全 文 ：生态与农村环境学报 2014，30 (3) :306－310
Journal of Ecology and Ｒural Environment
规模化控养水葫芦改善滇池草海相对封闭水域水质的研究
张志勇1，秦红杰1，刘海琴1，李晓铭2，闻学政1，张迎颖1，严少华1① (1. 江苏省农业科学院农业资源与环境
研究所，江苏 南京 210014;2. 昆明市环境监测中心，云南 昆明 650228)
摘要:在滇池草海的封闭水域东风坝和老干鱼塘开展修复富营养化水体的试验性工程示范。定期监测水葫芦
(Eichhornia crassipes)生长规律，富集氮、磷能力，以及 2 个水域水葫芦种养后水质的周年动态变化。结果表明，2
个水域水葫芦最大生长速率均出现在 7 月，生长速率分别为 759. 3 和 601. 6 g·m－2·d－1，12 月基本停止生长，东
风坝和老干鱼塘水域新鲜水葫芦对氮、磷的富集量分别为 1. 95、0. 17 和 1. 74、0. 14 kg·t－1，水体营养化程度直接
影响水葫芦生长特征。规模化控养水葫芦明显提高水体透明度，降低水体溶解氧浓度和 pH，但既未明显影响鱼类
生长，又有利于水葫芦的生长与繁殖。在水葫芦种苗初始投放覆盖度＜10%、投苗量为 22. 5 t·hm－2 条件下，水葫
芦种养后(7—12 月)东风坝水体 TN、TP 和 NH4
+-N 平均浓度比种养前(6 月)分别下降 7. 79、0. 67 和 0. 91 mg·
L－1，老干鱼塘水体 TN、TP 和 NH4
+-N平均浓度比种养前分别下降 1. 03、0. 08 和 0. 09 mg·L－1。水葫芦被机械化
打捞后，2 处水域水体 TN和 TP 浓度并未明显回升，水质变化较平稳，表明规模化控养水葫芦修复封闭的富营养
化水域水质效果明显。
关键词:水葫芦;封闭水域;富营养化;水体修复;滇池
中图分类号:X52 文献标志码:A 文章编号:1673－4831(2014)03－0306－05
Effect of Large-Scale Confined Growth of Water Hyacinth Improving Water Quality of Ｒelatively Enclosed Eu-
trophicated Waters in Caohai of Lake Dianchi． ZHANG Zhi-yong1，QIN Hong-jie1，LIU Hai-qin1，LI Xiao-ming2，
WEN Xue-zheng1，ZHANG Ying-ying1，YAN Shao-hua1(1. Institute of Agricultural Ｒesource and Environmental Sciences，
Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China;2. Kunming Environmental Monitoring Center，Kun-
ming 650228，China)
Abstract:An experimental engineering demonstration project of remedying eutrophicated waters through large scale con-
fined growth of water hyacinth was carried out in Dongfeng Ba and Laogan Yutang，two tracts of relatively enclosed waters
in Caohai of Lake Dianchi． In line with the project，growth and variation of nitrogen and phosphorus accumulation capacity
of water hyacinth was monitored regularly and dynamic changes in water quality of the two tracts of waters were measured in
the year after the water hyacinth was planted． Ｒesults show that growth rate of the water hyacinth in both tracts of waters
peaked up to 759. 3 and 601. 6 g·m－2·d－1，in July and dropped almost to zero in December． The plants accumulated
