本文摘要：摘要:通過構(gòu)建紅樹林人工濕地，與高位精養(yǎng)池、貝類養(yǎng)殖塘等共同組成循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)，利用紅樹林人工濕地來凈化養(yǎng)殖尾水，并對(duì)其凈化效果展開研究。結(jié)果表明，紅樹林人工濕地對(duì)養(yǎng)殖尾水中氮磷保持較好的去除效果，其中對(duì)NH+4-N平均去除率為49.01%，對(duì)NO2-N
摘要:通過構(gòu)建紅樹林人工濕地，與高位精養(yǎng)池、貝類養(yǎng)殖塘等共同組成循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)，利用紅樹林人工濕地來凈化養(yǎng)殖尾水，并對(duì)其凈化效果展開研究。結(jié)果表明，紅樹林人工濕地對(duì)養(yǎng)殖尾水中氮磷保持較好的去除效果，其中對(duì)NH+4-N平均去除率為49.01%，對(duì)NO2-N平均去除率為61.23%，對(duì)NO3-N平均去除率為53.14%，對(duì)DIP平均去除率為36.40%。
關(guān)鍵詞:紅樹林,人工濕地,養(yǎng)殖,耦合
生態(tài)方向論文范文：應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)創(chuàng)刊1990，發(fā)表論文內(nèi)容多是報(bào)道生態(tài)科學(xué)諸領(lǐng)域在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面具有創(chuàng)新的研究成果，交流基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的最新信息。
近年水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，由此引發(fā)的污染問題日趨嚴(yán)重，大量養(yǎng)殖尾水未經(jīng)處理直接排入臨近水域，使水體富營(yíng)養(yǎng)化，誘發(fā)赤潮爆發(fā)[1]。傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式面臨挑戰(zhàn)，如何降低或減少養(yǎng)殖尾水的排放已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。紅樹林是生長(zhǎng)在熱帶和亞熱帶地區(qū)海岸潮間帶灘涂上的木本植物群落[2]，具有獨(dú)特的生態(tài)功能，在維持生物多樣性和海岸帶生態(tài)平衡、凈化水質(zhì)、抑制海洋赤潮的發(fā)生等方面都具有重要作用[3-4]，尤其是凈化水質(zhì)方面，其發(fā)達(dá)的根系能吸收水中的氮、磷及重金屬，過濾陸地徑流和內(nèi)陸帶出的污染物等[5]。
人工濕地作為20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型污水生態(tài)凈化技術(shù)[6]，與傳統(tǒng)的生化二、三級(jí)處理相比，人工濕地具有投資少、凈化效果好、運(yùn)行維護(hù)方便、氮磷去除率高、對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[7-9]，近年來在世界各地得到廣泛應(yīng)用[10-12]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于人工濕地的研究主要集中在處理受污染淡水方面，利用人工濕地處理受污染海水方面研究相對(duì)較少，尤其是利用紅樹林人工濕地凈化海水養(yǎng)殖尾水的研究方面鮮有報(bào)道。
Sansanayuth等[10]曾通過建立紅樹-沙粒層模型對(duì)高濃度蝦養(yǎng)殖的懸浮物去除效果進(jìn)行研究，彭友貴等[11-12]在養(yǎng)殖塘中栽種紅樹植物可以改善養(yǎng)殖塘的水質(zhì)，高鋒等[13]在小規(guī)模試驗(yàn)中對(duì)秋茄人工濕地凈化養(yǎng)殖廢水效果進(jìn)行了初步研究。
浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所于2007年開始在緯度較高的浙南進(jìn)行紅樹林的引種試驗(yàn)[14]，先后在品種篩選、低溫馴化、生態(tài)適應(yīng)性等方面的研究取得較大進(jìn)展[15-17]，為在大規(guī)模海水養(yǎng)殖中應(yīng)用紅樹林人工濕地凈化養(yǎng)殖尾水提供了技術(shù)支撐。本研究通過構(gòu)建紅樹林人工濕地，形成紅樹林人工濕地-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)，利用紅樹林人工濕地具有較強(qiáng)的凈化水質(zhì)作用，來凈化海水養(yǎng)殖尾水，減少養(yǎng)殖尾水的大量排放，在生態(tài)養(yǎng)殖和養(yǎng)殖尾水減排方面具有重要的示范和推廣意義。
1材料與方法
1.1紅樹林人工濕地-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)構(gòu)建
紅樹林人工濕地位于浙江溫州市龍灣區(qū)甌江入海口南岸永興海水養(yǎng)殖基地內(nèi)，該基地處27°54'～28°01'N，120°42'～120°51'E，該區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫17～18℃，極端高溫39.6℃，極端最低氣溫-4.5℃，年降水量1191.7～1526.8mm，該區(qū)域通過紅樹林引種試驗(yàn)，比較適合紅樹植物秋茄的生長(zhǎng)。
在紅樹林人工濕地設(shè)計(jì)方面，為了考慮延長(zhǎng)養(yǎng)殖尾水在濕地中的停留時(shí)間，設(shè)計(jì)人工濕地為長(zhǎng)條形，濕地長(zhǎng)度約為350m，寬約23m，濕地面積約8000m2，該人工濕地類型為地表流人工濕地，選擇的濕地植物以種植秋茄為主，配種少量的桐花樹，種植密度為每株間距30～50cm，種植初期最好經(jīng)常干露濕地，促進(jìn)其幼苗的生長(zhǎng)。紅樹林人工濕地-養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)構(gòu)建，主要利用該基地現(xiàn)有養(yǎng)殖設(shè)施進(jìn)行改造。
高位精養(yǎng)池(約占系統(tǒng)面積的25%，主要為養(yǎng)蝦等)的養(yǎng)殖尾水(含殘餌和糞便)經(jīng)環(huán)形跑道排入貝類養(yǎng)殖塘(約占系統(tǒng)面積的50%，主要養(yǎng)殖泥蚶和青蛤等經(jīng)濟(jì)貝類)發(fā)藻，經(jīng)貝類濾食吸收后，水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽有所降低，再排到低位的水渠，經(jīng)水泵提水到回流跑道，進(jìn)入紅樹林人工濕地的一端，通過紅樹林人工濕地(約占系統(tǒng)面積的10%)對(duì)NH+4-N及有機(jī)物進(jìn)行吸收后，從另一端排到生態(tài)凈化塘(約占系統(tǒng)面積的15%)中，經(jīng)過暗沉淀池和沙濾后再回到高位精養(yǎng)池，進(jìn)行循環(huán)利用。
1.2方法
為了研究紅樹林人工濕地凈化養(yǎng)殖尾水的處理效能，主要通過監(jiān)測(cè)紅樹林人工濕地進(jìn)水口和出水口的水體污染物(無機(jī)氮、磷酸鹽和碎屑物總量等)濃度的變化，分析其對(duì)污染物的去除效率，研究紅樹林人工濕地凈化效能。
試驗(yàn)期間需定期采集水樣，試驗(yàn)時(shí)間選擇在6—9月，此間系統(tǒng)處于養(yǎng)殖高峰期，經(jīng)過紅樹林人工濕地的養(yǎng)殖尾水平均流量約為2000m3·d-1，其表面水力負(fù)荷平均為0.25m3·m-2·d-1，水質(zhì)采樣頻率為每月2次，采樣方法為取紅樹林人工濕地進(jìn)水口與出水口的水樣，監(jiān)測(cè)方法依照海洋調(diào)查規(guī)范GB12763.4—2007檢測(cè)水樣中硝酸鹽、亞硝酸鹽、NH+4-N和磷酸鹽指標(biāo)，懸浮物(TSS)采用質(zhì)量法檢測(cè)。
2結(jié)果與分析
2.1紅樹林人工濕地對(duì)氮素的去除效果
氮素特別是NH+4-N和NO2-N是海水養(yǎng)殖過程中最容易產(chǎn)生的有毒害作用的物質(zhì)，是必須重點(diǎn)控制的污染物。紅樹林濕地對(duì)NH+4-N的去除包括直接吸收、硝化反硝化、底泥吸附等。從6—9月養(yǎng)殖密集期的運(yùn)行結(jié)果來看，系統(tǒng)對(duì)氮素具有明顯的去除效果。可溶性無機(jī)氮(DIN)進(jìn)水口為0.87～2.06mg·L-1，平均為1.46mg·L-1;出水口0.47～1.04mg·L-1，平均為0.69mg·L-1;水體中DIN平均去除率為52.56%。
