生物链调控技术防治湖泊富营养化研究进展Word下载.docx

生物链调控技术防治湖泊富营养化研究进展Word下载.docx

《生物链调控技术防治湖泊富营养化研究进展Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物链调控技术防治湖泊富营养化研究进展Word下载.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

防治

　　中图分类号：

Ｘ５２文献标识码：

Ａ文章编号：

0439－８114（２０11）09－1735-03

　　ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＣｈａｉｎＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｎＬａｋｅＥｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ

　　ＷＡＮＧＪｕｎ－ｘｉａ１，ＺＨＡＮＧＹａ－ｊｕａｎ１，ＬＩＵＣｕｎ－ｑｉ１，ＬＩＵＬｕ－ｓａｎ２，ＷＡＮＧＹａ－ｂｉｎ３

　　（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００２，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｈｉｎｅｓｅＲｅｓｅａｒｃｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２，Ｃｈｉｎａ；

３．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢａｏｄｉｎｇ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００２，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：

ＬａｋｅeｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａｈａｓｂｅｃｏｍｅａｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｉｎｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｏｆlａｋｅeｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；

ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｉｎｏｆｃｕｔｓａｌｔ，ｃｏｎｔｒｏｌａｌｇａｅandｃｒｕｍｂｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｉｎｓｐｌａｙｅｄａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｅｄｌａｋｅ．

　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｌａｋｅｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ；

ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｉｎ；

control

　　自１９世纪末以来，以水域富营养化为重点的湖泊生态环境问题的研究推动了湖泊水质改善与生态修复等一系列工作的开展。

然而，由于湖泊所处地区地质结构和气候变化历程各异，不同“年龄”湖泊所呈现出来的问题也不同，从而使水质恢复工作体现出明显的个体特征，增加了水质恢复的难度，限制了水域富营养化治理研究的发展。

　　各国学者已就富营养化驱动机制、关键控制因子以及富营养化治理等方面进行了深入而广泛的研究，并逐步形成了防治水域富营养化的技术方法体系，包括营养盐控制、直接除藻、生物调控、生态工程及生态恢复［１－３］。

然而，实践表明无论是营养负荷的削减，还是各种除藻措施的施行，均不能取得良好而持久的效果，一些不适当的物理、化学方法反而加剧了原本已经很脆弱的水生生态系统的破坏［４］。

而生物调控方法利用生物的生理生化作用及食物链的传递过程，可以使湖泊中污染物与过量营养盐发生降解和转化，从而达到长期水体净化的目的。

其主要技术包括种植水生维管束植物、微生物净化技术、生物浮床技术、生物链调控技术等，其中生物链调控技术因其经济方便、能耗低且收效显著、环保效益好而具有广泛的应用前景，日益受到人们的重视［５］，该技术建立在生物操纵理论基础之上，主要包括削盐、控藻、碎屑三类生物链。

　　１经典生物操纵与非经典生物操纵

　　在富营养化治理技术方面，国外学者提出了经典的生物操纵方法，即通过调控浮游动物的群落结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝角类的发展，提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低藻类生物量，提高水体透明度，改善水质［６］。

浮游动物在淡水生态系统中起着重要的作用，既是食物链的重要环节，又能积累和代谢一定量的污染物，是生物操纵的关键因子之一。

但目前这种经典的生物操纵方法作为水质管理工具的有效性与稳定性存在较大的争议［７］。

湖泊生态系统复杂多变，多营养级的食物链管理很难使水体保持稳定的鱼类和浮游动物种群，而浮游动物本身又难以直接利用微囊藻、颤藻和束丝藻等大型蓝藻群体［８］。

　　针对中国富营养化湖泊蓝藻水华严重的问题，科学家提出了非经典的生物操纵理论，即通过调节滤食性鱼类（如鲢鱼和鳙鱼）的数量直接控制蓝藻［９］，这一理论已经在多个试验中得到了证实，在滇池、巢湖水污染治理中得到应用。

