富營(yíng)養(yǎng)水體生物防治研究進(jìn)展

富營(yíng)養(yǎng)水體生物防治研究進(jìn)展組員：李柯姚思鵬陳見(jiàn)胡雄美麗的桂林山水啊好臭?。?！水環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重！對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體治理日益迫切?。。?！富營(yíng)養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價(jià)昂貴的困難問(wèn)題。富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)一且形成，水體中營(yíng)養(yǎng)元素被水生生物吸收，成為其機(jī)體的組成局部。在水生生物死亡后的腐爛過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)元素又釋放入水體中，再次被生物利用，形成植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。即使切斷外源污染，也很難自凈和恢復(fù)。國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，防治方法很多，但效果都很有限。本文主要從水體生態(tài)系統(tǒng)層面，針對(duì)目前富營(yíng)養(yǎng)水體的生物防治技術(shù)作一簡(jiǎn)單綜述。我們可以從四個(gè)方面來(lái)論述水生生物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體的凈化作用水生植被水生動(dòng)物水體微生物魚(yú)類一水生植被對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)恢復(fù)的作用在水體生態(tài)環(huán)境中，高等水生植物與浮游藻類同屬于初級(jí)生產(chǎn)者，二者競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)、光照和生長(zhǎng)空間等生態(tài)資源，高等水生植物能釋放化學(xué)物質(zhì)，抑制浮游藻類生長(zhǎng)，同時(shí)吸收水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而到達(dá)凈化水體的效果。水生植被的作用:湖濱地帶水生植物構(gòu)成的水陸交錯(cuò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的截留作用

對(duì)湖泊水中P、N的吸收

水生植物的化感作用

1湖濱地帶水生植物構(gòu)成的水陸交錯(cuò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的截留作用尹澄清等〔1995〕在白洋淀進(jìn)行的野外實(shí)驗(yàn)，當(dāng)污水通過(guò)290m種植有蘆葦?shù)乃疁蠒r(shí)外表徑流和通過(guò)4m蘆葦根區(qū)的地下潛流中，TN、TP、NH4+-N、SRP等幾種指標(biāo)的變化以下就是試驗(yàn)結(jié)果水陸交錯(cuò)地帶寬度（m）污染物原始濃度（mg/L）截留率（%）水溝地表徑流290TN21-4442290TP0.4-1.565290NH4+-N10-3865290SRP0.18-1.570水陸交錯(cuò)地帶寬度（m）污染物原始濃度mg/L截留率（%）葦田根區(qū)潛流4TN41.4644TP1.20924NH4+-N34.2904SRP1.0499說(shuō)明了水生植物構(gòu)成的湖濱水陸交錯(cuò)帶對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的截流非常有效。2對(duì)湖泊水中P、N的吸收水生植物可以直接吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同化為自身的結(jié)構(gòu)組成的物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存更加穩(wěn)定，較容易通過(guò)人工收獲將其固定的氮、磷帶出水體。目前已證實(shí)具污水凈化效應(yīng)的水生高等植物很多，研究較多的有水葫蘆水葫蘆、水花生、菹草等

根據(jù)李典友等人的研究，水葫蘆、水花生、寬葉香蒲等都能有效地吸收、積累、分解廢水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類、多種有機(jī)污染物及重金屬污染物。據(jù)生物量和化學(xué)組成分析在最適宜的生長(zhǎng)條件下，估算出4種水生植物去除N、P元素量對(duì)湖泊水中P、N的吸收元素植物水葫蘆水花生寬葉香蒲N198017792530P322198403水生植物對(duì)N、P的去除量〔kg／ha*y〕3水生植物的化感作用

