富營養(yǎng)水體生物防治研究進展

富營養(yǎng)水體生物防治研究進展組員：李柯姚思鵬陳見胡雄美麗的桂林山水啊好臭啊??！水環(huán)境問題日趨嚴重！對富營養(yǎng)水體治理日益迫切！?。?！富營養(yǎng)化的防治是水污染治理中十分棘手而又代價昂貴的困難問題。富營養(yǎng)化狀態(tài)一且形成，水體中營養(yǎng)元素被水生生物吸收，成為其機體的組成局部。在水生生物死亡后的腐爛過程中，營養(yǎng)元素又釋放入水體中，再次被生物利用，形成植物營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。即使切斷外源污染，也很難自凈和恢復。國內(nèi)外進行了大量研究，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，針對目前富營養(yǎng)水體的生物防治技術作一簡單綜述。我們可以從四個方面來論述水生生物對富營養(yǎng)水體的凈化作用水生植被水生動物水體微生物魚類一水生植被對富營養(yǎng)化水體生態(tài)恢復的作用在水體生態(tài)環(huán)境中，高等水生植物與浮游藻類同屬于初級生產(chǎn)者，二者競爭營養(yǎng)、光照和生長空間等生態(tài)資源，高等水生植物能釋放化學物質(zhì)，抑制浮游藻類生長，同時吸收水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從而到達凈化水體的效果。水生植被的作用:湖濱地帶水生植物構成的水陸交錯對營養(yǎng)物質(zhì)的截留作用

對湖泊水中P、N的吸收

水生植物的化感作用

1湖濱地帶水生植物構成的水陸交錯對營養(yǎng)物質(zhì)的截留作用尹澄清等〔1995〕在白洋淀進行的野外實驗，當污水通過290m種植有蘆葦?shù)乃疁蠒r外表徑流和通過4m蘆葦根區(qū)的地下潛流中，TN、TP、NH4+-N、SRP等幾種指標的變化以下就是試驗結果水陸交錯地帶寬度（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說明了水生植物構成的湖濱水陸交錯帶對營養(yǎng)物質(zhì)的截流非常有效。2對湖泊水中P、N的吸收水生植物可以直接吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，同化為自身的結構組成的物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)儲存更加穩(wěn)定，較容易通過人工收獲將其固定的氮、磷帶出水體。目前已證實具污水凈化效應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、分解廢水中的營養(yǎng)鹽類、多種有機污染物及重金屬污染物。據(jù)生物量和化學組成分析在最適宜的生長條件下，估算出4種水生植物去除N、P元素量對湖泊水中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

水生植物可通過向水體中釋放化感物質(zhì)來抑制浮游植物的生長。研究說明，這是其在水體生態(tài)系統(tǒng)生物競爭營養(yǎng)、光照和空間等資源中取得優(yōu)勢的有效策略。水生植物的化感作用大型水生植物對藻的克制效應主要表現(xiàn)在對藻細胞結構產(chǎn)生破壞。鳳眼蓮根系分泌物對柵藻有明顯的克生作用，表現(xiàn)在使藻的數(shù)量逐漸減少，柵藻生長受到影響。水生植物的化感作用鳳眼蓮對柵藻克制效應的機理鳳眼蓮根系分泌的化學物質(zhì)經(jīng)過水環(huán)境進入藻細胞，造成藻細胞代謝紊亂及膜結構的損傷，就易使光合、呼吸等電子傳遞鏈形成電子漏，促進O-2的產(chǎn)生，因有不配對電子而具有極強氧化能力的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，是細胞內(nèi)重要的保護酶，而其含量急劇下降。水生植物的化感作用克生作用導致柵藻的細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〕活性先應激性升高，但隨處理天數(shù)的延長又呈急劇下降趨勢。水生植物的化感作用有些學者還進行了大型水生植物的提取液對藻效應的研究，并對提取液進行別離、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，高濃度那么有抑制作用，它們對藍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)對綠藻、藍綠藻有抑制作用等。這些均說明了有些大型水生植物具有化感作用，其釋放的化學物質(zhì)有明顯的克藻作用。二水生動物對富營養(yǎng)化水體的恢復作用大型浮游動物原生動物底棲動物1大型浮游動物陳濟丁等(1995)研究得出大型浮游動物對浮游植物的控制作用，研究說明，在適當?shù)母粻I養(yǎng)條件下，通過合理的生物操縱，使得大型、平突船卵等大型植食性浮游動物到達和維持足夠的密度，浮游動物在夏秋季能夠有效地控制浮游植物的過量生長，改善水質(zhì)。唐洪玉〔2001〕通過對植食性蚤類長刺對中小型藻類的牧食力研究，也說明了與上述根本一致的觀點。并推測出，單位重量的長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：接種長刺后的池塘浮游植物的生物量明顯低于對照組池塘。2原生動物王進〔2005〕從南京水華嚴重的池塘中別離出一種鞭毛蟲，發(fā)現(xiàn)該鞭毛蟲對微囊藻具有很好的吞噬作用，在蟲/藻比約為1/200時，36小時內(nèi)可吞噬掉幾乎全部的藻細胞。把該種鞭毛蟲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底棲動物盧曉明，金承翔等〔2007〕研究了底棲軟體動物河蚌〔背角無齒蚌〕和螺螄〔銅銹環(huán)棱螺〕對富營養(yǎng)化河水中COD、NH3-N、TP、葉綠素a的凈化效果。結果說明，底棲軟體動物對富營養(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。當然大量的不同的室內(nèi)試驗系統(tǒng)、圍隔、池塘和全湖所進行的生物操縱的結果差異很大。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有作用。所報道的淺水湖泊中生物操縱取得成功的例子中除因魚類減少后浮游動物對浮游植物的攝食加強外，往往伴隨著大型植物的開展。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，包括它與藻類對營養(yǎng)和光的競爭以及化感作用的產(chǎn)生。三微生物在水體富營養(yǎng)化治理中的應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養(yǎng)化的案例1固定化氮循環(huán)細菌技術治理湖泊富營養(yǎng)化江蘇省農(nóng)業(yè)科學院曾于2000年與中國科學院地理湖泊研究所合作研究了固定化氮循環(huán)細菌技術，該技術從太湖水生植物根部提取天然無害的氮循環(huán)細菌，經(jīng)過馴化提高其抗高負荷氮污染的能力，并為之提供具有良好生存環(huán)境的載體。使氮循環(huán)細菌在載體中保持活性，同時以水中的氮為營養(yǎng)物質(zhì)，在新陳代謝的過程中將湖泊水體中大量的氮離子轉(zhuǎn)化為無害的氮氣釋放到空氣中，有效降低了水體中氮元素的含量。他們在貴陽“溫流水〞養(yǎng)殖場試驗成功，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養(yǎng)化。2有效微生物群控制富營養(yǎng)化湖泊藍藻

