何 騁，沈 磊，張 穎，韓 超，徐玉良，王乙江

（昆山市周莊水利站，江蘇 昆山 215325）

水葫蘆，學(xué)名鳳眼蓮，多年生浮水向陽草本植物，原產(chǎn)南美，19世紀(jì)初從日本作為景觀植物引入我國臺(tái)灣地區(qū)，50年代作為畜禽飼料引入我國內(nèi)地，而后逐步逃逸為野生。水葫蘆作為典型的入侵植物，因其繁殖速度快，適應(yīng)能力強(qiáng)、在我國缺乏天敵等因素，如今已在我國南方大部分地區(qū)造成泛濫，帶來諸如生態(tài)破壞、水體污染、航道堵塞等一系列問題，給水利、環(huán)保等工作帶來諸多不利。受影響地區(qū)每年需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行打撈。就昆山市而言，僅2017年開展水葫蘆突擊打撈出動(dòng)人員13萬余人次，船只6萬余船次，突擊打撈水葫蘆35萬余t，耗用大量人力物力。而現(xiàn)有的人工及機(jī)械打撈等措施，形式較為單一，對(duì)于大面積爆發(fā)的水葫蘆問題效果非常有限。因此，找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)成熟、綠色環(huán)保且切合地方實(shí)際的綜合性解決方案具有一定現(xiàn)實(shí)意義。本文旨在以昆山市為例，通過文獻(xiàn)調(diào)研的方式分別從水葫蘆生長(zhǎng)繁殖不同階段列舉闡述其可能的解決方式，并通過詳細(xì)分析論證，篩選提出較為可行的綜合性解決方案建議。

1 解決方案研究的方法和思路

以水葫蘆的生長(zhǎng)周期為主線，通過文獻(xiàn)調(diào)研的方式，分別在早期、中期及后期不同介入時(shí)機(jī)上列舉闡述可能的具體解決措施，并結(jié)合昆山地區(qū)實(shí)際，充分考慮技術(shù)、社會(huì)及政策可行性，同時(shí)輔以項(xiàng)目模擬對(duì)解決方案經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行論證，從而篩選提出較為可行的綜合性解決方案建議。

2 可能的解決措施闡述

2.1 前期介入

以源頭防控為主要手段，開展水體富營(yíng)養(yǎng)化控制，從而削減水葫蘆生存物質(zhì)基礎(chǔ)，主要措施有：逐步削減工業(yè)排污量；加強(qiáng)農(nóng)藥、化肥的使用監(jiān)管和技術(shù)革新，控制農(nóng)業(yè)面源污染；加快城鎮(zhèn)生活污水治理，控制生活污水污染；防止畜禽養(yǎng)殖污染；防治水產(chǎn)養(yǎng)殖污染等。

2.2 中期介入

2.2.1 打撈和攔截

采取人工或機(jī)械手段對(duì)區(qū)域水葫蘆進(jìn)行打撈，或采用設(shè)置攔籪等形式對(duì)部分水域水葫蘆進(jìn)行攔截防控。

2.2.2 化學(xué)防治

使用各種除草劑對(duì)水葫蘆進(jìn)行殺滅，常用的除草劑有農(nóng)達(dá)、草甘膦、克無蹤等。

2.3.3 生物防治

主要從原產(chǎn)地引進(jìn)天敵（如水葫蘆象甲等），建立種群，對(duì)水葫蘆實(shí)施控制。目前在國外有多個(gè)國家和地區(qū)引種釋放，并建立了種群，部分國家成功控制了水葫蘆的危害，我國在海南、湖北等地應(yīng)用也取得了較好的效果。

2.3 后期介入

根據(jù)Poddar等人[1]的分析可知，水葫蘆（以干重計(jì)）中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等多糖類物質(zhì)占了較大比重，其余粗蛋白、粗纖維、粗脂肪也占有一定比例，另外還含有豐富的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素。因此，以水葫蘆的綜合利用為主要手段，從需求側(cè)入手，拉動(dòng)水葫蘆治理內(nèi)在動(dòng)力具有理論依據(jù)。

2.3.1 造紙

水葫蘆中纖維素、半纖維素含量達(dá)到40%以上[1]，因此充分利用水葫蘆中纖維素成分造紙具有一定的技術(shù)可行性，印度、菲律賓等地已建立以水葫蘆為原料的造紙廠，我國也開展了相關(guān)應(yīng)用研究。

2.3.2 制備生物乙醇

水葫蘆中的纖維素可經(jīng)纖維素酶水解作用降解為還原糖，再經(jīng)發(fā)酵制備生物乙醇。研究表明水葫蘆是一種適合纖維素酶轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖類的生物質(zhì)[2]，且選用合理的預(yù)處理方式，還原糖產(chǎn)量可達(dá)到197.60 mg/g水葫蘆[3]，可為生物乙醇等生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用提供保障。同時(shí)，Mishima等[4]研究還表明，利用水葫蘆生產(chǎn)乙醇在條件上具有可行性，且與其他農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量相當(dāng)。