水生植物可通過(guò)向水體中釋放化感物質(zhì)來(lái)抑制浮游植物的生長(zhǎng)。研究說(shuō)明，這是其在水體生態(tài)系統(tǒng)生物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)、光照和空間等資源中取得優(yōu)勢(shì)的有效策略。水生植物的化感作用大型水生植物對(duì)藻的克制效應(yīng)主要表現(xiàn)在對(duì)藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。鳳眼蓮根系分泌物對(duì)柵藻有明顯的克生作用，表現(xiàn)在使藻的數(shù)量逐漸減少，柵藻生長(zhǎng)受到影響。水生植物的化感作用鳳眼蓮對(duì)柵藻克制效應(yīng)的機(jī)理鳳眼蓮根系分泌的化學(xué)物質(zhì)經(jīng)過(guò)水環(huán)境進(jìn)入藻細(xì)胞，造成藻細(xì)胞代謝紊亂及膜結(jié)構(gòu)的損傷，就易使光合、呼吸等電子傳遞鏈形成電子漏，促進(jìn)O-2的產(chǎn)生，因有不配對(duì)電子而具有極強(qiáng)氧化能力的O-2及后繼形成的H2O2等活性氧自由基，是造成藻體細(xì)胞傷害的主要原因，而SOD為O-2的主要去除酶，催化O-2的歧化反響，是細(xì)胞內(nèi)重要的保護(hù)酶，而其含量急劇下降。水生植物的化感作用克生作用導(dǎo)致柵藻的細(xì)胞葉綠體片層腫脹甚至解體，線粒體嵴消失，質(zhì)膜、核膜受破壞，光合放氧的速度明顯下降，可溶性蛋白的含量4天后直線下降，超氧陰離子〔O-2〕升高，峰值出現(xiàn)在處理后第6天，超氧化物歧化酶〔SOD〕活性先應(yīng)激性升高，但隨處理天數(shù)的延長(zhǎng)又呈急劇下降趨勢(shì)。水生植物的化感作用有些學(xué)者還進(jìn)行了大型水生植物的提取液對(duì)藻效應(yīng)的研究，并對(duì)提取液進(jìn)行別離、鑒定水生植物的化感作用孛萁(beiqi)屬水草的提取液的克藻有效成分為二十碳的三羥基環(huán)戊基脂肪酸和十八碳的三羥基環(huán)戊烯酮脂肪酸該物質(zhì)在低濃度下能刺激藻類的生長(zhǎng)，高濃度那么有抑制作用，它們對(duì)藍(lán)藻抑制效果最為顯著。水生植物的化感作用從石菖蒲提取出苯丙烷類化合物這種物質(zhì)對(duì)綠藻、藍(lán)綠藻有抑制作用等。這些均說(shuō)明了有些大型水生植物具有化感作用，其釋放的化學(xué)物質(zhì)有明顯的克藻作用。二水生動(dòng)物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的恢復(fù)作用大型浮游動(dòng)物原生動(dòng)物底棲動(dòng)物1大型浮游動(dòng)物陳濟(jì)丁等(1995)研究得出大型浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的控制作用，研究說(shuō)明，在適當(dāng)?shù)母粻I(yíng)養(yǎng)條件下，通過(guò)合理的生物操縱，使得大型、平突船卵等大型植食性浮游動(dòng)物到達(dá)和維持足夠的密度，浮游動(dòng)物在夏秋季能夠有效地控制浮游植物的過(guò)量生長(zhǎng)，改善水質(zhì)。唐洪玉〔2001〕通過(guò)對(duì)植食性蚤類長(zhǎng)刺對(duì)中小型藻類的牧食力研究，也說(shuō)明了與上述根本一致的觀點(diǎn)。并推測(cè)出，單位重量的長(zhǎng)刺攝食藻類的效果比鰱鱅的效果好。從下表可以清楚地看出：接種長(zhǎng)刺后的池塘浮游植物的生物量明顯低于對(duì)照組池塘。2原生動(dòng)物王進(jìn)〔2005〕從南京水華嚴(yán)重的池塘中別離出一種鞭毛蟲(chóng)，發(fā)現(xiàn)該鞭毛蟲(chóng)對(duì)微囊藻具有很好的吞噬作用，在蟲(chóng)/藻比約為1/200時(shí)，36小時(shí)內(nèi)可吞噬掉幾乎全部的藻細(xì)胞。把該種鞭毛蟲(chóng)參加從野外采集的水華水體中，葉綠素a的含量明顯降低3底棲動(dòng)物盧曉明，金承翔等〔2007〕研究了底棲軟體動(dòng)物河蚌〔背角無(wú)齒蚌〕和螺螄〔銅銹環(huán)棱螺〕對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化河水中COD、NH3-N、TP、葉綠素a的凈化效果。結(jié)果說(shuō)明，底棲軟體動(dòng)物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體中COD、氮、磷等都有一定的去除效果，且河蚌的凈化效果要稍優(yōu)于螺螄。當(dāng)然大量的不同的室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)、圍隔、池塘和全湖所進(jìn)行的生物操縱的結(jié)果差異很大。淺水湖泊中生物操縱作用差異大，中小型湖泊中生物操縱效果較好，但在大型湖泊中作用不太明顯甚至沒(méi)有作用。所報(bào)道的淺水湖泊中生物操縱取得成功的例子中除因魚(yú)類減少后浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的攝食加強(qiáng)外，往往伴隨著大型植物的開(kāi)展。因此水質(zhì)的改善和生物操縱作用的穩(wěn)定也可能與大型植物所起的間接作用有關(guān)，包括它與藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)和光的競(jìng)爭(zhēng)以及化感作用的產(chǎn)生。三微生物在水體富營(yíng)養(yǎng)化治理中的應(yīng)用微生物在水體的作用:微生物作為淡水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的分解者和微食物鏈的重要組成局部其在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著必不可少的作用，是降解廢物、廢水的主力軍。下面我們介紹微生物成功治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的案例1固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院曾于2000年與中國(guó)科學(xué)院地理湖泊研究所合作研究了固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)，該技術(shù)從太湖水生植物根部提取天然無(wú)害的氮循環(huán)細(xì)菌，經(jīng)過(guò)馴化提高其抗高負(fù)荷氮污染的能力，并為之提供具有良好生存環(huán)境的載體。使氮循環(huán)細(xì)菌在載體中保持活性，同時(shí)以水中的氮為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在新陳代謝的過(guò)程中將湖泊水體中大量的氮離子轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)忉尫诺娇諝庵?，有效降低了水體中氮元素的含量。他們?cè)谫F陽(yáng)“溫流水〞養(yǎng)殖場(chǎng)試驗(yàn)成功，在水體面積5600m2、流速為10．25m3/s的情況下，每天除氮不低于100kg，有效地遏制了水體富營(yíng)養(yǎng)化。2有效微生物群控制富營(yíng)養(yǎng)化湖泊藍(lán)藻