另外從運(yùn)行結(jié)果來看，進(jìn)水氮素濃度波動(dòng)較大，這與海水養(yǎng)殖系統(tǒng)運(yùn)行過程中不同時(shí)間段投餌及排污有關(guān);相應(yīng)地，出水水質(zhì)波動(dòng)較小，這顯示紅樹林濕地具有一定的抗沖擊負(fù)荷的作用。從不同氮素類型的分配來看，進(jìn)水中NH+4-N占DIN的主要部分，達(dá)到55.3%，這是養(yǎng)殖排水的典型特點(diǎn)，是系統(tǒng)中蝦類、貝類生命活動(dòng)的必然結(jié)果。
最高時(shí)NH+4-N達(dá)到1.44mg·L-1，出現(xiàn)在8月中旬，經(jīng)過紅樹林濕地之后，NH+4-N降至0.52mg·L-1，得到明顯去除，去除率達(dá)63.89%。試驗(yàn)期間進(jìn)水口NH+4-N在為0.24～1.44mg·L-1，平均為0.81mg·L-1;出水口在0.09～0.76mg·L-1，平均為0.41mg·L-1，平均去除率為49.01%。
從NH+4-N的去除情況來看，紅樹林濕地中具有明顯的硝化作用，但NH+4-N去除率并未達(dá)到較高水平[18]，這可能是由于系統(tǒng)長(zhǎng)期處于連續(xù)進(jìn)出水狀態(tài)，紅樹林濕地長(zhǎng)期處于淹水條件，使得濕地基質(zhì)處于厭氧狀態(tài)，釋放NH+4-N所致。NO2-N也是直接影響水生動(dòng)物生長(zhǎng)的毒害性物質(zhì)，進(jìn)水中NO2-N最高時(shí)達(dá)到0.88mg·L-1，出現(xiàn)在6月底，若直接進(jìn)入養(yǎng)殖池，將可能對(duì)養(yǎng)殖生物造成影響。
試驗(yàn)期間進(jìn)水口NO2-N在0.02～0.88mg·L-1，平均為0.31mg·L-1;出水口在0.01～0.33mg·L-1，平均為0.12mg·L-1，平均去除率為61.23%。從系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果來看，對(duì)NO2-N也具有明顯去除作用。就NO3-N而言，在DIN去除時(shí)也同步下降，說明紅樹林濕地可能具有一定的反硝化作用，這與濕地長(zhǎng)期淹水、存在厭氧條件有關(guān)，植物凋落物較多時(shí)會(huì)促進(jìn)反硝化。試驗(yàn)期間進(jìn)水口NO3-N在0.12～0.79mg·L-1，平均為0.35mg·L-1;出水口在0.09～0.26mg·L-1，平均為0.16mg·L-1，平均去除效率為53.14%。
2.2紅樹林人工濕地對(duì)DIP的去除效果
系統(tǒng)對(duì)活性磷(DIP)具有去除效果，進(jìn)水口DIP在0.04～0.36mg·L-1，平均0.14mg·L-1;出水口在0.02～0.11mg·L-1，平均0.09mg·L-1，去除率為36.40%。DIP的去除與植物吸收、水中及底泥中無機(jī)顆粒物質(zhì)吸收作用有關(guān)，相對(duì)于較長(zhǎng)的停留時(shí)間，系統(tǒng)對(duì)DIP的去除率偏低，這可能與TSS未得到有效截留有關(guān)。
2.3紅樹林人工濕地對(duì)懸浮物的去除效果
海水養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生大量殘餌、碎屑物等，因此，排水中懸浮物質(zhì)含量較高。從本系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，紅樹林濕地進(jìn)水中TSS總體較高，進(jìn)水口在26.20～94.00mg·L-1，平均達(dá)到54.86mg·L-1;然而，出水中TSS存在明顯升高現(xiàn)象，在59.14～226.15g·L-1，平均高達(dá)134.80mg·L-1，為進(jìn)水的2.5倍，這一反常現(xiàn)象反映了紅樹林濕地尚未處于理想運(yùn)行狀態(tài)，分析認(rèn)為可能與進(jìn)水口出現(xiàn)沖刷效應(yīng)及紅樹林濕地內(nèi)部存在短流現(xiàn)象造成局部區(qū)域過水過高等有關(guān)。
3討論
