摘要 本文构建了“壅菜—鸭—鱼”“池塘—净化池—水湿生植物”和“池塘—‘四水’（水禽、水产、水生蔬菜、水稻）生态种养”3种类型的人工湿地，明确了资源的优化配置，研究了各人工湿地模式治理养殖池塘富营养化水的效能；建立了江苏省农业标准化示范区，为养殖池塘富营养化水的资源化循环利用和避免随意排放造成水污染提供了技术支持和示范样板。
关键词 人工湿地；构建；养殖池塘；富营养化水；治理；资源配置
中图分类号 X52；X714 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）21-0180-03
Abstract The paper constructed three kinds of artificial wetlands，such as "water spinach-duck-fish" "aquaculture pond-purifying pond-aquatic plant" "aquaculture pond-four hydrobiontes（waterfowl，aquatic products，aquatic vegetables，rice）ecological planting-breeding"，cleared the optimization of resources allocation of these artificial wetlands，and researched their functions of governance of eutrophied pond water.Furtherly，the agricultural standardization demonstration area of Jiangsu Province was set up，to provide technical support and demonstration model for the resource recycling as well as avoiding water pollution caused by arbitrary discharged eutrophied water in aquaculture ponds.
Key words artificial wetland；construction；aquaculture ponds；eutrophied water；governance；resources allocation
我国养殖池塘结构设计中大多只有生产功能而严重缺乏有效的水体自净功能。当前，利用生态修复方法促进池塘养殖水质净化，已成为社会和水产养殖行业共同关注的重要问题[1-2]。近年来，在江苏省里下河地区构建了“壅菜—鸭—鱼”[3]“池塘—净化池—水湿生植物”和“池塘—‘四水’[1]（水禽、水产、水生蔬菜、水稻）生态种养”3种类型的人工湿地，并开展了资源的优化配置和治理养殖池塘富营养化水的效能研究，取得了显著成效。在高邮送桥镇建立了江苏省农业标准化示范区，加速了相关技术的推广应用，为养殖池塘富营养化水的资源化循环利用和避免随意排放造成水污染提供了技术支持[1，4]，同时为配合区域性“江淮生态大走廊”的建设提供了示范样板。
1 “壅菜—鸭—鱼”生态种养人工湿地
1.1 人工湿地的构建
1.1.1 土地资源的优化配置。实施区域的规划布局，区域面积为100 hm2时，养殖池塘及鸭水上运动场面积为90 hm2，鸭舍、围栏、陆上运动场地等配套设施占用3 hm2，道路、灌排水系、绿化等基础设施占用7 hm2。
1.1.2 养殖池塘水面的合理布局。每个养殖池塘以1～2 hm2为宜，池深在2.5 m以上、水深1.5～2.0 m，塘埂坡度一般为1.0∶1.5～2.0。池塘水面的20%～30%用作铺设浮床生长壅菜，10%左右用网围起作为鸭的水上运动场。
壅菜浮床搭建浮床一般用网片、尼龙绳和竹竿等建成，网片可选择建筑施工用的防护网，规格为1.8 m×6.0 m较好，四周边缘有用于穿绳固定的网孔。用尼龙绳拉紧网片浮床，并在水面完全展开，固定在立于水面的竹竿上。每条浮床之间应留有足够空间，便于人工乘船适时采收壅菜。
