生物操控技術(shù)在水庫生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

賀海戰(zhàn)， 馬 超， 張清清， 惠 筠＊

（河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院， 鄭州 450044）

河南省共有各類型水庫2355座。 其中大型水庫27座，中型水庫98座，其余為小型Ⅰ類、小型Ⅱ類水庫，水面面積約1093 km2。 目前，由于水資源短缺，河南省大、中型水庫除防洪、灌溉功能外，更為重要的是城市供水水源，社會影響很大。 大多數(shù)大、中型水庫建成年代久遠(yuǎn)， 且年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)的長期運(yùn)行模式導(dǎo)致沉積物的淤積情況較為嚴(yán)重[1]。水庫底部沉積物中的氮、磷、有機(jī)物、Fe、Mn、重金屬等在厭氧環(huán)境條件下釋放進(jìn)入水體可能會引發(fā)一系列問題，如水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，夏、秋季引發(fā)藻類爆發(fā)；底部水體出現(xiàn)季節(jié)性缺氧或無氧狀態(tài)；水質(zhì)惡化，呈現(xiàn)出周期性的高強(qiáng)度污染等[1]。 另外，入庫支流沿河廢水與生活污水的排入，和沿線農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥等的流失，均會導(dǎo)致點(diǎn)源和面源的嚴(yán)重污染，使得庫區(qū)水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽濃度升高，增大了水質(zhì)保護(hù)的壓力[2]。 若不采取有效措施加以控制，局部庫灣水體將面臨富營養(yǎng)化的風(fēng)險， 進(jìn)而引發(fā)突發(fā)性水庫水質(zhì)污染事件，可能嚴(yán)重威脅城市供水系統(tǒng)的安全[1,3]。 目前， 水庫水質(zhì)污染與富營養(yǎng)控制已成為當(dāng)前城市飲用水領(lǐng)域重要的研究課題[1,3]。 生物操控技術(shù)是控制水體富營養(yǎng)化和生態(tài)恢復(fù)常用的技術(shù)之一， 可以通過補(bǔ)充完善污染水體中缺失的食物鏈， 來達(dá)到調(diào)整失衡生態(tài)、重建和穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)的目的[4,5]。

國外從20世紀(jì)80年代末期開始對上述問題進(jìn)行研究，目前已有許多湖泊、水庫通過生物操縱達(dá)到生態(tài)恢復(fù)和水質(zhì)改善的案例。 國內(nèi)則是在近幾年才開始進(jìn)行相關(guān)研究，尚未形成系統(tǒng)的研究成果，在水源水庫水質(zhì)污染控制技術(shù)方面更是處于起步階段[1]。要保證城市供水安全， 就需采用科學(xué)的方法和技術(shù)來控制污染、改善水質(zhì)，同時研發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、見效快的控制技術(shù)與方法， 以期實(shí)現(xiàn)城市水源的可持續(xù)開發(fā)與利用[1]。因此，有序利用水體和漁業(yè)資源，增強(qiáng)其生態(tài)環(huán)境與生活服務(wù)功能， 是漁業(yè)工作者的重要任務(wù)。 本文從生物調(diào)控方面介紹水源地水庫富營養(yǎng)化的控制方法，以其為實(shí)際工作提供參考。

1 水生植物操控修復(fù)技術(shù)

水生植物在生長過程中能有效吸收水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，抑制浮游藻類的生長；且能攔截外源污染物，有效控制底泥中污染物的釋放。 通過定期收獲水生植物帶走營養(yǎng)物質(zhì)的方法對富營養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)，具有成本低、能耗低、高凈化效果等特點(diǎn)。

1.1 挺水植物

挺水植物中的黃菖蒲、石菖蒲、黑三棱和常綠水生鳶尾，對水體中TN的去除率能達(dá)到40%以上，對TP的去除率能達(dá)到50%以上[6]。 徐秀玲等通過研究香蒲、鳶尾、菖蒲在不同程度的富營養(yǎng)化水體中的生長狀況和對氮磷的去除程度來判斷對水體的修復(fù)效果[7]。 在高濃度下，挺水植物對水體TN的去除率為香蒲(74%)＞鳶尾(69%)＞菖蒲(54%)；對TP的去除率為鳶尾＞香蒲＞菖蒲， 且鳶尾的處理效果在70%及以上[6]。研究得出， 鳶尾對不同程度富營養(yǎng)化水體中TN、TP的去除效果都較為明顯， 可以被廣泛應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體修復(fù)領(lǐng)域[6,7]。

