一种底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法

摘要

本发明提供了一种底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法，该模拟方法包括水环境准备步骤、底栖藻处理步骤和水蚯蚓处理步骤。其中的底栖藻处理步骤为将实验需要用的同面积（154 cm2）的聚乙烯网片固定在渔网上，将渔网平铺在太湖岸边的富营养浅水水体的沉积物表面，所述的渔网被拉着，待实验网片上底栖藻类叶绿素含量达到4-6 μg/cm2时取出投入实验并将其平铺在沉积物上。本发明利用生态学原理，实现了对利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的精确模拟，获得了抑制生物扰动造成的沉积物营养盐释放，从而达到修复富营养化水体的方法，本发明方法具有安全、成本低等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及环保新技术领域，具体涉及一种利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法。

背景技术

湖泊沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库，在外源性污染得到大幅度削减的情况下，污染沉积物的释放所造成的内源性污染也是阻止湖泊恢复进程的不可忽视的重要方面。瑞典的富营养化湖泊治理实践表明，在湖泊99%的外源营养盐得到控制后，来自沉积物氮磷释放能够维持水生生态系统的初级生产力在富营养水平可达10年之久。

底栖动物生物扰动所引起的沉积物-上覆水间的营养盐的转移是内源性污染释放的重要因素。生物扰动会加速沉积物间隙水与上覆水的物质交换通量，加快微小型生物对有机质的分解矿化和代谢过程。富营养化程度高的水体，沉积物中水蚯蚓密度极高，从而造成了沉积物中的营养盐向上覆水体释放。

内源污染控制是指湖泊内沉积物疏浚（包括堆场处置）、沉积物原位覆盖与营养物钝化。通常可供利用的技术有：石灰（CaCO₃）处理、FeCl₃、硫酸铝（明矾）或铝酸钠、Ca(NO₃)₂ 等、人工曝气、引水稀释等，但是在操作方面存在一定难度，且化学方法存在一定生态风险。

研究还发现，底栖藻类是水生态系统中营养盐的调节者，在其生长过程中能大量吸收沉积物和水体中的 N、P 营养物质。底栖藻类不仅与浮游藻类竞争水体中的营养盐，还是沉积物营养物质释放到水体中之前的重要吸收者。这是因为底栖藻类所处生境中的营养物质比浮游植物生境中的营养物质要集中得多，其代谢活性也明显强于后者，如附有底栖藻类的沉积物间隙水中溶解性营养物质的浓度要比沉积物水柱中的高100-1000倍。此外，底栖藻类还有稳定沉积物的作用，如硅藻和丝状蓝藻能够在砂粒和沉积物表面生长，使得基质在水体扰动的时候而不被移动，从而降低营养盐释放的风险。

因此，控制生物扰动造成的内源污染释放，是富营养化水体生态修复技术的关键环节之一。本发明专利就是利用底栖藻类来抑制水蚯蚓扰动造成的内源营养释放，从而达到改善水质的目的。

发明内容

本发明目的是提供一种利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法，实现对底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的的精确模拟。

本发明的模拟方法包括水环境准备步骤、底栖藻处理步骤和水蚯蚓处理步骤。

进一步的，所述的模拟方法具体为：

（1）水环境准备：将取自太湖的沉积物，过80目不锈钢筛网混匀，置于无色透明的有机玻璃圆柱中，深10cm；所述的有机玻璃圆柱D=14 cm，H =50 cm，面积154 cm²；取太湖水经500目尼龙筛网，过滤后注入所述有机玻璃圆柱内，水深约为圆柱的2/3，并将所述的有机玻璃圆柱放置在聚乙烯塑料圆柱形白色水桶，所述的白色水桶D=80 cm，H=70 cm，白色桶内水深低于桶内的有机玻璃圆柱的高度；

（2）底栖藻处理：底栖藻类选用叶绿素a含量为4-6 μg/cm²的附着藻类，并将其附着在聚乙烯网片上后平铺在步骤（1）所述的沉积物上；

（3）水蚯蚓处理：用彼得生采泥器于太湖梅梁湾采集沉积物，经250 μm不锈钢筛网过滤后，挑出霍甫水丝蚓，所述的水丝蚓密度为150条/柱；

（4）数据采集：每隔3天采集水样，分析水体叶绿素a、总氮和总磷浓度，其方法依据《湖泊生态调查观测与分析》；整个实验期间共采集水样5次。

进一步的，所述的步骤（1）湖水注入实验桶的方法为利用透明软管采用虹吸的方式，将水分别注入实验的有机玻璃圆柱中。

进一步的，所述的步骤（2）中底栖藻类的选用方法为：将模拟实验需要用的同面积的聚乙烯网片固定在渔网上，将渔网平铺在太湖岸边的富营养浅水水体的沉积物表面，所述的渔网被拉着，待网片上底栖藻类叶绿素a含量达到4-6 μg/cm²时取出投入实验使用。

