水生蔬菜生物浮床净化中华鳖养殖水质的研究

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.03.002

摘 要：以溶氧、总氮、氨态氮（NH3-N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）、化学需氧量（COD）、叶绿素a 等为主要水质指标，研究用空心菜、水芹菜和空心菜＋水芹菜组成的复合生物浮床和商用微生态制剂对养殖水质的富营养化的净化作用。结果表明，在相同监测时间下，按照空心菜＋水芹菜组、空心菜组、水芹菜组和微生态制剂组的顺序，总氮、NH3-N、NO2--N、NO3--N、COD、叶绿素a等指标呈逐渐降低的趋势，在试验20 d时，空心菜＋水芹菜复合生物浮床对氨氮的去除率达到87.40%，对总氮的去除率达到76.53%，对叶绿素a的去除率达到63.07%；与对照组相比，试验组中浮游植物的硅藻、隐藻的种类和比例增加，蓝藻比例降低，浮游植物群落组成由绿藻-蓝藻型转向绿藻-硅藻型；空心菜＋水芹菜组的中华鳖存活率和增重率分别提高6.9%和58.4%。这说明生物浮床，特别是复合生物浮床，能净化中华鳖养殖水质，进而促进鳖类生长。

关键词：水质富营养化；生物浮床；空心菜；水芹菜；水质指标

随着中华鳖（Trionyx Sinensis）养殖生产水平的不断提高，池塘单位水体的中华鳖载力大大提高，投饵量也随之大幅度增加。有研究表明，在池塘养殖投喂的湿饵料中，有5%～10%未被中华鳖食用[1]；而被中华鳖食用消化的饵料中又有25%～30% 以粪便的形式排出[2]。高密度放养、大量施肥投饵的养殖模式，导致水质恶化，污染日趋严重[3]。池塘水质的迅速恶化直接导致换水量和换水频率增加。

近年来，池塘水质修复的生态技术发展很快[4-6]，其中浮床植物系统是一种比较新的水质原位修复和控制技术。利用生物浮床技术，将水生植物种植于池塘中，通过植物的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，将水中氮、磷等污染物质转化成植物所需的能量储存于植物体中，实现水环境的改善。生物浮床技术因具有众多优点而备受关注。但已有的研究[7-9]多侧重于单一浮床植物系统对水质的净化功能和效果，由于不同植物的生理特性不同、净化富营养化水质的效果不同、收获物的用途或经济价值不一样，因此选择出适合环境特点、具有较高净化能力、又有一定经济价值的浮床植物或植物组合就是人工生物浮床要解决的关键问题之一。

1 材料与方法

1.1 试验场地及试验条件

选择某中华鳖养殖场15个养殖池作为试验场地，15池面积均为350 m2，每池放养规格为350 g/只的中华鳖1 000只，投喂中华鳖专用饵料。水源及其他日常养殖管理措施基本一致。除因蒸发、渗漏而对池塘进行少量补水以使池塘水体积保持不变外，试验期间不换水，不使用增氧设备。

1.2 试验设计

试验分为5个试验组，每组设置3个重复。其中，1号池作为对照组，2号、3号、4号和5号池作为试验组。2号池使用顺发牌商品微生态制剂，3号池只用空心菜，4号池只用水芹菜，5号池使用空心菜＋水芹菜，具体试验设计如表1。

表1 试验设计表

组别 水质调控方法 具体调控措施

对照组 —— ——

试验1组 商品微生态制剂 按照说明使用，试验初施用一次（用量为1 g/m3），试验期间每隔5 d补施一次。

试验2组 空心菜 将预先栽种的空心菜移植到捆绑好的竹筏上，栽种面积为70 m2，40棵/m2。

试验3组 水芹菜 将预先栽种的水芹菜移植到捆绑好的竹筏上，栽种面积为70 m2，40棵/m2。

试验4组 空心菜＋水芹菜 将预先栽种的空心菜和水芹菜移植到捆绑好的竹筏上，交叉栽种，

栽种面积为70 m2，40棵/m2。

1.3 样品采集、测试指标及测试方法

试验期20 d为一周期。在对照组、各试验组的浮床植物净化区域(以下称浮床区)和没有浮床植物覆盖的区域(以下称敞水区)水面下50 cm 处采集水样2 L。水样采集方法为“五点法”，即对照组采样时，在对照组中央和4个拐角处各设1个采样点；试验组采样时，分别在浮床区和敞水区的中央和4个拐角处各设1 个采样点，取各点的混合水样进行水质指标测定。水样在当日上午10:00左右采集。水质测定指标和测定方法如下[10]：①溶解氧采用碘量法。②氨氮（NH3-N）采用纳氏比色法。③亚硝酸盐氮（NO2--N）采用盐酸萘胺比色法。④硝酸盐氮（NO3--N）采用酚二磺酸比色法。⑤有机耗氧量（COD）采用酸性高锰酸钾法。⑥pH采用酸度计测定。⑦叶绿素a采用分光光度计法。⑧总氮采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法[11]。其中，温度和溶氧每天测定一次，其它指标每5 d测定一次。

