陶玲 李晓莉 宋超峰

摘要：采用小试测坑试验研究了池塘养殖尾水中氮、磷营养物质在莲藕（Nelumbo nucifera Gaertn）和茭白（Zizania aquatica L.）两种水生经济植物种植中的消减和循环利用效果。结果显示，表面流运行方式下，两种植物种植测坑出水中溶解氧均显著升高且水温显著降低；两种植物种植测坑对养殖尾水中NO2--N、NH4+-N、总氮、总磷及高锰酸盐指数（CODMn）去除率分别达到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70% 和23.00%～30.65%，且随着水力负荷增加，莲藕和茭白种植测坑对总氮的去除效果均显著降低。利用莲藕和茭白对池塘养殖尾水进行循环利用，使池塘养殖尾水中的养分和水分得到双重循环利用，是降低水产养殖污染排放和改善池塘养殖环境的有效方法和途径。

关键词：池塘养殖；水生植物；物质循环利用；种养结合

中图分类号：X52 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）03-0034-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.03.009 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The nutrient recycling effects of two economic aquatic plant lotus（Nelumbo nucifera Gaertn） and water bamboo （Zizania aquatica L.） on nitrogen and phosphorus nutrient of aquaculture wastewater were studied based on the testing-hole experiment. The results showed that under surface flow operation， the dissolved oxygen in the outflow of both water bamboo planted testing-hole and lotus planted testing-hole significantly increased， meanwhile the water temperature in the outflow significantly decreased. The removal rate of the planted testing-hole for NO2--N，NH4+-N，TN（total nitrogen），TP（total phosphorus） and CODMn reached by 11.30%～26.27%，8.30%～26.60%，1.87%～20.60%，10.79%～19.70% and 23.00%～30.65% respectively. The removal efficiency of lotus and water bamboo cultivated testing-hole for TN significantly decreased with the increasing hydraulic loading rate. Ex-situ treatment of aquaculture wastewater by lotus and water bamboo plantation is an effective way for improving the pond environment and reducing wastewater discharge by recycling water and nutrients in the aquaculture wastewater.

Key words： pond aquaculture； aquatic plants； nutrient recycle； agriculture-aquacultue integration

近20年來，中国池塘集约化养殖投入了大量饵料、肥料和药物，导致了每年近3亿m3养殖尾水的排放，加剧了江河湖库的富营养化和污染程度，同时地表水污染和生态环境恶化使得可用作水产养殖的地表水源越来越紧张。虽然与人类其他活动向水体排污量相比，水产养殖的排污量所占比重还不算大，但由于水产养殖区大部分水体交换条件差，易产生累积污染。池塘养殖当前急需解决的问题是如何提高产量的同时保持环境的可持续性发展[1]。当前对养殖尾水的净化和回用的生态净化技术主要包括人工湿地技术[2，3]、生物塘技术、生物浮床技术以及稻田异位净化技术[4-7]等。考虑到长江流域南方平原湖区以及河流故道池塘养殖和水生经济植物种植比较普遍，富含氮、磷的池塘养殖尾水是水生经济植物生产的营养来源，将水生植物种植生产与池塘养殖有效复合用于循环利用池塘养殖尾水具有一定可行性。本研究结合平原湖区池塘养殖和水生植物种植生产特点，开展了两种常见水生经济植物种植对池塘养殖尾水中营养物质的循环利用试验，以期通过水生植物对氮、磷等营养物质的循环利用提高种养系统物质利用效率，为控制水产养殖污染和改善区域生态环境提供有效方法和途径，形成一种健康、可持续的池塘养殖模式。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在湖北省荆州市一养殖场的6个测坑（长×宽×高=1.5 m×2.0 m×1.2 m）中进行，每个测坑配备相对独立的供、排水装置，测坑中填埋40 cm深的底泥。莲藕（Nelumbo nucifera Gaertn）种植密度为行距0.5 m、株距0.5 m；茭白（Zizania aquatica L.）株高约30 cm，种植密度为行距0.3 m、株距0.3 m。运行时将测坑旁一个精养池塘养殖尾水通过水泵抽到莲藕和茭白测坑，进行表面流试验，考察莲藕和茭白对池塘养殖尾水的净化和利用效果。考虑到养殖池塘水质易在高温季节（7—8月）恶化并需要换水，本试验开展时间为2014年7—8月。表面流处理时间为9：00～15：00。调整进水管流量，使养殖尾水在莲藕和茭白测坑表面作缓慢流动并经出水管排出，在水力负荷分别为0.45和0.27 m/d（进水流量0.08和0.13 m3/h）条件下，取测坑进、出水样检测。不同水力负荷下，分别采集3次水样进行分析。

