食藻蟲(chóng)引導(dǎo)的水下生態(tài)修復(fù)技術(shù)(2003)

1、-1 -食藻蟲(chóng)引導(dǎo)的水下生態(tài)修復(fù)技術(shù)一、食澡蟲(chóng)引導(dǎo)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理食藻蟲(chóng)生態(tài)修復(fù)的技術(shù)原理是一種綜合生物治理技術(shù)，其核心思想是首先利用食藻蟲(chóng)攝食藻類，降低密度，提高透明度;繼而恢復(fù)沉水植被，沉水植被恢復(fù)后水體持續(xù)變清，并通過(guò)它 感作用抑制藍(lán)藻發(fā)生；沉水植被又通過(guò)光合作用把大量的溶解氧帶入底泥，使淤泥中的氧化還原電位升高，促進(jìn)底棲生物包 括水生昆蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、螺、貝的滋生，進(jìn)而使底泥生態(tài)恢復(fù)自凈， 進(jìn)一步使湖水水體保持穩(wěn)定清澈狀態(tài)；最后有計(jì)劃地放入魚(yú)、 蝦、蟹等原有土著水生動(dòng)物，增加水體生物多樣性，形成良好 的水生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)原有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，并源源不斷地向人們輸出綠色生態(tài)的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品食藻蟲(chóng)

2、吃藻、食腐屑、噬菌水下森林、水下草皮促進(jìn)水體變清生物操縱調(diào)節(jié)食物鏈，植13形成水體自凈 富營(yíng)養(yǎng)資源化物蛋白轉(zhuǎn)為動(dòng)物蛋白食澡蟲(chóng)控澡引導(dǎo)生態(tài)修復(fù)原理二、食藻蟲(chóng)簡(jiǎn)介食藻蟲(chóng)是一種低等咸淡水甲殼浮游動(dòng)物，通俗地理解，也是蝦、蟹類甲殼動(dòng)物的祖先。食藻蟲(chóng)平均個(gè)體 5.5-6.5mm,生存周期為45天，經(jīng)過(guò)馴化可以專門(mén)攝食藍(lán)綠藻，成為藍(lán)藻天敵。經(jīng)人工馴化改良后，食藻蟲(chóng)比天然個(gè)體體積大，攝食能力強(qiáng)，這種食藻蟲(chóng)不僅喜歡吃藍(lán)藻，而且還能轉(zhuǎn)化藍(lán)藻毒素，適應(yīng)藻類爆發(fā)的水體環(huán)境，能將藍(lán)藻膠團(tuán)中濾食性魚(yú)類不易消化的膠狀物質(zhì)消化吸收。在實(shí)驗(yàn)室里，只見(jiàn)一缸布滿藍(lán)綠藻的水，放進(jìn)相應(yīng)比例的食藻蟲(chóng)后，24小時(shí)便澄清了，而且食藻蟲(chóng)細(xì)沙

3、般的排泄物，對(duì)水底植物非常滋潤(rùn)。食藻蟲(chóng)繁殖力極強(qiáng)，平均每3天繁殖一代，每條食藻蟲(chóng)一生可繁殖3000條幼蟲(chóng)。正因?yàn)樗漠a(chǎn)出多，所以它的進(jìn)食量也大，1公斤約40萬(wàn)條食藻蟲(chóng)，1天便能吃掉10 噸水中的藍(lán)綠藻，可以說(shuō)它是藻害的天然“克星”。-2 -三、生態(tài)安全性在一種生物引入某一新水體之前必須要能夠保證這種生 物對(duì)該水體不至于造成新的危害。 許多專家對(duì)此進(jìn)行過(guò)大量的 研究，有如下的理由保證食藻蟲(chóng)不至于對(duì)水體造成新的污染：1 、食藻蟲(chóng)是從其它湖泊采集后經(jīng)馴化而得，開(kāi)不是一個(gè)新 物種，它的野生種群在我國(guó)的湖泊中早有分布；2 、當(dāng)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度下降導(dǎo)致藍(lán)藻無(wú)法大量繁殖后食藻 蟲(chóng)也會(huì)因?yàn)榈貌坏阶銐蛴行У臓I(yíng)養(yǎng)

