[科普中国]-紫根水葫芦

紫根水葫芦是云南省生态农业研究所在解决滇池水污染问题时根据水葫芦的特点，利用作物基因表型诱导调控表达技术有针对性的对水葫芦的特性加以诱导调控，成功培育了水葫芦的改良品种。巨紫根小柄叶水葫芦比普通水葫芦根冠增多了近20倍，且根不易腐烂，能够分泌化感物质，快速吸附并抑灭蓝藻，在去除重金属砷方面，是“吸毒之王” 蜈蚣草的约52倍。同时会明显消耗水中溶氧，具有可供氧功能，净水功能大大提高。巨紫根小柄叶水葫芦在处理蓝藻水污染问题上效果明显，同时它还有生物能源和能制成纤维板等二次利用的价值。

简介云南省生态农业研究所所长那中元通过多年的艰苦探素，根据物种进化一物降一物的道理，培育出能强势抑制住蓝藻疯长的新品种“紫根水葫芦”，多年生浮水草本。叶柄基部带膨大呈葫芦状的气囊。蒴果卵形。作为猪饲料引种栽培，营养繁殖为主，通过匍匐枝与母株，分离的方式，快速扩散1。

该品种的最大优势是抑制叶片生长（叶片只有普通水葫芦的十分之一）促进根系发达长达70公分左右，可长达九个月的时间根系不腐烂不发臭（可为水面输送大量氧气并吸附大量蓝藻），根系以紫色为主白色为辅，和传统水葫芦有重大区别。从今年2月份到现在的多种多次实验可以表明，“紫根水葫芦”虽还有一系列问题急需深入研究，特别是以“紫根水葫芦”为龙头的多层次相对完整的新生物系统链有效组合实地试验等研究。但可以肯定的是，“紫根水葫芦”正确合理应用，就是我们培育用于快速净化臭水、快速破坏蓝藻“绿油漆”恢复正常向水内供光照及水表气氧交换，又能大量向水体供氧养活更多水生动物和水生植物建立和谐生态链的强势生命龙头种质群落。

研发原因八十年代初还可游泳的滇池海埂，多年来早已是臭不可闻，且越治理问题越多。蓝藻更是一年盛过一年，周年可见浮面的“绿油漆”已成污染达更深层次高水平新系统的标志。而藻类的再生产策略使其曾是称霸地球年代最久远的生物系统。其生物特性和生存策略决定了其成为滇池治理能否成功的最首要关键障碍。

过去的物理，化学、生物、机械治理方法都早已败下阵来。即使新的任何方法，只要不能强有力地标本兼治，最终肯定也要败下阵来。

因为蓝藻可爆发性地产生，核心地内在实质是原生态系统平衡严重断链。而相对较大尺度地水体生态系统，本身就存在相对较大地容余能力，只有这种容余能力长时间超过最大限度后，仍得不到修补，原生态系统才会崩溃。崩溃后的生态系统倘若仍迟迟没有新的生态系统建立。具单一相对古老特性物种才会由弥补断链开始而快速发展为另类生态替补系统。这种另类替补系统一旦称霸，其相对极具强势面的再生产策略就会成为治标永远无法解决其本的死结。

反之，在上述条件下任何新生态系统想建立而治本，则又首先要能将原既有毒性又成气候强势的表征压住，否则新生态系统连立足余地都没有，更何来谈不仅战胜强大对手之同时还要取而代之呢？

蓝藻一旦有可形成气候爆发的自身条件，是否爆发就只是机会。而其一旦形成气候抑制破坏其他水生系统生存的能力就可以从水体到水表，夺氧到夺光，再到克它抑制及毒性抑杀等多方面多层次充分地体现出来。当其大面积地形成“绿油漆”，不仅使水体内正常生物系统所需的氧被耗、光被遮，连自然的水表气氧交换也被封住。而水体的自净化能力最大促动力，就是运动。大尺度地相对少、无动量补氧水体自净化能力的实质，就是光能量促动氧循环。而各种层次的非有害生命群落组成的和谐自然链平衡，就是光能量促氧良循环的体现系统和运行保证。

