼塘水质管理建议
　　浮床（水竹）对水体中的氮和磷有着相对较为显著的去除效果，但最后由湖库排出的水体中总氮和总磷依旧超标，浮床面积相对于整个湖库来说相对较小，且投放的鱼饲料并没有完全被鱼类吸收，最重要的是入水水质较差。所以为了更好地去除水体中的污染物，防止水体富营养化，有以下几种改进方法。
　　1）投放的鱼饲料应该经过计算后再投放，最大限度地减少因投放过量而引起的总氮和总磷增加。
　　2）对源头水进行处理，提高原水水质，为浮床能够最大程度的净化水质打下坚实的基础。
　　3）选取吸收效果更好的水生植物，并且将浮床的面积扩大以便更好地吸收每一个流域段的有机物。
　　上述方法中，第3种改进的方法是最直接最有效的方法。
　　植物是人工浮床系统的主要组成部分，植物种类、生长状况等影响着系统的净化能力。确定植物的生长适应性及其净化能力，是优化浮床设计，促进其推广应用的重要条件。可以用来修复水体的植物大致分为挺水植物（再力花、美人蕉）、浮水植物（铜钱草）、沉水植物（狐尾藻）。对富营养化水体中的生长状况的研究及吸收氮磷的优势植物的筛选是未来人工浮床技术研发的主要方向。
　　参考文献：
　　[1] 方云英，杨肖娥，常会庆，等.利用水生植物原位修复污染水体[J].应用生态學报，2008，19（2）：407-412.
　　[2] 黄  亚，傅以钢，赵建夫.富营养化水体水生植物修复机理的研究进展[J].农业环境科学学报，2005，24（S1）：379-383.
　　[3] ZHANG X B，LIU P，YANG Y S. Phytoremediation of urban wastewater by model wetlands with ornamental hydrophytes[J].Journal of enviromental sciences，2007，19（8）：902-909.
　　[4] 国家环境保护总局，《水和废水检测分析方法》编委会.水和废水检测分析方法[M].第4版.北京：中国环境科学出版社，2002.
　　[5] 汪秀芳，许开平，叶碎高，等.四种冬季水生植物组合对富营养化水体的净化效果[J].生态学杂志，2013，32（2）：401-406.
　　[6] 胡为征，邢  奕，李济圣，等.再力花浮床技术在低温季节的应用研究[J].辽宁化工，2012，41（10）：997-1000.
　　收稿日期：2019-02-18
　　基金项目：重庆市建委科技计划项目（城科字2015第（1-19）号）
　　作者简介：赖  馨（1994-），女，重庆人，在读硕士研究生，研究方向为管理学，（电话）15523213569（电子信箱）985101863@qq.com。
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