全 文 ：水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的可行性研究
郑建初 , 常志州 , 陈留根 , 朱普平 , 盛　婧
(江苏省农业科学院 ,江苏南京 210014)
　　摘要:阐述了太湖流域水体氮磷污染现状 ,分析了水葫芦治理水体氮磷污染的潜力与风险 , 提出了水葫芦治
理太湖流域水体氮磷污染的关键措施。并且还根据水葫芦处理水体氮磷污染成本分析 , 提出了确保水葫芦治理
太湖流域水体氮磷污染的新机制:全经济补贴机制 、有效监管机制和政策保障机制 。
　　关键词:水葫芦;氮磷污染;潜力;风险;措施;机制
　　中图分类号:X524　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2008)03-0247-04
收稿日期:2008-04-25
基金项目:江苏省政府专项 “水葫芦治理水体氮磷污染控制性种植
及资源化技术研究与示范 ”;江苏省科技攻关太湖专项(编号:
BS2007117)。
作者简介:郑建初(1956—),男 ,江苏无锡人 ,研究员 ,主要从事耕作
制度与农业生态研究。 Te1:(025)84390006;E-mail:zjc@jaas.
ac.cn。
　　太湖流域是我国著名的鱼米之乡 ,在我国经济
持续健康发展中处于重要的战略地位 。该流域面积
3.69万 km2 ,涉及江苏 、浙江 、上海和安徽三省一
市 ,主要包括江苏省苏州 、无锡 、常州全部和镇江部
分地区 ,浙江省湖州 、嘉兴全部和杭州部分地区 ,以
及上海市(不含崇明)。其中:江苏 1.94万 km2 、浙
江 1.21万 km2 、上海 5 176 km2 、安徽 225 km2。太
湖水面面积 2 338 km2 ,是我国第三大淡水湖泊 ,就
像一颗璀璨的明珠 ,镶嵌在流域的中部。 2005年全
流域国内生产总值为 2.12万亿元 ,约占全国 GDP
的 11.6%;人均生产总值达 4.7万元 ,是全国平均
的 3.4倍;全流域财政收入 6 609.1亿元 ,约占全国
的 22.1%,单位国土面积经济收益约为全国平均的
57倍 。多年来丰富的水资源和秀美的太湖水为江
苏 、浙江和上海人民生产 、生活和经济社会的发展提
供了重要的保障 ,而且对我国国民经济快速健康发
展做出了重大贡献 。太湖领域水环境的好坏 ,不仅
关系到两省一市的经济发展和人民的生活 ,而且对
我国整体国民经济的发展和国际形象影响重大 。
1　太湖流域水体氮磷污染现状
长期以来 ,党中央 、国务院和流域内地方政府一
直高度重视太湖流域水环境的治理 。 “九五 ”以来 ,
环湖两省一市先后启动了一系列重大工程 ,如城镇
污水治理工程 、饮用水保证工程 、截污河道整治工
程 、水利调控工程 、清洁生产和湖面污染控制工程
等。在这些工程的带动下 ,太湖流域水环境综合治
理取得了一定成效 。
但是伴随着经济高速发展 ,以及多种因素的影
响 ,流域内环境尤其是水环境恶化问题仍然非常突
出。流域的污染物排放量仍远远超过水体允许排放
量 , 2005年铵态氮 9.18万 t,总氮 14.16万 t,总磷
1.04万 t;而污染物允许排放量:铵态氮 3.8万 t,总
氮5.86万 t, 总磷 0.49万 t。 2005年 ,在太湖流域
2 700km河段中 ,全年水质劣于 Ⅲ类的占 89.3%,
劣于 V类的达 61.3%。太湖 、洮湖 、淀山湖等主要
湖泊营养化程度均为富营养化 ,其中太湖北部湖湾
(梅梁湖 、竺山湖等)富营养化程度十分严重。太湖
流域评价的 368个水(环境)功能区 , 2005年整体达
标率为 18.6%,其中河流类水(环境)功能区达标率
为 11.1%, 湖泊类水 (环境 )功能区达标率为
89.6%,水库类水(环境)功能区达标率为 89.1%。
尤其是 2007年 5月底 ,水体氮磷污染致使太湖蓝藻
暴发 ,引发无锡市百万人供水危机 ,严重影响了当地