4、而難以維持其種群的增長(zhǎng)， 其種群生物量必然下降；3 、食藻蟲(chóng)是水體初級(jí)消費(fèi)者，食藻蟲(chóng)的天敵太多因而很容 易被消滅。食藻蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)豐富，魚(yú)、蝦、蟹十分喜食，還有一些 水生昆蟲(chóng)如華椿、仰椿也喜食食藻蟲(chóng) （ 目前因?yàn)樵S多水體嚴(yán)重 富營(yíng)養(yǎng)化，藍(lán)藻水華頻繁大規(guī)摸暴發(fā)，這些水生昆蟲(chóng)已基本絕 跡，但一旦水體生態(tài)恢復(fù)后則這些昆蟲(chóng)又會(huì)大量出現(xiàn)） 。因此，將食藻蟲(chóng)引入水體后決不會(huì)造成新的危害（ 即生物污染 ） 。用食藻蟲(chóng)控制藍(lán)藻水華暴發(fā)、恢復(fù)水體原有生態(tài)的安 全性是有保障的。四、技術(shù)分析 項(xiàng)目是利用人工馴化后的浮游動(dòng)物食藻蟲(chóng)進(jìn)行生物 控藻， 食藻蟲(chóng)是構(gòu)建生態(tài)恢復(fù)過(guò)程至關(guān)重要的食物鏈和生物鏈 環(huán)節(jié)， 只有通過(guò)食藻蟲(chóng)才能

5、引爆這個(gè)生態(tài)恢復(fù)的水體生物多樣 性大爆炸。在構(gòu)建完整的食物鏈、網(wǎng)基礎(chǔ)上，形成良性循環(huán)的 生態(tài)鏈，在生態(tài)鏈基礎(chǔ)上構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈，使生態(tài)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈相結(jié) 合，在外源點(diǎn)源污染截流的情況下，徹底控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水 體的藍(lán)藻暴發(fā)，扭轉(zhuǎn)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展進(jìn)程，基本恢復(fù)富營(yíng)養(yǎng) 化湖泊原有水草繁茂、水體清澈的生態(tài)并保持相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性， 使污染物資源化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。治理完成后， 在治理區(qū)域內(nèi)將會(huì)形成良好的水生生態(tài)自凈 系統(tǒng)，水質(zhì)在較短時(shí)期達(dá)到國(guó)家地表水 III 類水標(biāo)準(zhǔn)。水生生 態(tài)自凈系統(tǒng)形成后，合理投放的魚(yú)、蝦、蟹、螺、貝等又可形 成豐富的高檔綠色水產(chǎn)品資源， 治理過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品食藻 蟲(chóng)做為優(yōu)質(zhì)飼料又可推動(dòng)諸如城

6、市觀賞魚(yú)類等名貴魚(yú)、蝦、蟹 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 甚至還可以將食藻蟲(chóng)深加工開(kāi)發(fā)成優(yōu)異的蛋白粉 和其它特殊營(yíng)養(yǎng)保健品。五、主要技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)食藻蟲(chóng)控藻引導(dǎo) 水體生態(tài)恢復(fù)的核心技術(shù)關(guān)鍵是 食藻 蟲(chóng)引起水體沉水植被的種群生態(tài)恢復(fù)。一般水域環(huán)境中隨著富營(yíng)養(yǎng)化程度的推進(jìn)， 單細(xì)胞藻類會(huì) 優(yōu)于沉水植物，得以迅速地繁殖發(fā)展，如果缺乏食藻動(dòng)物的有 效控制，藻類就會(huì)遮住陽(yáng)光，降低透明度，進(jìn)一步影響沉水植 物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，形成生態(tài)環(huán)境惡性循環(huán)。與單細(xì)胞藻類相對(duì) 應(yīng)的是，食藻蟲(chóng)也有爆炸性繁殖的機(jī)能，而且食藻蟲(chóng)消化藍(lán)綠 藻的同時(shí)，還會(huì)釋放酸性的糞便和代謝產(chǎn)物，抑制單細(xì)胞藻類 的再生。這樣，食藻蟲(chóng)吃掉藍(lán)綠藻，既可以增加水體透

7、明度， 又可以增加水質(zhì)弱酸性，促進(jìn)沉水植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，最終形 成水下森林。在形成水下森林的過(guò)程中，沉水植物產(chǎn)生大量的 氧氣，促進(jìn)食藻蟲(chóng)由淺層向深層發(fā)展，同時(shí)食藻蟲(chóng)呼吸產(chǎn)生的 大量二氧化碳又可以供給沉水植物作為光合作用的碳源， 這種 共生關(guān)系可以促使水體生態(tài)環(huán)境越來(lái)越趨于自凈并形成良性 循環(huán)。恢復(fù)沉水植被抑制藻類的方法已有大量應(yīng)用， 國(guó)內(nèi)外對(duì)此 進(jìn)行了廣泛而深入的研究， 任何退化水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)如果要 取得持久的效果都必須恢復(fù)沉水植被， 沉水植被是淡水生態(tài)系 統(tǒng)中主要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)維持湖泊、水庫(kù)等淡水生態(tài)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用，沉水植被對(duì)水體有如下作用：阻 止底泥的再懸浮，減少湖底水