Ｃｒｉｓｍａｎ等［１０］研究认为，在热带和亚热带地区枝角类种类较少，而且体型较小，浮游植物食性鱼是更为合适的生物操纵工具。

非经典的生物操纵所依靠的放养对象正是经典的生物操纵理论要求捕除或毒杀的对象。

与经典的生物操纵法相比，非经典的生物操纵方法具有多方面的优点。

一是具有持久性，因为非经典生物操纵所依赖的主体鱼类，可以存活数年，且种群可被人为调控及食谱相对较宽，种群容易长期稳定，耐藻毒素性强；

其次能降低营养库存，通过对鱼类的捕捞作用，可以从湖泊中移走大量的营养盐。

但这种方法的控藻效果受到很多因素影响，如放养模式、放养密度、湖泊形态、地域特征、群落结构等，因而该生物操纵应在对所治理水体生物群落结构及相互关系充分了解的基础上开展调控，才能取得良好的治理效果［５］。

　　生物操纵技术通过调控水生生物群落某一营养级的生态功能来治理水体富营养化，但忽视了整个生物链这一相对独立的单元对水体富营养化的调控功能。

实际上，任何营养级的生物，都受到相邻营养级捕食、竞争等作用的制约与影响［５］。

在湖泊生态系统中，水体中藻类、水生植物、浮游动物、底栖软体动物、鱼类等分别作为不同食物链中的一环，通过捕食、竞争等关系制约着各种生物的生物量，进而影响到水体中氮、磷等营养盐的吸收与转化，因此通过改变食物网结构达到控制富营养化水体藻类数量成为了新的研究热点。

围绕富营养化湖泊中营养盐含量过高、藻类大量生长与沉积碎屑过度积累等问题，构建具有削减营养盐、控制藻类生长或促进沉积物中碎屑分解等特定生态功能的生物链，可以在不同层次上充分发挥生物组分对富营养化调控的功能。

　　２削盐生物链

　　该生物链以削减营养盐负荷为目标，在全面了解湖泊自身特性（形态、水质、功能等）的前提下，识别并确定具有较强吸收、削减氮、磷等水体营养负荷的生物链类型（如沉水、挺水或浮叶植物―草食性鱼类），优化调整湖泊生物链和营养级结构，使生物链对营养盐的吸收去除效率最大化。

　　水生高等植物在湖泊生态系统中起着不容忽视的重要作用，其能够快速吸收水体和沉积物中的营养盐，分泌产生他感物质抑制浮游植物生长，被广泛用于降低湖泊水体营养盐负荷、控制藻类生长、调节湖泊生态系统［１］。

因此在必要情况下，可适当引入具有良好吸盐抑藻效应的水生植物和土著草食性鱼类，优化调整湖泊生物链和营养级结构，构建营养负荷削减的生物链筛选及其优化调控技术［５］。

目前对水生高等植物尤其是沉水植物在浅水湖泊生态系统中的功能的研究十分活跃［３］，恢复水生高等植物已成为浅水湖泊富营养化治理和生态恢复的关键步骤之一。

高吉喜等［１１］研究了慈菇、茭白、菹草、金鱼藻、满江红、水花生、菱角等７种水生植物对污水的净化效果，结果表明７种植物对水中的ＴＮ、ＴＰ均有很高的净化效率，其中慈菇和茭白的综合净化效率最高，但没有考虑下一营养级的作用。

王海珍等［１２］通过在围隔中放养鲢鱼及种植菹草，发现鲢鱼的滤食作用改善了水体的透明度，使菹草不受遮光限制而生长良好，同时菹草通过营养竞争和他感作用控制了浮游植物的生长，也为浮游动物提供了栖息环境，浮游动物又反过来控制小型的藻类，而大型的藻类则被鲢鱼控制，水体生态修复效果较好。

但需要注意的是如果水中草食性鱼类密度较大，将造成水生植物减少，大型水生植物所固定的氮、磷等营养元素重新释放回水体，加剧水体富营养化进程［１３］。

此外，人工收割将水生植物从湖泊中去除，也可达到将过量的营养物质从水中移走的目的。

在这个步骤中，收割起到了类似生态系统内消费者的作用，给原有生态系统的物质循环路线一个出口，打通了富营养化水域被阻塞的物质流动。

　　３控藻生物链

　　在确定导致富营养化的主要优势藻的前提下，筛选并确定以藻类为第一营养级，对主要富营养化藻类具有显著定向生物密度制约效应的藻－滤食鱼类、藻－浮游动物－鱼类等生物链，可以建立密度制约的控藻生物链［５］。