因此，生物治理成败，首要就在于能否最快地建立一个新的，光能量有效促氧循环运动地，多生命群落和谐互助互补和谐地生物链。而最关键则在于能否有强势物种群落为龙头可在相对较大尺度范围，首先能快速（小水体条件48-96小时）打破蓝藻破坏正常生物链最大危害体现的“绿油漆”，且又能对其再生策略有所抑制，又能向水体提供更多的氧循环供大量水生动物（特别是能以蓝藻为食的水生动物所需），和多层次生物系统群落的良好寓栖场所；在部分人工管理下，自身又几乎不造成新污染。在自然界中，相对这么完美的强势物种群落，至少是至今还没有被发现，因此无从寻找来应用。

研究所最大的优势就是挖掘自然物种可能的潜性功能，并使之在不断激发高层次光能效率和抗逆水平工作的条件下，使之潜性功能强化，甚至成为一种新的生命基础重要机制，从而把一般一年生作物培育成可多年生高效特殊作物新种质。如可在昆明自然越冬的再生水稻、再生棉花、再生西红柿、再生甜高粱等及在北方可生产应用的超级玉米、超级甜高粱、已有重大突破的超级大豆、超级红薯、超级马铃薯等。

治理蓝藻中国是土地、能源、水三大资源匮乏的国家。水污染从多角度层次加剧了水资源匮乏，蓝藻水华，更是水污染严重恶性循环的祸首标志，加剧了水危机，甚至导致丰水区出现严重水质性缺水，“退缩战略”不仅没能解决1/5农民饮用砷、氟超标及苦咸水难题，反而使更多农村、城市饮用水源质量下降。污水灌溉又加剧温室效应，蓝藻水华还加速宝贵的淡水腾发。从氧化促生物能量高效转化利用看，没有蓝藻便不可能有今天的人类。是人类自己把早退出历史主角若干亿年相安蓝藻变成祸害，因此，人类不可能消灭蓝藻，只能适度强化自然规律控制蓝藻重为相安。蓝藻在水体N、P含量分别高于100和10μg/L生长就不受营养限制；即使贫营养水体蓝藻仍可利用泥层丰富的营养盐保持生长所需爆发水华；而蓝藻不仅和所有光合生物一样，少量养分即可产生大量有机物，而且具极低光补偿点和很高光饱和点，为其在水体内恶性循环优先自提供部分养分保障和竞争优势；条件适合，蓝藻繁殖速度很快，一旦爆发很难不再发生，对生态破坏极大。

物竞天择使蓝藻退出历史主角，面源污染后截污等外治理蓝藻污染，虽然也有一定作用，但与深层自然规律同一性较差，因此与治理内源污染相比，可见表相轰轰烈烈，但治理综合效价比较低，对污染的土壤、空气治理无意义，若与蓝藻动态自平衡能力相比，难有快速实效意义。污水灌溉农田还使温室效应大幅度增加，截污治水往往使成本外摊在良田、能源、空气上，所以多年来蓝藻没治住，越来越多的水域甚至饮用水源又在不断爆发蓝藻。

洁净水源过去人们把水花生、水浮莲、水葫芦“三水”植物当作重要的水生饲料资源加以发展，而做为饲料引进的传统水葫芦随水污染严重而疯长，优势减少负作用加剧，过去人们都把水葫芦对水体的污染发臭归结为根、柄叶腐烂，但太湖07、08两年大面积治理应用，定点多次检测发现，其减少水中多种污染物效果明显，但同时又明显消耗水中溶氧，甚至使水中溶氧趋于零，自净能力也趋于零，水内生物系统无从循环，加速恶变，这才是普通水葫芦双刃剑负效的主要根源。云南省生态农业研究所培植的巨紫根水葫芦具有克制藻类的化感作用，可以治理水污染。巨紫根水葫芦的根系发达平均长70cm左右，有的甚至超过1m，在长达一年的时间里不腐烂、不发臭。紫根水葫芦不仅能快速吸附多种蓝藻、营养盐及部分工业重金属等。还能加水中溶氧，抑制蓝藻生长。其根是做纤维板的原材料。