nitrogen and phosphorus from the water，reaching 1. 95 and 0. 17 kg·t－1，respectively，in Dongfeng Ba，and 1. 74 and
0. 14 kg·t－1，respectively，in Laogan Yutang． Eutrophication degree of the water body was found to have a direct rela-
tionship with growth of the plants． Cultivation of water hyacinth in such a way obviously improved transparency of the water
body，lowered the concentration of dissolved oxygen and pH in the water，which had no adverse effect on growth of the fish
in the water，but beneficial effect on growth and propagation of water hyacinth． At the beginning of the project，water hya-
cinth seedlings were released at a rate of 22. 5 t·hm－2，and their coverage of water surface was less than 10% ． After 6
months (July to December)of cultivation，water hyacinth lowered the mean concentration of TN，TP and NH4
+-N by
7. 79，0. 67 and 0. 91 mg·L－1，respectively，in Dongfeng Ba and by 1. 03，0. 08 and 0. 09 mg·L－1，respectively，in
Laogan Yutang． The concentrations of TN and TP in the two water bodies did not show any rising trend and water quality
varied smoothly after water hyacinth was harvested mechanically，indicating that large scale confined growth of water hya-
cinth remedying eutrophicated water is very effective．
Key words:water hyacinth;enclosed water body;eutrophication;water remediation;Lake Dianchi
收稿日期:2013－11－19
基金项目:“十二五”滇池水专项(2012ZX07102－004－6) ;国家自然科学基金青年基金(41201533) ;江苏省农业科技自主创新资金项目〔CX
(11)2038〕
① 通信作者 E-mail:shyan@ jaas． ac． cn
第 3 期 张志勇等:规模化控养水葫芦改善滇池草海相对封闭水域水质的研究 ·307·
水体富营养化已日益成为全世界范围内湖泊
污染的主要形式［1］。在我国淡水水域中，50%以上
的湖泊、30%以上的大型水库都呈现水体富营养化
状态，其中安徽巢湖、江苏太湖以及云南滇池尤为
严重。水体富营养化的治理是当今世界性难题，亟
待解决。水生植物修复技术以其低能耗、长期有效
和安全环保等优势而成为国内外研究者关注的热
点［2－3］。水葫芦(water hyacinth)又名凤眼莲(Eich-
hornia crassipes) ，为雨久花科凤眼莲属多年生漂浮
植物。由于水葫芦生长速度快，生物产量高，对水
体中氮、磷等污染物有极强的吸收能力而被广泛用
于水环境污染的治理［4］。
滇池是我国著名的高原浅水湖泊，被海埂大坝
隔离为草海和外海 2 个部分。草海位于滇池北部，
为滇池污染最严重的水域，处于重度富营养化状
态，总面积约 10. 5 km2，平均水深约 2. 5 m。其中，
东风坝位于草海西北部，面积为 2. 4 km2，老干鱼塘
位于草海南部，面积为 0. 47 km2，都为相对封闭水
体。有关水葫芦生长特性及水质净化效果的研究
大多在自然流动水域进行，而对相对封闭、富营养
化水环境下水葫芦种群的扩繁规律，尤其对水体营
养物质去除效果的研究较少。该研究较系统地探
讨了封闭水域中水葫芦的生长特性及对水体的净
化效果，以期为今后利用水葫芦治理封闭污染水体
