三角帆蚌对河道水质的改善作用研究

Effects of Hyriopsis cumingii on improving the water quality of river

摘要

[目的]利用三角帆蚌的滤水滤食特性，监测并提升河道的水质，为X河的水质提升提供生态治理方法。[方法]选择X河城区中段作为试验地点，试验期为7个月。在试验区域内设置多个养殖区，每个养殖区投放一定数量的三角帆蚌，定期对试验区域的水质进行监测，包括化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等指标，评估其对水质的改善效果。[结果]经过7个月的养殖，试验区域的水质得到了明显改善，化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等指标均有所下降。150 d后，试验区的下游区域的化学需氧量由25.6 mg/L(120 d)下降至22.0 mg/L(210 d)，氨氮由0.99 mg/L(120 d)下降至0.18 mg/L(210 d)，总磷由0.17 mg/L(120 d)下降至0.07mg/L(210 d)，达到地表三类水标准。[结论]利用三角帆蚌进行水质监测可以解决该河道浮游生物较为丰富和水体透明度偏低的问题。

关键词

三角帆蚌 / 生态渔业 / 环保 / 河道治理 / 水质 / 水污染 / 修复效果

Key words

Hyriopsis cumingii / ecological fishery / environmental protection / river regulation / water quality / water pollution / treatment effect

随着工业化和城市化进程的加速，水体污染问题日益严重，已经成为制约经济社会可持续发展的重要因素。传统的水产养殖过程中，部分鱼类的排泄物会分解产生有害物质，加上对药物、饲料等物质的大量使用，不仅危害了水产品品质，还对环境产生了污染^[1]。河道作为水资源的重要组成部分，其水质状况直接关系到周边居民的生活质量和生态系统的健康稳定。因此，为改善生态环境和降低自然因素对水产养殖业生态化造成的影响，寻找一种经济、高效、生态友好的水质提升方法显得尤为重要。建立水产养殖监测系统，用蚌类的强滤水特性实现水质净化提升的研究已逐渐成为研究的热点^[2]。

三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）栖息于常年水位不干涸的大、中型湖泊及河流内，但喜生活在水质清洁、水流缓慢、底质略硬（泥沙底或泥底）的水域，在污泥底水流较缓的水域中也有，但成活率低、产量少，属于杂食性蚌类动物，摄食浮游生物，如轮虫、绿藻以及硅藻，具有强大的滤水滤食功能，在水体生态系统的改良中具有重要的调节作用。在浮游生物较为丰富的水域，浮游生物会消耗大量的溶解氧，导致水体缺氧，降低水体的透明度，影响其他水生动物的生存以及水体的美观和生态系统的健康^[3]。但是三角帆蚌等水生动物可以有效地控制浮游生物的数量，通过滤食一部分浮游生物，从而减轻其对水体的负面影响，并促进水体的循环和流动，提高水体的透明度。现阶段，关于沉水植物、滤食动物等水生动植物改善水体的研究大多是停留在理论阶段或者在实验室完成，且只局限于单一水生植物或水生动物对水体污染修复效果的研究^[4]。

考虑到生态系统是一个复杂的综合系统，水生动植物在系统中占据不同的生态位，因此在本研究利用三角帆蚌的滤水特性，监测河道化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等水质指标的变化，为河道水质改善提供一种生态友好的解决方案，旨在为后期水体治理及水生态修复提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

选取X河城区中段，X河桥北侧约400 m处，河道宽度110 m，水体相对稳定，浮游生物较为丰富的区域。

水质监测站位在试验区内和上下游，确保该区域水质具有一定的代表性，且便于进行长期的监测与管理。选择在天气稳定、无极端气候（如暴雨、大风等）影响的情况下，设立X河特定的试验监测地点。

1.2 试验用三角帆蚌

本试验以三角帆蚌为研究对象，选择日龄在40 d以上、体重在0.1克左右的三角帆蚌蚌苗进行试验，每个培育箱投放100只。

1.3 试验材料与仪器

蚌苗培育箱，规格分别为40 cm×40 cm×8 cm，用0.5 cm木条、竹篾做成框体，底和周边覆以PET 薄膜，再全框体覆以2 cm×2 cm的聚乙烯结节网片，防止鱼类及其他水生动物的侵扰；浮球，浮力大于9.8 N/只，聚乙烯网绳（规格 6 股）；浮游生物网；量筒；量杯；透明度盘；温度计；定氮仪；分光光度计。