试验期间分别对5组第1 d、第10 d、第20 d的浮游植物的含量进行定性、定量分析[12]；并在试验初及试验末分别记录各试验组幼鳖的总数及平均体重，试验结束后计算增重率及存活率。

试验组的污染物去除率计算公式为[13]：

Re=[(C0-Ci)/C0]100%

式中Re为去除率，%；C0为对照组中污染物质量浓度，mg/L；Ci为试验组中污染物质量浓度，mg/L。

溶解氧的增加率的计算公式为：

Ri=[(Ci-C0)/Ci] 100%

式中Ri为增加率，%；C0为对照组中污染物质量浓度，mg/L；Ci为试验组中污染物质量浓度，mg/L。

2 结果

2.1 养殖水体水质指标的变化在试验期间，pH变化在7.2～7.8之间，符合渔业水质标准（GB 11607-89）。从试验20 d时处理组对水质指标去除效果(表2)和污染物去除率的变化(图1-图7)可以看出，与同期对照组相比，4个试验组的总氮、NH3-N、NO2--N、NO3--N、COD、叶绿素a的去除率均降低，溶解氧增加率升高；且在试验20 d时， 空心菜＋水芹菜组、空心菜组和水芹菜组对各水质指标的去除效果均和微生态制剂组有明显差异（P＜0.05）；其中，空心菜＋水芹菜组对总氮的去除率为7653%较其它试验组有显著差异（P＜0.05），空心菜组和水芹菜组对总氮的去除率分别为6837%和66.33%，两者无显著性差异（P＞005）；空心菜＋水芹菜组、空心菜组和水芹菜组对氨氮的去除率分别为8740%、76.12%和8189%，三组间均有显著差异（P＜0.05）；空心菜＋水芹菜组对NO3--N的去除率为3729%，较其它试验组有显著差异（P＜0.05），空心菜组和水芹菜组对NO3--N的去除率分别为32.20%和3051%，两者无显著性差异（P＞0.05）；空心菜＋水芹菜组对NO2--N的去除率为72.38%，较其它试验组有显著差异（P＜005），空心菜组和水芹菜组对NO2-N的去除率分别为65.71%和64.76%，两者无显著性差异（P＞0.05）；空心菜＋水芹菜组、空心菜组和水芹菜组对叶绿素a的去除率为63.07%、60.12%和5870%，三组间均有差异（P＜0.05）；空心菜＋水芹菜组、空心菜组和水芹菜组对COD的去除率为41.19%、3953%和37.21%，三组间均有差异（P＜005）；空心菜＋水芹菜组对溶解氧的增加率为33.41%，较其它试验组有显著差异（P＜0.05），空心菜组和水芹菜组对总氮的去除率分别为3068%和29.89%，两者无显著性差异（P＞005）。