1.2 水样分析方法

水样水温（T）、溶解氧（DO）、pH及电导率（EC）等理化指标利用多功能水质在线分析仪（YSI）测定，氨氮（NH4+-N）、亚硝态氮（NO2--N）、总氮（TN）、总磷（TP）以及高锰酸盐指数（CODMn）测定及处理方法参照文献[8]。底泥中有机质含量测定采用550 ℃灼烧法，用烧失量（Loss-on-Ignition，LOI）表示；底泥TN和TP经消解后参照水中TN和TP方法测定。

1.3 数据分析

所有数据采用SPSS 18.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 进出水理化特征

由表1可以看出，试验期间水温较稳定，进水水温波动范围为31.80～32.67 ℃；在水力负荷为0.27 m/d时，莲藕测坑出水中水温显著降低；在水力负荷为0.45 m/d时，莲藕测坑和茭白测坑出水中水温均显著降低。比较各测坑进出水中溶解氧含量变化，发现在两种水力负荷条件下，莲藕测坑和茭白测坑出水中溶解氧含量均显著增加，且在水力负荷为0.27 m/d时，茭白测坑出水中溶解氧含量显著高于莲藕测坑出水；在水力负荷为0.45 m/d时，茭白测坑出水中溶解氧含量显著低于莲藕测坑出水。莲藕测坑和茭白测坑出水中电导率与进水相比，在0.27 m/d水力负荷下，均有所下降但差异均不显著；在0.45 m/d水力负荷下，茭白测坑出水电导率有所增加，莲藕测坑出水中有所降低，但差异也不显著，电导率波动范围为542.00～590.66 μS/cm。莲藕测坑和茭白测坑出水中pH与进水相比均有所升高，但差异均不显著，pH波动范围为7.68～8.09。

2.2 表面流条件下水生植物对养殖尾水利用效果

由表2可知，植物测坑对NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分别达到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。比较相同水力负荷条件下两种植物种植测坑对营养物质的净化效果差异，其中在0.27 m/d水力负荷下，茭白测坑对养殖尾水中NH4+-N的去除率显著高于莲藕测坑，但在0.45 m/d水力负荷下差异不显著；相同水力负荷下，茭白测坑和莲藕测坑对NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差异均不显著。比较同种植物测坑在不同水力负荷条件下的去除效率发现，随水力负荷增加，莲藕测坑对NH4+-N的去除率显著升高，茭白测坑和莲藕测坑对TN的去除率随水力负荷提高均显著降低，而TP和CODMn去除率随水力负荷升高没有显著变化。

2.3 底泥总氮、总磷和有机质含量变化

通过测定养殖尾水循环利用前后测坑底泥中TN、TP和有机质含量变化，考察利用茭白和莲藕测坑净化养殖尾水对底泥营养物质累积的影响。结果（表3）表明，茭白和莲藕测坑底泥中TN含量在养殖初期分别为0.88、0.90 mg/L，经池塘养殖尾水表面流运行后，茭白和莲藕测坑底泥中TN含量分别达到1.11、1.03 mg/L，均有升高的趋势，但差异不显著，且茭白测坑中TN的升高幅度大于莲藕测坑。茭白和莲藕测坑底泥中TP和有机质含量在表面流运行后均呈降低趋势，TP含量分别由1.68、1.90 mg/L下降至1.57、1.70 mg/L，有机质含量分别由6.06%、5.88%下降至5.38%、5.19%。