提供理论支持和技术应用指导。
1 材料与方法
1. 1 水葫芦种苗来源
水葫芦种苗为 2010 年在草海自然生长并安全
越冬的长势良好且大小相近的水葫芦。初始种苗
投放量为 22. 5 t·hm－2，东风坝和老干鱼塘初始覆
盖度分别达到 3. 9%和 8. 5%。
1. 2 试验水域
东风坝和老干鱼塘实际水域面积分别为 240 和
47 hm2(图 1) ，2 处封闭水域水葫芦种苗投放时间为
2011 年 6 月初至中旬。2 处水域围栏均为竹桩挂
网，围栏面积分别为 73 和 27 hm2，围栏面积占水域
面积的 30. 4%和 57. 4%。为了比较研究东风坝和
老干鱼塘水葫芦扩繁规律及对水质的改善效果，对
2 处封闭水域水葫芦生长特性和水体理化性质按每
月 1 次的频率进行监测。水葫芦生长期间(6—12
月)2 处水域平均水温分别为 19. 3 和 18. 8 ℃。
1. 3 检测指标
1. 3. 1 植物样品检测
采集东风坝和老干鱼塘水葫芦植物样，称其鲜
质量，然后于 105 ℃条件下在烘箱中杀青 30 min，最
后在 65 ℃条件下烘干至恒质量，计算含水率。烘干
样品经粉碎机粉碎后密封干燥保存，测定其氮、磷
含量。水葫芦生物量 = 单位面积水域中植株鲜
质量×覆盖面积。生长速率计算公式为 Ｒ =(qn+1 －
qn)/ t。其中，Ｒ为生长速率，g·m
－2·d－1;qn 和 qn+1
分别为第 n 和 n+1 次监测时的累积生物量，kg·
m－2;t为第 n和 n+1 次监测的间隔时间，d。
图 1 滇池草海东风坝和老干鱼塘的位置示意
Fig. 1 Location map of Dongfeng Ba and
Laogan Yutang in Caohai of Lake Dianchi
1. 3. 2 水质检测
溶解氧(DO)和 pH 采用多参数水质分析仪
(YSI Professional Plus，YSI Inc．，Yellow Springs，OH，
USA)现场测定;透明度(SD)采用塞氏(Secchi)盘
现场目测;水样总氮(TN)、总磷(TP)、铵态氮
(NH4
+-N)和硝态氮(NO3
－-N)浓度采用流动分析仪
(Auto-Analyzer 3 Application)测定。
2 结果与分析
2. 1 水葫芦的生长规律
由表 1 可知，东风坝水域因水体富营养化程度
高，其水葫芦生长速率高于老干鱼塘，2 处水域水葫
芦最大生长速率均出现在 7 月，分别高达 759. 3 和
601. 6 g·m－2·d－1，10 月生长速率迅速降低至 63. 5
和 47. 6 g·m－2·d－1。从 2011 年 6 月至 10 月，东风
坝和老干鱼塘水葫芦覆盖面积分别由初始的 9. 3 和
4. 0 hm2 扩繁至 73. 3 和 26. 7 hm2，分别增加 6. 9 倍
·308· 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第 30 卷
和 5. 7 倍。2 处水域水葫芦初始投放覆盖度分别为
3. 9%和 8. 5%，10 月最大覆盖度达到 30. 5% 和
56. 8%(表 1)。由表 1 还可知，自 6 月开始放养，至
10 月底东风坝水葫芦生物量已增至 58. 00 kg·
m－2，增加 5. 7 倍;而老干鱼塘水葫芦生物量也增至
49. 30 kg·m－2，增加 13. 1 倍。
表 1 2011 年东风坝和老干鱼塘水葫芦生长速率、覆盖面积和生物量随时间的变化
Table 1 Temporal changes in growth rate，coverage and biomass of water hyacinth cultivated in Dongfeng Ba and Laogan
Yutang in 2011
监测
月份
东风坝 老干鱼塘
生长速率 /
(g·m－2·d－1)
覆盖面积 /
hm2
生物量1)/
(kg·m－2)
覆盖度 /
%
生长速率 /
(g·m－2·d－1)
覆盖面积 /
hm2
生物量1)/
(kg·m－2)
覆盖度 /
%
6 263. 1 9. 3 8. 70 3. 9 106. 1 4. 0 3. 50 8. 5
7 759. 3 59. 1 22. 40 24. 6 601. 6 10. 0 22. 80 21. 3
8 623. 8 56. 7 44. 20 23. 6 385. 7 14. 7 36. 30 31. 3
9 312. 5 60. 0 56. 70 25. 0 363. 6 20. 0 48. 30 42. 6
10 63. 5 73. 3 58. 00 30. 5 47. 6 26. 7 49. 30 56. 8
12 20. 4 52. 5 59. 02 21. 9 40. 0 7. 5 51. 30 16. 0