进一步的，所述的网片面积154 cm2，进一步的，所述的网片之间留出空隙。

进一步的，步骤（3）中所述的霍甫水丝蚓为大小为体长25-40 mm，体宽0.7-0.8 mm。

本发明的优点在于：利用生态学原理，本发明实现了对利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的精确模拟，获得了抑制生物扰动造成的沉积物营养盐释放，从而达到修复富营养化水体的方法，本发明方法具有安全、成本低等特点。

附图说明

图1和图2模拟装置中注水方式示意图。

图3水体中总氮含量变化。

图4水体中总磷含量变化。

图5水体中叶绿素含量变化。

具体实施方式

实施例1 利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法

本发明的利用底栖藻类控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法，包括水环境准备步骤、底栖藻处理步骤和水蚯蚓处理步骤。具体如下。

水环境准备为：取4只 D=80cm，H=70cm的高强度的聚乙烯塑料圆柱形白色水桶，取太湖水经500目尼龙筛网过滤后置于实验容器无色透明的有机玻璃圆柱（直径d=14 cm，高h=50 cm， 面积154 cm²）中，水深约为圆柱的2/3，为了保证每个实验桶中的实验用水一致，将过滤的湖水放在一桶中，混匀，再通过透明软管采用虹吸的方式，将水分别注入实验的有机玻璃圆柱中见图1和图2。为了控制水温，有机玻璃圆柱放置在圆柱形白色水桶中，桶内水略低于桶内的有机玻璃圆柱的高度，约30 cm左右；有机玻璃圆柱中的沉积物取自太湖沉积物，80目不锈钢网过筛混匀，置于桶中，深10cm；在桶中加入同面积（154 cm²）的聚乙烯网片，平铺在有机玻璃圆柱内的沉积物上，以确保相同起始条件。

底栖藻处理为：底栖藻主要是附着藻类，该藻的叶绿素含量为4-6 μg/ cm²。将实验需要用的同面积（154 cm²）的聚乙烯网片固定在渔网上，将渔网平铺在富营养浅水水体的沉积物表面（太湖岸边），渔网被拉着，待网片上底栖藻类叶绿素含量达到4-6 μg/ cm²取出投入实验使用。

水蚯蚓处理为：水蚯蚓是运用彼得生采泥器于太湖采集沉积物，经250 μm不锈钢筛网过去枯枝残叶及石块等较大颗粒物，同时挑出的沉积物中的霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeristeri），大小为体长25-40 mm，体宽0.7-0.8 mm，150条/柱。

数据采集：每隔3天采集水样，分析水体叶绿素a、总氮和总磷浓度，其方法依据《湖泊生态调查观测与分析》。整个实验期间共采集水样5次。

同时设置A组（无底栖藻和水蚯蚓的对照组）、B组（只有底栖藻组）、C组（只有水蚯蚓组），其他步骤同上述D组（水蚯蚓+底栖藻组）一样。

结果显示水蚯蚓能增加水体中总氮含量而底栖藻则能降低水体中总氮含量，两因素间无交互作用（P>0.05）。实验中，四个组别总氮均呈下降趋势。实验结束时水蚯蚓处理总氮高于对照11.2%，底栖藻组总氮低于对照组7%，同时在底栖藻与水蚯蚓的混合组中，水体中总氮含量前9天低于对照而后6天则趋近于对照但始终高于底栖藻组。见图3。

结果显示底栖藻其能显著降低水体中总磷含量，而水蚯蚓能增加水体中总磷含量。两因素间无交互作用，但二者共同的作用会降低上覆水总磷含量。实验结束时水蚯蚓组总磷含量高于对照34.3%，而底栖藻组和混合组（底栖藻与水蚯蚓）中总磷含量分别低于对照组35.3%和19.6%。见图4。

结果显示水蚯蚓扰动能增加上覆水叶绿素a含量，而底栖藻吸附、底栖藻与水蚯蚓共同作用能够降低水体叶绿素含量。实验结束时，水蚯蚓处理组叶绿素是对照的1.5倍，底栖藻组、底栖藻与水蚯蚓混合组中叶绿素分别低于对照47.1%，73.0%。见图5。

模拟研究表明，水蚯蚓的生物扰动能造成营养释放，使水体营养盐浓度以及浮游藻类生物量升高，而覆盖底栖藻类能抑制生物扰动造成的沉积物营养盐释放。

根据本实验及预实验的结果，认为在底栖藻类覆盖时适宜的叶绿素a含量为10-100 μg/cm²。

二、湖泊富营养水体修复中的应用

应用中，具体的做法是，使用聚乙烯网片，平铺在富营养浅水水体的沉积物表面，待网片上底栖藻类叶绿素a含量达到10-100 μg/cm²时取出使用。其中底栖藻类的覆盖技术的特征在于，将底栖藻类网片直接覆盖在水蚯蚓密度较高区域的沉积物表面，底栖藻类网片面积一般不超过5平方米，每个网片之间留出10-50cm的空隙利于其他底栖动物如螺类等活动。

2010年在无锡五里湖的生态修复示范工程中，在水蚯蚓分布密度较高的沉积物表面覆盖了底栖藻类网片，有效抑制了沉积物营养盐的释放，工程结束时透明度达到90cm，水体清澈，水质良好。