富营养水体生物防治研究进展

富营养水体生物防治研究进展组员：李柯姚思鹏陈见胡雄美丽的桂林山水啊好臭啊！！水环境问题日趋严重！对富营养水体治理日益迫切！！！！富营养化的防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题。富营养化状态一且形成，水体中营养元素被水生生物吸收，成为其机体的组成局部。在水生生物死亡后的腐烂过程中，营养元素又释放入水体中，再次被生物利用，形成植物营养物质的循环。即使切断外源污染，也很难自净和恢复。国内外进行了大量研究，防治方法很多，但效果都很有限。本文主要从水体生态系统层面，针对目前富营养水体的生物防治技术作一简单综述。我们可以从四个方面来论述水生生物对富营养水体的净化作用水生植被水生动物水体微生物鱼类一水生植被对富营养化水体生态恢复的作用在水体生态环境中，高等水生植物与浮游藻类同属于初级生产者，二者竞争营养、光照和生长空间等生态资源，高等水生植物能释放化学物质，抑制浮游藻类生长，同时吸收水体中氮、磷等营养物质，从而到达净化水体的效果。水生植被的作用:湖滨地带水生植物构成的水陆交错对营养物质的截留作用

对湖泊水中P、N的吸收

水生植物的化感作用

1湖滨地带水生植物构成的水陆交错对营养物质的截留作用尹澄清等〔1995〕在白洋淀进行的野外实验，当污水通过290m种植有芦苇的水沟时外表径流和通过4m芦苇根区的地下潜流中，TN、TP、NH4+-N、SRP等几种指标的变化以下就是试验结果水陆交错地带宽度（m）污染物原始浓度（mg/L）截留率（%）水沟地表径流290TN21-4442290TP0.4-1.565290NH4+-N10-3865290SRP0.18-1.570水陆交错地带宽度（m）污染物原始浓度mg/L截留率（%）苇田根区潜流4TN41.4644TP1.20924NH4+-N34.2904SRP1.0499说明了水生植物构成的湖滨水陆交错带对营养物质的截流非常有效。2对湖泊水中P、N的吸收水生植物可以直接吸收氮、磷等营养物质，同化为自身的结构组成的物质，这些营养物质储存更加稳定，较容易通过人工收获将其固定的氮、磷带出水体。目前已证实具污水净化效应的水生高等植物很多，研究较多的有水葫芦水葫芦、水花生、菹草等

根据李典友等人的研究，水葫芦、水花生、宽叶香蒲等都能有效地吸收、积累、分解废水中的营养盐类、多种有机污染物及重金属污染物。据生物量和化学组成分析在最适宜的生长条件下，估算出4种水生植物去除N、P元素量对湖泊水中P、N的吸收元素植物水葫芦水花生宽叶香蒲N198017792530P322198403水生植物对N、P的去除量〔kg／ha*y〕3水生植物的化感作用

