富营养化水体治理与修复的环境生态工程

Vol. 22 No. 6Nov. .2002第22卷第6期2002年11月环境科学学报ACTA SCIENTIAE CIRGJMS1ANTIAE文章编号:02532468（2002）衍073406中图分类号：X524文献标识码:A富营养化水体治理与修复的环境生态工程一U用明矶浆和鱼类控制桥墩水库蓝藻水华I2亠3陆开宏，晏维金，苏尚安一（1宁波大学生命科学与生物工程学院宁波315211;2.中国科学院地理科学与资源研究所;3.温州市苍南具环壇保护局）摘要：1997年和1998年夏季桥块水库相继发生大面积蓝藻水华 1998年9月1 nr水面喷洒38.8g改性明矶浆应急除藻，当年 蓝藻水华基本消失 1998年底和1999年初.1 hnF水面放养尾重20g左右链、舗鱼种1200尾 1999年仅局部发生蓝藻水华.8 月份水库浮游蓝藻数重比1998年同期下降77.7%.透明度提高L5m:2OOO和2001年水库不再出现蓝藻水华.水体表观质量 明显提高与1998年8月同期比较透明度提高2.4 m .总氮下降61. 1 % .总磷下降59.4% .浮游蓝藻总量由1998年的10435. 5 X104个细胞化下降至143. 3 X104个细胞/L 蓝藻个体数重比例从1998年的99-2%下降至31.5%.水体富营养状况从治理 前的中富营养类型恢复到中一贫营养类型.关键词:水库:富营养化:蓝藻水华;明矶浆:链、鋪鱼:生态工程.Environmental and ecological engineering on control and remediation tf eutrophicated waterbodies: by using ameliorated alum friasma and fishes to control Hue-green Hooms tf qiaodun reservoirLU Kai Id ng , YN Weijin , SU Shangan （1. Institute of life science and bioengineering, Ningbo University, Ningbo 315211 : 2. Institute of geographical science and natural resources research, Beijing 100101 ; 3. Cangnan Cbuntry environmertd protecting bureau. Wenzliou 325800）Abstract :llie blue-green algae bloom btoke out in lhe summer f 1997 and 1998 in Qiaodun reservoir The emergency dealing with lhe bloom” by insufflating ameliorated aliun plasmf 38. 8 g each square meter of water was carried out in Sept, of 1998 and lhe %loomn disappeared tliis year. 1200 seedlings of silver carp and bighcad with individual ueiglit of 20g per hectare water were cultured in the walerbody dur ing the end f 1998 to the beginning cf 1999. The cell number of Cyanophyceae in Aug. cf 1999 descended by 77. 7 percent and the transpar ency heightened 1. 5 niters according to the corre ponding period cf 1998 The blue green bloom appeared no longer in 2000 and 2001 , and the sight of water meliorated apparently Cbnpared with the corresponding period of 1998 , The transparency in Aug. f 2000 heightened 24 niters , cf TN and TP decreased by 61. 