渔业论文

水体富营养化及生物防治措施

2020-12-10 09:19:28 xueshulunwen 14

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摘 要 随着全球工农业的不断发展,水体富营养化程度不断加重,已成为一个急需解决的热点问题。基于此,分析了富营养化产生的原因及危害,并从水生植物、水生动物、微生物3个方面综述了具体的生物防治措施,旨在为生物防治在水体富营养化的运用提供借鉴依据。


  关键词 富营养化;成因;危害;生物防治


水体富营养化是指在人类活动的影响下,生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河流、海湾等缓流水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡的现象。水体出现富营养化现象时,因占优势的浮游藻类的颜色不同,水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在海洋中被称为赤潮或红潮[1]。


  近年来,世界各地水体的富营养化越来越严重,并且有逐年加剧的趋势,造成了生态系统的失衡,这种现象在经济发达的国家或地区表现得更加明显,水体富营养化已成为全球关注的重大环境问题之一。由于生物处理技术的环保性和经济性,用生物技术处理富营养化水体成为一个热点问题。基于此,综述了近年来国内外研究中提出的生物处理措施。


  1 水体富营养化的成因


  藻类等浮游植物的生长与氮、磷的含量及其比例有关,但水体中氮和磷的含量高并不一定发生富营养化,只有在藻类大量繁殖的情况下才可能发生富营养化[2]。当氮、磷原子比为16∶1时[3],一般认为是藻类等生长所需的最适条件,会导致藻类的暴发。


  除了氮和磷,铁和硅在富营养化的形成中也起一定作用。随着铁含量的升高,硝酸盐还原酶活性加强,硝酸盐-亚硝酸盐型氮减少,从而降低富营养化的可能性[4]。水体中硅的含量决定水体中的优势生物,水体中氮硅、磷硅的比例降低,水体中的优势种为硅藻属,发生富营养化的概率小[5]。


  2 水体富营养化的危害


  氮富集引起的浮游植物大量繁殖加剧了有机碳循环,并可能导致底栖水中氧的过度耗竭,这种缺氧条件可能对裸露的生态群落造成严重影响[6]。


  临水域区域的大多数经济来源于水产养殖,而富营养化会给水产养殖带来巨大损失,尤其是鱼类和贝类的养殖[7],严重影响了当地的经济发展。


  富营养化水体中的部分藻类会产生有毒的藻毒素,富集在生物链上,人类误食这些携带毒素的水产后,会引起慢性中毒等症状。


  3 水体富营养化的生物防治


  目前,国内外通用的处理水体富营养化技术主要包括物理法、化学法、物化法、生物法等。其中,化学法使用的药剂剂量难以掌握,且容易造成二次污染;物理方法所需的能量和费用较高,且存在一些无法避免的弊端;生物法具有低能耗、廉价、易操作、无二次污染等优点,有着较好的应用前景,使用生物修复技术是当前处理富营养化水体的热门方法。


  3.1 水生植物处理技术


  含氮、磷的有机盐在水体中长期滞留,极大地提高了水体发生富营养化的概率。水生植物处理技术可以很好地缓解这种情况,利用一些特定的水生植物,吸收转化水体中的污染物,对这些植物进行人工打捞,可以起到降低水体中无机盐含量的效果。Jiang等[8]以自然芦苇和野生稻为材料,对太湖流域农业面源污染物的去除能力进行了研究,以期找到缓解太湖富营养化的有效路径。Fang等[9]评估了斑点叉尾鮰植物通过根和叶吸收NH4+和NO3-的能力,采用无创离子选择性微电极技术测定NH4+和NO3-的通量,发现斑点叉尾鮰植物对缓解水体富营养化有着良好效果。Xian等[10]发现,螺旋藻不仅能够降低水体富营养化程度,还能抑制蓝绿藻的生长。


  3.2 水生动物处理技术


  根据食物链关系,引入可影响富营养化生物的其他生物,通过捕食等食物链关系来抑制富营养化生物。Takeda等[11]在发生富营养化的水体中放入滤食性动物,发现一种贻贝对4 μm以上的食物颗粒保存效果良好。这种贻贝的摄食能夠快速降低富营养化水体中的浮游植物数量,从而缓解水体富营养化现象。2005年初,大量鲢鱼被投入太湖中,围网中的鲢鱼对微囊藻生物量的控制高达38%,且大幅度降低了水体中的藻毒素含量[12]。原生动物在富营养化水体的修复中也起着重要作用,Elser等[13]观察48 h内原生动物对营养盐的控制、浮游植物量和C、N、P的比值,发现原生动物的增加可以降低水体中浮游植物的浓度。


  3.3 微生物修复技术


  可利用原有或外来添加的微生物吸附和转化富营养化水体中的污染物,实现对水体富营养化的控制。Jerkin等[14]从一种丝状真菌中提取出了3种能够抑制海洋微藻——杜氏藻生长的物质;Ellen等[15]发现浮游接根壶菌与美丽星杆藻之间有寄生关系,这种菌可寄生在美丽星杆藻中,抑制该藻类的生长,进而使这种藻类引起的水华消失。Zhang等[16]利用流式细胞仪检测技术,发现链霉菌JS01可以去除海水中的有害藻类,可作为一种有效的藻华控制材料。Fukami等[17]在一次由裸甲藻引起的赤潮水体中分离出一株黄杆菌,经过实验发现这株菌能够利用赤潮生物G. Nagasakiense释放的胞外有机碳源生长,并能抑制该生物的生长,从而降低水体发生富营养化的概率。


  4 结论


  1)我国工农业迅速发展,水体富营养化的问题日益突出。富营养化的处理只能缓解一时的问题,而最重要的措施应从根本上抓起,重点应该在防而不是治。因此,相关法律法规的制定尤其重要,要从源头上减少富营养化的产生。


  2)虽然氮磷的超标是引起水体富营养化的根本原因,但富营养化的情况多且复杂,针对不同的情况应采用不同的治理方法。


  3)生物防治措施虽然有许多种,但大多数还处于实验室阶段,由于富营养化的复杂性、多变性以及实施所需的环境要求及成本,能够真正实施的寥寥无几。因此,研究者应更加深入地开展研究工作,发掘出生物法在水体富营养化处理中的潜力。


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