水生植物可通过向水体中释放化感物质来抑制浮游植物的生长。研究说明，这是其在水体生态系统生物竞争营养、光照和空间等资源中取得优势的有效策略。水生植物的化感作用大型水生植物对藻的克制效应主要表现在对藻细胞结构产生破坏。凤眼莲根系分泌物对栅藻有明显的克生作用，表现在使藻的数量逐渐减少，栅藻生长受到影响。水生植物的化感作用凤眼莲对栅藻克制效应的机理凤眼莲根系分泌的化学物质经过水环境进入藻细胞，造成藻细胞代谢紊乱及膜结构的损伤，就易使光合、呼吸等电子传递链形成电子漏，促进O-2的产生，因有不配对电子而具有极强氧化能力的O-2及后继形成的H2O2等活性氧自由基，是造成藻体细胞伤害的主要原因，而SOD为O-2的主要去除酶，催化O-2的歧化反响，是细胞内重要的保护酶，而其含量急剧下降。水生植物的化感作用克生作用导致栅藻的细胞叶绿体片层肿胀甚至解体，线粒体嵴消失，质膜、核膜受破坏，光合放氧的速度明显下降，可溶性蛋白的含量4天后直线下降，超氧阴离子〔O-2〕升高，峰值出现在处理后第6天，超氧化物歧化酶〔SOD〕活性先应激性升高，但随处理天数的延长又呈急剧下降趋势。水生植物的化感作用有些学者还进行了大型水生植物的提取液对藻效应的研究，并对提取液进行别离、鉴定水生植物的化感作用孛萁(beiqi)属水草的提取液的克藻有效成分为二十碳的三羟基环戊基脂肪酸和十八碳的三羟基环戊烯酮脂肪酸该物质在低浓度下能刺激藻类的生长，高浓度那么有抑制作用，它们对蓝藻抑制效果最为显著。水生植物的化感作用从石菖蒲提取出苯丙烷类化合物这种物质对绿藻、蓝绿藻有抑制作用等。这些均说明了有些大型水生植物具有化感作用，其释放的化学物质有明显的克藻作用。二水生动物对富营养化水体的恢复作用大型浮游动物原生动物底栖动物1大型浮游动物陈济丁等(1995)研究得出大型浮游动物对浮游植物的控制作用，研究说明，在适当的富营养条件下，通过合理的生物操纵，使得大型、平突船卵等大型植食性浮游动物到达和维持足够的密度，浮游动物在夏秋季能够有效地控制浮游植物的过量生长，改善水质。唐洪玉〔2001〕通过对植食性蚤类长刺对中小型藻类的牧食力研究，也说明了与上述根本一致的观点。并推测出，单位重量的长刺摄食藻类的效果比鲢鱅的效果好。从下表可以清楚地看出：接种长刺后的池塘浮游植物的生物量明显低于对照组池塘。2原生动物王进〔2005〕从南京水华严重的池塘中别离出一种鞭毛虫，发现该鞭毛虫对微囊藻具有很好的吞噬作用，在虫/藻比约为1/200时，36小时内可吞噬掉几乎全部的藻细胞。把该种鞭毛虫参加从野外采集的水华水体中，叶绿素a的含量明显降低3底栖动物卢晓明，金承翔等〔2007〕研究了底栖软体动物河蚌〔背角无齿蚌〕和螺蛳〔铜锈环棱螺〕对富营养化河水中COD、NH3-N、TP、叶绿素a的净化效果。结果说明，底栖软体动物对富营养水体中COD、氮、磷等都有一定的去除效果，且河蚌的净化效果要稍优于螺蛳。当然大量的不同的室内试验系统、围隔、池塘和全湖所进行的生物操纵的结果差异很大。浅水湖泊中生物操纵作用差异大，中小型湖泊中生物操纵效果较好，但在大型湖泊中作用不太明显甚至没有作用。所报道的浅水湖泊中生物操纵取得成功的例子中除因鱼类减少后浮游动物对浮游植物的摄食加强外，往往伴随着大型植物的开展。因此水质的改善和生物操纵作用的稳定也可能与大型植物所起的间接作用有关，包括它与藻类对营养和光的竞争以及化感作用的产生。三微生物在水体富营养化治理中的应用微生物在水体的作用:微生物作为淡水湖泊生态系统的分解者和微食物链的重要组成局部其在物质循环和能量流动中起着必不可少的作用，是降解废物、废水的主力军。下面我们介绍微生物成功治理湖泊富营养化的案例1固定化氮循环细菌技术治理湖泊富营养化江苏省农业科学院曾于2000年与中国科学院地理湖泊研究所合作研究了固定化氮循环细菌技术，该技术从太湖水生植物根部提取天然无害的氮循环细菌，经过驯化提高其抗高负荷氮污染的能力，并为之提供具有良好生存环境的载体。使氮循环细菌在载体中保持活性，同时以水中的氮为营养物质，在新陈代谢的过程中将湖泊水体中大量的氮离子转化为无害的氮气释放到空气中，有效降低了水体中氮元素的含量。他们在贵阳“温流水〞养殖场试验成功，在水体面积5600m2、流速为10．25m3/s的情况下，每天除氮不低于100kg，有效地遏制了水体富营养化。2有效微生物群控制富营养化湖泊蓝藻

