不同水生动植物组合对富营养化水体的净化效应

第36卷 第4期

水生生物学报

Vol. 36, No.4 2012年7月

ACTA HYDROBIOLOGICA

SINICA

Jul., 2 0 1 2

收稿日期: 2011-09-17; 修订日期: 2012-03-14

通讯作者: 向文英(1965—), 女, 重庆市人; 博士, 副教授, 硕士生导师; 主要从事高压水射流理论、水力学与水文学、河流动力

学方向的研究。E-mail: xwy829@

DOI: 10.3724/SP.J.1035.2012.00792

不同水生动植物组合对富营养化水体的净化效应

向文英 王晓菲

(重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆400045)

REMEDIATION OF DIFFERENT AQUATIC ANIMALS AND PLANTS ON

EUTROPHIC WATER BODY

XIANG Wen-Ying and WANG Xiao-Fei

(College of Urban Construction and Environmental Engineering , Chongqing University , Chongqing 400045, China )

关键词: 富营养化; 生态修复; 生物操纵; 鲢; 鳙; 水生植物

Key words: Eutrophication; Ecological restoration; Biomanipulation; Silver carp; Big Head; Aquitic plant 中图分类号: X142 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2012)04-0792-06

随着城市经济的快速发展, 湖泊、水库等水生生态系统的富营养化已成为世界普遍存在的环境问题之一。水体富营养化源于流入水体中的过量营养物质(如N 、P 等)。在温度和光照作用下, 富营养化水体中的藻类大量繁殖, 致使水质下降, 水体功能退化, 甚至失去资源和景观价值。不但湖泊、河流、水库等水体的营养物质负荷量不断增加, 水体不断恶化[1, 2], 而且人工湖泊、景观池等人工水体也受到富营养化影响。

富营养化水体的净化技术主要有物理法、化学法和生物法。生物法较其他两种方法具有不易产生二次污染、廉价和易操作等特点。在生物修复方法中利用水生植物处理富营养化水体的研究日益增多, 已经受到广泛关注, 并且取得一定成果[3—5]。同时在生物修复中生物操纵技术也成为富营养化水体净化研究的热点。生物操纵技术的基本概念, 最早是由Shapiro 提出来的, 其主要原理是调整鱼群结构, 保护和发展植食性的浮游动物, 从而控制藻类的过度生长, 其核心是利用浮游动物(Zooplankton)滤食浮游藻类, 增加水体透明度[6, 7]。生物操纵在我国武汉东湖等地方已有实践证明, 利用鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类直接滤食浮游植物, 从而可以有效的净化富营养化水体

[8]

, 这种方法属于非经典生物操纵[9—12]。但也有研究表明,

鲢鱼和鳙鱼的引入可能使藻类小型化, 而藻类的密度和

总生物量不降甚至升高[13]。

众多研究表明, 水体富营养化作为生态问题, 单纯依靠单一动植物或者单一的方法, 很难有效的控制水体富营养化。因此本文研究利用多种水生植物和滤食性鱼类的不同搭配组合, 构建多个小型生态系统, 对静态富营养化水体进行生态修复, 研究其对富营养化水体的净化效果, 从而选择出较为高效的水生动植物搭配, 为富营养化水体的净化研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验方法

本试验采用人工模拟的室内实验, 于2011年5月至2011年7月在实验室内进行。试验用水取自重庆大学民主湖湖水, 水质的初始总氮(TN)为6.1 mg/L, 总磷(TP)为0.67 mg/L, 叶绿素a 含量为0.165 mg/L, pH 为7.8, 各项指标均显示水体已呈富营养化状态。

试验共设置长宽高分别为60 cm 、30 cm 、30 cm 的玻璃鱼缸8个, 光照采用实验室窗户射入的自然光光照。向每个实验玻璃鱼缸中加入50L 民主湖湖水, 先将试验水体静置两天使实验系统初始状态基本一致, 然后测定各组合的初始水质, 再引入水生动植物开始试验。实验期间, 水温在20—29℃之间, 用蒸馏水补充蒸发的水量, 并

