池塘養(yǎng)殖污染與生態(tài)工程化調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、池塘養(yǎng)殖是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要形式和水產(chǎn)品供應(yīng)的主要來源，據(jù)《中國漁業(yè)年鑒2010》資料，2009年我國有養(yǎng)殖池塘416.4萬公頃，養(yǎng)殖產(chǎn)量1852.91萬噸，占水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量51.2％以上．我國有悠久的池塘養(yǎng)殖歷史，是世界上最早開展生態(tài)養(yǎng)殖的國家，我國勞動(dòng)人民創(chuàng)造的“?；鶟O業(yè)”、“蔗基漁業(yè)”等生態(tài)模式和“八字精養(yǎng)法”等養(yǎng)殖技術(shù)，為世界水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，由于我國的多數(shù)養(yǎng)殖池塘建設(shè)于上世紀(jì)七、八十年代，目前普遍存在著養(yǎng)殖環(huán)境惡化、

2、設(shè)施破敗陳舊、坍塌淤積嚴(yán)重、污染嚴(yán)重、水資源浪費(fèi)大等問題，同時(shí)由于一直采用傳統(tǒng)的養(yǎng)殖生產(chǎn)方式，池塘養(yǎng)殖普遍還存在著養(yǎng)殖方式簡單，生態(tài)、經(jīng)效效益不高等問題，嚴(yán)重制約了池塘養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
　　 池塘養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立且完整的生態(tài)系統(tǒng)．影響池塘養(yǎng)殖的基礎(chǔ)因素包括池塘朝向、深度、長寬比等；影響池塘水體生態(tài)的物理因子主要有太陽輻射、天氣和氣候、溫度與分層、水文、水流等；影響池塘養(yǎng)殖的化學(xué)因子主要是水的組成、土質(zhì)、鹽度、pH值

3、、堿度和C02、硬度、酸度、有機(jī)物分解、氧化還原電位、氮、磷、硫等；影響池塘養(yǎng)殖的生物因子主要是池塘生態(tài)系統(tǒng)中種群、群落的作用關(guān)系．
　　 本文以江浙地區(qū)大宗淡水魚類池塘養(yǎng)殖為主要研究對(duì)象，分別從池塘養(yǎng)殖污染，池塘生態(tài)、池塘生態(tài)工程化技術(shù)和生態(tài)工程化養(yǎng)殖系統(tǒng)及調(diào)控方式4個(gè)方面進(jìn)行了研究，旨在為建立池塘生態(tài)工程化技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考．主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　 調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前養(yǎng)殖環(huán)惡化，江浙地區(qū)的多數(shù)河、

4、湖水質(zhì)在Ⅳ類水以上，已不適合養(yǎng)殖用水要求；池塘養(yǎng)殖水資源浪費(fèi)大，傳統(tǒng)大宗淡水魚類池塘養(yǎng)殖的需水量在4,-6.5 m3/kg魚之間；養(yǎng)魚池塘每年的TSS、CODM。、TN、TP直接排放量約為2280kg/hm2.a、199 kg/hm2.a，101 kg/hm2.a、5.0 kg/hm2.a;8、9月份，大宗淡水魚養(yǎng)殖池塘總氮、氨氮、硝氮、總懸浮物的平均濃度分別達(dá)到2.44 mg/L、0.56 mg/L、7.38 mg/L，0.01 mg

5、/L、165 mg/L以上；池塘底質(zhì)土壤的總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)含量分別超過自然土壤6.9、1.5和3.9倍，底質(zhì)沉積污染表現(xiàn)為氮素沉積>有機(jī)質(zhì)沉積>磷素沉積；養(yǎng)殖排水和底質(zhì)沉積污染是池塘養(yǎng)殖的主要污染形式．
　　 綜合國內(nèi)外氮、磷收支的分析方法，研究分析發(fā)現(xiàn)江浙地區(qū)大宗淡水魚養(yǎng)殖的氮輸入約為90.24 g/kg魚，其中飼料、肥料和外源水的輸入比例分別為80%、11%、9%；養(yǎng)殖水體排放氮為13.76g/kg魚，底質(zhì)沉積氮為57.0