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)所形成的微生物復合體系，其微生物組合以光合細菌、放線菌、酵母菌和乳酸菌為主。中山大學的研究說明〔結果見后〕：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，在一定時期內(nèi)可以防止水華的發(fā)生，改善景觀。2.1透明度試驗中水體透明度如下圖，在投入菌劑45d后，水體的透明度開始有大幅度的增加2個月后，透明度較本底值0.09m提高了433%，到達最大值0.48m。在停止投加菌劑后，試驗區(qū)透明度開始下降，停止投加后約2個月時透明度下降為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以下直至試驗結束。投放EM期間及后1個月，在水深0．5m處的葉綠紊a含量保持在100mg/m3以下，以后開始上升為171．99mg／m3，其變化趨勢如圖2所示。2.3試驗中水體中總氮含量(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，并在停止投放菌劑1個月之后到達最低點，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(見圖示)：綜上述可知，湖泊富營養(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，還有許多技術上的問題尚有待解決。目前還沒有大規(guī)模的付諸于實施，但其應用前景很好。首先，利用微生物防治，花費本錢低，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就會低本錢，高效益的大規(guī)模應用。其次，不會帶來負面效應，因為該方法主要利用微生物的生理代謝在生物圈內(nèi)所起的作用，并沒有另外使用化學試劑。所以不會在除去氮、磷的同時引起其他元素的過量增加?？傊?，利用微生物治理湖泊富營養(yǎng)化，應用前景光明，該方法將可能成為富營養(yǎng)化治理的首選方法。四魚類對富營養(yǎng)化水體的影響1草食性魚類的影響草魚是一種典型的攝食大型水生植物的魚類。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，甚至攝食昆蟲及其幼蟲。草魚的食量大，當草魚放養(yǎng)量過大，其攝食強度超過植物再生產(chǎn)能力時，必然導致水生植物的減少，甚至消滅。因此，由于草食性魚類的過度放養(yǎng)使水草遭受破壞。相對于水草來說，浮游藻類都是一些r對策者，其個體小，生命周期短，缺乏儲存大量營養(yǎng)物質(zhì)的能力，因此，水草在初級生產(chǎn)者中占優(yōu)勢的湖泊，大量的營養(yǎng)物質(zhì)被積存在水草中，從營養(yǎng)上抑制了浮游藻類的生長，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養(yǎng)，便通過草魚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償深度，而這又將進一步減少水草的生存范圍。如此惡性循環(huán)，沉水植物越來越少，甚至完全消失。2肉食性魚類的影響肉食性魚類是指魚類群落中以魚類為食的魚類，它們處于較高的營養(yǎng)級，是水生態(tài)系統(tǒng)中主要的頂級消費者，其捕食作用通過下行效應影響湖泊魚類及其他生物群落，甚至水體理化因子，從而影響整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。肉食性魚類的捕食壓力通過食物鏈影響整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)，其一般規(guī)律是：肉食性魚類捕食壓力增加，使食浮游動物的餌料魚類的密度減少，浮游動物密度增加，浮游植物數(shù)量減少，從而使水體的葉綠素含量和初級生產(chǎn)力降低。同時，浮游植物數(shù)量的減少也使水體的透明度增大。3濾食性魚類的影響傳統(tǒng)的湖沼學研究途徑為物理和化學因素一浮游植物一浮游動物一魚類，即研究“上行效應〞(Bottom-up)，與此相反的途徑為“下行效應〞(Top-down)，即魚類對淡水生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的影響。而濾食性魚類對水質(zhì)的影響那么屬于“下行效應〞的研究在富營養(yǎng)湖泊治理中，非經(jīng)典生物操縱理論認為直接投加濾食性魚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、鳙可直接進行控制，因為濾食性魚類不僅濾食浮游動物，有的也能濾食浮游植物。在武漢東湖的研究說明，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)，濾食性魚類的濾食活動及其生理代謝的增加，有利于促進氮、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；大型浮游動物種類和數(shù)量減少，小型種類那么得以開展。其結果，造成群落結構趨于簡單，多樣性指數(shù)下降。因此，能否利用鰱鳙魚控制藍藻水華，有賴于人們對水體動、植物群落結構及其相互關系的了解。其中，如何根據(jù)水體特點，制訂合理的鰱鳙魚放養(yǎng)時間和放養(yǎng)量非常重要。4雜食性魚類的影響雜食性魚類對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響更加復雜，雜食性魚類所引起的上行效應比下行效應更明顯，其上行效應可能包括生物擾動作用、分泌物的營養(yǎng)添加作用等。雜食性魚類有助于分層湖水的混合，促進營養(yǎng)鹽自下而上的補