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且在此期间, 对各实验鱼缸不投放任何饵料。

1.2试验材料

本研究通过查阅了大量资料并且深入实地调查和比较, 本着本土性、适应性、强净化性和可操作性等的原则, 选择了具有较高环境价值的3种水生植物: 狐尾藻、鱼草和椒草。

鱼草(Cabamba carolimana Gray)又名竹节水松, 睡莲科盾叶草属, 多年生水生柔弱草本, 茎细长, 节上生根。狐尾藻(Myriophyllum clatinoides)是小二仙草科, 狐尾藻属, 多年生沉水草本, 在我国南北方均有分布, 轮生叶聚集一簇, 形如狐狸尾巴, 生于池塘湖泊中, 是水面绿化的良好材料。椒草(Cryptocoryne blassii)多年生水生草本, 耐旱性较高的匍匐水草, 以偶生的方式进行繁殖, 适宜做水族箱的背景草本。

本试验所用的水生植物狐尾藻取自重庆大学民主湖湖泊中, 鱼草及椒草取自重庆望海花草市场。试验选取茎长均在25—30 cm之间的水生植物, 植物均生长良好, 试验期间, 植物根茎全部悬浮与水体中。

试验用鱼类选择滤食性鱼类鲢鱼(Hypophthalmich-thysmolitrix)和鳙鱼(Aristichthys mobilis), 这两种鱼类在许多试验研究中被证实对藻类有很好的的去处效果[14, 15]。试验用鱼购自重庆长寿湖附近的渔场, 均为同一批次的小鱼苗。

1.3试验设置

本试验采用三种水生植物和两种滤食性鱼类进行搭配组合, 设置7个不同处理组合, 设置1个空白对比组合, 其中每一个组合中植物数量为9—10株, 每一株植物茎长均在25—30 cm之间, 鱼类的数量为6尾, 鱼身平均长为3 cm左右。

具体组合设置如下:

组合1: 狐尾藻(10株)、鲢鱼(6尾)

组合2: 鱼草(9株)、鲢鱼(6尾)

组合3: 椒草(10株)、鲢鱼(6尾)

组合4: 狐尾藻(10株)、鳙鱼(6尾)

组合5: 鱼草(9株)、鳙鱼(6尾)

组合6: 椒草(10株)、鳙鱼(6尾)

组合7: 鲢鱼(6尾)、鳙鱼(6尾)

组合0: 空白对比组(无植物、无鱼)

1.4检测指标及计算方法

取试验用水放入试验鱼缸, 待稳定2d后测定各组合水体的初始水质指标, 然后引入水生植物和鱼类, 投放后每7天进行一次采样, 测定其水质。

实验测试指标与方法如下:

总磷(TP): 采用过硫酸钾氧化钼锑抗分光光度法测定; 总氮(TN): 采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定; 叶绿素a(Chl.a): 采用丙酮提取分光光度法测定; pH和溶解氧(DO)分别用便携式pH计和便携式溶氧仪测定。

各项指标的测试方法均按《水和废水监测分析方法》[16]进行, 实验同时测定了水温。

去除率的计算公式为: 去除率=(C0—C1)/C0×100%, 其中C0为某水质指标的初始浓度, C1为取样时该水质指标的浓度。

1.5数据分析

实验重复3次, 试验数据均为平均数, 并用单因素方差分析方法和单侧t检验法对组间数据进行差异性显著分析, P<0.1被认为差异显著, P<0.01被认为差异极显著。

2结果与讨论

2.1 TN的去除效果分析

经过不同的水生动植物组合对各试验水体进行处理后, 每隔一定时间测定试验水体的水质, 并按照标准曲线及公式进行计算, 根据算的数据绘制不同实验水体各水质指标的浓度变化曲线。

由图1可以看出, 各组合对于试验水体的TN都有一定去除效果。各组合均在试验进行到第三周和第四周的时候, 去除效果达到最好, 随着气温的进一步升高, 随后的两周各组合试验水体中TN浓度都有一定的增加。比较各组合对试验水体TN的去除效果, 其中组合1和组合4去除效果最好, 组合1的试验水体在试验进行到21d的时候, TN浓度已经达到1.956 mg/L, 而组合4的试验水体TN 浓度达到0.436 mg/L, 其各自对TN的去除率分别为69.91%和93.29%, 比空白对照组的TN去除率分别高出31.23和54.61个百分点。而其他组合对于TN的去除率稍低, 其中去除效果最差的是组合7, 其TN最低的处理浓度为3.332 mg/L, 处理效率为48.58%。

图1 各实验水体的TN的浓度变化

Fig.1 The experimental water concentrations of TN

由以上比较可以看出, 只有滤食性鱼类没有水生植物的组合7, 对TN的处理效果低于其他各组合。在对TN