人民群众的生产和生活 ,社会各界广泛关注 [ 1] 。此
次事件在党中央 、国务院高度重视下 ,当地政府采取
得力措施 ,迅速解决了群众的用水问题 ,社会生活秩
序也很快恢复正常 。但是此次事件进一步暴露了太
湖流域经济社会发展和环境保护之间的矛盾:目前
太湖水质污染问题日益严重 ,饮用水源地水质安全
难以得到有效保障 ,环境日益恶化 ,生物多样性遭到
损害 。水环境恶化已经成为当地经济社会发展 、建
设和谐社会的重要制约因素 ,水环境综合治理已迫
在眉睫 ,亟须启动新一轮的治理工程项目 ,以实现太
湖水环境的根本好转。
—247—江苏农业科学　2008年第 3期DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2008.03.012
2　水葫芦治理水体氮磷污染的潜力与风险
2.1　水葫芦吸收水体氮磷的潜力
生物净化水体工程已经在国内外受到广泛重
视 。自 20世纪 70年代开始 ,水生植物的水体净化
及治污能力受到人们的极大关注 [ 2-4] ,研究开发出
了以大型水生植物(如水葫芦 、香蒲 、芦苇等)为核
心的污水处理和水体修复生态工程技术。水生植物
修复技术主要利用水生植物在水体中生长 ,将水中
的氮磷等污染物吸收到植物体内 ,从而达到净化水
质的作用。已有的研究表明:漂浮植物吸收能力强
于挺水植物 ,而沉水植物吸收能力最差。江苏省农
业科学院袁从祎等研究了 “三水 ”作物 (水葫芦 、水
浮莲 、水花生)在太湖水域(铵态氮 0.2 ～ 0.8 mg/L、
总磷 0.02 ～ 0.04mg/L)的生长能力 ,结果表明无论
是干物质生产量还是氮磷钾的吸收量 ,均以水葫芦
为最高 [ 5] 。Reddy等研究了水葫芦等 8种水生植物
净化污水的能力 ,结果表明 ,夏季水生植物去除氮的
效果优劣次序是:水葫芦 、水浮莲 、水鳖 、浮萍 、槐叶
萍 、紫萍 、水筛 ,而在冬季则依次为水鳖 、水葫芦 、浮
萍 、水浮莲 、紫萍 、槐叶萍 、水筛 [ 6] 。国家 “七五”攻
关 “综合生物塘技术及黄州城区污水综合生物塘处
理研究”中也发现 ,在水葫芦 、藻菌 、人工水草系统
等几种不同的生态系统中 ,去污效果依次为水葫芦
>藻菌 >人工水草好氧系统 >人工水草厌氧
系统[ 7] 。
最近研究表明 ,水葫芦的氮磷富集能力极强 。
水葫芦耐肥耐污 ,适应性强 ,在总氮 2mg/L以上 、总
磷 0.1mg/L的富营养化水体中快速生长繁殖 ,能从
水体中吸收大量氮 、磷 、钾等营养物质 ,对富营养化
水体具有较强的净化作用。据江苏省农业科学院
2007年 9月 6日至 11月 6日进行水葫芦生长试验 ,
试验过程日平均生长量为 4.95 t/hm2 ,水葫芦的干
物质含量平均为 6.56%,推算太湖流域水葫芦生长
期可从 5月 1日至 10月 30日 ,全生育期达 180 d,
产鲜物质可达 891 t/hm2 ,干物质 58.5 t/hm2。据江
苏省农业科学院 2007年对太湖流域 5个试验点的
测定 ,水葫芦植株干物质氮 、磷 、钾的平均含量分别
为 3.07%、0.46%、5.70%。据此计算 ,放养 1 hm2
水葫芦 1年可吸收氮 、磷 、钾的量分别为 1.80 t、
0.27t、33.3 t。
2.2　水葫芦放养的生态风险分析
水葫芦是外来入侵生物之一 ,对于能否利用问
题 ,学术界一直争论不休 ,主要担忧水葫芦生长繁殖
快 ,易于随水漂流 ,可能会诱发以下风险:堵塞航道 、
影响泄洪;水面在高覆盖放养条件下 ,水体溶氧降
低 ,生物多样性减少;不及时打捞 ,其自身腐解造成
水体二次污染;根系易脱落 ,造成水质污染;重金属
累积等。对于这些风险 ,只要在控制放养 、科学放
养 、及时打捞的条件下完全可以避免。第一 ,水葫芦
可控性较好。水葫芦较易围栏放养 ,只要重视 ,完全
可以防止扩散 。水葫芦在气温 13℃时开始生长 , 25