有效微生物群(efectivemicroorganisms)是从自然界筛选出各种有益微生物，用特定的方法混合培养所形成的微生物复合体系，其微生物组合以光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌为主。中山大学的研究说明〔结果见后〕：将一定量的有效微生物群液体菌剂和有效微生物群固体泥球投入人工湖后，水体的透明度、叶绿素a含量有明显的改善，而且可以有效抑制藻类的生长，在一定时期内可以防止水华的发生，改善景观。2.1透明度试验中水体透明度如下图，在投入菌剂45d后，水体的透明度开始有大幅度的增加2个月后，透明度较本底值0.09m提高了433%，到达最大值0.48m。在停止投加菌剂后，试验区透明度开始下降，停止投加后约2个月时透明度下降为0.30m，但仍较本底值高233.3%。2.2叶绿素a试验中水体中叶绿素a含量变化如后图所示，水体外表的叶绿素a的含量在使用有效微生物群菌剂仅1个月后由3780．2mg/m3下降为130．6mg/m3，下降了96．5%，并保持在137．9mg/m3以下直至试验结束。投放EM期间及后1个月，在水深0．5m处的叶绿紊a含量保持在100mg/m3以下，以后开始上升为171．99mg／m3，其变化趋势如图2所示。2.3试验中水体中总氮含量(TN)和总磷含量(TP)在投放EM期间，TN和TP均呈明显的下降趋势，并在停止投放菌剂1个月之后到达最低点，分别下降了60.2％和58.1％。但以后总N和总P均有上升的趋势(见图示)：综上述可知，湖泊富营养化的微生物防治，虽然由于在大面积的湖泊中大量培养繁殖微生物，还有许多技术上的问题尚有待解决。目前还没有大规模的付诸于实施，但其应用前景很好。首先，利用微生物防治，花费本钱低，虽然在研究阶段需要不少投资，但一旦研究出一种新方案或一种新菌种，利用微生物繁殖快的特点就会低本钱，高效益的大规模应用。其次，不会带来负面效应，因为该方法主要利用微生物的生理代谢在生物圈内所起的作用，并没有另外使用化学试剂。所以不会在除去氮、磷的同时引起其他元素的过量增加。总之，利用微生物治理湖泊富营养化，应用前景光明，该方法将可能成为富营养化治理的首选方法。四鱼类对富营养化水体的影响1草食性鱼类的影响草鱼是一种典型的摄食大型水生植物的鱼类。它摄食水生植物具有一定的选择性，比较喜食的种类有苦草、黑藻、马来眼、黄丝草等，不喜食的种类有苦菜、聚草和水花生。但在喜食水生植物匮乏的情况下，不喜食的植物也将被吃光，甚至摄食昆虫及其幼虫。草鱼的食量大，当草鱼放养量过大，其摄食强度超过植物再生产能力时，必然导致水生植物的减少，甚至消灭。因此，由于草食性鱼类的过度放养使水草遭受破坏。相对于水草来说，浮游藻类都是一些r对策者，其个体小，生命周期短，缺乏储存大量营养物质的能力，因此，水草在初级生产者中占优势的湖泊，大量的营养物质被积存在水草中，从营养上抑制了浮游藻类的生长，使得水质清澈。随着水草生物量的下降，吸收存积在水草的营养，便通过草鱼的摄食排泄被大量释放到水中，增加了浮游藻类的繁殖，又由于浮游藻类的现存量增加，降低了湖水的透明度和补偿深度，而这又将进一步减少水草的生存范围。如此恶性循环，沉水植物越来越少，甚至完全消失。2肉食性鱼类的影响肉食性鱼类是指鱼类群落中以鱼类为食的鱼类，它们处于较高的营养级，是水生态系统中主要的顶级消费者，其捕食作用通过下行效应影响湖泊鱼类及其他生物群落，甚至水体理化因子，从而影响整个湖泊生态系统的结构和功能。肉食性鱼类的捕食压力通过食物链影响整个湖泊生态系统，其一般规律是：肉食性鱼类捕食压力增加，使食浮游动物的饵料鱼类的密度减少，浮游动物密度增加，浮游植物数量减少，从而使水体的叶绿素含量和初级生产力降低。同时，浮游植物数量的减少也使水体的透明度增大。3滤食性鱼类的影响传统的湖沼学研究途径为物理和化学因素一浮游植物一浮游动物一鱼类，即研究“上行效应〞(Bottom-up)，与此相反的途径为“下行效应〞(Top-down)，即鱼类对淡水生态系统结构和功能的影响。而滤食性鱼类对水质的影响那么属于“下行效应〞的研究在富营养湖泊治理中，非经典生物操纵理论认为直接投加滤食性鱼类也能起到很好的效果。湖泊中危害性最大的是微囊藻水华，利用鲢、鳙可直接进行控制，因为滤食性鱼类不仅滤食浮游动物，有的也能滤食浮游植物。在武汉东湖的研究说明，以浮游生物为食的鲢和鳙，能有效地遏制微囊藻水华，鲢、鳙遏制水华的有效放养密度(亦即有效生物量)为46—50g／m3。但是也有研究发现，滤食性鱼类的滤食活动及其生理代谢的增加，有利于促进氮、磷的释放，浮游植物的大量繁殖；大型浮游植物被大量滤食后，导致浮游植物趋于小型化，使浮游植物的总生物量也因此增加；大型浮游动物种类和数量减少，小型种类那么得以开展。其结果，造成群落结构趋于简单，多样性指数下降。因此，能否利用鲢鳙鱼控制蓝藻水华，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，制订合理的鲢鳙鱼放养时间和放养量非常重要。4杂食性鱼类的影响杂食性鱼类对湖泊生态系统的影响更加复杂，杂食性鱼类所引起的上行效应比下行效应更明显，其上行效应可能包括生物扰动作用、分泌物的营养添加作用等。杂食性鱼类有助于分层湖水的混合，促进营养盐自下而上的补