1.2 漂浮植物

在水體富營養(yǎng)化治理中應(yīng)用最多的漂游植物是黃花水龍和風(fēng)眼蓮[6]。 夏季，黃花水龍對水體中TN的去除率可達(dá)60%，對TP的去除率達(dá)25%；冬季對TN、TP的去除率均能達(dá)到20%以上。 潘保原等對鳳眼蓮、水芙蓉和蓮花竹對水體凈化效果的研究表明，30 d后鳳眼蓮對TN、TP的去除率最高可達(dá)80%～90%左右，在三種漂浮植物中凈化效果最好[8]。 鳳眼蓮不僅是一種理想的水體修復(fù)植物，還是重要的觀賞植物，因此在處理富營養(yǎng)化水體中被廣泛應(yīng)用[8]。

1.3 沉水植物

對富營養(yǎng)化水體中N、P具有凈化作用的沉水植物有苦草、黑藻、金魚藻、伊樂藻、狐尾藻、菹草等[6,9]。金魚藻和伊樂藻對富營養(yǎng)化水體的中氮、 磷的去除較為明顯，可達(dá)60%以上；苦草、黑藻、狐尾藻、菹草對氮的去除率均達(dá)到40%以上， 對總磷的去除率達(dá)45%以上；其余沉水植物在20%以下[6,9]。 高鏡清等研究了五種沉水植物對東湖富營養(yǎng)化水體的處理程度，其中金魚藻春、夏的增長率分別達(dá)125%和55%以上，生長狀況最好，且對TP的春、夏兩季的去除率均達(dá)90%以上[10]。 研究表明，金魚藻是一種較有前景的修復(fù)型沉水植物， 其對富營養(yǎng)化水體的營養(yǎng)源有明顯的去除效果[6,10]。

2 水生動物操控修復(fù)技術(shù)

2.1 底棲動物操控修復(fù)技術(shù)

濾食性軟體動物如三角帆蚌、珍珠貝，在濾水的過程中能迅速積累多種污染物，如重金屬、營養(yǎng)鹽、有機(jī)氯殺蟲劑和碳?xì)浠衔锏萚11]。 大型濾食性底棲動物如河蚌，對水體中有機(jī)顆粒的濾食效率較高，能在生長中大量攝食有害浮游植物， 從而直接降低水體中浮游植物的細(xì)胞密度； 河蚌代謝產(chǎn)生的排泄物可加速水體中有機(jī)顆粒的沉降, 快速提高水體透明度,增加下層水的溶解氧[12]。

2.2 鰱、鳙魚操控修復(fù)技術(shù)

通過直接攝食大型藻類(如微囊藻等)，鰱、鳙能有效控制藻類生物量[13,14]。劉其根對千島湖的研究表明， 在不控制外來污染源的前提下僅大量增加水體中的鰱、鳙，就可以成功預(yù)防千島湖水華的再發(fā)生，同時可以改善多項水質(zhì)指標(biāo)(透明度、 葉綠素a、pH值、TP和COD 等)和控制該水源地的藻類生物量[15]。因此， 水源地水庫的漁業(yè)發(fā)展模式應(yīng)該在保護(hù)水質(zhì)的前提下實(shí)施環(huán)境友好型的漁業(yè)發(fā)展模式[16]。 目前河南省水源地水庫均采用每年對鰱、鳙魚定時投放、定期捕撈，即“輪捕輪放”的漁業(yè)生產(chǎn)方式，利用鰱、鳙魚的濾食來控制水庫水體生態(tài)系統(tǒng)中浮游生物群落，達(dá)到改善修復(fù)水質(zhì)的目的。

2.3 食魚性魚類操控修復(fù)技術(shù)

通過在水庫中投放食魚性魚類（兇猛性魚類）來減少水體中以浮游生物為食的魚類， 從而增加浮游動物數(shù)量來遏制水體中的藻類生長， 以起到提高水體透明度的作用[16]。 因為浮游動物只能控制細(xì)菌和小型藻類等，因此這種操控技術(shù)有一定的局限性，所以應(yīng)結(jié)合鰱、 鳙魚操控技術(shù)來控制水體中的大型藻類（微囊藻）和絲狀藻，達(dá)到修復(fù)水庫水質(zhì)的富營養(yǎng)化的目的[16]。

生物操縱技術(shù)在水源地水庫中應(yīng)用較廣泛，對河南省富營養(yǎng)化水庫治理有重要意義。 在實(shí)際工作中應(yīng)首先對水庫生態(tài)環(huán)境進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)查以了解水庫水質(zhì)狀況和營養(yǎng)水平， 然后根據(jù)水庫的富營養(yǎng)化程度有針對性的實(shí)施不同的生物操縱技術(shù)， 從而安全有效的防治水源地水庫富營養(yǎng)化。 在應(yīng)用過程中還可以采用水生植物種群維護(hù)和鰱、 鳙放養(yǎng)相結(jié)合的能有效保持水源地水庫持續(xù)健康的發(fā)展[16]。