表2 试验20 d时各处理组对水质指标的去除效果

水质指标 浓度变化及去除率 微生态制剂组 水芹菜组 空心菜组 空心菜＋水芹菜组

总氮 初始浓度C0/mg•L-1 98

最终浓度Ci/mg•L-1 50±0.5 33±0.3 31±0.6 23±0.5

去除率/% 48.98±0.35a 66.33±0.31b 68.37±0.23b 76.53±0.33c

NH3-N 初始浓度C0/mg•L-1 3.81

最终浓度Ci/mg•L-1 1.37±0.53 0.69±0.56 0.91±0.46 0.48±0.55

去除率/% 64.04±0.51a 81.89±0.52b 76.12±0.55c 87.40±0.51d

NO3--N 初始浓度C0/mg•L-1 5.9

最终浓度Ci/mg•L-1 4.6±0.3 4.1±0.4 4.0±0.7 3.7±0.2

去除率/% 22.03±0.23a 30.51±0.24b 32.20±0.25b 37.29±0.21c

NO2--N 初始浓度C0/mg•L-1 0.105

最终浓度Ci/mg•L-1 0.063±0.052 0.037±0.048 0.036±0.042 0.029±0.039

去除率/% 40.00±0.52a 64.76±0.57b 65.71±0.51b 72.38±0.48c

叶绿素a 初始浓度C0/mg•L-1 35.23

最终浓度Ci/mg•L-1 22.3±0.31 14.55±0.28 14.05±0.34 13.01±0.41

去除率/% 36.70±0.02a 58.70±0.03b 60.12±0.02c 63.07±0.04d

COD 初始浓度C0/mg•L-1 215

最终浓度Ci/mg•L-1 160±0.5 135±0.7 130±0.6 120±0.8

去除率/% 25.58±0.02a 37.21±0.04b 39.53±0.03c 44.19±0.04d

溶解氧 初始浓度C0/mg•L-1 3.05

最终浓度Ci/mg•L-1 3.56±0.02 4.35±0.03 4.4±0.03 4.58±0.05

增加率/% 14.33±0.02a 29.89±0.04b 30.68±0.04b 33.41±0.06c

注：表中数据为3次重复的平均值±标准差，不同字母表示组间存在显著差异（P＜0.05，LSD 法）数值采用SPSS130软件进行统计学分析，多组间的比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD检验，以α＝0.05为检验水准(下同)。

图1 溶解氧增加率变化

图2 氨氮去除率变化

图3 亚硝酸盐氮去除率变化

图4 硝酸盐氮去除率变化

图5 有机耗氧量去除率变化

图6 总氮去除率变化

图7 叶绿素a去除率变化

2.2 试验期间养鳖水体浮游植物生物种群结构、数量的变化结果

试验期间，分别对5个池第1 d、第10 d、第20 d的浮游植物数量根据下列公式进行分析：

N=AAC•VwVn

式中：N为每升水中浮游植物的数量；A为计数框面积(mm2)，Ac为计数面积(mm2)，即视野面积×视野数；Vw为1 L水样经沉淀浓缩后的样品体积(mL)；V为计数框的体积(mL)；n为计数所得的浮游植物的个体数或细胞数。