鸭的水上运动场围网构建按1只/m2围一片水域作鸭的水上运动场。围网上部高出水面60 cm左右，下部距离水底约40 cm，便于鱼类从网底游入鸭的水上运动场区域摄食。如此既减小鸭群对鱼群的干扰，避免鸭群取食壅菜，也便于鸭的日常管理。
1.1.3 养鸭量控制与鸭舍搭建。鱼池塘的放鸭量一般以50～60只/hm2为宜，这是因为放鸭过多会惊扰鱼群和败坏水质。一般70～80 d養成，可养2期。鸭舍按6～8只/m2的容量搭建在地势较高且平坦的池塘堤埂上，四周用竹、木围筑，用石棉瓦盖顶，能遮阳挡雨、通风透气。地面垫上塑料薄膜，并延伸到水面，以减少鸭子下水上栏对塘埂的破坏。在鸭舍周边按2只/m2的标准围一块旱地作鸭的陆上运动场，网高60 cm左右，围网下纲埋入土中。
1.1.4 养鱼的品种和数量控制。鱼种一般选择非草食性鱼类。5月上旬放鱼苗，放养鱼苗大小一般以当年养成上市为佳。如鲢鱼、鳙鱼约20尾/kg，鲤鱼约10尾/kg，鲫鱼、团头鲂约50尾/kg等，也可放养一定量的小苗作翌年的鱼种。鲢鱼、鳙鱼的放养比例占45%，鲤鱼、团头鲂、鲫鱼的放养比例占55%。鱼种放养密度以30 000尾/hm2左右为宜。
1.1.5 壅菜的栽培。5月中、下旬，当壅菜幼苗长至3～4片叶，株高达12～15 cm时即可移栽。移栽时，用剪刀在网片上戳小孔，大小以刚好能够塞进苗根为宜，株行距以15～20 cm为宜。
1.2 治理效果
1.2.1 试验经过。2015年5月在高邮市送桥镇建立了“壅菜—鸭—鱼”生态种养人工湿地示范点。选择2个池塘用于试验，其中1个为“壅菜—鸭—鱼”组，种植壅菜，放养鸭、鱼；1个为单养鱼对照组。池塘面积均为1.8 hm2。“壅菜—鸭—鱼”组池塘中，种植壅菜的浮床网片面积占池塘水面的20.2%，放养1 150只鸭苗，2个池塘放养相同鱼苗，分别是鲢鱼（7.14 g/尾）2 250尾/hm2，鳙鱼（41.67 g/尾）1 500尾/hm2，鳊鱼（1.92 g/尾）4 725尾/hm2，鲫鱼（2.85 g/尾）24 525尾/hm2。鱼日投饵量为鱼体重的2%～5%。鸭养至8月底继续作产蛋鸭饲养，日投饲量为150 g/只。鱼和鸭均按正常饲养管理。适时取水样和池塘底泥土样进行有关参数指标测试分析。
1.2.2 池塘水质指标的检测与影响。在池塘水体富营养化较严重的9月，每间隔1周跟踪测定（9：00—10：00取水样）水体溶解氧、化学耗氧量、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷、磷酸盐等指标（表1）。结果表明，在水体化学耗氧量指标方面，“壅菜—鸭—鱼”组数值为18.00～30.00 mg/L，平均为24.33 mg/L，而单养鱼组的为27.00～54.00 mg/L，平均高达40.33 mg/L，前者比后者降低39.7%；在水體养分方面，“壅菜—鸭—鱼”组也比单养鱼显著降低，其中氨氮降低幅度为64.7%～81.5%、亚硝酸盐氮降低幅度为57.1%～83.3%、总磷降低幅度为41.2%～76.7%、磷酸盐降低幅度为54.5%～84.2%；从水体溶解氧指标看，“壅菜—鸭—鱼”组比单养鱼显著提高，提高幅度为16.1%～16.9%。可见，“壅菜—鸭—鱼”人工湿地，由于壅菜对水体氮磷养分的持续吸收，大大降低了水体的氮磷积累，同时，由于鸭的水面活动和壅菜的光合作用等增加了水体的溶解氧含量，显著降低了池塘水体富营养化的风险，同时，也大大减少了富营养化水的对外排放量，提高了水资源的循环利用率。
1.2.3 池塘底质养分指标的检测与影响。由池塘底泥（9：00—10：00取底泥样本）的有机质、总氮、总磷等指标检测结果（表2），发现“壅菜—鸭—鱼”组的池塘底质养分含量显著低于单养鱼组。“壅菜—鸭—鱼”人工湿地可以显著减少有机质、总氮、总磷等养分物质在池塘底部的沉积，与单养鱼组对比，有机质减少69.2%～76.1%、总氮减少57.1%～75.7%、总磷减少61.1%～67.9%。由此可见，“壅菜—鸭—鱼”人工湿地不易于造成养分在池塘底泥中的积累，提高了饲料的综合利用率。