6、4 g/kg魚，分別為養(yǎng)殖投入氮的15.2%和63.2%．傳統(tǒng)大宗魚類池塘養(yǎng)殖的磷收入為21 g/kg魚，其中飼料磷82%、肥料磷9.5%、水源帶入磷8%、降雨帶入磷0.2%；水產(chǎn)品磷支出占總投入磷的45.2%，水體排放磷為1.1 g/kg魚，占投入磷的5.3%和排放磷的9.7%；底質(zhì)沉積磷為10.38 g/kg魚，分別占投入磷的49.4%和排放磷的90.3%．
　　 調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，7～9月份上海地區(qū)大宗淡水魚養(yǎng)殖池塘水體有藻類

7、48種，浮游動(dòng)物24種，底棲生物15種；其中浮游植物平均密度3.10x107 cell/L，浮游動(dòng)物平均密度為15.8 ind./L，底棲生物平均密度為1079 ind./L，平均生物量為475 g/m2;浮游植物優(yōu)勢種群為藍(lán)藻、綠藻和硅藻；浮游動(dòng)物優(yōu)勢種類為萼花臂尾輪蟲（Brachionuscalyciflorus）、短尾秀體涵（Diaphanosoma brachyurum）和近鄰劍水蚤（Cyclops vicinus）；底棲動(dòng)物優(yōu)

8、勢種為方形環(huán)棱螺（B.purificata）梨形環(huán)棱螺（B.purificat）和長角涵螺（A．longicornis）。7～9月份山海地區(qū)池塘浮游植物的Shannon Wiener指數(shù)(H’)變化范圍在1.60-2.10之間，浮游動(dòng)物的Shannon Wiener指數(shù)范圍0～1.83，池塘水體葉綠素a濃度104.84～12.3 ug/L，卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)范圍為65～86，Margalef多樣性指數(shù)范圍為1.0～10.4，底

9、棲動(dòng)物Goodnight修訂指數(shù)(GB．I)指數(shù)為0.30～0.88，生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)為1.1．整體顯示為中等富營養(yǎng)化狀態(tài)。
　　 池塘藻類特征研究顯示，池塘水體中的藻類有明顯的季節(jié)變化、日變化和水層變化。藻類平均密度在冬、春季節(jié)最高，秋季最低；池塘水體中的藻類優(yōu)勢種一般為綠藻、藍(lán)藻、隱藻和硅藻，但有明顯的季節(jié)變化；不同藻類在不同時(shí)間內(nèi)所占的比例不同．藻類密度與水體中的氨氮和有效磷濃度有直接關(guān)系，池塘水體中的氨氮最高值一

10、般出現(xiàn)在夜間凌晨5:00階段，最低值出現(xiàn)在17:00前后，有效磷的最高值出現(xiàn)在夜間凌晨1:00階段，最低值出現(xiàn)在13:00前后，與水體的藻類密度呈負(fù)相關(guān)，反映了藻類對(duì)氮、磷的吸收狀況．不同季節(jié)影響浮游植物的關(guān)鍵理化指標(biāo)不同，水溫、營養(yǎng)鹽、pH等理化指標(biāo)是影響水體浮游植物密度、種類等指標(biāo)的主要影響因子．池塘水體的Chl.a有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，與水體的TP四季變化有較好的相關(guān)性，而與水體的TN和COD季節(jié)變化相關(guān)性不明顯，反映養(yǎng)殖水體中

11、的Chl.a受P影響較大，藻類的主要限制性因子為P．
　　 小球藻在養(yǎng)殖系統(tǒng)中生長特征和對(duì)養(yǎng)殖的影響作用研究發(fā)現(xiàn)，在光強(qiáng)4500Lx，水溫25℃條件下，小球藻在養(yǎng)殖水體內(nèi)呈Lgistic方式增長，K值為2543X104，r值為0.5913，最大可持續(xù)產(chǎn)量(MSY)為375.91xl04 cell/(mL-d)，養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)每106 cell/L小球藻的生產(chǎn)力為9.4 J/(L.d)．養(yǎng)殖水體的氮、磷濃度對(duì)小球藻的密度有影響作用，但

12、對(duì)藻類生長周期無顯著影響(P<0.05)；小球藻能夠有效吸收養(yǎng)殖水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)三態(tài)氮的吸收存在著差異；水溫25℃時(shí)，羅非魚幼魚的自然密度制約作用點(diǎn)為4.47g/L，小球藻能夠減輕養(yǎng)殖密度制約作用，有藻養(yǎng)殖可提高羅非魚苗的相對(duì)增重率37%以上，降低飼料系數(shù)4.1-45.8%，在養(yǎng)殖水體中培育小球藻可以改善水質(zhì)，提高養(yǎng)殖效果．
　　 主要生態(tài)工程化設(shè)施構(gòu)建和凈化效果研究表明，生態(tài)坡對(duì)池塘養(yǎng)殖水體中總氮、總磷、COD的凈