1 and 59- 4 percent re印eclively. The cell number rds:reserwir; eittioplocation: blue-green bloom; alum plasm; Hp（）phthahnichthys molitrix: Aristichthys nobilis ; ecological enginee- ring近十几年来，我国在水污染方面、已进入第二阶段即几乎所有的江湖河海和局部地下水 已或多或少遭受氮磷污染，湖泊、水库富营养化、酸化严重，特别是我国东部一些主要湖泊（如 五大淡水湖）甚至已达到中TS富营养化程度，而且湖泊水质污染和富营养化的程度和范围仍 呈明显加重的趋势，尤其是作为水源地的湖泊、水库水质下降，藻类疯长，水华频繁发生，且收稿日期:2001-11-30 ;修订日期:2002-03-28基金项目冲科院地理科学与资源所知识创新工程领域前沿项目(CX10GA0006):浙江省自然科学基金项目(300280) 作者简介:陆开宏(1964-).男副教授 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Lfd. All rights reserved.#环 壇 科 学 学 报22卷80 %的水华都有毒富营养化湖泊蓝藻大规模爆发已成为湖泊水污染的难题.由于富营养化所 产生的水华藻类，通常在水面堆集，不但散发鱼腥臭味，而且堵塞自来水管道，严重威胁着城市 供水安全，同时，影响景观和旅游业、养殖业等.治理水体富营养化蓝藻水华的控制和水体修复措施，主要包括外源污染物特别是面源 污染的截留、控制和内源污染物的控制两方面其中，利用各种微景观结构来控制面源污染一 直是国际上的领域前沿和热点问题之一“T .而内源污染的治理方面已实践过包括疏竣、引流 冲污、吸附沉淀和化学灭杀等多种理化方法TI，也采用了包括生物膜反应器降解、投放微生 物群制剂、移植高等水生植物、放养滤食性鱼类等众多生物方式.上述方法单一或联合采 用，已在一些湖泊取得成效.我国环境远景目标规划把水污染控制作为主要实施内容并且到2010年解决主要流域的 水体富营养化问题因此，本文以我国东部浙江桥墩水库为例，通过在实验室和小水体多次模 拟试验的基础上,研究利用改性明矶浆机械喷洒应急除藻和增放滤食性鱼类调控水质的理化 治标”结合“生物治本”的措施,综合治理水体的富营养化.1桥墩水库流域和水环境特点桥墩水库位于浙江南部苍南县境内，集雨面积138 kin2，流域内植被良好，大部分为森林山 地，上游及库区周围有3个乡镇，以农业生产为主,农业废水及居民生活污水为水库的主要营 养盐来源,点源污染对水库的影响较小水库正常库容5121.0万，平均水深16.02 m.水库渔 业一直以放养觴鱼(Aristichthys nobilis)为主，少量搭养链鱼(Hypophthalmichthys mol it fix)，舗讎比 为9 ：1. 1997年8月至1998年8月，水体总氮浓度年平均值为0. 649 mg/L，最高值为1998年8 月的2. 61 mg/L ；总磷浓度年平均值为0.027 mg/L 高值为1998年4月的0. 055 mg/L ,氮磷比 约24 ：1.上游主入水口总磷年平均值为0.041 mg/L，下游主出水口年平均值为0. 021 mg/L每年 有近2500 kg磷滞留库内水库于1997年和1998年连续两年发生大面积蓝藻水华，严重威胁了 整个苍南县城镇居民的生活用水安全.2实验材料与方法 2. 1改性明矶浆应急除藻改性明矶浆系温州矶矿明矶加工副产品改进而成，为白色细颗粒沉淀物，其主要物理性能 及化学成分如表1所示.1998年9月，在15 m3定制搅拌罐内分批分次将改性明矶浆加水搅拌后，经消防泵直接喷向水面，由拖船带动操作平台在全库范围 内进行一次性扫描式遍洒，前后历时3 d , 合计用量10.2 X104 kg,平均1 m2水面 3& 8 g.2.2放养滤食性鱼类1998年12月至1999年3月放养鳍鱼 鱼种2850 kg，平均尾重18. 