有效微生物群(efectivemicroorganisms)是從自然界篩選出各種有益微生物，用特定的方法混合培養(yǎng)所形成的微生物復(fù)合體系，其微生物組合以光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌和乳酸菌為主。中山大學(xué)的研究說(shuō)明〔結(jié)果見(jiàn)后〕：將一定量的有效微生物群液體菌劑和有效微生物群固體泥球投入人工湖后，水體的透明度、葉綠素a含量有明顯的改善，而且可以有效抑制藻類的生長(zhǎng)，在一定時(shí)期內(nèi)可以防止水華的發(fā)生，改善景觀。2.1透明度試驗(yàn)中水體透明度如下圖，在投入菌劑45d后，水體的透明度開(kāi)始有大幅度的增加2個(gè)月后，透明度較本底值0.09m提高了433%，到達(dá)最大值0.48m。在停止投加菌劑后，試驗(yàn)區(qū)透明度開(kāi)始下降，停止投加后約2個(gè)月時(shí)透明度下降為0.30m，但仍較本底值高233.3%。2.2葉綠素a試驗(yàn)中水體中葉綠素a含量變化如后圖所示，水體外表的葉綠素a的含量在使用有效微生物群菌劑僅1個(gè)月后由3780．2mg/m3下降為130．6mg/m3，下降了96．5%，并保持在137．9mg/m3以下直至試驗(yàn)結(jié)束。投放EM期間及后1個(gè)月，在水深0．5m處的葉綠紊a含量保持在100mg/m3以下，以后開(kāi)始上升為171．99mg／m3，其變化趨勢(shì)如圖2所示。2.3試驗(yàn)中水體中總氮含量(TN)和總磷含量(TP)在投放EM期間，TN和TP均呈明顯的下降趨勢(shì)，并在停止投放菌劑1個(gè)月之后到達(dá)最低點(diǎn)，分別下降了60.2％和58.1％。但以后總N和總P均有上升的趨勢(shì)(見(jiàn)圖示)：綜上述可知，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的微生物防治，雖然由于在大面積的湖泊中大量培養(yǎng)繁殖微生物，還有許多技術(shù)上的問(wèn)題尚有待解決。目前還沒(méi)有大規(guī)模的付諸于實(shí)施，但其應(yīng)用前景很好。首先，利用微生物防治，花費(fèi)本錢(qián)低，雖然在研究階段需要不少投資，但一旦研究出一種新方案或一種新菌種，利用微生物繁殖快的特點(diǎn)就會(huì)低本錢(qián)，高效益的大規(guī)模應(yīng)用。其次，不會(huì)帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)，因?yàn)樵摲椒ㄖ饕梦⑸锏纳泶x在生物圈內(nèi)所起的作用，并沒(méi)有另外使用化學(xué)試劑。所以不會(huì)在除去氮、磷的同時(shí)引起其他元素的過(guò)量增加?？傊?，利用微生物治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，應(yīng)用前景光明，該方法將可能成為富營(yíng)養(yǎng)化治理的首選方法。四魚(yú)類對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的影響1草食性魚(yú)類的影響草魚(yú)是一種典型的攝食大型水生植物的魚(yú)類。它攝食水生植物具有一定的選擇性，比較喜食的種類有苦草、黑藻、馬來(lái)眼、黃絲草等，不喜食的種類有苦菜、聚草和水花生。但在喜食水生植物匱乏的情況下，不喜食的植物也將被吃光，甚至攝食昆蟲(chóng)及其幼蟲(chóng)。草魚(yú)的食量大，當(dāng)草魚(yú)放養(yǎng)量過(guò)大，其攝食強(qiáng)度超過(guò)植物再生產(chǎn)能力時(shí)，必然導(dǎo)致水生植物的減少，甚至消滅。因此，由于草食性魚(yú)類的過(guò)度放養(yǎng)使水草遭受破壞。相對(duì)于水草來(lái)說(shuō)，浮游藻類都是一些r對(duì)策者，其個(gè)體小，生命周期短，缺乏儲(chǔ)存大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，因此，水草在初級(jí)生產(chǎn)者中占優(yōu)勢(shì)的湖泊，大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被積存在水草中，從營(yíng)養(yǎng)上抑制了浮游藻類的生長(zhǎng)，使得水質(zhì)清澈。