～ 30 ℃时生长最快 , 35 ℃以上生长缓慢 , 0 ℃以下
死亡 。自然条件下 ,长江中下游地区 4 ～ 11月为水
葫芦生长季节 ,在太湖流域江苏境内 ,野外水葫芦不
能正常越冬;水葫芦只能在水体或湿地中生存且主
要依靠营养体繁殖 ,由于生长和繁殖特点的局限性 ,
不会造成无限制蔓延。第二 ,在水体不完全覆盖的
条件下 ,溶氧不会降低。据江苏省环境监测站 2007
年对官塘水葫芦放养区上中下游水体连续 3 d溶氧
监测表明 ,放养水葫芦的水体溶氧不仅没有降低 ,而
且有所增加。第三 ,根系脱落对水体影响甚微。江
苏省农业科学院用氮 、磷污染较为严重且悬浮物含
量较高的河水放养水葫芦试验 ,结果表明水葫芦根
系虽易脱落 ,但数量较少 ,且其吸附水体悬浮物的能
力较强 ,放养水葫芦的水体水底沉积物仅为对照的
65%。第四 ,在非重金属污染水域 ,放养水葫芦对重
金属的累积程度不会影响到利用 。据江苏省农业科
学院对太湖 5个试验点的监测 ,对照国家城镇垃圾
农用标准和有机肥标准 , Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn在水
葫芦根 、茎 、叶中均未超标 ,水葫芦作为有机肥的利
用是完全安全的。因此 ,在江苏自然条件下 ,控制性
放养水葫芦 ,生态风险较小。
3　水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的关键措施
3.1　控制性放养
3.1.1　控制性放养地点选择　在不影响航运 、行洪
条件下 ,选择流域内 4种区域作为控制性放养的实
施地点:(1)太湖中背风的湖套 、湖湾 ,如:竺山湖 、
梅梁湖等 ,与太湖水体相连的内湖如滆湖 、长荡湖
等;(2)主要入湖河道及支流 、湖荡两侧 , 如:望虞
河 、槽河 、直湖港 、伯渎港 、鹅真荡 、官塘等;(3)封闭
灌区内的河沟;(4)退养鱼塘与内湖中的退养围栏 。
3.1.2　控制性放养工程设计　控制性放养设施以
毛竹打桩 ,桩上挂网围栏的方式为主 。工程建设标
准达到能抵御 10级台风 ,并在水位涨落 0.8m时仍
—248— 江苏农业科学　2008年第 3期
能防止水葫芦漂逸 。其控制性放养设施具体设计
如下:
(1)太湖中背风的湖套 、湖湾及流入太湖的河
流上的湖荡 、内湖等适宜放养水葫芦的大面积水域 。
采用四面围栏的方式 ,形成长 100 m、宽 20 m、面积
为 2 000 m2的长方形封闭式围栏 ,围栏的长度方向
与风的主方向垂直 。围栏设施具体建设方法:在适
宜放养水域 ,用毛竹打桩 ,桩距 2 m,桩高露出水面 1
m以上 ,桩上挂网 ,网高 2m,水上 、水下各 1 m。
(2)水流平缓 、河面宽阔的入湖河道两侧。在
河道两侧采用 3面围栏 ,一面利用河埂 ,形成封闭式
人工控制性放养圈 。根据河道特点确定围栏大小 ,
一般长为 100m、宽为 10m,水葫芦放养面积不超过
主河道总水面的 20%。围网围栏设施建设方法:在
适宜放养水域 ,用毛竹打桩 ,桩距 3 m,桩高露出水
面 1m以上 ,桩上挂网 ,网高 2 m,水上 、水下各 1m。
(3)封闭式灌区内的河沟 。在河沟一侧进行 3
面围栏 ,在围栏内放养水葫芦 。围栏宽度约占河沟
的一半 。围栏方法同入湖河道 。
(4)退养鱼塘 。退养鱼塘的水葫芦放养面积可
占鱼塘总水面的 90%以上 ,在进排水口用竹桩围成
面积为水面 10%左右大小的围栏留作透气窗 ,其余
水面全部放养水葫芦 。
3.1.3　控制性放养技术　(1)越冬保种技术 。越
冬场所选择:应选择背风向阳 、靠近春繁和放养水
域 、排灌方便的地方。越冬种苗量及面积:越冬保种
田的保种量以 75 000 kg/hm2为宜 ,根据经济性原
则 ,保种面积 、春繁面积 、放养面积比例以 1 ∶20 ∶
100为宜。种苗选择:选择无病虫害 ,生长健壮的植
株作种苗。越冬方法:采用塑料薄膜覆盖越冬 ,越冬