2.3.3 發(fā)酵產(chǎn)沼氣

水葫蘆中的纖維素等可作為良好的發(fā)酵底物，經(jīng)微生物的厭氧發(fā)酵制備沼氣，產(chǎn)氣量可達(dá)0.344 L/g干水葫蘆[5]，利用水葫蘆與動(dòng)物糞便以合適比例混合發(fā)酵能提高沼氣產(chǎn)率。另外，沼渣和沼液也是良好的有機(jī)肥料，若利用沼氣發(fā)電還可提高能源的適用范圍和利用程度。

2.3.4 有機(jī)堆肥

水葫蘆含有豐富的氮、磷、鉀等植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，水葫蘆堆肥能保留大部分營(yíng)養(yǎng)元素，且水葫蘆降解使得營(yíng)養(yǎng)元素礦化更有利于植物吸收。研究表明[6-7]，使用水葫蘆堆肥能提升水稻產(chǎn)量，也能促進(jìn)玉米和芝麻產(chǎn)量增加以及微量元素吸收。

2.3.5 其他利用方式

水葫蘆可干燥后直接用作燃料或制作木炭[8]，另因其具有發(fā)達(dá)的根系，可用于水質(zhì)凈化，對(duì)重金屬和有機(jī)物的去除具有良好的效果[9]。同時(shí)，水葫蘆含有豐富的粗蛋白、粗纖維以及氨基酸等，可食用或開發(fā)為藥用[5，10]，也可替代部分稻草用于草菇栽培[11]，將水葫蘆發(fā)酵后脫木質(zhì)素處理還可制備易于反芻動(dòng)物的高蛋白飼料[12]，也有部分企業(yè)用水葫蘆編織工藝品或制作家具，獲得了較好的市場(chǎng)效果。

3 分析總結(jié)

3.1 方案介入時(shí)機(jī)及具體方式綜合分析

通過對(duì)前、中、后3個(gè)階段介入時(shí)機(jī)及其具體介入方式進(jìn)行比較分析得出（見表1），宜將中期介入手段作為應(yīng)急處置方式持續(xù)介入的同時(shí)，應(yīng)將前期介入方式納入中長(zhǎng)期規(guī)劃并持續(xù)介入，同時(shí)，在當(dāng)下富營(yíng)養(yǎng)化總體趨勢(shì)不可逆的不利情勢(shì)下，應(yīng)以水葫蘆資源化利用為主要內(nèi)容的后期介入作為重點(diǎn)，從需求側(cè)入手大力推進(jìn)。在具體介入方式上，通過對(duì)幾種較為可行的綜合利用方式進(jìn)行比較分析得出，水葫蘆產(chǎn)沼氣、制備有機(jī)堆肥等利用方式綠色環(huán)保、技術(shù)成熟、低成本、高附加值，與昆山市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展升級(jí)和新農(nóng)村建設(shè)總體思路相吻合，具有一定可行性，建議因地制宜，在吳淞江、急水港等骨干外河沿線推廣應(yīng)用。

3.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析（以產(chǎn)沼氣為例）

情景模擬：擬在昆山市急水港周莊段上游投入水葫蘆產(chǎn)沼氣項(xiàng)目。據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該流域每年水葫蘆過境量（包括上游來量和本地產(chǎn)量）約為25000 t（以新鮮水葫蘆含水率90%折算成干重，下同），年打撈量約為2500 t。

分析方法：采用凈現(xiàn)值法（NPV），分析所模擬項(xiàng)目投資后不同壽命周期的凈現(xiàn)值，以此判斷該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性。

式中∶

Pi—第i年的凈現(xiàn)金流量，Pi=CI-CO；

CI—第i年的現(xiàn)金流入，主要包括：沼氣收益，參照昆山市當(dāng)?shù)孛裼锰烊粴鈨r(jià)格2.45元/m3，沼氣甲烷含量按65%計(jì)算，折算沼氣售價(jià)為1.6元/m3。

CO—第i年的現(xiàn)金流出，主要包括：水葫蘆打撈及運(yùn)輸成本，按30元/t計(jì)算；沼氣池建設(shè)固定投資，沼氣池總?cè)莘e按日產(chǎn)氣量的1.2倍計(jì)算，造價(jià)按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沼氣池總?cè)莘e×1200元/m3計(jì)算；運(yùn)維成本，主要包含人員工資、電費(fèi)及設(shè)備折舊等，按0.5元/m3計(jì)算。

R—社會(huì)貼現(xiàn)率，本文采用6%的貼現(xiàn)率為基準(zhǔn)[13]，并選取不同貼現(xiàn)率進(jìn)行了對(duì)比分析。