3 小结与讨论

3.1 讨论

水生植物栽培可以对环境污染起修复作用，鱼塘栽培水生植物可有效改善鱼塘水质，减少水产养殖的污染[9，10]。朱雪超[11]研究了藕田处理生活污水的效果。沈汉庭等[12]研究结果表明，藕田套养泥鳅和黄鳝经济效益提高。在浙江省嘉兴市北部低洼田改造中改水稻种植为莲藕、南湖菱（Trapa acornis）、茭白等适合当地的水生经济作物种植，同时结合种养模式探索，创新了一批农田藕鱼共生、鱼塘套种南湖菱等生态种养模式，已取得较好的社会经济效益[13]。与上述研究中利用水生植物原位利用池塘多余营养物质不同，水生植物异位利用池塘养殖尾水不在池塘内构建设施，不影响池塘养殖生产操作，就近利用藕塘和茭白种植塘，不会另外增加使用面积。因此，利用水生植物种植塘对池塘养殖尾水进行循环利用是一种互利且可行的方式。可以達到的目的主要有：一是在高温季节将部分水质超标的池塘水体抽入植物种植塘净化后回用到池塘解决池塘换水问题，也可通过水生植物塘进行表面流净化搅动池塘水体进行循环微流水养殖；二是在养殖结束干塘时将富含氮、磷的池塘养殖尾水收集到植物种植塘经深入净化后排放到周围水域，解决养殖尾水排放问题；三是当外源水质不达标，但在高温季节池塘又需要补水时，外源水体可通过植物塘的净化后再引入池塘补水。另外，植物种植塘可将收集的多余雨水供养殖池塘补水用，减轻过高水位对水生植物生长的影响并增加养殖池塘水量。

本研究结果表明，表面流运行方式下，莲藕测坑和茭白测坑出水中溶解氧含量均显著增加，这可能与空气中氧气的溶入以及植物根部泌氧有关[14]。莲藕测坑出水中水温在两种水力负荷条件下均显著降低，茭白测坑出水中水温在0.27 m/d水力负荷条件下时也显著降低，原因可能是莲藕和茭白植株遮阳作用使进入测坑的池塘养殖尾水的温度降低。植物净化塘的水体降温作用对预防夏季池塘水体温度过高具有积极意义。表面流运行方式下，茭白测坑和莲藕测坑均对养殖尾水有一定净化效果，对NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分别达到1.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。虽然与人工湿地相比去除率较低[15]，但利用莲藕和茭白种植塘进行异位净化不需要额外构建成本，经济适用性更强。

比较不同植物对养殖尾水的净化效果，发现仅在0.27 m/d水力负荷下，茭白测坑对养殖尾水中NH4+-N的去除率显著高于莲藕测坑，而对NO2--N、TN、TP和CODMn的去除率差异均不显著，表明利用莲藕和茭白净化和回用养殖尾水时，水生经济植物种类的影响较小，在实际应用当中可根据区域特点和经济效益选择适当水生经济植物。随水力负荷增加，茭白测坑和莲藕测坑对TN的去除率显著降低，而对TP和CODMn的去除率没有显著变化，表明在养殖生产中应根据池塘养殖尾水中NH4+-N和NO2--N等有害物质浓度及TN和TP等水体营养水平而调整水力负荷，有针对性地控制池塘中有害物质含量和调控水体营养水平，特别是在养殖末期对养殖尾水进行净化后再排放时，选择最佳的水力负荷条件达到最佳的减排效果。池塘养殖尾水在植物测坑中表面流运行后，茭白和莲藕测坑底泥中TN含量均有升高趋势，而TP和有机质含量呈降低趋势，但相较运行前差异均不显著，表明将养殖尾水引入水生经济植物种植塘进行净化和资源化利用不会导致底泥营养物质过多的积累，养殖尾水中的营养物质可能大部分被植物吸收和利用，转化成具有一定经济效益的农产品。

通过莲藕和茭白种植塘循环利用池塘养殖尾水是针对长江中下游及南方平原湖区以种养结合实现以水为载体的物质能量循环利用，把单纯的池塘养殖和区域水土资源综合利用紧密联系在一起。因此，在进行农业规划和池塘养殖生态规划和布局时，可在养殖池塘进行升级改造时配备水生经济植物种植塘，同时利用生态工程技术对藕塘和茭白种植塘进行适当工程设施改造，通过循环经济的方式使池塘养殖尾水进行循环利用和达标排放，提高养殖区域内的物质利用效率，形成一种新的池塘养殖模式。