2 “池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地
2.1 人工湿地的构建
2.1.1 土地资源的优化配置。养殖池塘与净化湿地的面积比一般为10～30∶1。
2.1.2 “池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地的构建。三级净化单元的建设方案：第一级为养殖池塘浅水湿地建设；第二级为深水湿地建设，水深30～60 cm；第三级为过渡回流浅水湿地建设，水深30 cm以下；净化池单池长度为5～20 m，单池长宽比为3～5∶1，水深60～80 cm（图1）。
水流的设计采用串联自由表面流人工湿地结构，实际操作时用水泵将一级湿地中的富营养化水泵入净化池中，以后通过水力坡设计，一般为0.1%～0.5%，水体经净化池、二级和三级湿地净化后，回流至一级湿地被循环利用。净化池和二级、三级湿地底部最好辅设生物炭等基质层，污水在基质层表面流动时，基质可拦截、吸附水体中的部分养分，并被水生植物吸收利用。
水生植物的配置方面，要求种植具有吸收水体养分性能好、成活率高、生长速度快、抗水性强、生长周期长、美观且具有经济价值的水湿生植物。如一级和三级湿地区种植茭白、食用菖蒲、等水生植物；二级湿地和净化池中种植伊乐藻、轮叶黑藻、苦草、食用菖蒲、荷藕等。一般挺水植物的种植密度为6～15株/m2，浮水植物和沉水植物为3～9株/m2。
2.2 治理效果
2.2.1 试验经过。2014年5月，在邗江区公道镇构建了“池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地，其中养殖池塘面积为11.0 hm2，净化池和湿地面积为1.2 hm2。在一级湿地岸边按10株/m2种植了茭白，三级湿地区按12株/m2相间种植了茭白和食用菖蒲，二级湿地和净化池中按8株/m2相间种植了伊乐藻、食用菖蒲和荷藕。在4—5月排入净化池的水力负荷定为0.25 m3/（m2·d），6—8月水力负荷定为0.5 m3/（m2·d），9—11月水力负荷定为0.75 m3/（m2·d），并于每日9：00—10：00在进水口和出水口分别取水样测定化学需氧量、总氮、总磷。
2.2.2 “池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地的净化效果。按水力负荷划分试验阶段，在每个阶段进行了3种主要污染物净化效果的参数测定（表3）。可以看出，“池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地系统对养殖池塘富营养化水有较好的净化效果，对化学需氧量、总氮、总磷的去除率分别为41.5%～57.7%、36.4%～67.6%、66.7%～71.4%。随着水力负荷的增加，对化学需氧量和总氮的去除率呈增加的趋势，主要是因为湿地植物快速生长，内部结构和功能逐步完善，系统的净化效能得到提高。但是当水力负荷增加到0.75 m3/（m2·d）时，该湿地系统对化学需氧量、总氮和总磷的去除率略有下降，表明水流再增大可能影响系统对主要污染物的去除效果。
2.2.3 “池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地的可行性。本试验结果表明，在6—11月相对高温时节，采用0.50～0.75 m3/（m2·d）的水力负荷，经过人工湿地净化后，化学需氧量降低50%以上，总氮和总磷去除率达60%以上，确保了养殖水体的循环利用。本湿地系统除需要水泵外，不需要其他机械设备，系统运行能耗低、维护管理方便。因此，用于“池塘—净化池—水湿生植物”人工湿地系统，处理养殖池塘富营养化水，使养殖肥水得到循环利用，具有可操作性。
3 “池塘—‘四水’”生态种养人工湿地
由于“池塘—‘四水’生态种养”人工湿地模式比较多，如“池塘—‘稻—鸭—鱼’”[5]“池塘—‘水生蔬菜+鸭’”[6-7]“池塘—‘水生蔬菜+克氏原螯虾’”[8-9]“池塘—‘稻—鸭’”[9-10]“池塘—‘稻—克氏原螯虾’”[9-10]等。本试验以“池塘—‘一茭两鸭’”生态种养人工湿地为例，开展了相应研究。