13、化效率分別為0.27 g/h．m2、0.015 g/h.m2和0.94 g/h.m2;對(duì)氨氮、亞硝態(tài)氮的去除率分別為46%和65%；對(duì)養(yǎng)殖水體中葉綠素a的去除率為8.8%；利用池塘坡面構(gòu)建生態(tài)水處理設(shè)施，具有凈化養(yǎng)殖水體、和延長池塘使用壽命和節(jié)約土地的作用．
　　 在水流速度為0.061 m/s的情況下，生物包對(duì)養(yǎng)殖排放水體中氨氮、亞硝酸鹽的凈化去除率分別為19%和45.5%，對(duì)水體中氨氮、亞硝態(tài)氮的去除率分別為0.61 g/h

14、m3和0.133 g/h-m3．
　　 在利停留時(shí)間為0.75h的情況下，陶粒生化濾床對(duì)養(yǎng)殖水體中葉綠素a、總磷、總氮的去處率分別達(dá)到62%、3.7%、53.8%，去處效率分別為2.7 g/h.m3、0.07 g/h．m3和1.65 g/h-m3．
　　 在面積比1:3的情況下，生態(tài)塘對(duì)養(yǎng)殖排放水體體中氨氮、總氮、總磷、可溶性磷酸鹽、BOD5、COD№的去除率分別為19.8%、14.3%、29.6%、29.1%、21.3

15、%和43.1%；生態(tài)塘與養(yǎng)殖魚池的搭配比例約為1:3—7．
　　 在相同養(yǎng)殖狀況下，普通生物浮床占5%、10%、20%水面的池塘水體TN的濃度范圍分別為1.65-5.42 mg/L、1.62—3.13 mg/L、1.63-2.62 mg/L; TP的濃度范圍為0.18,-4).28 mg/L、0.17-4).26 mg/L和0.18--0.21 mg/L;綜合分析認(rèn)為，普通生物浮床的覆蓋率不應(yīng)超過池塘水面的20%．
　　

16、 復(fù)合生物浮床具有生化，生物等凈化功能，有較高的凈化效率．在池塘養(yǎng)殖生物負(fù)荷量1 kg/m3情況下，占池塘水面8.5%的復(fù)合生物浮床即可滿足養(yǎng)殖水體凈化需要；復(fù)合浮床的凈化效率與養(yǎng)殖密度、品種、濾料比表面積、曝氣量等有關(guān)．
　　 生態(tài)溝的凈化效果與植物生長密切相關(guān)，與溫度有一定的關(guān)系；生態(tài)溝構(gòu)建要結(jié)合植物生長習(xí)性、生境要求等，合理的空間布局和時(shí)間分布才能達(dá)到改善水質(zhì)的效果．
　　 濕地植物選配和凈化效果研究表明，濕地植物

17、不僅能吸收去除水體中的營養(yǎng)鹽，還能為基質(zhì)微生物提供適宜的微生態(tài)環(huán)境．濕地植物選配宜選用本地生物量大且易栽培的物種，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性和景觀效果．對(duì)水鱉（Hydrocharis dubia）、睡蓮(Nymphaeatetragona、)、伊糸瓤Elodea nuttallii黑觳Hydrilla verticillata、）、金魚瓤Ceratophyllumdemersum）、水芹（Oenanthe Javanica）、蘆葦（Phragmi

18、tes australis）、鳶尾（Iristectorum）、菖蒲（Acorus calamus）等水生植物的凈化效果研究發(fā)現(xiàn)，不同水生植物對(duì)氮、磷、COD的吸收能力不同，生長周期也不同；選配濕地植物時(shí)，應(yīng)充分考慮不同植物的生長特點(diǎn)，合理搭配，才能達(dá)到預(yù)期的凈化效果；種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水蕹、茭白；水蔥、水燭、茭白、美人蕉、黃花鳶尾和再力花等適合江浙地區(qū)種植。
　　 蓮藕、茭白等水生植物作為濕地植物具有良好的凈化效果和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)驗(yàn)發(fā)

