小型富营养化湖泊微囊藻水华的物理生物联合控制策略研究

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湖泊富营养化仍然是我国乃至世界性的重大水环境问题之一,蓝藻水华频繁暴发,湖泊生态安全受到严重挑战。蓝藻水华不仅影响水生态系统的群落结构、降低生物多样性,还会影响到水产养殖业的发展,影响生态景观,尤其暴发频率最多的微囊藻水华,释放毒素、异味物质等次生代谢产物危及饮用水安全和人类健康,因此研究有效的微囊藻水华控制措施具有重要的现实意义。虽然目前很多学者开展了大量蓝藻水华控制策略的研究,并取得了重要成果,但由于微囊藻具有独特的生物学优势,易形成表面水华且难以有效控制的特点,迫切需要进一步优化完善经济且高效的系统性治理措施,并针对小型浅水富营养化水体中蓝藻水华控制提供可参考的依据。  本论文采用室内模拟和野外原位实验相结合的方法研究了物理除藻和生物控藻对野外微囊藻的调控能力。本论文研究聚焦点及其结果包括以下几点:  (1)在湖泊富营养化水体中,蓝藻水华暴发阶段采用物理除藻方法(如高效除藻设备打捞或絮凝等)可快速且有效降低浮游植物现存生物量,同时不仅降低水体中氮磷等营养盐含量,还可以快速提高水体透明度。  存在问题:如后续无其他控藻措施的情况下,水体中剩余的藻在适宜的条件下可快速增殖(围隔试验表明,3-5天即可恢复到原有的生物量水平)。因此物理方法单独使用无法实现微囊藻水华的有效控制(治标不治本)。  (2)生物措施Ⅰ:经物理措施去除大量藻类生物量后(如Chl a含量≤100μg·L-1),可选用大型溞(Daphnia magna)进行生态调控。原位围隔试验表明,较高密度的大型溞(40ind·L-1以上)可快速降低Chla含量,并使水体维持清水稳态(Chl a≤20μg·L-1)。另外大型溞的调控可降低水体中蓝藻门的占比,增加绿藻门和硅藻门占比,提高体系中多样性指数(H)、丰富度指数(D)和均匀度指数(J)值,增加水生态环境的稳定性。  存在问题:大型溞在富营养水体中的生长繁殖受藻粒径和藻浓度的影响,粒径较大的野外微囊藻(≥100μm)干扰大型溞的正常摄食,影响其存活,同时野外微囊藻对于大型溞的产卵能力和体长均有负作用。在野外原位模拟实验系统中大型溞密度与SD和NO3--N呈正相关关系,与Chl a、TP、DTN和DTP呈负相关关系。因此,大型溞控藻措施单独使用也存在诸多限制因素,在富营养化水体中“浊水稳态”期间,大型溞控藻措施必须联合其他物理措施才能发挥其作用,达到有效控制微囊藻水华的目的。  (3)生物措施Ⅱ:“草型清水态”的转换被认为是控制微囊藻水华的最终目标和根本手段,当“藻型浊水稳态”向“草型清水态”过渡期间,沉水植物容易附着大量萝卜螺(Radix)。因此,本研究通过模拟实验开展了萝卜螺控藻潜力研究。实验结果表明,在藻液中添加萝卜螺可快速降低水中浮游植物生物量,12h内可将Chl a从130μg·L-1降至50μg·L-1,12h后去除效率无明显变化,且萝卜螺随机刮食体系中的野外微囊藻,对藻群体大小无选择性,因此不会影响水体中藻群体的分布。  存在问题:萝卜螺能大幅提高水中TN、TP的含量,由于萝卜螺本身的新陈代谢等各种生理活动会释放营养盐,因此建议在进行萝卜螺调控野外微囊藻时应避免其过度繁殖。  综合以上研究结果表明,物理生物控制措施是控制小型富营养化湖泊微囊藻水华的有效手段,对于微囊藻水华暴发期的湖泊建议使用机械除藻或环境友好型絮凝剂进行应急处理,接着采用大型溞和萝卜螺进行控制,萝卜螺对于粒径没有选择性且可以刮食表层水体的浮藻,大型溞对于水柱中粒径较小的藻有较强的摄食能力,两者的联合作用可快速降低水体中的浮游植物生物量,并使水体维持清水稳态。
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