3.1 “池塘—‘一茭两鸭’”生态种养人工湿地的构建
3.1.1 土地资源的优化配置。区域面积为10 hm2，茭白种植面积为9 hm2，鸭舍、围栏、陆上运动场地等配套设施占用0.35 hm2，搭建鸭舍600 m2，道路、水利等基础设施占用0.65 hm2。
3.1.2 鸭舍、围栏、陆上运动场构建。在茭白田头空地按6～8只/m2搭建鸭舍。鸭舍一般四周用竹、木围筑，石棉瓦盖顶，外围再用致密尼龙网或塑料薄膜围起，以防鸭子外逃和天敌入侵。养鸭的茭白田埂四周围网，每隔1～2 m打1根桩，桩高1 m左右。尼龙网上下纲用尼龙绳作纲绳，将网拉直固定在桩上，围网下纲埋入土中，地上网高60 cm左右。在鸭舍周边按2只/m2围一块旱地作鸭的陆上运动场，网高60 cm左右，围网下纲埋入土中。
3.1.3 一茭两鸭的时空耦合。一茭两鸭指1季茭白田养2期鸭。茭白苗4月上中旬移栽，9月底10月初开始采摘，全生育期190 d左右，经育雏10 d的鸭一般饲养70～80 d即可养成成鸭。第1期苗鸭一般在5月下旬茭白分蘖初期施放，第2期苗鸭一般在8月下旬施放，10—11月采收茭白。
3.2 “池塘—‘一茭两鸭’”生态种养人工湿地治理效果
3.2.1 试验经过。2014年在江都区小纪镇纪西村进行试验，共设置2个处理：①茭白单作人工湿地；②“茭白—鸭”人工湿地。随机排列，3次重复，小区面积300 m2（15 m×20 m）。各处理按照当地农民习惯施肥：基肥施用尿素225 kg/hm2，分蘖肥施用尿素300 kg/hm2，调节肥施用尿素225 kg/hm2和复合肥300 kg/hm2，孕茭肥施用尿素300 kg/hm2和复合肥450 kg/hm2。每次施用肥料前，先落浅田面水位至1～2 cm，然后顺行撒施肥料，第2天复水。所用肥料为尿素（含纯N 46%）、复合肥（N-P2O5-K2O=15%-15%-15%）。自每次灌溉富营养化水当天到灌溉后第1天、第3天和第7天，9：00—10：00采集田间水样。茭白分蘖深水期和孕茭深水期为需水敏感期，用养殖池塘富营养化水进行集中灌溉，2次用水量和水体氮、磷含量见表4。
3.2.2 “池塘—‘一茭两鸭’”生态种养人工湿地去除养殖池塘富营养化水的效果。人工湿地灌溉富营养化水后田面水总氮和总磷的动态变化情况如图2所示。2个需水敏感期，在灌溉富营养化水后1 d田面水总氮浓度达到峰值，平均为100.78 mg/L，之后逐渐下降，第7天总氮浓度降至5.16 mg/L，去除率为94.9%。“一茭两鸭”人工湿地总氮浓度比茭白单作人工湿地略高，与鸭粪向田面水中持续释放氮素有关。与田面水总氮浓度变化规律相似，田面水总磷浓度在灌溉富营养化水后1 d达到峰值，之后逐渐下降，第7天总磷去除率达到93.6%。鴨粪供磷的作用导致“一茭两鸭”人工湿地总磷浓度比茭白单作人工湿地略高。“一茭两鸭”人工湿地茭白整个生长期，用养殖池塘富营养化水约4 600 m3/hm2进行灌溉，其输入的氮磷含量，相当于83.5 kg尿素和46.5 kg过磷酸钙氮磷含量，折合化肥施用量减少40%。养殖池塘富营养化水通过“一茭两鸭”人工湿地的消纳，排放的田面水都达到国家淡水池塘养殖水的排放标准。
4 人工湿地标准化示范区建立
在高邮市送桥镇江苏普兴循环农业发展有限公司的循环农业示范基地，建立了水生作物综合种养田消纳养殖池塘富营养化水的农业标准化示范区[11]，主要示范原位种养一体化人工湿地如“壅菜—鸭—鱼”，在原池塘中构建浮床种植壅菜、水面养鸭、水下养鱼的生态自我净化系统，以及异位系统化的人工湿地，如“池塘—净化池—水湿生植物”和“池塘—‘一稻两鸭’”“池塘—‘一稻两虾’”“池塘—‘一茭两鸭’”“池塘—‘一茭两虾’”等。示范区的建设将加速人工湿地法生态治理养殖池塘富营养化水技术的推广应用，为养殖肥水的资源化循环利用，避免环境污染和维护生态平衡，为南水北调东线源头区域性“江淮生态大走廊”的建设提供典型范例。
5 参考文献
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