8、動(dòng)力交換系數(shù)，從而使水體透明 度保持穩(wěn)定。很多水草對(duì)藻類生長(zhǎng)有抑制作用，從而使水體 變清：首先是競(jìng)爭(zhēng)性抑制，因?yàn)樗莺驮孱愅幱谏鷳B(tài)系統(tǒng)初 級(jí)生產(chǎn)者的位臵，兩者提供物質(zhì)和能量的生態(tài)學(xué)功能一致，因 此必然存在對(duì)光和營(yíng)養(yǎng)的利用方面的競(jìng)爭(zhēng)； 其次是很多水草可 以分泌特定的生物活性物質(zhì)抑制藻類的生長(zhǎng)，也即水草對(duì)藻類 有它感作用，對(duì)此國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者作過(guò)大量研究，它感現(xiàn)象的 存在還吸引了大批學(xué)者對(duì)它感作用物質(zhì)進(jìn)行提取、分離和鑒 定。沉水植被從水體和底泥中大量吸取營(yíng)養(yǎng)鹽，從而不斷地 凈化水體，使內(nèi)源污染下降，水體不斷變清。沉水植被的存 在可吸附儲(chǔ)存生物碎屑于植物根部，增加底泥表層溶氧，而減 緩底泥磷的釋放，

9、此外，沉水植被還為有利于有機(jī)物礦化分解 的微生物群落提供了生境。綜觀湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育自然演替史， 沉水植被在湖泊生態(tài) 系統(tǒng)中起著不容忽視的重要作用， 但是環(huán)境污染以及不合理的 開(kāi)發(fā)利用等，使得沉水植被在許多湖泊中消失，水體自凈能力 以及對(duì)干擾的緩沖能力急劇下降， 水體也不斷成為退化生態(tài)系 統(tǒng)，水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也日益喪失。各種沉水植被是健康水 生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分， 沉水植被恢復(fù)不僅表征著退化水生 態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)而且會(huì)加速退化水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和穩(wěn)定恢復(fù) 的效果。但沉水植被恢復(fù)存在很大的困難：第一，重富營(yíng)養(yǎng)化 的水體一般都存在較厚的淤泥， 淤泥一般都厚達(dá)幾十厘米到幾 米，且淤泥一般都處于缺氧狀態(tài)

10、，其氧化還原電位都比較低， 種植的水草容易爛根，因此很難成活； 第二，富營(yíng)養(yǎng)化水體 透明度都很低，沉水植被得不到有效的光照以進(jìn)行光合作用， 這也嚴(yán)重影響了沉水植被恢復(fù)；第三，藻型富營(yíng)養(yǎng)化水體一般 酸堿度都很高，而沉水植物都喜弱酸性環(huán)境，這也不利于沉水 植被恢復(fù)。這些困難，目前采用食藻蟲(chóng)控藻技術(shù)已全部克服：1 、研究結(jié)果表明，食藻蟲(chóng)吃藻后腸道中富集了大量的有益 微生物， 這些有益微生物通過(guò)食藻蟲(chóng)的排泄物廣泛地分布于淤 泥中，再加上食藻蟲(chóng)的微量攪拌增氧作用，淤泥在有益微生物 的作用下得到了良性分解，淤泥的氧化還原電位大大提高；2 、食藻蟲(chóng)吃藻后可以使水體保持很長(zhǎng)一段時(shí)間透明見(jiàn)底；3 、食藻蟲(chóng)吃藻后

11、，其排泄物呈弱酸性，一方面可以抑制喜 堿性藍(lán)藻的生長(zhǎng)，另一方面可以促進(jìn)喜弱酸性沉水植物的生 長(zhǎng)。這是目前為止其它湖泊生態(tài)恢復(fù)技術(shù)無(wú)法與之相比擬的。 食藻蟲(chóng)的誕生， 還給湖泊生態(tài)自凈系統(tǒng)的恢復(fù)和生物鏈的良性 循環(huán)帶來(lái)一系列正面影響和希望。 其中最重要的有兩點(diǎn)： 第一， 由于藍(lán)藻的消滅， 增加了水體的透明度， 讓陽(yáng)光可以直射水底， 有利于水下森林 沉水植物的萌發(fā)；第二，食藻蟲(chóng)消化吸收 藍(lán)藻后排出的糞便顯酸性，會(huì)明顯降低藍(lán)藻爆發(fā)水體中的堿 性，可以進(jìn)一步抑制藍(lán)藻的再次萌發(fā)，另一方面又使喜弱酸性 的水下森林 沉水植物重新獲得適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，從根本上 解決了湖泊中種植沉水植物的難題。通過(guò)食藻蟲(chóng)，接通了以