19、現(xiàn)，與傳統(tǒng)種植方式相比，生態(tài)種植蓮藕可使水體中的總氮、總磷和COD分別下降24倍、10.3倍和3倍；生態(tài)種植茭白可使水體中的總氮、總磷和COD下降2.3倍、3.3倍和5.6倍．每100公斤蓮藕、茭白可吸收氮2.4公斤以上，同時(shí)還可以吸收土壤中40%左右的磷。
　　 生態(tài)工程化池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)研究表明，循環(huán)水養(yǎng)殖池塘中的總氮、總磷、COD指標(biāo)分別低于2.18±1.09 mg/L、0.46±0.12 mg/L和9.0 mg/L，分

20、別是對(duì)照池塘的52%、29%和73%，明顯低于對(duì)照池塘(P＜0.05)．循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中潛流濕地對(duì)養(yǎng)殖排放水中總氮、總磷和COD的去除率分別在52%～59%、39％/0～69%和17％～35%之間；生態(tài)溝渠對(duì)養(yǎng)殖排放水中總氮和總磷的去除率分別為18.5%和l7%；生態(tài)塘對(duì)養(yǎng)殖排放水中TN、TP和COD的去除率分別為24.7%、27.1%和26.75%。與傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖模式相比，生態(tài)工程化循環(huán)水池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)可節(jié)約養(yǎng)殖用水63.6%，減少CO

21、D排放81.9%，有明顯的節(jié)水、減排效果．
　　 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖池塘中以綠藻為主，其中小球藻（Chlorella vulgaris）、色球藻（Chroococcus minutus）、小環(huán)藻(Cyclotella sp.)為優(yōu)勢藻，而對(duì)照池塘則以微囊藻（Microcystis）、平裂藻（Horizontal fracture）、絲藻（Ulothrix sp.）為優(yōu)勢種；潛流濕地和生態(tài)溝對(duì)藻類的去除率分別為75.9%和55.2

22、%；表面流濕地和潛流濕地對(duì)葉綠素的去除率分別為58.3%和91.6%．生態(tài)溝渠、生態(tài)塘、潛流濕地和養(yǎng)殖池塘的組成比例應(yīng)結(jié)合養(yǎng)殖品種、密度等特點(diǎn)，生態(tài)工程化設(shè)施的面積一般不超過池塘面積的20%．
　　 池塘水體理化指標(biāo)變化規(guī)律及水層交換的影響作用研究發(fā)現(xiàn)，白天池塘水體中的溶解氧(DO)、溫度、氧化還原電位（ORP）、pH等理化指標(biāo)普遍高于夜間，最高值一般出現(xiàn)在光照最強(qiáng)的13:00左右，最低值出現(xiàn)在凌晨3:00～5:00，而氨氮、有

23、效磷的變化則相反；不同水層的DO、pH和溫度變化隨水深而降低．水層交換具有實(shí)現(xiàn)水體上下交換，增加底部溶氧，改善氧債，激活底泥生態(tài)等作用，可有效地降低有害物質(zhì)（如亞硝酸鹽、氨氮、硫化氫、大腸桿菌等）的含量．
　　 綜上研究表明，目前多數(shù)地區(qū)的養(yǎng)殖環(huán)境惡化，養(yǎng)殖水源已基本不適合養(yǎng)殖需要，沉積污染和排放污染是池塘污染的主要形式，養(yǎng)殖池塘的生物學(xué)特征反映了池塘的富營養(yǎng)化狀態(tài)；養(yǎng)殖池塘水體中的藻類有明顯的季節(jié)變化、日變化和水層變化，其變化

24、與水體營養(yǎng)鹽、光照、溫度等因素有關(guān)；小球藻是池塘中主要的藻類，其種群狀況對(duì)養(yǎng)殖影響很大，相關(guān)研究可為池塘生態(tài)調(diào)控提供依據(jù)；生態(tài)坡、立體彈性填料凈化床、陶粒生化濾床、生態(tài)塘、生物浮床、生態(tài)溝渠等是主要的生態(tài)工程化設(shè)施，其凈化效率各有特點(diǎn)；水生植物是生態(tài)工程化系統(tǒng)中重要的組成部分，合理的選配植物有助于建立穩(wěn)定高效的系統(tǒng)：生態(tài)工程化池塘循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)模式具有“生態(tài)、安全、高效”的特點(diǎn)，是改變傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式、提高養(yǎng)殖效果的有效途徑，對(duì)池塘生態(tài)關(guān)鍵