1.4 试验方法

通过直接测量法，使用温度计、定氮仪等仪器直接测量水样的相关参数，在测量过程中，确保仪器的准确性和稳定性，并按照仪器的操作规程进行操作。

试验区X河济邹路桥北侧约400 m，放置面积南北长230 m，东西宽100 m的河道中间部位，用聚乙烯绳将培育箱两边连接，每箱间距10 cm，南北放置，每行间距5.5 m左右，每箱边角均放置浮球 1只，相邻箱边角共用1只浮球。共放置培育箱5 000只，共计14行，每行约360只。

水环境监测站位设置，试验区上游50 m（北侧偏东）、中间位置和下游50 m（南侧偏西）的位置沿试验区设置站位点1、2、3，及东西两侧居中轴线中间点25 m、-25 m的位置设参考站位4和5，共计5个点位，为固定采样点进行水质及浮游生物采样，测量水体温度。根据GB/T 11901—2014《水质 Secchi盘透明度测定方法》测定透明度；根据GB/T 14549—1993《水质浮游植物的鉴定和计数方法》统计浮游植物生物量；根据GB/T 14849-1993《水质浮游动物的鉴定和计数方法》统计浮游动物生物量的变化。

投苗时间为5月，取样时间依次在30、60、90、120、150、180、210 d，共7组，5个点（1点位、2点位、3点位、参考1、参考2）,见图1。根据水质监测相关国家标准测定以下指标：化学需氧量（HJ/T 399—2007《污水和水质监测方法化学需氧量的测定》）、氨氮（HJ 535—2009《水质氨氮的测定蒽酮法》）、总氮（HJ 636—2012《水质总氮的测定奈瑟法》）、总磷（GB 11893—1989《水质总磷的测定硫酸消化-钼蓝光度法》）。

1.5 试验程序

1）端桩固定。用公司发明的深水打桩装置固定南北两端深水桩基，聚乙烯绳索固定以浮球使之上浮，后南北连接，固定一行培育箱，同样工程操作固定所有培育箱。

2）培育箱培育床。在培育箱固定后，取黄壤土放置在培育箱底部，待3 d后黄壤土在水中完全散开均匀覆在培育箱底部形成培育床，前期准备工作基本结束。

3）苗种运输。干法运输，从浙江长鑫种苗基地对苗种进行休眠处理，飞机运输，苗种适温后即可准备下塘。

4）苗种放养。取100只苗种(规格为0.5～0.8 cm)均匀放到每个培育箱中，恢复活力后的苗种逐渐没入培养床中，5 d内每天观察苗种存活情况，把死苗移出培育箱，以免污染培养床。

第1批苗种投放时间为5月29日，第2批为6月1日。2次投放共计50万只，所有苗种恒温干法保存。

1.6 检测指标

每个站位每次采样时，同时再采1个对比样，最终取其平均数据，分别测定试验区水质样品的温度、透明度、化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、浮游植物生物量、浮游动物生物量。每次每个站位采样3份，取平均值。

2 结果与分析

2.1 温度的比较

由图1可知，在30~210 d的试验期内，不同试验区水质样品的温度总体呈持续下降的趋势。这与季节变化、天气条件以及水体流动情况等多种因素有关。

2.2 透明度的比较

由图2可知，在30~210 d的试验期内，试验区水质样品透明度总体呈缓慢上升的趋势，说明水体中悬浮物、有机物等污染物质逐渐减少，结果表明三角帆蚌的引入对改善河道水质具有积极作用。

2.3 化学需氧量的比较

由图3可知，试验区水质样品化学需氧量总体呈先上升后下降的趋势，站位1上游于180 d时大幅度上升随后下降，变化趋势较大。表明站位1在180 d时水体中有机物污染较为严重，而站位3污染最小，但从整体来看，三角帆蚌能降低水中的化学需氧量，改善水体污染。

2.4 氨氮的比较

由图4可知，试验区水质样品氨氮总体呈现上升后下降的趋势，参考站位2于120 d下降趋势较大，氨氮含量较高的出现在60、90 d，说明此时水体污染最为严重。但随着时间的推移，氨氮含量明显降低，表明三角帆蚌在一定程度上能够转化或去除水体中的氨氮，减少对水体的污染。

2.5 总氮的比较

由图5可知，试验区水质样品总氮含量总体呈先上升后下降、再上升的趋势，站位1上游的总氮含量最高，站位3下游的总氮含量最低，总氮含量最高在60、90、210 d，这时水体污染较为严重。但从整体来看，虽然总氮含量有所下降，但变化并不明显，这可能与总氮的来源复杂、转化途径多样有关，说明三角帆蚌在一定程度上可以去除总氮。