12、下 幾條食物鏈： 水體中氮、磷 單胞藻 （ 藍(lán)綠藻 ）食藻蟲(chóng)水下森林魚(yú)蝦鱉蟹 人這樣，將使得污染嚴(yán)重、死氣沉沉的藻型化水體逐步走向 生命力旺盛、水質(zhì)清澈的草型化水體帶來(lái)新的希望。六、技術(shù)優(yōu)勢(shì) 上海海洋大學(xué)何文輝教授科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十年的藍(lán)藻馴化、 提純、復(fù)壯，馴化出藍(lán)藻的天敵 食藻蟲(chóng)（浮游動(dòng)物） ，經(jīng) 過(guò)投入試驗(yàn)成功， 發(fā)明了一項(xiàng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的水體 生態(tài)修 復(fù)生物操縱技術(shù) - 食藻蟲(chóng)引導(dǎo)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)于 2002 年獲得國(guó)家專利，專利號(hào)： 02110588 ， 其技術(shù)具有獨(dú)創(chuàng)性，難以復(fù)制。何文輝教授馴化食藻蟲(chóng)用了 7 年多時(shí)間， 只有在無(wú)性繁殖的條件下， 它的后代才能傳承馴化。 他使

13、用了活體保種的方式，保到現(xiàn)在都已經(jīng)有 900 多代了。它 的壽命一般為四五十天，一年大概能繁殖十代左右。因此，作 為最保密的配方，他把一級(jí)保種放在了 他家陽(yáng)臺(tái)上，二級(jí)保種 和三級(jí)保種他才用于生產(chǎn)上。即使這些蟲(chóng)子別人拿了過(guò)去，也 只能用一個(gè)多月，離開(kāi)了這個(gè)配方，食藻蟲(chóng)就沒(méi)辦法再吃藍(lán)藻 了。七、技術(shù)產(chǎn)業(yè)化何文輝成立了上海太和水生態(tài)科技有限公司， 旗下子公司 包括：上海太和水生態(tài)科技有限公司（華東區(qū)） 、九源清（北 京）水生態(tài)有限公司（華北區(qū)） 、廣州太和水生態(tài)科技有限公 司（華南區(qū)） ，并在上海金山區(qū)設(shè)有面 積達(dá) 20 多萬(wàn)平方米的生 產(chǎn)、科研基地。并擁有一批由教授、博士帶領(lǐng)的強(qiáng)大的科研團(tuán) 隊(duì)和具

14、備多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程管理團(tuán)隊(duì)，公司董事長(zhǎng)、首席科 學(xué)家何文輝先生是上海海洋大學(xué)教授、 水域環(huán)境生態(tài)上海高校 工程研究中心副主任、 “食藻蟲(chóng) ”引導(dǎo)水生態(tài)修復(fù)技術(shù)發(fā)明者和 中國(guó)水下生態(tài)修復(fù)主要發(fā)起人。公司與上海海洋大學(xué)、上?？?測(cè)設(shè)計(jì)研究院、浙江大學(xué)等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)緊密合作，形成持續(xù) 的研 發(fā)能力。太和公司專利核心技術(shù)包括：培育“食藻蟲(chóng)”治理水域藍(lán)綠藻- 8 -污染、“食藻蟲(chóng)”引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)、沉水植被的培植及應(yīng)用于水生態(tài)修復(fù)和水下景觀建造、應(yīng)用生物技術(shù)凈化城市水源系統(tǒng)等技 術(shù)，部分技術(shù)已獲得中國(guó)及美國(guó)的專利或上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，同時(shí)集成生態(tài)濕地、微生物、曝氣等其它輔助技術(shù)共同組成水生態(tài)專項(xiàng)完整 解

15、決方案，該系統(tǒng)以其生物主導(dǎo)、“負(fù)碳”節(jié)能、多年長(zhǎng)效、高透明 度、景觀出眾、低化學(xué)品和零占用土地而成為國(guó)內(nèi)外水體凈化和生態(tài) 修復(fù)的領(lǐng)先者。丿八、成功案例1.上海段浦河時(shí)間：2008-10-15面積：25000 m2 水深：1.5 2.5 m修復(fù)前水質(zhì)：劣V類水，水體發(fā)黑發(fā)臭，透明度僅0.3 m。修復(fù)后水質(zhì)：水質(zhì)主要富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)總氮、總磷等達(dá)到國(guó)家地表川類水標(biāo)準(zhǔn)，水體清澈見(jiàn)底, 透明度達(dá) 2.5 m。修復(fù)前修復(fù)后2. 上海世博園后灘公園時(shí)間:2008-2-5面積：22500就 水深：1.5 2.0 m修復(fù)前水質(zhì)：水源來(lái)自黃浦江，為嚴(yán)重超標(biāo)的劣V類水，透明度僅0.4 m。修復(fù)后水質(zhì)：水質(zhì)主要富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