试验期间浮游植物的种类变化结果如表3。

表3 浮游植物种类变化

组

别 浮游植物的种类变化

第1 d 第10 d 第20 d

水色变化

对

照

组 绿藻、蓝藻、裸藻

（小球藻、四尾栅藻、

纤维藻、栅列藻、鼓藻、

鱼腥藻、微囊藻、螺旋藻） 蓝藻、绿藻（鱼腥藻、

微囊藻、螺旋藻、念珠藻、

小球藻、栅列藻、四尾栅藻） 蓝藻、绿藻（鱼腥藻、

微囊藻、小球藻、

栅列藻四尾栅藻） 水质颜色由蓝绿—

深绿—黑绿，出现腥臭味，

透明度由小变大

试

验

1

组 绿藻、蓝藻、裸藻（小球藻、

四尾栅藻、纤维藻、栅列藻、

鼓藻、鱼腥藻、微囊藻、

螺旋藻、扁裸藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻

（小球藻、四尾栅藻、扁裸藻、

小环藻、舟形藻、卵形隐藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻、

甲藻、小球藻、四尾藻、

扁裸藻、小环藻、舟形藻、

卵形隐藻、角甲藻 水质颜色由蓝绿—

深绿—黄褐色，有异味，

透明度稍有变化。

试

验

2

组 绿藻、蓝藻、裸藻（小球藻、

四尾栅藻、纤维藻、栅列藻、

鼓藻、鱼腥藻、微囊藻、

螺旋藻、扁裸藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻、

甲藻、小球藻、四尾藻、

扁裸藻、小环藻、舟形藻、

卵形隐藻、角甲藻 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻

（小球藻、四尾栅藻、

小环藻、舟形藻、卵形隐藻） 水质颜色由蓝绿—

黄绿—青色，出现青色浮膜，

无异味，透明度略变化。

试

验

3

组 绿藻、蓝藻、裸藻（小球藻、

四尾栅藻、纤维藻、栅列藻、

鼓藻、鱼腥藻、微囊藻、

螺旋藻、扁裸藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻、

甲藻（小球藻、四尾栅藻、

扁裸藻、小环藻、舟形藻、

卵形隐藻、角甲藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻

（小球藻、四尾栅藻、扁裸藻、

小环藻、舟形藻、卵形隐藻） 水质颜色由蓝绿—

黄绿—青褐色，稍有异味，

透明度没什么变化。

试

验

4

组 绿藻、蓝藻、裸藻（小球藻、

四尾栅藻、纤维藻、栅列藻、

鼓藻、鱼腥藻、微囊藻、

螺旋藻、扁裸藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻、

甲藻（小球藻、四尾栅藻、

扁裸藻、小环藻、舟形藻、

卵形隐藻、角藻） 绿藻、隐藻、硅藻、裸藻

（小球藻、四尾栅藻、小环藻、

舟形藻、卵形隐藻） 水质颜色由蓝绿—黄绿

—青色，有青色浮膜，

无异味，

透明度基本没什么变化。

试验期间浮游植物数量的变化如图8。

图8 浮游植物数量变化

由图8可以看出：在20 d试验期间，对照组和试验组绿藻的比例变化不大；在试验第20 d时对照组蓝藻的比例34%，优势种群为：绿藻和蓝藻，浮游植物群落组成属于绿藻-蓝藻型，蓝绿藻比例居高不下，说明水质趋向恶化；试验1、2、3组的蓝藻比例分别下降至16%、10%和12%，硅藻比例分别上升至21%、20%和20%，3个试验组的优势种群由绿藻和蓝藻逐渐转向绿藻和硅藻，浮游植物群落组成由绿藻-蓝藻型转向绿藻-硅藻型；复合生物浮床组的蓝藻比例下降至9%，硅藻比例上升至23%，隐藻比例上升至20%，浮游植物群落组成由绿藻-蓝藻型转向绿藻-硅藻-隐藻型，硅藻、隐藻的比例增加，说明水质富营养化减慢，水质逐渐变好。表4为各试验组优势浮游植物种群组成变化表。

2.3 各试验组中华鳖生长指标

各试验组的生长指标如表5所示，从表中可以看出试验组的增重率及存活率均高于对照组，其中空心菜＋水芹菜组的增重率为16.8%，高于空心菜组的15.1%和水芹菜组14.0%及微生态制剂组的11.7%；存活率为93%，高于其他试验组，存活率及增重率较对照组提高6.9%和58.4%。

表4 优势浮游植物种群组成变化表

组别 天数 优势浮游种群组成

对照组 1 绿藻-蓝藻

10 绿藻-蓝藻

20 绿藻-蓝藻

试验1组 1 绿藻-蓝藻

10 绿藻-硅藻

20 绿藻-硅藻

试验2组 1 绿藻-蓝藻

10 绿藻-硅藻

20 绿藻-硅藻-隐藻

试验3组 1 绿藻-蓝藻

10 绿藻-硅藻

20 绿藻-硅藻

试验4组 1 绿藻-蓝藻

10 绿藻-硅藻-隐藻

20 绿藻-硅藻-隐藻

表5 试验期间各试验中华鳖生长指标

组别 试验初 试验末

总数/个 平均体重/g 总数/个 平均体重/g

增重率/%存活率/%

对照组 1 000 350 870 387±0.56 10.6±0.32a 87

试验1组 1 000 350 890 391±0.61 11.7±0.21a 89

试验2组 1 000 350 910 403±0.57 15.1±0.26b 91

试验3组 1 000 350 900 399±0.63 14.0±0.35b 90

试验4组 1 000 350 930 409±0.49 16.8±0.33c 93

3 讨论

生物浮床技术是近年来应用广泛的生物修复水质的技术之一。生物浮床技术主要是利用浮床植物从水层中吸收氮、磷等植物生长所必需的营养物质，转化为自身的结构物质，通过对水质中氮、磷等营养盐的富集、去除达到修复水质的目的。浮床植物对污染水质中的营养物质的去除效果已有较多的研究报道，但是由于研究条件和浮床植物各不相同，去除率的指标没有可比性。

本试验选择的浮床植物为具有经济价值的水生蔬菜：空心菜和水芹菜，不仅能去除水中的污染物质，还能营造水上景观和为养殖户创造额外的经济利益；研究条件为集约化、高密度控温养殖模式下的温室。试验结果表明：在整个试验期间，复合生物浮床试验组效果明显好于对照组和其他试验组，各项水质污染指标均呈逐渐降低趋势，溶解氧有逐渐增高的趋势；且浮游植物群落组成由绿藻-蓝藻型转向绿藻-硅藻型，水质逐渐变好。

此外，生物浮床不仅可以去除水中营养物质、消减浮游生物，还能在提高生物的多样性的基础上，促进生物的生长。中华鳖胆小怕惊而生物浮床本身具有遮挡阳光、涡流饵料的效果，能为中华鳖提供良好的休息场所。本试验的研究结果表明：养殖水体在使用生物浮床后发病率明显下降，其中空心菜＋水芹菜组合效果最好，中华鳖存活率和死亡率较对照组分别提高6.9%和58.4%；栽培空心菜的试验池增重率较对照组提高584%，主要原因是因为中华鳖在没有空心菜的池中每小时要多次上浮下沉。有空心菜的池中华鳖摄食后进入空心菜的根内，基本保持不动，减少新陈代谢的消耗，从而提高生长效率。

