入侵种水葫芦的现状研究

浅谈外来入侵植物水葫芦(Eichhornia crassipes)的研究

水葫芦又名凤眼莲(Eichhornia crassipes)，属雨久花科凤眼莲属，为多年生漂浮性草本植物。由于水葫芦适应性强，繁殖快，被世界各国公认为最重要的生物入侵物种之一【1】1901 年，凤眼莲被作为观赏植物引入中国。上个世纪五六十年代在我国粮食极度短缺时期被作为猪饲料广泛放养于南方的湖塘水泊[6]。目前，我国南部17个省市都存在严重的水葫泛滥问题，水葫芦是世界十大害草之一[3]。

水葫芦根状茎，粗短，密生多数细长须根；叶基生，莲座式排列，叶片卵形、倒卵形至肾圆形，大小不一，宽约4cm-12cm，光滑，叶柄基部带紫红色、膨大呈葫芦状的气囊；有紫色亮丽的花朵，最上面的花瓣上有一块蓝色的扇型斑块，中央点缀着一个桃形鲜艳黄斑；绿叶杯状，叶茎基部膨大，使植株能够漂浮在水面；花茎单生，中部有鞘状苞片，穗状花序有花6 朵-12 朵；花被6裂，紫蓝色，上部的裂片较大，在蓝色的中央有鲜黄色的斑点，外面的基部有腺毛；雄蕊3长3短，长的伸出花外，花丝不规则地结合于花被内；子房长圆形；茹果卵圆形。水葫芦生物学特性简介

危及公共安全

水葫芦的滋生蔓延，不仅给生态环境带来严重危害，而且大量淤塞河道，阻塞过水建筑物，严重影响排洪、排涝和航道畅通。

危及生态环境

水葫芦的过量繁殖，给生态环境带来了严重的影响[41]：一是造成水质恶化，使水体变黑变臭；二是生长区内形成优势物种，降低光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长，导致其它水生植物减少甚至灭绝；三是为有害病菌和蚊蝇等生物提供滋生的条件，危及人们的身体健康，破坏良好的水生态环境。

危及生产生活

根据调查分析，水葫芦主要分布在河道中下游地区、人为活动密集的村落水库、水闸闸前、池塘[41]。水葫芦的大量繁殖，使水体流速下降，水的PH 值和溶解氧浓度降低，水中二氧化碳的浓度增高，使水体变黑变臭，水生动植物大量死亡，水质加速恶化，形成恶性循环。

5.1 水葫芦能源化

水葫芦能源化利用，可获得数量可观的生物质能。近年来水葫芦能源化利用主要集中在水解和发酵、炭化、气化、固化成型、厌氧消化以及综合利用等方面。

5.1.3 固化成型技术

将晒干的水葫芦粉碎后过筛，经机械压缩制成块状或球状的固体燃料，Thomas等认为这是处理水葫芦较可行的方式之一[15]。水葫芦压缩制成的固化燃料的热值为8.3 GJ/m3,与木炭9.6 GJ/m3 相当。固化成型技术对原料的含水率有严格的要求，一般要求在10%～15%[16]。水葫芦的含水量高晾晒需要的较大场地和较长时间，运输和晾晒要投入大量的人力和物力，这种技术成本较高。

5.1.4 气化

气化是在一定的热力学条件下，利用气化剂将生物质中的碳氢化合物转化成含CO和H2等可燃气体的过程。可燃气的主要成分有H2、CO和CH4。水葫芦气化产生气化剂有空气、氧气、水蒸气、水蒸气- 氧气混合气等。吴志达等[17]研究表明，以水蒸气作为气化剂比空气能得到更多氢气的含量，可以通过改变两者的比例来改变所得气体的组成；随着气化温度提高，H2 和CO 含量增加，产气率也有所提高；可燃气体组成类似于石油热裂制气，其热值与水煤气相当。水葫芦气化技术存在与固化成型、炭化以及焚烧等技术同样的问题，直接影响了水葫芦的能源化利用，鉴于水葫芦较高含水率的特点，水葫芦厌氧消化产气无疑是比较经济可行的方式。

