利用生物操縱技術(shù)控制藻類研究進(jìn)展

吳 翔，吳正杰

(1．揚(yáng)州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225100；2.揚(yáng)州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225100)

1 水體富營(yíng)養(yǎng)化及藍(lán)藻的危害

目前，因?yàn)樯鐣?huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，隨之而來(lái)的污染不可避免。而水體的富營(yíng)養(yǎng)化就是水污染的一個(gè)典型現(xiàn)象，水體中氮、磷等元素含量富集而造成藻類的大量繁殖。藻類是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，所以藻類的過(guò)度繁殖會(huì)破壞湖泊生態(tài)系統(tǒng)的平衡。根據(jù)郭等[1]的研究中國(guó)許多湖泊都處于不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，如太湖、巢湖等藍(lán)藻經(jīng)常爆發(fā)的湖泊。藍(lán)藻水華會(huì)對(duì)湖泊的生態(tài)功能造成嚴(yán)重危害，如水質(zhì)惡化、湖泊退化等。另外城市景觀水體也是富營(yíng)養(yǎng)化的重點(diǎn)區(qū)域，城市景觀水體由于大量污染物的外源輸入、水體流動(dòng)性差以及水體自凈能力較差。一旦無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效的管理控制，水體內(nèi)的藻類大量生長(zhǎng)，水體就會(huì)演變?yōu)楹诔羲w。湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已經(jīng)逐漸威脅到社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的和諧發(fā)展，解決問(wèn)題已刻不容緩。

2 生物法控制藍(lán)藻

目前控制藻類的措施無(wú)外乎限制水體營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷、物理化學(xué)方法直接殺藻除藻以及生物法控制藻類。限制水體營(yíng)養(yǎng)鹽的措施分為控制外源輸入和內(nèi)源污染物控制，物理化學(xué)方法就包括物理微電解殺藻和化學(xué)藥劑法殺藻，生物法控制藻類則有微生物控藻、水生植物控藻以及水生動(dòng)物控藻三種。而經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外專家這么多年對(duì)控制藻類問(wèn)題的研究探索，發(fā)現(xiàn)生物法相較于其他方法對(duì)環(huán)境的污染更小，也更加經(jīng)濟(jì)有效。本文主要介紹藻類生物防治中的經(jīng)典生物操作和非經(jīng)典生物操作技術(shù)。

2.1 生物操縱技術(shù)理論的產(chǎn)生

基于富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題漸趨于嚴(yán)峻的形勢(shì)，而且在限制營(yíng)養(yǎng)鹽、物理化學(xué)法除藻效果不太理想的情況下，一些學(xué)者提出了生物調(diào)控方法——生物操縱技術(shù)。生物操縱技術(shù)即通過(guò)人為調(diào)控的外加手段來(lái)控制湖泊水體中的生物群落結(jié)構(gòu)，如減少植性魚(yú)類促使浮游動(dòng)物的發(fā)展以此來(lái)控制浮游生物的數(shù)量，從而達(dá)到生物防治藻類的效果。

2.2 經(jīng)典生物操縱

2.2.1 原理

劉等[2]認(rèn)為調(diào)控兇猛魚(yú)和浮游生物食性魚(yú)的數(shù)量，從而減少對(duì)浮游動(dòng)物的捕食，促進(jìn)濾食效率高的植食性大型浮游動(dòng)物的繁殖，浮游動(dòng)物的增長(zhǎng)加大了對(duì)浮游植物的捕食，這樣就可以抑制藻類生長(zhǎng)。

2.2.2 生物操縱的分析

首先，因?yàn)楦∮蝿?dòng)物生命不長(zhǎng)更新?lián)Q代較快所以浮游動(dòng)物不能有效地、持續(xù)地控制藍(lán)藻和絲狀藻，而且浮游動(dòng)物對(duì)其他藻類的控制會(huì)促進(jìn)藍(lán)藻和絲狀藻的生長(zhǎng)和繁殖。其次，調(diào)控魚(yú)群結(jié)構(gòu)使浮游動(dòng)物得以急劇繁殖，導(dǎo)致在浮游動(dòng)物死亡時(shí)水質(zhì)變得更差。三是水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題得不到根本解決，水體中仍存在氮磷營(yíng)養(yǎng)物。最后，浮游動(dòng)物大量生長(zhǎng)繁殖，待其死亡后水質(zhì)會(huì)惡化。綜上所述，經(jīng)典的生物操縱方法適用于營(yíng)養(yǎng)鹽濃度低、藻類體型小的水體。故經(jīng)典生物操縱適用于湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低且藻類體型較小的水體。