隨著水草生物量的下降，吸收存積在水草的營(yíng)養(yǎng)，便通過(guò)草魚(yú)的攝食排泄被大量釋放到水中，增加了浮游藻類的繁殖，又由于浮游藻類的現(xiàn)存量增加，降低了湖水的透明度和補(bǔ)償深度，而這又將進(jìn)一步減少水草的生存范圍。如此惡性循環(huán)，沉水植物越來(lái)越少，甚至完全消失。2肉食性魚(yú)類的影響肉食性魚(yú)類是指魚(yú)類群落中以魚(yú)類為食的魚(yú)類，它們處于較高的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，是水生態(tài)系統(tǒng)中主要的頂級(jí)消費(fèi)者，其捕食作用通過(guò)下行效應(yīng)影響湖泊魚(yú)類及其他生物群落，甚至水體理化因子，從而影響整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。肉食性魚(yú)類的捕食壓力通過(guò)食物鏈影響整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)，其一般規(guī)律是：肉食性魚(yú)類捕食壓力增加，使食浮游動(dòng)物的餌料魚(yú)類的密度減少，浮游動(dòng)物密度增加，浮游植物數(shù)量減少，從而使水體的葉綠素含量和初級(jí)生產(chǎn)力降低。同時(shí)，浮游植物數(shù)量的減少也使水體的透明度增大。3濾食性魚(yú)類的影響傳統(tǒng)的湖沼學(xué)研究途徑為物理和化學(xué)因素一浮游植物一浮游動(dòng)物一魚(yú)類，即研究“上行效應(yīng)〞(Bottom-up)，與此相反的途徑為“下行效應(yīng)〞(Top-down)，即魚(yú)類對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響。而濾食性魚(yú)類對(duì)水質(zhì)的影響那么屬于“下行效應(yīng)〞的研究在富營(yíng)養(yǎng)湖泊治理中，非經(jīng)典生物操縱理論認(rèn)為直接投加濾食性魚(yú)類也能起到很好的效果。湖泊中危害性最大的是微囊藻水華，利用鰱、鳙可直接進(jìn)行控制，因?yàn)闉V食性魚(yú)類不僅濾食浮游動(dòng)物，有的也能濾食浮游植物。在武漢東湖的研究說(shuō)明，以浮游生物為食的鰱和鳙，能有效地遏制微囊藻水華，鰱、鳙遏制水華的有效放養(yǎng)密度(亦即有效生物量)為46—50g／m3。但是也有研究發(fā)現(xiàn)，濾食性魚(yú)類的濾食活動(dòng)及其生理代謝的增加，有利于促進(jìn)氮、磷的釋放，浮游植物的大量繁殖；大型浮游植物被大量濾食后，導(dǎo)致浮游植物趨于小型化，使浮游植物的總生物量也因此增加；大型浮游動(dòng)物種類和數(shù)量減少，小型種類那么得以開(kāi)展。其結(jié)果，造成群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，多樣性指數(shù)下降。因此，能否利用鰱鳙魚(yú)控制藍(lán)藻水華，有賴于人們對(duì)水體動(dòng)、植物群落結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的了解。其中，如何根據(jù)水體特點(diǎn)，制訂合理的鰱鳙魚(yú)放養(yǎng)時(shí)間和放養(yǎng)量非常重要。4雜食性魚(yú)類的影響雜食性魚(yú)類對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響更加復(fù)雜，雜食性魚(yú)類所引起的上行效應(yīng)比下行效應(yīng)更明顯，其上行效應(yīng)可能包括生物擾動(dòng)作用、分泌物的營(yíng)養(yǎng)添加作用等。雜食性魚(yú)類有助于分層湖水的混合，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)鹽自下而上的補(bǔ)