16、總氮、總磷等達(dá)到國(guó)家地表山類水標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度達(dá)到1.9 m傕復(fù)后3. 江蘇鹽城市區(qū)飲用水源地中試時(shí)間：2011-5-11面積：22000就 水深：0.4-1.4 m修復(fù)前水質(zhì)：水質(zhì)為V類水，透明度為0.3 m修復(fù)后水質(zhì)：水質(zhì)達(dá)到國(guó)家地表水山類水標(biāo)準(zhǔn)，透明度達(dá)到1.2 m以上修復(fù)后4. 上海青草沙水源地中試時(shí)間：2012-5-9面積：26500就 水深：3 m修復(fù)前水質(zhì)：水質(zhì)為V類水，透明度為0.4 m修復(fù)后水質(zhì)：水質(zhì)達(dá)到國(guó)家地表水山類水標(biāo)準(zhǔn)，有些水質(zhì)指標(biāo)已達(dá)到I-H類水標(biāo)準(zhǔn)，透明度達(dá)到2 m以上。5. 上海古猗園時(shí)間：2008-12-17面積：17000就 水深：0.8 2.2 m修復(fù)前水質(zhì)

17、：水體為嚴(yán)重超標(biāo)的劣V類水，透明度僅0.4 m ,修復(fù)后水質(zhì)：水質(zhì)主要富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)總氮、總磷等達(dá)到國(guó)家地表山類水標(biāo)準(zhǔn)，水體透明度達(dá)到1.9 m修復(fù)后-12 -九、生態(tài)防治措施控制水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，首先要從源頭抓起，嚴(yán)格控制含 N P等工業(yè) 污染物的排放量，合理施用化肥、農(nóng)藥。妥善處理養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便。 減少農(nóng)業(yè)對(duì)湖庫(kù)的沖擊，有效控制生活和其它污染物排放 。只有堅(jiān) 持預(yù)防優(yōu)先于治理的原則防污治污工作才會(huì)達(dá)到標(biāo)本兼治的目的。水源地生態(tài)綜合防治主要通過(guò)以下方式： 1. 建立植被過(guò)濾帶， 通 過(guò)建立植被過(guò)濾帶和生態(tài)緩沖區(qū)可以阻止農(nóng)業(yè)面源污染， 減少湖庫(kù)周 邊污水及N P入庫(kù)量。采取溪溝整治和營(yíng)造林草等措施.減

18、少水土流 失。在原有混凝土襯砌護(hù)岸基礎(chǔ)上 通過(guò)金屬網(wǎng)格將生態(tài)多孔介質(zhì)固 定于河道兩岸. 其上種植沉水植物、 挺水植物等， 在河岸形成由植物、 微型動(dòng)物、 微生物和魚(yú)類等組成的復(fù)雜水生生態(tài)系統(tǒng)。 多孔介質(zhì)具有 優(yōu)異的吸氮聚磷功能。能將水體中的N P等富集于植物根區(qū)供其吸收。 2. 建立人工濕地， 在湖庫(kù)沿水流的緩沖階地建立人工濕地. 發(fā)揮人工 濕地的緩沖作用。 水生植物一方面可以吸收水中的氮、 磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 還可以釋放出能夠抑制藻類生長(zhǎng)的化感物質(zhì)。 3. 種植水生植物。 選擇 和當(dāng)?shù)厮w和觀賞相適應(yīng)的水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮 水植物和觀賞性植物，如香蒲、蘆葦、蘆竹、水蔥、茭草、喜旱蓮子 草、水芹菜、狐尾藻、黑麥草、伊樂(lè)藻、蕹菜、苦草、黃花鳶尾、菖 蒲、菹草等。水生植物的作用是綜合性的. 也是其它手段不可替代的。 4. 投加食藻水生生物。投加食藻蟲(chóng)吞食藍(lán)綠藻.還可轉(zhuǎn)化藍(lán)藻毒素。 水域初步整治成功后，投放鰱魚(yú)、鳙魚(yú)、羅非魚(yú)等濾食性魚(yú)類，利用 魚(yú)類的攝食選擇性對(duì)其生物操縱作用于藍(lán)藻水