5 g;放养链鱼鱼 种1500 kg，平均尾重21.9g.每hn?水面平 均放养链、觴鱼种1200尾.链鳍数量比为物理性能化学成分，密度2.76T .04SO218.0T1.0比热kJ/(kg1.26Aig45.0T8.0堆密度，g/cn?0.995.2湿白度67 -69liO20.5PH3Tso310.012.0比表面积cm2/fi21700IGO2.8表1改性明矶浆的主要物理性质及化学成分Table 1 Main physical characters and chemical ingredients of ameliorated aliun plasm2. 4 ：1.2.3水化学与水生生物检测1998年至2000年，在水库上、中、下游各设一个站点进行定期或不定期分层采样主要检 测的理化指标有:水温（呵、透明度（SD）、pH、溶解氧（DO）、化学耗氧量（8EU）、总氮（1N）、 氨氮（NHd）、硝态氮（NON）、亚硝态氮（NO； -N） 总磷（IP）等冰生生物指标有:浮游植物、 浮游动物和蓝藻优势种的种类、数量和生物量等野外采集及室内分析方法参照湖泊富营养 化调查规范z.3结果 3-1综合治理对水体理化性状的影响对比改性明矶浆应急除藻前（1998年8月）后（1998年10月）水体主要理化指标的变化（表 2），可以发现明矶浆除藻对改善水质产生了积极的影响其中3个重要的富营养化评价指标 SD、1N和TP在施药后的一星期内即发生了明显效应，SD平均提高2.2 m,TN平均下降 77.9%, TP浓度在表水层下降57.4 %，中下层则因上层沉降的混凝物存在而有所上升.由于缓 解了藻类光合作用的影响，表层pH值下降，昼夜pH变幅从施药前的6. 3 -8. 9缩小到施药后 6.6-8.1;底层溶氧有明显改善.表2治理前、后桥墩水库主要理化性状的变化liible 2 Main physical and chenical characters of Qiaodun reserwir between brfore and after harnessing采样年月采水水层*SD .mpHTN .n)g/LIP ipg/LNH3-Nng/LCODxtl .mg/LDO表层0.88. 121.300.0300.372.887.401998.8中层-6.501.360.0100.211. 182.34底层-6.491.460.0150. 161.271.37表层3.07. 110.270.0100.091.577.231998. 10中层-6.990.390.0200. 111.747.04底层-6.700.300.0200. 111.416.09表层2.38.360.920.0270.253.209. 101999.8中层-7.340.610.0410.371.756.43底层-6.930.530.0160. 141.505.82表层3.27.860.500.010. 102.336.702000.8中层-7. 170.530.010. 101.815. 13底层-7.000.596. 5 X104 kg和0. 75 XI04 kg. 2000年8 月蓝藻个体数量比例从1998年的99.2%下降至31.5%,绿藻和硅藻的比例则从不足1 %分 别提高到26. 1 %和34. 8 %. 2000年至2001年桥墩水库连续两年未出现蓝藻水华，水体表观质 量明显提高.表5明矶浆治理前、后桥燉水库浮游藻类数量组成的变化Table 5 Qiumtity conpositions of phytoplankton in Qiaodun Resenoir bdore and after dealing with alum plasm(104 个 yt)采样年月微囊藻MicnKytis蓝藻门Cyanophyta绿藻门Chlorophyta硅藻门B cicillariophyta隐藻门Crypt ophylu总童 Total1998.89805.510435.650.036.9010522.51998.10148.5287. 