本试验仅初步研究了茭白和莲藕常规种植密度下对养殖尾水的循环利用效率，生产实际中应用时可根据水生经济植物的生物量和经济效益选择合适的物种和种植密度。另外，本试验仅研究了特定养殖废水用水泵抽入水生植物测坑中的净化效果，今后应根据养殖尾水营养负荷对种植塘与池塘养殖的面积配比进一步进行研究，为生产实践提供指导。

3.2 小结

表面流运行方式下，在水力负荷为0.27、0.45 m/d条件下，莲藕和茭白两种植物测坑对养殖尾水中NO2--N、NH4+-N、TN、TP及CODMn去除率分别达到11.30%～26.27%、8.30%～26.60%、1.87%～20.60%、10.79%～19.70%和23.00%～30.65%。随着水力负荷增加，莲藕和茭白种植对养殖尾水中总氮的去除效果均显著降低。

种植莲藕和茭白对池塘养殖尾水进行循环利用，构建形成了种养结合模式，使池塘养殖尾水中养分和水分得到双重循环利用，有利于废水达标排放并提高物质利用效率，是预防性治理和控制农业面源污染的有效方法和途径。

参考文献：

[1] BOSMA R H，VERDEGEM M C J. Sustainable aquaculture in ponds：Principles，practices and limits[J].Livestock Science，2011，139（1-2）：58-68.

[2] 李 谷，钟 非，成水平，等.人工湿地-养殖池塘复合生态系统构建及初步研究[J].渔业现代化，2006（1）：12-14.

[3] 吴振斌，李 谷，付贵萍，等.基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能[J].农业工程学报，2006，22（1）：129-133.

[4] 朱建强.渔农复合生态系统水循环利用技术研究报告[R].湖北荆州：长江大学，2010.

[5] WU Q X，ZHU J Q，ZHOU Y，et al. Purification effect of paddy field on fertile water from fish pond under different water management modes[A].Proceedings of 2011 International Symposium on Water Resource and Environment Protection[C].Xian，China：IEEE Press，2011.2687-2691.

[6] ZHOU Y，ZHU J Q，LI G. The nutrients in the fertile water from fish pond assimilated and utilized by paddy field[A].Proceedings of 2011 International Symposium on Water Resource and Environment Protection[C].Xian，China：IEEE Press，011.2695-2698.

[7] ZHOU Y，ZHU J Q，LI G. Study on purification of acquaculture wastewater from fish pond with compound Eco-Ditch[A].Proceedings of 2011 International Conference on Ecological Protection of Lakes-Watershed and Application of 3S Technology Workshop[C].Nanchang，China：EPLWW3S Press，2011.211-216.

[8] 国家环境保护总局《水和尾水监测分析方法》编委会.水和尾水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[9] 胡绵好，袁菊红，杨肖娥.水生蔬菜对富营养化水体净化及资源化利用[J].湖泊科学，2010，22（3）：416-420.

[10] LI W X，LI Z J. In situ nutrient removal from aquaculture wastewater by aquatic vegetable Ipomoea aquatica on floating beds[J].Water Science and Technology，2009，59（10）：1937-1943.

[11] 朱雪超.人工湿地藕田处理污水净化效果及其综合评价研究[D].河北保定：河北农业大学，2012.

[12] 沈汉庭，吉桂山，顾茂才，等.鱼藕共生生态工程增益减耗效果研究[J].农村生态环境，2001，17（3）：17-20.

[13] 周 萍.秀洲区北部发展水生蔬菜的优势与措施[J].浙江农业科学，2010（3）：466-468.

[14] WU H M，LIU J F，ZHANG J，et al. Comparative quantification of oxygen release by wetland plants：Electrode technique and oxygen consumption model[J].Environmental Science and Pollution Research International，2014，21（2）：1071-1078.

[15] 张世羊，常军军，高毛林，等.曝氣对垂直流湿地处理水产养殖废水脱氮的影响[J].农业工程学报，2015，31（9）：235-241.