在太湖马山檀溪湾湖畔水域培育放养，紫根水葫芦一个多月后，原来每升达到5亿个蓝藻的湖水的能见度就达到了1.5m。2010年10月，在无锡惠山镇龙头河投放巨紫根水葫芦20多天后，水质明显改善半年后再投放其他水生植物与动物，水体形成一个自然生态系统，达到了优于三类水质的标准。另外一个案例是：太湖华藏浜的藻类生物量原来为每升16954万个，投放巨紫根水葫芦21天后，藻类数量降到每升243万个，去除率达98.5%2。

为了强化其光电效率和抗逆性，从而增强高功效的根系，减少其低效而负作用明显的柄叶，云南省生态农业研究所以那中元为首的科研团队根据在农作物上二十多年研究并已成功的“抗逆高光效” 理论技术，经过三年努力，于2007年培育成功了新种质“巨（紫）根小柄叶NaS水葫芦”。该种水葫芦根为紫色、根毛粗，柄叶长仅10公分，根长就可达70公分以上，可长达1年不腐烂、不发臭，根与柄叶生物质干重比可达（3~4）∶1，比普通水葫芦1∶7提高了近二十倍；形态的巨变使功能有了质的飞跃，能快速把弥散和水华蓝藻吸附至根上并逐渐降解吸收，分泌物有季节性杀灭蓝藻现象，对有毒重金属也有极快的吸附能力，比普通水葫芦大量减少蒸腾，抗风浪能力增强，又基本不会疯长和有性繁殖。

特别是不消耗水中溶氧，反而可随光、温增加而增加水中溶解氧含量，云南省生态农业研究所在元江基地种植水葫芦两年的试验池，2009年2月18日16∶30检测，溶解氧可达8.8，在昆的试验同时间，溶解氧可达8.3。进一步应用好调控技术，溶解氧还有增加余地，因此，合理管理适时移出水葫芦做无污染无废物综合利用，不仅不会污染水体，还提高水的自净能力和为生态系统恢复良循环奠定最根本的基础。蓝藻及水华治理从此有了浓缩自然规律精华有机互作的直接强势竞争抑控又兼釜底抽薪和可速建强势良循环系统，使其能重归相安的多层次生态强势阵营。新种质水葫芦关键功能的突破，就可以把解决水污染难题从内在因素有机联系起来。

1．依靠根系快速吸附并逐步降解吸收蓝藻，及根系分泌物强抑制甚至季节性可杀死蓝藻等新特性，可直接快速去除蓝藻水华的多重危害，又可从水体内源直接吸移各种污染物，为无害藻类浮游植物等多样性恢复、沉水植物恢复或重新种植生长提供条件，根系提高水体溶氧量，而不是耗掉溶氧，能为浮游动物、鱼、底栖动物恢复提供栖息地和条件。只要管理认真到位，对蓝藻及水华首先强势吸附抑制，再加生长条件限制、竞争压力、滤食、牧食压力等，从而使直接快速有效治理蓝藻及水体内源污染的同时，使水生态系统修复并良循环提供了新平台。

2．小柄叶、近水生长及抗逆特性，就为大幅减少蒸腾节水创造了可能。若其腾发量可比蒸发量减少10%左右，不仅对丰水地区的水可持续利用具有重大功能，对干旱、半干旱地区就更是重大福音，对控CO2也是重大贡献。

3．强大的根系生命力吸附功能的延续，就是干根粉再利用于饮用水快速除砷等重金属完全可行，控氟等也应可行，这将是最简捷、快速、有效、几乎无成本解决农村约1/5饮水难题的最好方法。水葫芦还可多用途合理利用，即使做能源沼气，也是产气最快、最多、最好的原料。只要科学管理，绝不会泛滥成灾。

减少污染面源污染是最大的能源浪费和生态系统破坏祸首。生产1吨氮肥，需3.3万m3天然气，可发9671度电，农业生产约占整个NO2的70%， NO2温室效应是CO2的300倍。中国年约用纯N5000万吨、农药原药过百万吨、农用水3584亿m3。因此，面源污染首先就是最大的能源浪费，其循环过程是土壤、水、空气三大污染之根。外因独立地节肥、节水、恢复土壤、减少温室效应等措施其外摊综合成本都相对昂贵且很难可持续。