表1 方案介入時(shí)機(jī)和方式分析結(jié)果

當(dāng)以現(xiàn)有打撈力量，將打撈上岸的水葫蘆全部用于產(chǎn)沼項(xiàng)目時(shí)，（按水葫蘆產(chǎn)氣量0.34 L/g、產(chǎn)沼日340 d計(jì)算，日產(chǎn)沼氣約2500 m3），考慮建設(shè)3000 m3容積普通鋼混結(jié)構(gòu)沼氣池，項(xiàng)目投資后1年建成，并投入運(yùn)行獲益。不同社會(huì)貼現(xiàn)率情況下（如圖1），隨著社會(huì)貼現(xiàn)率的逐步減小，投資回收期不斷縮短，凈現(xiàn)值不斷增大，當(dāng)社會(huì)貼現(xiàn)率取值為6%時(shí)，項(xiàng)目可在投入運(yùn)營(yíng)后6年內(nèi)實(shí)現(xiàn)盈利，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)15年時(shí)凈現(xiàn)值為178萬元。由于該區(qū)域水葫蘆過境量遠(yuǎn)大于現(xiàn)有打撈能力，故打撈量存在較大提升空間，產(chǎn)沼規(guī)模亦隨之存在較大擴(kuò)充空間，當(dāng)社會(huì)貼現(xiàn)率取一定時(shí)（取值5%），隨著產(chǎn)氣規(guī)模的不斷加大，投資回收期有所縮短，凈現(xiàn)值增加明顯（如圖2）。另外，沼液和沼渣是功能良好的的有機(jī)肥料，若將其充分開發(fā)利用可創(chuàng)造一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值，能進(jìn)一步縮短項(xiàng)目投資回收期，增加凈現(xiàn)值。因此，所模擬水葫蘆產(chǎn)沼氣項(xiàng)目具有一定經(jīng)濟(jì)可行性，且通過提升打撈量、擴(kuò)大產(chǎn)氣規(guī)模以及開發(fā)利用沼液和沼渣等副產(chǎn)物能進(jìn)一步提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性。

圖1 不同貼現(xiàn)率取值下的凈現(xiàn)值

圖2 不同產(chǎn)氣規(guī)模的凈現(xiàn)值

4 結(jié)論與建議

作為典型入侵生物，水葫蘆的危害日益顯著，對(duì)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多方面帶來深遠(yuǎn)影響，當(dāng)因地制宜，從源頭控制到末端處理即資源化利用全過程多方位入手，積極探尋適合當(dāng)?shù)貙?shí)際的綜合性解決方案。

在方案介入時(shí)機(jī)上，宜兩端發(fā)力，一方面宜從早期源頭控制端入手，以河長(zhǎng)制改革為契機(jī)，建立完善流域性的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，將水體富營(yíng)養(yǎng)化治理納入中長(zhǎng)期規(guī)劃，并持續(xù)推進(jìn)。另一方面在富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)短期內(nèi)不可逆轉(zhuǎn)的情況下，宜從需求側(cè)發(fā)力，因地制宜大力推進(jìn)水葫蘆綜合利用推廣應(yīng)用。

在具體方案選擇上，宜在做好人工、機(jī)械打撈等應(yīng)急方案的基礎(chǔ)上，以我市吳淞江、急水港等骨干外河上游地區(qū)為中心，擇優(yōu)選擇水葫蘆堆肥、沼氣等綜合利用方式大力推廣，拉動(dòng)水葫蘆解決的市場(chǎng)需求。同時(shí)，宜將水葫蘆制備生物乙醇等作為高新技術(shù)項(xiàng)目引入，與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開展應(yīng)用推廣研究，助推我市產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級(jí)。

在開展資源化綜合利用項(xiàng)目上，水葫蘆產(chǎn)沼氣是當(dāng)下與昆山地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)和新農(nóng)村建設(shè)整體思路相符的綜合利用方式之一，在社會(huì)、政策、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)方面均具有較高的可行性。以昆山市急水港周莊段為例，以現(xiàn)有能力打撈的全部水葫蘆用于產(chǎn)沼氣項(xiàng)目，當(dāng)社會(huì)貼現(xiàn)率為6%時(shí)，項(xiàng)目可在投入運(yùn)營(yíng)后6年內(nèi)實(shí)現(xiàn)盈利，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)15年時(shí)可實(shí)現(xiàn)凈現(xiàn)值178萬元。同時(shí)還能帶來調(diào)整農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、降低碳排放、減少農(nóng)業(yè)面源污染等多方面巨大生態(tài)環(huán)境效益。

本研究主要探索分析了水葫蘆造成的危害及其可能的解決方案，提出了以水葫蘆資源化綜合利用為主要內(nèi)容的綜合性解決方案建議。但是如何進(jìn)一步完善外來物種的準(zhǔn)入和監(jiān)管制度，加強(qiáng)源頭管控，從根本上避免水葫蘆等外來生物入侵造成的不利影響，以及如何結(jié)合地方實(shí)際對(duì)沼氣等水葫蘆綜合利用所開發(fā)產(chǎn)品加以全面推廣利用，這些都值得進(jìn)一步加以研究。

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