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富营养化(eutrophication) 是指水域生态系统中限制性营养盐的自然增加和人为增加及其引起生态系统的相应变化;其核心问题是浮游植物的过量生长,那么治理富营养化的方法是什么?控制蓝藻的理论有哪些?和鱼类相关的技术理论你又了解多少?今天我们就来讲讲两个与鱼类有关的重要理论:生物操纵(bio-manipulation)和非经典生物操纵(non-traditionnal bio-manipulation)。Shapiro提出的生物操纵是治理富营养化湖泊藻类的重要理论之一,而谢平提出的非经典生物操纵无疑是控制富营养化湖泊蓝藻水华的有效方法。这两个理论是当今治理湖泊藻类的重要理论和方法之一。
○生物操纵的核心内容是利用浮游动物(尤其是枝角类)控制藻类,但只能控制细菌和小型藻类等(包括绿藻、小型硅藻、鞭毛藻等),因此不适宜治理已形成水华的丝状或群体蓝藻。
○适宜<8ha 的较小水体。
○适宜较浅的水体,最深不超过4m,平均深度≤1m。
○适宜水停留时间平均<30天的水体。
○适宜水底>50%的面积可覆盖大型植物,有条件促进大型植物生长的水体(大型水生植物可与藻类的生长产生竞争关系)。
○当输入湖泊外源的磷复合削减到0.5~2.0g/m3·a,生物操纵技术可获得较好的应用效果。
○适宜在轻微富营养化或中营养型的浅水湖泊中使用,不宜在富营养、重富营养的深水湖泊中使用。
○放养凶猛鱼类来捕食浮游动物食性鱼类(一般认为至少削减其种群75%)。
○直接捕杀、毒杀浮游动物食性鱼类,例如用化学方法(如鱼藤酮)毒杀、选择性网捕、电捕、垂钓、增加鱼食性鱼类控制或清除以浮游生物和底栖生物为食的鱼类来促进大型浮游动物和底栖无脊椎动物(可摄食底栖、附生和浮游藻类)的发展。
○为避免生物滞迟效应,在水体中人工培养或直接向水体中投放浮游动物。
○鱼食性鱼类与浮游生物食性鱼类的比例可以参考1:2.2。
○采取措施(如人工添加)促进大型浮游动物的增长。
○利用草食性鱼类(如草鱼)控制大型水生植物也归于生物操纵的范围,草食性鱼类能有效控制沉水植物。
○种植大型的沉水植物和挺水植物有利于为浮游动物提供庇护所。
○生物操纵技术无法根除水体中的N、P,只是将营养盐从湖泊中的一个库(浮游植物)转移到另外一个库(浮游动物)。
▲N、P的转移路径
非经典生物操纵就是利用有特殊摄食特性、消化机制且群落结构稳定的滤食性鱼类来直接控制水华,其核心目标定位是控制蓝藻水华。非经典生物操纵认为可用食浮游生物的鱼类直接控制微囊藻水。鲢、鳙鱼能滤食10μm至数个毫米的浮游植物,而枝角类仅能滤食40μm以下的较小浮游植物与枝角类相比,鲢、鳙鱼可有效地摄取形成水华的群体蓝藻、有效控制大型蓝藻。
由此可见,非经典生物操纵所利用的生物正是经典生物操纵所要去除的生物,其治理的目标正是经典生物操纵所无能为力的。
○适用于产生蓝藻水华的水体区域。
○鲢鱼、鳙鱼是非经典生物操纵的主要控藻生物,也有研究证明罗非鱼和草鱼的高密度放养对富营养化水体具有一定抑制作用,且这四种鱼都是不能在静水中自行繁殖的种类,更有利于构建稳定的生物链。
○在浅水水域中,通常不适宜开展高密度鲢、鳙放养,密度以50 g /m3 为宜,以放养鲢为主,放养鳙为辅,鲢鳙比例为70∶ 30 左右,结合及时捕捞,能够有效控制富营养化。
▲滤食性鱼类具有特殊的滤食器官,它们的滤食器官由腮耙、腮耙网、腭皱和腮耙管组成,滤食过程中小于腮孔的藻类将随水流漏掉,大于腮孔的藻类将被截住,送到消化道。
○在深水水域中,适当加大鲢、鳙放养密度,增加鳙的放养比例会取得更好的控制效果。
○不同状态的水体需通过实验确定鲢、鳙生物量的临界阈值后再进行科学的投放
○在浅水水体中鲢、鳙与大型沉水植物共同作用会使富营养化程度减轻。
○爆发蓝藻水华的湖泊中立即投入使用生物操纵往往不能取得对藻类数量有效地控制,这是由于生物操纵存在一定的生物滞后性。这时应该借助于物理化学方法的快速作用,投加除藻剂、絮凝剂或通过人工收获等方法来有效应对突发水华事件。其次,投加滤食性鱼类来对水体中的浮游藻类数量进行有效控制。最后,要恢复大型水生植被,增强与浮游藻类之间的竞争,向草型湖泊演替(平衡且稳定的水环境)。
○根据湖泊中蓝藻分布情况,在局部水体进行鱼类控藻,收集团块状鱼类藻粪转移上岸,上岸蓝藻经发酵成为蓝藻液体肥料,在鱼类控藻过程中形成了鱼类产品,并形成低藻浓度区域为水生植被恢复创造了条件。
○非经典生物操纵控制蓝藻是可以做到的,但控制所有藻类和降低N、P治理湖泊富营养化是很难做到的,因为鲢、鳙对蓝藻的实际消化利用率很低,N、P随着鱼的粪便再次排入水中。
○大型富营养化湖泊蓝藻的分布是不均匀的,在蓝藻严重堆积区域,因氧气等条件的恶化并不适合鱼类生存。
○鱼类可以控制蓝藻却无法形成稳定良性生态系统,鲢、鳙投放数量不当可能加速浮游植物的生长繁殖。
经典生物操纵利用浮游动物作为工具,在控制小型藻类方面具有较大的优势;而在浮游动物无法起有效作用的大型藻类面前,非经典生物操纵所利用的滤食性鱼类则更为有效。总的来说,经典生物操纵在富营养化程度较低的湖泊中容易取得成功,而在富营养化程度较高,特别是爆发蓝藻水华的湖泊中,非经典生物操纵则更有效。
生物操纵具有一定的改善水质、促进恢复的作用,但是单一的生物操纵技术无法根治复杂的水环境问题,这需要物理、化学、生物等多方面的技术共同治理,最后借助于生物操纵的长期控制作用,来重新构建一个平衡稳定的水生态系统。
▲清远飞来峡项目构建以“沉水植物”+“生物操纵”为主的水生态系统
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