1)以鲜质量计。
2. 2 水葫芦富集氮、磷能力
东风坝和老干鱼塘水域水葫芦年平均干物质
含量分别为 62. 2 和 59. 8 g·kg－1，TN、TP 年平均含
量分别为 31. 29、2. 72 和 29. 17、2. 39 g· kg－1(表
2)。根据水葫芦干物质含量和组织氮、磷含量计算
得到，东风坝和老干鱼塘水域新鲜水葫芦对氮、磷
的富集量分别为 1. 95、0. 17 和 1. 74、0. 14 kg·t－1。
2. 3 水葫芦控养对相对封闭水域水质的改善效果
2. 3. 1 水葫芦控养区水温、DO、pH和 SD的变化
水温、DO、pH 和 SD 的周年变化见图 2。图 2
表明，从 2011 年 6 月到 2012 年 5 月水温整体呈现
“V”型变化趋势，其中高温出现在 6—9 月，温度在
21 ～ 24 ℃之间起伏;低温出现在 11 月至次年 1 月，
温度在 12 ～ 14 ℃之间变化。
表 2 东风坝和老干鱼塘水域水葫芦对氮、磷的富集量
Table 2 Accumulation of nitrogen and phosphorus by
water hyacinth cultivated in Dongfeng Ba and Laogan Yu-
tang
种养水域
养分含量 /
(g·kg－1)
养分富集量 /
(kg·t－1)
TN TP TN TP
干物质平
均含量 /
(g·kg－1)
东风坝 31. 29±6. 28 2. 72±0. 53 1. 95 0. 17 62. 2
老干鱼塘 29. 17±2. 25 2. 39±0. 29 1. 74 0. 14 59. 8
图 2 水葫芦种养区水温、溶解氧(DO)、pH值和透明度(SD)的周年变化
Fig. 2 Annual changes in temperature，dissolved oxygen，pH and transparency in the waters planted with water hyacinth
第 3 期 张志勇等:规模化控养水葫芦改善滇池草海相对封闭水域水质的研究 ·309·
种养水葫芦后(7—12 月)水体 SD 明显提高，
东风坝和老干鱼塘水体 SD 分别从种养前(6 月)的
0. 22 和 0. 40 m 增加到 12 月的 0. 78 和 1. 24 m，分
别提高 0. 56 和 0. 84 m。水葫芦的种养降低了水体
DO浓度，东风坝和老干鱼塘水体 ρ(DO)平均值分
别为 6. 84 和 5. 93 mg·L－1，比种养前(6 月)分别降
低 26. 7%和 35. 5%，但工程示范期间并未对鱼类生
长产生不良影响。东风坝和老干鱼塘水域水葫芦
种养前(6 月)水体 pH值分别为 8. 99 和 8. 91，种养
水葫芦后(7—12 月)2 处水域 pH 平均值比种养前
分别下降 14. 2%和 8. 3%。
2. 3. 2 水葫芦控养对水体 NH4
+-N的去除效果
如图 3 所示，水葫芦种养前(6 月)东风坝和老
干鱼塘水体初始 ρ(NH4
+-N)分别为 1. 12 和 0. 21
mg·L－1。投放水葫芦后(7—12 月)2 处水域 NH4
+-
N浓度均明显降低且保持在较低水平，ρ(NH4
+-N)
平均值分别为 0. 21 和 0. 12 mg·L－1，2012 年 1 月底
水葫芦采收结束后，NH4
+-N浓度均略有回升。
图 3 水葫芦种养区水体 NH4
+-N浓度的周年变化
Fig. 3 Annual changes in concentration of NH4
+-N in the
waters planted with water hyacinth
2. 3. 3 水葫芦控养对水体 TN和 TP 的去除效果
由图 4 可知，水葫芦种养前(6 月)东风坝和老
干鱼塘水体 ρ(TN)、ρ(TP)分别为 10. 43、0. 86 和
3. 21、0. 28 mg·L－1。然而，种养水葫芦后东风坝水
体 TN和 TP 浓度均呈现明显降低趋势，而老干鱼塘
水体 TN和 TP 浓度也呈降低趋势，但效果没有东风
坝明显。7—12 月东风坝和老干鱼塘水体 ρ
(TN)、ρ(TP)平均值分别为 2. 64、0. 19 和 2. 18、
0. 20 mg·L－1。2012 年 1 月底水葫芦打捞后，2 处
水域 TN和 TP 浓度虽略有回升，但波动幅度不大，
2012 年 3—5月 2 处水域 ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别
为 2. 49、0. 19 和 2. 39、0. 19 mg·L－1。
图 4 水葫芦种养区水体 TN和 TP浓度的周年变化
Fig. 4 Annual changes in concentration of TN and