人工濕地凈化原理主要是利用“土壤-植物-微生物”這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物同化分解和植物吸收等途徑去除廢水中的懸浮物、有機(jī)物、氮、磷和重金屬等來達(dá)到凈化效果[19-21]。植物是人工濕地的重要組成部分，有較多的研究表明，有植物人工濕地系統(tǒng)凈化效果明顯好于無植物人工濕地系統(tǒng)[22-24]。
由于海水養(yǎng)殖中尾水的鹽度效應(yīng)，在人工濕地技術(shù)中針對(duì)海水養(yǎng)殖尾水處理的可選擇植物較少，而紅樹植物是海水人工濕地中重要組成部分。如何更有效地構(gòu)建紅樹林人工濕地，發(fā)揮人工濕地更大的凈化作用，除了對(duì)人工濕地中紅樹林的種類、種植密度及濕地的結(jié)構(gòu)和流量等進(jìn)行設(shè)計(jì)外，在人工濕地運(yùn)行期間應(yīng)盡量適當(dāng)模擬自然狀態(tài)，對(duì)紅樹林人工濕地進(jìn)行適當(dāng)?shù)母陕�，有利于紅樹植物的生長(zhǎng)和存活，可提高人工濕地的凈化效能。
海水養(yǎng)殖廢水中的污染物主要來源于投喂飼料的殘?jiān)约梆B(yǎng)殖生物的排泄物，主要污染物種類包括有機(jī)物及氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽等成分，特別是NH+4-N和NO2-N是養(yǎng)殖過程中最容易產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，如果不及時(shí)清除，將會(huì)對(duì)養(yǎng)殖生物造成毒害作用。
本研究構(gòu)建的紅樹林人工濕地對(duì)NH+4-N和NO2-N有明顯的去除作用。在NH+4-N去除方面，與高鋒等[13]試驗(yàn)結(jié)果相比較，其人工濕地在表面水力負(fù)荷在0.2m3·m-2·d-1條件下，對(duì)NH+4-N去除率為46.2%，而人工濕地在表面水力負(fù)荷平均為0.25m3·m-2·d-1下，對(duì)NH+4-N去除率為49.01%。
濕地對(duì)NH+4-N去除率效果要略優(yōu)于前者的試驗(yàn)結(jié)果，可能是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)條形人工濕地具有更好的凈化效果。但人工濕地對(duì)水體中TSS的去除效果非但不明顯，還存在明顯升高現(xiàn)象，這一反�，F(xiàn)象反映了紅樹林濕地尚未處于理想運(yùn)行狀態(tài)，除了可能與進(jìn)水口出現(xiàn)沖刷效應(yīng)及紅樹林濕地內(nèi)部存在短流現(xiàn)象外，可能還與系統(tǒng)表面水力負(fù)荷過重有關(guān)，但水體經(jīng)過該系統(tǒng)的生態(tài)凈化塘、暗沉淀池和沙濾池后，其懸浮物質(zhì)能得到有效的清除，對(duì)最后養(yǎng)殖生產(chǎn)不會(huì)造成影響。
4小結(jié)
紅樹林人工濕地-海水養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)作為海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，通過循環(huán)水渠、管道、水泵等設(shè)施將對(duì)蝦高位精養(yǎng)池、貝類養(yǎng)殖塘、紅樹林人工濕地和生態(tài)凈化塘等組成一個(gè)有機(jī)整體，利用紅樹林人工濕地去除水體中的氮磷，不但能有效地增加海水利用率，減少尾水排放，而且能明顯改善水質(zhì)，提高水產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)建成后，運(yùn)行比較穩(wěn)定，因養(yǎng)殖生物幾乎不受外界海區(qū)水質(zhì)變化(如赤潮等)的影響，養(yǎng)殖病害明顯減少，產(chǎn)量有所提高。
在該系統(tǒng)中紅樹林人工濕地在養(yǎng)殖尾水的凈化中起到了重要作用，在養(yǎng)殖尾水平均流量約為2000m3·d-1條件下，紅樹林人工濕地對(duì)養(yǎng)殖尾水中氮磷保持了較好的去除效果，其中對(duì)NH+4-N平均去除率為49.01%，對(duì)NO2-N平均去除率為61.23%，對(duì)NO3-N平均去除率為53.14%，對(duì)DIP平均去除率為36.40%。
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