2.3 非經(jīng)典生物操縱

2.3.1 非經(jīng)典生物操作原理：

一些專家學(xué)者認(rèn)為浮游動(dòng)物(如枝角類)濾食只能濾食較小浮游生物，而鰱鳙魚(yú)濾食尺寸范圍更廣，能更有效的控制藻類生長(zhǎng)，故認(rèn)為鰱鳙魚(yú)可有效控制大型藍(lán)藻水華。

2.3.2 非經(jīng)典生物操縱的應(yīng)用

2.3.2.1 鰱鳙組合控藻

鰱魚(yú)和鳙魚(yú)可以濾食水中大量的浮游植物，而鰓耙的距離決定了鳙魚(yú)在過(guò)濾較大的藻類方面更有優(yōu)勢(shì)，所以在水中放養(yǎng)鰱魚(yú)鳙魚(yú)可以有效的控制藍(lán)藻的生長(zhǎng)和繁殖。

陳等[3]研究表明在淺水水域中，通常不適宜開(kāi)展高密度鰱、鳙放養(yǎng)，密度以50 g / 為宜，以放養(yǎng)鰱為主，放養(yǎng)鳙為輔，鰱鳙比例為70∶30 左右，結(jié)合及時(shí)捕撈，能夠有效控制富營(yíng)養(yǎng)化。在深水中，適當(dāng)增加鰱魚(yú)和鳙魚(yú)的放養(yǎng)密度，控制效果會(huì)更好。鰱魚(yú)與鳙魚(yú)的配比對(duì)水質(zhì)影響較大。鰱魚(yú)對(duì)磷的去除效果較好，而鳙魚(yú)對(duì)氮的去除效果較好。由于不同湖泊的生態(tài)環(huán)境不同，不能一概而論。我們應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)和具體問(wèn)題的具體分析，制定合理可行的計(jì)劃，以達(dá)到更好的控制效果。

2.3.2.2 鰱鳙鲴組合系統(tǒng)控藻

對(duì)投放鰱鳙魚(yú)也存在著一些爭(zhēng)論，一些反對(duì)者認(rèn)為鰱鳙魚(yú)對(duì)事食物的消化降解能力較弱，無(wú)法有效緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化，并且無(wú)法對(duì)攝食的藍(lán)藻有效消化，藍(lán)藻活細(xì)胞直接排出體外而導(dǎo)致在一些淺水體中藍(lán)藻仍然爆發(fā)。

針對(duì)劉等[4]這一觀點(diǎn)提出加入鲴魚(yú)，由于鲴魚(yú)主要生活在鰱鳙魚(yú)的下層，而且鲴魚(yú)可以攝食鰱鳙魚(yú)的糞便。因此,鲴魚(yú)可以和鰱鳙魚(yú)互相補(bǔ)充、協(xié)同合作。這樣不僅提高了養(yǎng)魚(yú)收益,還有利于水體治理。

因此根據(jù)鲴魚(yú)攝食特性和鰱鳙攝食藍(lán)藻存在的排泄糞便污染問(wèn)題，鰱鳙鲴三者組合對(duì)藍(lán)藻水華的控制作用具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。首先，鲴魚(yú)可以攝食上層以藻為食的鰱鳙糞便，降低了藻類活性。其次提高了對(duì)藍(lán)藻的消化率，減少了水體糞便沉積。

2.3.2.3 魚(yú)類、底棲動(dòng)物、水生植物不同組合系統(tǒng)控藻

河蚌和螺類主要以水生生物和有機(jī)碎屑為食，對(duì)水質(zhì)凈化有積極影響。植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，是水生生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來(lái)源，在生態(tài)平衡中起著重要的作用。水生植物對(duì)退化和破壞的水生生態(tài)系統(tǒng)尤為重要。高等水生植物與浮游植物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)、光等環(huán)境因素來(lái)抑制藻類生長(zhǎng)，從而保護(hù)浮游動(dòng)物和魚(yú)類的生存。

