经典生物操纵在我国典型富营养化浅水湖泊条件下的应用基础研究

摘要

湖泊富营养化及其导致的水华是全球普遍性的水环境问题,在我国尤为严重。欧美等国研究证明经典生物操纵是湖泊富营养化和水华治理的有效方法,但是在我国尚未进行过全面的应用基础研究和规模化实践。由于我国气候、地理条件、浮游动植群落和鱼类种类组成与欧美不同,所以开展经典生物操纵技术在我国富营养水体条件下的应用基础研究是非常必要的。
　　 本研究以围隔和水池试验比较了经典生物操纵与非经典生物操纵对水质和浮游动植物群落的作用效果,并调查分析了我国长江中下游和西南地区代表性富营养化浅水湖泊是否具备经典生物操纵所依赖的大型枝角类资源,结合枝角类的孵化条件研究,探索大型枝角类种群恢复条件和实施经典生物操纵的水质条件。同时,以湖北地区的养殖水库为研究对象调查了常见养殖鱼类对经典生物操纵的影响,旨在探讨分析我国长江中下游和西南地区湖泊富营养化湖泊条件下实施经典生物操纵技术的可行性以及关键工艺条件,本研究对评估经典生物操纵在世界各地区的有效性也具有重要意义。
　　 本研究选取长江中下游和西南地区共12个富营养化浅水湖泊为对象,调查了湖泊中的枝角类资源,结果发现调查的各湖泊底泥中蕴含丰富的枝角类休眠卵,但大部分湖泊沉积物中的枝角类以小型为主,最常见的优势种为象鼻溞(Bosmina sp.)、裸腹溞属(Moina sp.)、网纹溞属(Ceriodaphnia sp.)和尖额潘(Aloha sp.)。除星云湖和大屯海外,底泥中均有大型枝角类溞属Daphnia存在,其中透明溞(Daphniahyalina)、蚤状溞(Daphniapulex)、僧帽溞(Daphnia cucullata)、长刺溞(Daphnialongispina)和大型溞(Daphniamagna)五种均有发现,数量在39-1605/m2。
　　 室内实验分别研究了总氮(TN)、总磷(TP)、光照、温度和溶氧五个因素对大型枝角类D.magna和常见小型枝角类M.micruca休眠卵孵化的影响。结果表明,M.micruca休眠卵在2 mg/L-4 mg/L TN,0.1 mg/L-0.3mg/L TP,70μmol·m-2·s-1的光强以及30℃条件下,孵化率最高;D.magna休眠卵在有光照,25℃,低氧,0.1mg/L-0.3mg/L TP条件下孵化率较高。并且,休眠卵的野外原位挂瓶实验表明,光照是影响枝角类M.micruca和D.magna休眠卵孵化的重要因素,而水体的营养状况对这两种枝角类休眠卵的孵化无影响。
　　 在湖内围隔实验和实验水池实验均发现,添加大型枝角类Daphnia的围隔(100ind/L)与投加滤食性鱼类(鲢、鳙投放量均为50g/m3)围隔中水体TN、TP和叶绿素含量与对照相比显著降低,透明度增加(p＜0.05),说明经典生物操纵与非经典生物操纵对水质改善均有一定作用,且两种操纵方式对水体TN和TP的去除效果并无显著差异(p＞0.05),但添加大型枝角类(100ind/L)比投放滤食性鱼类更能有效降低水体叶绿素a的含量(p＜0.05)。在非经典生物操纵方式中,投放鲢的水体TN和TP比投放鳙的水体低(p＜0.05),鳙水体中叶绿素水平比鲢水体中高(p＜0.05)。
　　 以围隔和水池实验研究了经典生物操纵在低、中、高三种不同营养盐水平下的效果。结果显示不同的营养水平下,Daphnia的添加对水质的改善效果不同。在低、中营养水平下(TP≤60μg/L,TN≤1.25mg/L),实验组中叶绿素含量显著下降,透明度明显增加,浮游植物的生物量显著下降(p＜0.05)。同时实验发现不同营养水平下实验组中浮游动植物的种类组成和密度不同。在湖内围隔中,低、中营养水平下浮游动物以枝角类为优势种,且以大型Daphnia为主,浮游植物以小型绿藻为主;而高营养水平下则浮游动物以桡足类为主,且隐藻和甲藻在浮游植物中的比例升高。水池实验与围隔实验结果相似,在低、中营养水平下浮游动物以Daphnia为主,浮游植物硅藻和绿藻比初始明显下降;在高营养水平下水体浮游动物组成中Daphnia比例下降,小型枝角类和桡足类比较上升,浮游植物微囊藻和色球藻比初始有所增加。
　　 湖北地区46个养殖水库调查结果表明不同养殖模式和水质影响浮游动物组成,鲫鱼养殖水库水体总磷显著高于其它鱼类(p＜0.05),且水库中浮游动物以轮虫为主,达76％,而桡足类和枝角类比例分别占18.59%和5.41%;草鱼养殖水库中浮游动物桡足类比例达90%;放养鳙、鲢的水库中枝角类和桡足类分别都占40%以上。
　　 综上所述,我国长江中下游和西南地区12个富营养化浅水湖泊的底泥中大型枝角类资源丰富,在一定的营养水平下(TP≤60μg/L,TN≤1.25mg/L),控制鱼类群落结构,创造条件促进枝角类休眠卵孵化,可以达到生物操纵的目的。