鱼类引入系统后，其摄食活动丰富了水体中的食物链关系，提高了生物种群间的摄食能力和新陈代谢作用，不但控制了藻类生物量，而且加速了水中氮、磷营养物质的循环，提高了氮磷的转化速率，并最终以鱼产品的形式脱离水体。

林涛等［13］在微型生态系统中分别引入鲢鱼、鳙鱼，发现鳙鱼摄食浮游动物剑水蚤，使得剑水蚤被控制在较低的水平，则第一营养级藻类的捕食压力和生存空间得到极大的缓解，促进了浮游藻类的生长；

鲢鱼则直接滤食浮游植物尤其是蓝藻，使该系统中蓝藻显著下降。

因此，利用鱼类的摄食选择性，可以选择有效的控藻生物链来促进水质恢复。

唐汇娟等［１４］利用鲢鱼对浮游植物较高的摄食效率，成功控制了围隔中浮游植物的生物量；

刘建康等［１５］则利用鲢鳙直接控制东湖微囊藻水华。

这种控藻食物链对鱼类的密度有一定要求，密度过大或过小都会影响控藻效果［１６］。

鱼类密度过小，牧食压力小，可能对藻类生长起不到抑制作用，但较高密度的放养，不仅因鱼类排泄物增加导致水体有机质和营养盐含量增加，而且高密度的鱼类增强了对水体的扰动，进一步增加了底泥中污染物的释放量［１７］。

刘建康等［１８］指出鲢鱼控制东湖微囊藻水华的有效密度为４６～５０ｇ／ｍ３，郎宇鹏等［１９］认为５０ｇ／ｍ３的鲢鱼投放密度对蓝藻有明显的抑制作用。

　　实际上，藻类生物量的变化是鱼类密度、牧食压力、氮磷营养盐浓度、氮磷比和沉积物等多种因素相互影响、综合作用的结果［１９］，但通过放养适宜密度的滤食性鱼类来控制水体中藻类生物量仍不失为一种有效的调控方法。

　　４碎屑生物链

　　碎屑生物链以控制湖泊沉积环境中的有机碎屑为目的。

在定量分析不同种类的底栖软体动物、线虫、水蚤类、虾蟹类及食腐屑鲤科鱼类等水生生物分解处理有机碎屑能力的基础上，筛选并构建有机碎屑作为第一营养级，碎屑食性动物与其捕食者或更高捕食者（如具有较高经济价值的大型肉食性鱼类）为更高营养级，能有效消化分解各类有机碎屑的生物链，从而控制有机碎屑沉积速率，有效缓解因内源营养负荷释放导致次生富营养化加剧的趋势［５］。

陆开宏等［２０］发现罗非鱼在滤食藻类的同时，通过滤食、啮食等多种方式消耗了水中大量的悬浮颗粒及有机碎屑。

大型淡水双壳类软体动物是自然界水体中重要的底栖生物，在水体生态系统中起着重要的作用，由于其强大的滤水滤食功能，利用它们来改善水质，在理论和应用上有重要意义［２１，２２］。

尤其是底栖软体动物对富营养化水体具有明显的净化效应［１］。

费志良等［２３］研究发现三角帆蚌对水体悬浮物和叶绿素ａ的消除率分别达到７６％和９４％，水体透明度提高近两倍。

卢晓明等［２４］发现底栖软体动物河蚌和螺蛳通过滤食或刮食水中有机颗粒物对富营养化水体中的ＣＯＤ、氮、磷等有一定的去除效果。

　　通过生物链调控富营养化的技术在湖泊水体治理中发挥着重要的作用，具有广阔的应用前景，但是水域生态系统内部组分关系复杂，水生生物之间的生物链类型繁多，单纯利用水生生物群落某一营养级治理湖泊富营养化有很大的局限性。

因此可以充分发挥削盐、控藻、碎屑等不同类型生物链对富营养化的联合调控效应，建立削盐－控藻－碎屑复合生物链调控技术［５］。

但是这种技术的应用必须掌握水体生态系统的变化情况、物种关系及演化过程，同时要考虑到不同生物链类型之间的拮抗作用，保证生物链较高的稳定性与