源头治理，就是用中国独创的“抗逆高光效”理论技术，如籽种简单处理和相应的洁净叶面施肥技术为平台，启动作物内因可能动效应性措施为主，把生物与环境互作有机联系，提高光合效率、提高叶面亮度暨反照率的抗、避虫性和高根面效应抗逆性，使土壤良循环增强蓄供肥、水能力而农作物节肥、节能、节水、节省农药而无污染。真正奠定生物和系统有机互作的内因为主，外因促进内因有效快速治理土、水、气污染，并保证治好一片，就能内、外和谐地巩固一片。

1．水内源治污综合利用及相关难题能解决，同理的“抗逆高光效土壤自修复良循环”相关技术，大量减少农药60~70%以上，当年减少土施化肥30%，第二年减40%，第三年减50%以上，而不但能增产、提高品质，还能节省灌溉用水10~20%也成为可能，从而使径流和地下水少、无污染、循环利用均成为可能。

2．有效减少N流失和农业NO2污染节省能源的重要源头另一措施，就是不让耕地季节性裸露，即使不种庄稼也补贴籽种种好绿肥或采取其他覆盖措施。

不抓面源污染的源头内因系统治理，不抓蓝藻污染的系统内直接治理和水内生态系统同时修复及综合利用，再投巨资也是“退缩战略”的不同翻版和生态成本外摊的短期行为，对解决中国水危机不仅难有实际效果，实质只是延时为产生雪崩效应累积条件。

四、那中元的GPIT生物工程技术，从理论到相关技术，再到相关多种新种质培育成功的系列自主创新突破，已经在世界一个多世纪的蓝藻治理难题中找到了关键突破和相关应用突破，这些技术成果若能和源头治理面源污染共同尽快转化为生产力，年可减少农药、化肥用量及土壤自修复良循环节水、特别是还可为最适用，低、无成本的控制温室效应拯救地球工程等都将有重大贡献，急需在定量研究和部分相关机理研究中深化，从而尽快完成不同生态条件下稳定、有效的规模化应用研究及示范，为大规模有效应用加快速度，使其成为缓解中国水危机、土壤危机、能源危机和拯救地球工程贡献应有的源头自主创新科技力量，需要国家给予资助重点攻关研究、示范与推广，为从根本上治理水体污染做出贡献。

巨紫根水葫芦吸收主要污染物基本数据，最大吸收量充分吸收可达水质标准：

单簇最大吸收N量约为14/8×1000=1750mg； 不低于三类

单簇最大吸收P量约为1.2/8×1000=150mg； 不低于二类

单簇最大吸收As量约为55mg； 一类

单簇最大吸收蓝藻量约为800万-1000万个；

吸收最快时间为24-48小时（不计投放之初24小时的生物适应时段）；

充分吸收时间约为7-10天左右；

净化一立方水需紫根水葫芦的用量与净化缓流水用量不同，净化缓流水请告知流速、流量（河面宽、深）、河长即可折算一般净化所需水葫芦用量。流水在水葫芦覆盖面积下径流时间不得低于三天，即可达到。所达到的最大吸附量的60-80%，若停留时间延长，吸附量还能缓慢地进一步提高。

净化效率与总量在相对静态水时为投放面积×效率×时间，但在净化相对动态缓流水时水体为水流速的动态变量。但投放面积的长度与需要净化水接触的有效时间不变，需净化水从流至到流离水葫芦覆盖时时间不能低于三天（即变动态接触折合为静态接触）。因此净化缓流水所需的水葫芦1次性投入要高于静态水，但可持续利用时间（即单株近饱和累积吸收量基本相同）也远长于静态水时间，吸收相同量富营养物所用水葫芦量相同。

如果纯粹净化生活富营养物污水水葫芦直接可做饲料和药用及深加工保健品。若净化混合富营养物污水有毒物重金属不超标可做肥料利用。有风险混合污水净化则只能做为工业深加工利用，但工业利用必须达到相当规模才可能有利用价值，如澳大利亚环保公司就可利用紫根水葫芦发酵后的废渣做纤维板，公司愿为我们提供相关技术，只要前期政府支持并大规模种养紫根水葫芦净化水质和控制蓝藻，愿投资纤维板厂一半的资金（大约一个亿人民币）。只有作为工业加工利用并产生赢利模式，项目才可能做到政府一次性投入政策支持，企业长久有效运作。

本词条内容贡献者为:

李学强 - 教授 - 宁夏大学