5.1.5 厌氧消化

将水葫芦厌氧消化处理产气是近年来研究的热点，不但较好地解决了水葫芦的出路问题，而且可以提供清洁的能源以及优质的有机肥料，符合循环经济的要求。根据产气的种类不同分厌氧产氢和厌氧产和厌氧产沼气两类。有研究者将其与适量的消化污泥接种也有研究采用牛粪作为接种体[22]；往水葫芦或者水葫芦与牛粪的混合物中添加镍也可以使产气量增加[23]。程军等[18]以沼气池污泥和水葫芦为混合发酵底物，以活性污泥煮沸处理后扩大培养的优势产氢菌株为接种物，研究其发酵产氢特性及影响因素，试验表明,在沼气池污泥底物中必须加入优势产氢菌株作接种物才能产生大量H2 。兰吉武等[19]对水葫芦厌氧发酵产气规律进行了研究，结果表明，35℃与55℃相同接种比例条件下，55℃条件下产气量更大，产气速度明显加快,但系统酸化阶段没有明显缩短；接种率为1：1左右有利于反应的进行。Verma等[20]利用处理电镀废水的水葫芦生产沼气，结果表明用处理电镀废水的水葫芦生产沼气，沼气产量更大，甲烷的含量也更高。

5.2 燃料

水葫芦含有木质素和纤维素，经过气化、高温分解和碳化后可以制得木炭。但由于水葫芦的高含水量及空气干燥的水葫芦中的灰分含量高(40%)，不能生产出高质量的木炭[15]。直接燃烧其燃烧值也只有113 GJ/m3。与燃烧值为918 GJ/m3的木柴相比，其利用价值不高。利用水葫芦中的纤维素作为碳水化合物原料，经过水解发酵处理后，可以制得乙醇等液体燃料。由于水葫芦要进行预处理需较大的能量所以该技术不具实用性。季萍[21]则使用了一种转化的新方法：将水葫芦风干洗净后，接种诱变菌，60℃下发酵5天，10 g/L (纤维素含量) 的水葫芦可制得6.0 g/L的酒精。

5.3 饲料

水葫芦在我国大陆最初的用途是作为饲料。水葫芦既可作干饲料又可作青贮饲料。水葫芦干重中的12.07%为粗蛋白[24]，说明它是反刍类畜禽的一种很好的替代饲料。由于水葫芦茎中含有大量的空隙且充满空气，作为饲料时就会导致动物大量的摄入水分和空气，而且这些水分会让其产生饱感[25]，故应将其切碎以减少空气及水分含纳能力。青贮水葫芦饲料的适口性要比配合饲料差，饲喂时要先喂水葫芦青贮饲料后喂配合饲料。

5.4 肥料

5.4.1 有机肥

水葫芦堆肥能够保证大部分的氮、磷和钾都保留在肥料中，是一个切实可行的利用水葫芦的方法，并且水葫芦的降解使得营养元素矿化从而利于植物吸收。为提高生物降解，应将水葫芦切成小段以增加微生物与水葫芦接触面积，从而取得较好的堆肥效果。水葫芦有机肥已经有了许多应用研究，用水葫芦有机肥施种的稻田，产量有所提高，达到了每公顷15t[26]；能促进玉米和芝麻籽粒产量增加及微量元素养分的吸收[27]。

5.4.2 绿肥

化学成分分析表明水葫芦有较高的营养物质含量,因此可以考虑用作绿肥。水葫芦晒干后可以直接施于田中翻耕入土[28]，也可以将新鲜植株切碎抛洒，但需用土覆盖以减少因氮挥发而造成的营养损失。另外，没有完全晒干的水葫芦在作为绿肥应用时，会继续在土壤中生长，所以应用时要对其进行破碎处理。

5.5 其他方式

随着研究的深入，水葫芦的利用方法也越来越多。如水葫芦晒干后，可以作为造纸原料[32]；水葫芦的药用价值也逐渐被开发利用[29]。张祖堂等[30]利用水葫芦代替部分稻草栽培草菇，实验结果表明，用水葫芦20%的培养料栽培草菇，每10 m2可比对照增产鲜菇112kg，经济效益比增2212 元；用量40%的分别增长017 kg 和2710 元；用量60%的，产量下降了013 kg，但经济效益仍然比增2412 元；用水葫芦制作温室栽培苗钵的研究也取得了成功[31]。

6 水葫芦对水体净化作用的研究进展

水葫芦不仅是一种优良的水生性植物饲料、绿肥，而且能有效地改良水质，降低水的污染程度。水葫芦的生长状况反映了水体的污染程度，对污水也有一定的净化作用。经水质测定结果表明，当平均照度1379 Lx、平均水温15℃时，测得每公斤水葫芦可以从水体中吸收PO43-- P 5.0㎎/d，吸收NO2-- N和NH4+- N 47.9㎎/d，并且在5d内消除水体中的