177.2109.556.0529.81999.81874.92227.561.1141.38.82465.62000.881.5143.3118.7158.68.6455.2由于鱼类捕食压力的增加,治理后水体中浮游动物的绝对数量没有明显增加，但数量和生 物量组成发生了一定的变化:原生动物的比例明显下降轮由和小型甲壳动物的比例上升（表 4）定量检测样品中，轮虫种数由原来的8种増加到11种，枝角类由原来的2种増加到5种. 由此可见.桥墩水库在外力影响下所发生的生态系统演替使群落成分的多样性和营养结构的 复杂性有了明显増加，系统内部基本建立了相互协调和相互补偿的动态关系，整个水生生态系 统的结构正在修复.4讨论4.1关于明矶浆的除藻机理及其生态学意义采用改性明矶浆应急除藻主要基于其吸附力强，扩散速度快能覆盖整个水面并成层沉降 等作用特点试验表明，各类水体中改性明矶浆对浮游藻类的去除率一般均能达到90 %以上, 特别在类似桥墩水库那样水深较大的水体蓝藻一经吸附沉降，由于得不到光合作用所必需的 足够光照，细胞难以生长繁殖，种群数量能在短期内得以控制室内模拟试验表明,25 X10 6的 明矶浆用量在静止状态下能使水层中的总磷浓度下降69.7 %T5.4 %;在大水体应用中因风 浪和溶氧等多种因素的影响，总磷去除率高低不一,但除磷效果还是比较明显的明矶浆的这 一作用特点在以磷为限制因子的水体中,对控制浮游藻类的过度增殖更具积极意义试验同时 表明明矶浆pH值低、喷洒后能迅速有效地降低因水华蓝藻光合作用而超常升高的水体pH 值,使更多的近中性和偏酸性物种得以生存;而明矶浆成份中高比例的硅元素,也有利于硅藻 的生长与繁殖.与使用硫酸铜等传统杀藻剂不同，明矶浆不直接威胁鱼类和浮游动物的生存，没有明显的 生态学风险但明矶浆使用量大，通常表层水中的浓度达到20 X10 6以上才有理想的除藻效 果，大水面施工有一定难度；由有机碎屑、细菌、藻类和明矶浆等细颗粒组成的胶粘状云团在风 力或上下水层的对流中很容易再悬浮,并在细菌的作用下很快分解重新参与水体的物质循 环,因而使用明矶浆除藻难以达到标本兼治的目的.4.2关于滤食性鱼类的生态调节作用近年来，一些水库在移植银鱼后不同程度地发生了蓝藻水华,使人很容易将水华的发生与 银鱼移植联系起来有人认为浮游动物食性鱼类的增多遏制了浮游动物的种群数量,从而减 小了对浮游植物的捕食压力，导致蓝藻的疯长也有人认为浮游动物多以有机碎屑、细菌和小 型藻类为食滩以直接利用微囊藻群体、水华束丝藻和螺旋鱼腥藻（Anabaena spiroides）等大型 浮游蓝藻，只能有限利用一些单细胞蓝藻或蓝藻藻殖段“4【讎備鱼对蓝藻的滤食功能一直为 许多学者所关注，我国武汉东湖蓝藻水华的消失被认为与放养链鳍鱼密切相关“8陈少 莲等曾就链舗对微囊藻的消化利用做过专题研究，证明链鳍鱼种对微囊藻干物质的消化率分 别为29.45 %和26.07 %心.由于链舗鱼的滤食量大,水华蓝藻通常成为它们的主要饵料.不 过.根据作者调查,在放养过链舗鱼的富营养型水体中，有些水体不发生蓝藻水华，有些则仍然 出现因此，能否利用讎鳍鱼控制蓝藻水华，有赖于人们对水体动、植物群落结构及其相互关系 的了解其中，如何根据水体特点制定合理的讎鳍鱼放养时间和放养量非常重要.桥墩水库蓝藻水华的爆发基于其丰富的生源物质外,可能与生物群落中缺少适量的食植 性动物有关特别是为发展银鱼种群而对链鳍和麦穗鱼（ReMo皿吹加等野生小杂鱼进 行的大强度捕捞，为蓝藻的过度繁殖创造了条件水体形成大面积水华后，再増加链舗的滤食 压力，对生态的调节作用就明显不及水华爆发以前显然链舗对蓝藻的幼嫩态有更大的利用 能力形成水华以前稚嫩的蓝藻细胞容易被鱼类消化，蓝藻的增殖受到较大的限制;水华形成 以后,多数细胞的细胞壁已经老化排出的鱼粪中存在大量未消化的活藻能很快参与水体物 质的再循环Z 此时,利用讎鳍鱼很难在短期内控制蓝藻因此，先采用明矶浆等理化方法应 急除藻，在快速恢复水体景观的同时，改变水生生物群落组成，再在冬季或早春于蓝藻大量繁 殖之前投放讎備等滤食性鱼类，用生物操纵技术提高水生生态系统的自我调节能力，应是治理 富营养化水体蓝藻水华的一种有效方法.参考文献：| 1 Johnston C A. 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