参考文献：

[1] 刘长发，綦志仁，何洁，等．环境友好的水产养殖业——零污水排放循环水产养殖系统[J]．大连水产学院学报，2002，17 (3)：220-226

[2] 温志良，张爱军，温琰茂．集约化淡水养殖对水环境的影响[J]．水利渔业，2000(4)：19-20

[3] 房英春，刘广纯，田春．养殖水体污染对养殖生物的影响及水体的修复[J]．中国水产，2005(4)：78-80

[4] REETA D，W ILK IE A C．Nutrient Removal by Floating Aquatic Macrophytes Cu ltured Inanaerobically Digested Flushed Dairy Manure Waste water[J]．Ecological Engineering， 2004，14 (22)：27-42

[5] 吴伟，周国勤，杜宣．复合微生态制剂对池塘水体氮循环细菌动态变化的影响[J]．农业环境科学学报，2005，24(4)：790-794

[6] 张志勇，冯明雷，杨林章．浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N2O的排放[ J] . 生态学报，2007，27 (10)：4333-4341

[7] MONNET F，VAILLANT N，HITMI A， et al．Treatme t of Domestic Waste water U sing the Nutrient Film Technique (NFT) to Produce Horticultural Roses[J]．Water Research，2002，6 (14)：3489-3496.

[8] 周小平，王建国，薛利红，等．浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究[J]．应用生态学报，2005，16(11)：2199-2203

[9] STUYFZAND P J，KAPPELHOF JW N M．Floating，High Capacity Desalting Islands on Renewable Multi Energy Supply [J]．Desalination，2005，177(1/2/3)：259-266

[10] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法[M]．4版．北京：中国环境科学出版社，2002：223-281

[11] 杨敏文．快速测定植物叶片叶绿素含量方法的探讨[J]．光谱实验室，2002，19(4)：478-481

[12] 张汾．现代水质监测分析技术[J]．水处理技术，2005，31(16)：85

[13] 黄婧，林惠风，朱联东，等．浮床水培蕹菜的生物学特征及水质净化效果[J]．环境科学与管理，2008，33 (12)：92-94

Purification effect of bio-floating bed composed of aquatic

vegetables on the water Quality of soft-shelled turtle culture pond

NIU Ying

--------------------------------------------------------------------------------

hao1，SUN Hong

--------------------------------------------------------------------------------

yan1，LIU Wen

--------------------------------------------------------------------------------

qing1，LI Quan

--------------------------------------------------------------------------------

zhen2，ZHAO Bao

--------------------------------------------------------------------------------

hua1

(1. College of Life Science, Hebei Normal University,Hebei Shijiazhuang 050024，

2.Department of Diseases Supervision,Hebei Fisheries Bureau, Shijiazhuang 050011,China)

Abstract：Effect of water spinach, oenanthe stolonifera, (all of which grew in floating bed) and Microecologics on water quality of Pelodiscus sinensis cultivation, which considered dissolved oxygen, total nitrogen，ammoniacal nitrogen（NH3-N），nitrate nitrogen（NO2--N），nitrate nitrogen（NO3--N），COD，chlorophyll a and so on as the main water quality index. The result demonstrated that total nitrogen，ammoniacal nitrogen（NH3-N），nitrate nitrogen（NO2--N），nitrate nitrogen（NO3--N），COD，chlorophyll a and so on gradually decreased in sequence of group water spinach ＋oenanthe stolonifera, group water spinach ,group oenanthe stolonifera and group Microecologics ,while dissolved oxygen gradually increased in sequence of group Microecologics ,group oenanthe stolonifera, group water spinach and group water spinach ＋oenanthe stolonifera; Compared with control group, in the experimental group, the variety and proportion of diatom and Cryptomonas in phytoplankton increased ,however, the proportion of blue-green algae reduced; The composition of phytoplankton turned to Type green alga-diatom from Type green alga-blue-green algae; In zooplankter, the number of wheel animalcule rised; Experimental group could obviously increase the quantity of plankton, accelerate biological cycle, effectively lower the harmful bacteria in water body and increase beneficial flora; Various kinds of physicochemical factors and beneficial flora continuously turned to beneficial aspects during the test; The livability and rateofbodyweightgain of Pelodiscus sinensis in group water spinach＋oenanthe stolonifera respectively increased 6.9% and 58.4%;The result showed that using floating bed to cultivate aquatic vegetable could promote the circulation of materials in body of water and strengthen the self-purification of water body.

Key words：Eutrophication;Biological floating bed;Swamp Morningglory; Cress, Water quality standard

（收稿日期：2013-12-08；修回日期：2013-12-24）