TP in the waters planted with water hyacinth
3 讨论
已有文献报道，氮、磷浓度较高的水体更有利
于水葫芦的生长，表现在分蘖数较多，生长速率较
高，累积生物量较大以及氮、磷富集能力较强等方
面［5］。笔者研究中水葫芦种养初期，东风坝和老干
鱼塘水体 ρ(TN)、ρ(TP)分别为 10. 43、0. 86 和
3. 21、0. 28 mg·L－1，工程示范结果也显示富营养化
程度较高的东风坝水域水葫芦生长速率和生物累
积量均高于老干鱼塘。同时也有研究表明，氮源对
水葫芦生长的影响力远大于磷源对其的影响［6］，而
笔者也发现水葫芦种养初期水葫芦生长较快的东
风坝水域 TN浓度为老干鱼塘的 3. 25 倍。
已有大量研究表明，水葫芦能降低水体 DO 浓
度和 pH值［7－8］，接近中性的水质更有利于水葫芦的
生长与繁殖［9］。笔者研究也发现，在相对封闭的水
体中水葫芦也能降低水体 DO 浓度和 pH 值。水体
pH值降低的原因主要包括:一方面水葫芦可以分泌
抑藻物质，进而影响藻类的光合能力，降低其对 CO2
的利用能力［10］;另一方面水葫芦发达的根系可为微
生物提供良好的根际微域环境［11］，微生物能向周围
水体中分泌有机酸等，进而影响水体酸碱度。
而水体 DO浓度降低的主要原因是水葫芦的快
速繁殖致使其茎叶遮挡水面，大大降低了水体光照
强度，进而影响初级生产者如藻类的光合放氧过
·310· 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第 30 卷
程［12］，最终造成水体 DO 浓度降低。在富营养化湖
泊中，由于藻类的光合作用，水体 DO 浓度一般处于
过饱和状态［13］。BOYD 等［14］研究发现，就 0. 4 hm2
试验塘而言，当水葫芦覆盖度小于 25%时其水体
DO浓度未降低到对鱼类产生危害的水平。水葫芦
种养期间东风坝水域最低 ρ(DO)为 5. 45 mg·L－1，
年均 ρ(DO)为 7. 55 mg· L－1;老干鱼塘水域最
低ρ(DO)为 4. 43 mg· L－1，年均 ρ(DO)为 6. 83
mg·L－1。2 处封闭水体 8、9 月 DO 浓度均处于较
低值，而 8、9 月东风坝和老干鱼塘水域水葫芦覆盖
度分别为 23. 6%、25. 0%和 31. 3%、42. 6%。然而
水葫芦覆盖度最大的月份为 10 月，其 DO浓度均高
于 8、9 月。究其原因主要是 8、9 月水温较 10 月高，
高温水体中水葫芦根系及附着微生物的呼吸作用
增强，消耗了更多的水体 DO。在整个水葫芦种养
期间并未观察到有鱼类等水生动物死亡现象。在
将水葫芦应用于富营养化湖泊的生态修复中，为减
少或规避由于 DO 浓度过低而可能产生的不利影
响，一方面必须构建围栏进行控制性种养，保持一
定的覆盖度并防止水葫芦逃逸;另一方面必须加强
采收，防止水葫芦在生长后期腐烂而造成二次污染。
张志勇等［15］通过比较水葫芦去除不同富营养
化水体中氮、磷能力发现，水葫芦具有很强的氮、磷
吸收能力。王智等［16］通过模拟试验发现，水葫芦对
滇池草海富营养化水体 TN、TP 有明显的去除效果。
在初始种苗投放覆盖度低于 10%、投苗量为 22. 5
t·hm－2 条件下，该示范工程中相对封闭的东风坝
和老干鱼塘水域研究结果也显示，新鲜水葫芦自身
吸收富集的氮、磷总量分别为 1. 95、0. 17 和 1. 74、
0. 14 kg·t－1，水葫芦生长期间对东风坝和老干鱼塘
水体 TN、TP 的去除率〔去除率 =(水葫芦种养前 6
月水体 TN或 TP 浓度－水葫芦种养后 7—12 月水体
TN或 TP 平均浓度)/水葫芦种养前 6 月水体 TN或
TP 浓度×100%〕分别为 74. 7%、77. 9%和 32. 1%、
28. 6%，证明规模化控养水葫芦在改善相对封闭富
营养化水体方面的效果显著。
4 结论
东风坝水域水葫芦种苗初始投放覆盖面积仅
占水域面积的约 3. 9%，最大覆盖度为 30. 5%，但水
葫芦生长期间水体 ρ(TN)基本可控制在 3. 0 mg·
L－1 以下，ρ(TP)可控制在 0. 25 mg·L－1 以下。尽
管老干鱼塘水域种苗初始投放覆盖度为 8. 5%，最
大覆盖度高达 56. 8%，但因水域初始水质优于东风
坝，水葫芦对其水体 TN、TP 的去除率低于东风坝。
可见，水葫芦对水体的修复效果在很大程度上受水
域富营养化程度的影响。
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作者简介:张志勇(1977—) ，男，河北迁安人，副研究员，主
要从事水体污染的生物修复方面的 研 究。E-mail:
jaaszyzhang@ 126． com