时间一般在 10月下旬开始 ,越冬期间做好温度 、湿
度的调节。 (2)放养技术。 3月底在背风向阳 、水面
相对静止的水塘 、河沟等进行扩繁 。 4月下旬开始
实施水域放养 ,放养量一般不低于 7 500kg/667m2。
放养后保持水体有一定的交换性 ,促进水葫芦生长
和对水体氮磷的吸收 。确定适宜的打捞时间 、打捞
量 ,使水葫芦群体生长量维持在快速增长期;科学防
治斜纹夜蛾幼虫等害虫对水葫芦的危害。
3.2　机械化打捞
水葫芦生长量大 、繁殖快 ,及时打捞是防止水葫
芦泛滥和造成水体二次污染的根本保证 ,也是资源
化利用的前提。目前水葫芦打捞仍以人工为主 ,劳
动量大 ,效率低 ,应引进机械和加快研制打捞装置 ,
建立一支专业水葫芦机械打捞队伍 ,并辅以群众性
人工打捞 。对打捞实行按打捞量的补偿办法 ,确保
水葫芦及时按量打捞。
打捞时间为每年的 6月上旬至 11月底。每次
打捞量应根据水葫芦生长量与打捞间隔期而定 ,一
般在水葫芦现存量达到 20 kg/m2时进行打捞 ,打捞
比例为 25% ～ 50%, 打捞后保持水葫芦 10 ～ 15
kg/m2 ,使打捞后水葫芦单位面积生长量仍处于最
佳阶段。通过轮流打捞的方法 ,保证作业机械和水
葫芦供应的平衡性 。在每年 11月气温低于 10℃水
葫芦停止生长后至 12月上旬将水面水葫芦全部
打捞 。
3.3　资源化利用
3.3.1　水葫芦资源化利用潜力　水葫芦生物产量
高 ,氮磷钾养分含量高 ,是一个巨大的能量和养分资
源库 ,水葫芦不仅是高效的水体净化植物 ,而且是潜
力巨大的肥源和能源植物。水葫芦打捞后可生产商
品有机肥或进行直接还田 ,按水葫芦生物量计算 , 1
hm2水葫芦可为 10 hm2左右的农田提供优质有机
肥。如进行发酵可生产沼气 ,据江苏省农业科学院
水葫芦沼气发酵的实验室试验和小试 , 1 kg水葫芦
干物质可产沼气 0.21 m3 , 1hm2水葫芦产量按 58.5
t干物质计可生产沼气 12 285 m3 ,甲烷含量 60%以
上;发酵后的沼渣 、沼液又是优质有机肥 。按能值计
算 , 1hm2水葫芦相当于 8 ～ 10 hm2水稻等农作物秸
秆 ,因此水葫芦资源化利用潜力巨大。
3.3.2　水葫芦肥料化利用设计　(1)水葫芦生产
商品有机肥。在水葫芦放养相对集中或通过水路运
输可近距离到达的地区 ,按照水葫芦的放养规模 ,建
立相应的水葫芦商品有机肥厂。商品有机肥厂主要
包括堆肥厂和废水处理部分 ,堆肥厂主要包括水葫
芦堆积场 、水葫芦破碎及脱水操作车间 、堆肥发酵
场 、肥料烘干车间 、肥料生产车间等部分;废水处理
部分主要包括酸化池 、UASB厌氧反应器 、沉淀池 、
A/O处理池等部分 。(2)水葫芦直接还田利用。该
方法适宜在果园或林地使用 , 使用季节在初冬季。
将水葫芦均匀摊铺在果园或林地中 ,或在果园地中
挖沟填埋 ,最大施用量可在 150 t(鲜重)/hm2左右 ,
相当于 1 hm2施用有机干物质 9 750 kg、氮 300 kg、
磷 45 kg、钾 555 kg。也可在田头与秸秆等废弃物混
合堆肥 ,经自然高温发酵后施用。
3.3.3　水葫芦能源化利用设计　水葫芦能源化利
用主要是利用水葫芦生产沼气。工程设计主要是在
—249—郑建初等:水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的可行性研究
水葫芦的集中放养区建立相应规模的沼气发酵设施
和发电装置 ,以及沼液沼渣输送到农田的设施 ,使沼
气发酵与沼液农田利用相配套 。如建 1 000 m3沼
气发酵反应器每年可消耗水葫芦 2万 t,生产沼气潜
力产量 420万 m3 ,潜力发电量 840万 kW· h,并可
为 67 ～ 100 hm2高产农田提供优质沼液有机肥 ,实
现完全不用商品化肥的有机生产。
4　水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的经济分析