2.3.2.4 水體放養(yǎng)魚(yú)類的影響

綜上所述，放養(yǎng)魚(yú)類對(duì)控制藻類以及凈化水質(zhì)有著積極作用。但是，我們不能顧此失彼的盲目追求放養(yǎng)魚(yú)類，我們應(yīng)該著眼于實(shí)際環(huán)境來(lái)考慮放養(yǎng)魚(yú)類對(duì)當(dāng)?shù)赝林~(yú)種的影響、對(duì)大型水生植物的影響以及對(duì)浮游動(dòng)物的影響。湖泊是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)環(huán)相扣，牽一發(fā)而動(dòng)全身，所以我們應(yīng)該以著眼全局的眼光來(lái)進(jìn)行治理。

2.3.3 非經(jīng)典生物操縱的局限性

非經(jīng)典生物操縱可以有效控制藍(lán)藻,但對(duì)于解決湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題還是力有不逮。而且非經(jīng)典操縱技術(shù)的應(yīng)用存在著一些局限性:

(1)該項(xiàng)技術(shù)不太適合在大型湖泊實(shí)施，因?yàn)榇笮秃此糠浅４?、水域面積也極廣。如果想要按照非經(jīng)典操縱技術(shù)理論投放魚(yú)群，所需要投放的魚(yú)群數(shù)量幾乎是難以想象的，其所要花費(fèi)的人力物力也是難以接受的。

(2)根據(jù)劉等[5]研究表明由于大型湖泊水域面積極其寬廣，而且藍(lán)藻也不是全水域無(wú)差別爆發(fā)，所以面對(duì)這樣流域面積寬廣、藍(lán)藻分布不均的情況，我們無(wú)法根據(jù)藍(lán)藻分布情況來(lái)進(jìn)行魚(yú)類種群密度的操縱。甚至于在某些藍(lán)藻大量爆發(fā)的區(qū)域，由于藍(lán)藻的覆蓋堆積而使水體內(nèi)陽(yáng)光、溶解氧以及藻類釋放藻毒素等條件導(dǎo)致的水體嚴(yán)重惡化，可能使投放的魚(yú)群大量死亡。

(3)雖然放養(yǎng)魚(yú)類對(duì)控制藻類以及凈化水質(zhì)有著積極作用。但是，我們不能顧此失彼的盲目追求放養(yǎng)魚(yú)類，我們應(yīng)該著眼于實(shí)際環(huán)境來(lái)考慮放養(yǎng)魚(yú)類對(duì)當(dāng)?shù)赝林~(yú)種的影響、對(duì)大型水生植物的影響以及對(duì)浮游動(dòng)物的影響。湖泊是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)環(huán)相扣，牽一發(fā)而動(dòng)全身，所以我們應(yīng)該以著眼全局的眼光來(lái)進(jìn)行治理。

3 生物操縱技術(shù)的思考及展望

我們都知道湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題并不是控制藍(lán)藻就可以解決的，藍(lán)藻爆發(fā)只是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)表征現(xiàn)象，本質(zhì)原因還是湖泊氮磷元素的過(guò)度富集。生物操縱技術(shù)無(wú)論經(jīng)典操縱、非經(jīng)典操縱以及水生動(dòng)物、水生植物各種不同組合都只是控制湖泊在富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題影響下的藍(lán)藻爆發(fā)情況，但對(duì)于控制所有藻類以及解決湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題還是很難做到的。我們需要理性看待生物操縱技術(shù)，找準(zhǔn)該技術(shù)的定位、確定該技術(shù)的控制對(duì)象和合適的控制手段來(lái)達(dá)到它應(yīng)發(fā)揮的效果。

每個(gè)湖泊水體生態(tài)系統(tǒng)都有自己的獨(dú)特性，而且生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)種群組成也不完全相同，因此不同湖泊應(yīng)根據(jù)自己的特性采取不同的組合技術(shù)并重點(diǎn)采取措施[6]。

單一的措施都有其局限性，我們可以針對(duì)每一種措施的局限性，對(duì)多種措施進(jìn)行組合來(lái)更好的達(dá)到目的，如鰱鳙控藻可以有效控制藍(lán)藻水華，但無(wú)法有效解決水體富營(yíng)養(yǎng)化，恢復(fù)水生植被。我們可以嘗試先局部水域進(jìn)行鰱鳙控藻，而后對(duì)去除藍(lán)藻區(qū)域進(jìn)行水生植被的修復(fù)，改善其水質(zhì)條件，恢復(fù)局部生態(tài)系統(tǒng)，以達(dá)到水體修復(fù)的目的。