“水葫芦—鱼”生态调控模式及其机理探究

    包成荣　戚正梁　李倩　郭建林　胡廷尖

    

    

    

    摘 要：介绍了“水葫芦-草鱼”生态调控水质模式特点，并且对水葫芦吸收水中氮、磷、钾营养元素生化作用机理及其他相关作用进行探究。

    关键词：水葫芦；草食性鱼类；生态调控水质模式；富营养化；机理

    相当长时间以来，由于水环境污染，鱼米之乡的浙江省成了水质型缺水省。造成浙江省水质差的外部原因主要是受来水影响较大，客水水质长期较差；内部原因主要是三大污染：畜禽养殖业污染、生活污水污染、工业污染。2012年以来，浙江省以“五水共治”为抓手，大力推进生态循环农业。作为进入了快车道原动力的技术支撑，我省狠抓科技创新，提升转型升级动力。不断强化科技应用的深度和广度，着力实现以科技促发展，着力做好“治、减、环、转、合”技术连接，打好上下左右组合拳。

    运用生态工程学原理，通过围网和栏网技术，圈养水葫芦和大规格的草鱼[1]，能有效降低水体富营养化程度；生态调控模式应用符合“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，有利于建立健全农业水环境治理体系和长效机制，是目前浙江省“五水共治”重要的支撑技术。

    1 “水葫芦-草鱼”生态调控水质模式

    1.1 “水葫芦-草鱼”生态调控水质模式介绍

    就是利用水体中丰富的营养物质培养围网和栏网内的水葫芦，使得它迅速繁衍，然后大规格草鱼取食增量的水葫芦来限制水葫芦，达到富营养物质从水体转化成为鱼体的蛋白质。其最终目标是通过水葫芦对水体氮、磷、钾等的强力吸收能力，降低水体富营养化，达到净化水质的作用[2]，并利用草鱼限制水葫芦的爆发同时又得到经济效益（见图1）。

    利用鱼类来处理水葫芦生物方法，克服水葫芦本身含95%水份特质，既经济、安全又方便操作，是传统的化学防治、生物防治、人工及机械打捞和综合治理水葫芦等方法无法比拟的。本成果同时利用水葫芦强大的吸收水体富余的营养N、P、K等的能力，再把产生的水葫芦当作饲料通过草食性鱼类转化为人们需要的鱼蛋白质，留下清洁水体。

    1.2 “水葫芦-草鱼”生态调控水质模式的特征

    适量的水葫芦可维护水体生物多样性，并为鱼类提供隐蔽点。草食性鱼类大量摄食水葫芦的根茎等营养部分，能有效控制水葫芦的开花结果，避免水葫芦的有性繁殖。该模式通过鱼类限制水葫芦的增殖，避免了大量水葫芦的清除工作中大量人力、物力和能源的消耗，具有经济收益（见图2）。

    “水葫芦-草鱼”生态调控水质模式特征是适应不同形态水体中开展。

    2 “水葫芦-草鱼”生态调控水质模型的机理探究

    2.1 水葫芦吸收水中氮、磷、钾营养元素生化作用机理

    水葫芦对氮、磷、钾的吸收作用，植物需要氮、磷、钾[2]等营养物质，以维持生长和繁殖的需要。水生植物产量高。

    水葫芦能吸收水中氮、磷等大量的营养物的生化作用机理：我们针对水葫芦根系作为生物膜开展研究，对根系生物膜比表面积和吸收转化动力学开展分析。研究水葫芦根系吸附剂去除水溶液中的营养物质，水葫芦根系作为生物膜吸收剂去除水溶液中的富营养机理。通过氮气吸附/脱附[3]等温线分析显示，水葫芦根系表面在零电荷点时的pH值为6.7，接近中性，N、P、K等离子是通过和

    H+交换而传递，和pH值负相关。具体见图3。笔者根据多点测定，水葫芦根系的比表面积平均为4.6 m2·g-1，折合每平方米水葫水芦根系表面的生物膜面积达2 509.98 m2；超过国际蓝球场地4倍多面积（长度28 m，宽度15 m）。

    2.2 水葫芦对铜绿微囊藻的化感抑制作用

    笔者测定水质过程中发现水葫芦存在周围水体蓝藻数量减少了，为此，开展水葫芦对蓝藻的化感作用研究[4]。试验用水葫芦取自浙江省淡水所苗种基地水葫芦培养池，试验样品是鲜活样品阴晾干。水样取自种植水葫芦的池塘和未种植水葫芦的池塘。试验藻株铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa） （编号FACHB-905）购于武汉水生生物研究所淡水藻种库。笔者研究了水葫芦种植水抽滤液、不同部位的活体水葫芦和干体水葫芦的甲醇和丙酮提取物對铜绿微囊藻的化感抑制作用。研究表明：水葫芦种植水抽滤液及不同部位的提取液均对铜绿微囊藻产生一定的化感抑制作用，并降低了稳定期的铜绿微囊藻产量。10%、50%、100%种植水抽滤液对铜绿微囊藻的抑制率分别为81%、89%和90%。水葫芦不同部位的甲醇和丙酮提取液对铜绿微囊藻的抑制强度不同，其中以根部的甲醇提取液效果最佳。

    结果表明：水葫芦种植水抽滤液及不同部位的提取液均对铜绿微囊藻产生一定的化感抑制作用[5]，并降低了稳定期的铜绿微囊藻产量。水葫芦不同部位的甲醇和丙酮提取液对铜绿微囊藻的抑制强度不同，其中以根部的甲醇提取液效果最佳。可见水葫芦作为杀藻剂的生物材料具有一定的应用前景。

    2.3 水葫芦洁水的矿化过程

    水葫芦发达的根系为微生物和微型生物[6]提供了附着基质和栖息场所。这些生物能大大加速截留在根系周围的有机胶体并且分解矿化。此外，水葫芦的根系还能分泌促进嗜氮、磷细菌生长的物质，从而间接提高水质净化效率。

    2.4 水葫芦洁水的物理过程

    水葫芦发达的根系与水体接触面积很大，能形成一道密集的过滤层，当水流经过时，有机碎屑会被根系粘附或吸附而沉降下来。同时，附着于根系的细菌体在进入生长阶段后会发生凝集为根系所吸附，根系部分分泌的凝集的类似生物絮团则把悬浮性的有机物沉静下来。

    参考文献：

    [1] 胡廷尖，李训朗，王雨辰，等.草食性鱼种抑制凤眼莲生长的试验[J].热带农业科学，2011（09）：56-60

    [2] 汪凤娣.外来入侵物种凤眼莲的危害及防治对策[J].福建环境，2003，20（6）：54-56

    [3] Snow AM，Ghaly AE.Assessment of Hydroponically Grown Macrophytes for Their Suitability as Fish Feed[J].American J.Biochem.Biotechnol，2008（1）：43-5

    [4] 唐萍，吴国荣，陆长梅，等.太湖水域几种高等水生植物的克藻效应[J].农村生态环境，2001，17（3）：42-44，47

    [5] 唐萍，吴国荣.凤眼莲根系分泌物对栅列藻膜系统及光合作用的影响[J].连云港教育学院学报，1999，46（2）：49-50

    [6] 李倩，胡廷尖，王雨辰，等.凤眼莲生长对池塘水质及生物种群影响试验[J].安徽农学通报，2010（20）：66，138

    （收稿日期：2016-04-18）