按太湖流域目前的经济发展水平 、物质投入和
劳动力成本 ,放养 1hm2水葫芦约需毛竹 、栏网等投
入 18 600元 ,折旧两年 ,每年需 9 300元 ,种苗 3 000
元 ,人工及其他管理费 5 700元 ,合计 18 000元 。打
捞运输 1 t水葫芦机械费用约 25元 ,人工费用 25
元 ,计 50元 ,合计打捞费用 30 000元 /hm2。 1 t鲜
水葫芦生产有机肥的固定资产 、管理等投入约 28
元 ,企业利润 7元 ,小计 35元 ,合计 21 000元 /hm2。
水葫芦放养 、打捞 、生产商品有机肥的所有费用合计
需 69 000元 /hm2。
按 《江苏省环境资源区域补偿办法(试行)》[苏
政发(2007)149号 ]的规定 ,环境资源区域补偿因子
及补偿标准暂定为:化学需氧量 1.5万元 /t;铵氮 10
万元 /t;总磷 10万元 /t。放养 1hm2水葫芦 ,可生产
水葫芦 600t以上(鲜重 ,按试验产量 70%计),吸收
氮 1 207.5kg、磷 180 kg、钾 2 250 kg,总氮磷吸收量
1 387.5 kg,可补偿 138 750元 /hm2。因此 ,用水葫
芦处理水体氮磷污染 ,可节省成本 1倍以上 ,同时可
为农田提供大量的有机肥和十分紧缺的钾肥。
目前国内一般理化处理氮 、磷的方法 ,成本为
12万 ～ 15万元 /t左右 ,且处理后总氮的排放标准仅
能达到 15mg/L(一级 A标准),若将此氮浓度的污
染水处理到 V类地面水标准以下 , 目前采用的物
理 、化学与生化处理方法很难实现。而水葫芦可有
效处理 15mg/L以下氮浓度的微污染水体 ,氮磷处
理成本在 5万元 /t以下。因此 ,在太湖流域实施水
葫芦治理水体氮磷污染 ,不仅是有效的措施 ,也是低
成本的措施 。
5　水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的机制创新
5.1　全经济补贴机制
太湖污染治理是确保该流域经济社会持续发
展 ,人民生活和谐稳定的政府目标 ,治理经费应由各
级政府稳定支持 。放养水葫芦作为处理水体氮磷污
染的有效措施 ,已逐渐得到各级政府和科技界的认
同 ,各级政府应加大对该项工程的投入力度。为避
免水葫芦放而不管 、养而不捞 、捞而不利用的局面 ,
各级政府在加大投入的基础上 ,应创新资金投入机
制 ,激励农民和企业养好 、管好 、利用好水葫芦。根
据 2007年在太湖流域水葫芦放养区域调查 ,以农民
愿意放养 、愿意打捞 、企业愿意加工为目标 ,可建立
水葫芦放养 、打捞 、有机肥加工以及农民施用水葫芦
有机肥产品的四级补偿机制 。补偿机制以水葫芦实
际重量为核准基数 ,生产 1t水葫芦补贴 30元 ,放养
水葫芦(鲜重产量按 600t/hm2计)可获补贴 18 000
元 /hm2 ,扣除物质投入 ,农民劳动收入可达到 9 000
元 /hm2左右;打捞 1 t水葫芦补贴 50元 ,扣除物质
投入 ,农民劳动收入每天可达到 200元以上;加工企
业每处理 1 t水葫芦补贴 35元 ,企业利润可达 20%
以上;施用水葫芦有机肥按江苏省有机肥补贴办法
执行 ,有机肥补贴 200元 /t。
5.2　有效监管机制
建立以政府部门或中介机构为主体的监管机
构 ,负责监管考核放养面积 、生产量 、打捞量 、企业收
购量和有机肥加工量 ,为资金补贴提供切实的数据。
5.3　政策保障机制
依据国家土地政策和水域管理等相关法律法
规 ,根据水葫芦放养和加工土地 、水面所有权特征 ,
建立土地 、水面等所有权和使用权流转机制 ,促进规
模化水葫芦放养和企业的产业化处理。同时 ,政府
在税收 、金融等政策方面 ,应提供相应的配套措施 ,
保障水葫芦治理水体氮磷污染工程的顺利开展。
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