2.6 总磷的比较

由图6可知，试验区水质样品总磷含量总体呈先上升、后下降、再上升、随后再下降的动态变化趋势，站位1上游的总磷含量最高，站位3下游的总磷含量最低。表明三角帆蚌对总磷的去除效果相对较弱，这可能与磷在水体中的存在形态和转化机制有关，但仍然观察到总磷含量的下降趋势，这可能是因为三角帆蚌的滤食作用间接促进了水体中磷的沉降和转化。

2.7 浮游植物生物量的比较

由图7可知，试验区水质样浮游植物生物量总体呈下降的趋势，参考站位1生物量更高，浮游植物生物量在90、120 d几乎不变，在150 d出现下降趋势，参考站位1在每年8、9月的浮游植物生物量明显高于其他站位，而出现大量浮游植物会导致水质变差。利用三角帆蚌能够有效去除浮游植物，降低水体污染。

2.8 浮游动物生物量的比较

由图8可知，试验区水质样品浮游动物生物量总体呈先上升、后平稳、再下降的趋势，浮游动物生物量在90、120、150、180 d处于平稳状态，于210 d急剧下降，这时生物量是最少的，表明浮游动物生物量在每年夏季和秋季高于冬季。当浮游动物大量繁殖并摄食浮游植物，水体溶氧水平会明显下降，会使水质变瘦，三角帆蚌通过去除一定数量的浮游动物，能够有效降低其生物量，从而改善水体的生态环境。

3 讨论

三角帆蚌在河道治理中具有重要作用。孙家君等^[5]研究发现高密度三角帆蚌会增加水体COD、TN、NH₃-N和TP，低密度三角帆蚌生物扰动有助于改善湿地水生态。杨坤等^[6]研究发现吊养三角帆蚌后草鱼的成活率和增重率显著提高，从改善水质；在草鱼养殖池中，三角帆蚌最佳吊养密度和深度分别为18只/m³和40 cm。宁军等^[7]试验结果表明，三角帆蚌对城镇污水处理厂尾水中化学需氧量、氨氮、总磷净化效果均能稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准。黄辉等^[8】通过研究发现插珠三角帆蚌对水体的净化效果高于不插珠三角帆蚌。甘沛君等^[9]试验结果表明，在大型水库投喂饲料后，草鱼摄食饲料并排出鱼粪，这些鱼粪能够肥水繁殖浮游生物，为三角帆蚌提供食物，有助于在一定程度上缓解水质富营养化的问题。

本研究结果发现在苗种生长前期水体透明度变化不明显，在90、150、180 d的静态水域变化显著，跟生长速度呈正相关。化学需氧量、氨氮、总氮、总磷含量都呈现大体相同的下降趋势。在试验期间，30、60 d，水体透明度及浮游植物、浮游动物都表现出较高的密度，和参考站位没有明显区别，在参照点东岸甚至出现水华现象，后期变化趋势较明显，试验区域水质透明度变化显著，甚至相差17 cm，这与三角蚌的投放和生长相关，在幼苗投放后，幼苗滤水总量有限，净水效果不明显。后期滤水总量增加，净水效果明显。

4 结论

综上所述，在利用三角帆蚌提升X河河道水质的试验中，通过对水质进行监测，试验结果显示，三角帆蚌凭借其强大的滤水能力，对水体中的氨氮、总氮、总磷、浮游植物生物、浮游动物生物等具有显著的去除效果。不仅提高了水体的透明度，还改善了整体水质状况。

在今后水体治理过程中，可根据目标水体有针对性地进行蚌类种类搭配，选择多种蚌类组合的形式实现水质强效净化提升，不断优化完善该治理方式，使其得到更广泛的应用和推广。

参考文献

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[5] 孙家君,李乾岗,魏婷,三角帆蚌生物扰动对白洋淀湿地水环境影响探究[J].环境科技,2021,34(1):8-13.

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[8] 黄辉,王宇希,储忝江,三角帆蚌插珠与否对富营养化水体净化的影响[J].湖北农业科学,2021，60(S2):150-151.

[9] 甘沛君,黄盛鹏.山区水库鱼蚌混养技术[J].海洋与渔业,2020(3):61-62.

基金资助

济宁市黄河流域生态保护和高质量发展重大研发项目(2022HHCG011)