一种利用河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟方法

摘要

一种利用河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟方法，本发明包括以下技术要点：以河蚬密度及水蚯蚓密度为设计因素，其中水蚯蚓密度为150条/柱，河蚬密度为4只/柱，设置四个组别：A组（对照组）、B组（河蚬组）、C混合组（水蚯蚓+河蚬）和D组（水蚯蚓组），每组设置4个平行。该模拟方法包括湖水处理、沉积物处理、加入河蚬和水蚯蚓实验及采样等技术设计，模拟滤食性生物控制水蚯蚓生物扰动效应。本发明的优点是：通过本发明实现了对滤食生物控制水蚯蚓的生物扰动效应的精确模拟，技术可靠，操作简单易行，成本低廉，能有效改善水质，可以在生态修复富营养化水体（如湖泊、池塘）中加以使用。

说明书

技术领域

本发明涉及环保新技术领域，具体涉及一种滤食性生物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。

因此，如何降低水体悬浮物、改善透明度，是富营养化水体生态修复技术的关键环节之一。本发明专利就是通过生物操纵技术（加入滤食性生物）改善水蚯蚓生物扰动造成的负面效应，从而达到修复富营养水体的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟方法，该模拟方法通过精确的模拟实验，获得了在富营养化水体（如湖泊、池塘）中加以使用的河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的方法。

本发明的用河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟方法，具体技术方案为：

一种利用河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟方法，所述的模拟方法包括湖水处理、沉积物处理、加入河蚬和水蚯蚓及采样。

进一步的，所述方法具体为：

（1）湖水的处理：来自太湖经过滤的湖水，添加营养盐调节水体初始叶绿素浓度到69-71μg/L；湖水的水温为29-31℃，水深是30cm；

（2）沉积物的处理：采自太湖的沉积物，过网后混匀，分装于无色透明的有机玻璃圆柱，沉积物深度15cm，有机玻璃柱为d=14cm，h=50cm，底面积s=153.86cm²，共16个；

（3）加入河蚬组、水蚯蚓，并将每个有机玻璃圆柱置于蓝色方缸内，蓝色方缸置于太湖站空气流通的实验平台上；

（4）采样：共采水样5次，5天/次；分析测定水体总氮（TN）、总溶解氮（TDH）、铵氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）、总溶解磷（TDP）、活性磷（PO₄^3--P）、叶绿素a（Chla）和总悬浮物（TSS）等水化指标；应用办公软件MicrosoftExcel对数据进行计算处理，统计软件SPSS中ANOVA方法对数据差异进行分析；

优选地，所述步骤（1）中湖水经80目筛过滤；营养盐为KNO₃（6g/L）和KH₂PO₄（0.14g/L）；所述步骤（2）中沉积物过2mm不锈钢筛网。

优选地，所述步骤（3）中，水蚯蚓密度为150条/柱，即9800条/m²；河蚬密度为4只/柱，260只/m²或650g/m²；设置为四个组别：A组（对照组）、B组（河蚬组）、C混合组（水蚯蚓+河蚬）和D组（水蚯蚓组）；每组设置4个平行。

优选地，上述的河蚬壳长20-25mm，高10-20mm，所述的水蚯蚓体长25-40mm，体宽0.7-0.8mm，均来自太湖。

本发明根据生态学原理采用了生态学方法，实现了精准的对河蚬控制水蚯蚓的生物扰动效应的模拟，利用生物操纵原理，在水面撒播河蚬，抑制生物扰动带来的水体营养盐升高、浮游藻类大量繁殖，水体透明度下降等负面效应，从而达到修复富营养化水体的目的，本方法具有安全、成本低等特点。

附图说明

图1水蚯蚓，河蚬均对上覆水TN浓度影响。

图2河蚬，水蚯蚓均对上覆水TDN浓度影响。

图3河蚬，水蚯蚓均对上覆水NH4+浓度影响。

图4河蚬，水蚯蚓均对上覆水TP含量影响。

图5河蚬，水蚯蚓均对上覆水TDP含量影响。

图6河蚬，水蚯蚓均对上覆水PO43-含量影响。

图7河蚬，水蚯蚓均对上覆水叶绿素含量影响。

图8河蚬，水蚯蚓对水体TSS具有显著影响影响。

具体实施方式

本发明的模拟方法，模拟设计方法为：

两因素：水蚯蚓（150条/柱，即9800条/m²；无）；河蚬（4只/柱，260只/m²或650g/m²；无）；设置为四个组别：A组（对照组）、B组（河蚬组）、C混合组（水蚯蚓+河蚬）和D组（水蚯蚓组）；每组设置4个平行，需有机玻璃柱（d=14cm，h=50cm，底面积s=153.86cm²）16个；河蚬（壳长20-25mm，高10-20mm），水蚯蚓（体长25-40mm，体宽0.7-0.8mm）均来自太湖梅梁湾湾口。水蚯蚓为霍普水丝蚓（Limnodrilushoffmeisteri）。

实施例1一种滤食性生物控制水蚯蚓生物扰动效应的模拟方法

本发明的模拟方法，包括如下过程：

（1）湖水的处理：经80目筛网过滤的太湖湖水，用KNO₃（6g/L）和KH₂PO₄（0.14g/L）调节使水体初始叶绿素浓度达69-71μg/L；湖水的水温是29-31℃，水深是30cm；

（2）沉积物的处理：采自太湖的沉积物过孔径为2mm不锈钢筛网后混匀，无色透明的有机玻璃圆柱内沉积物深度15cm；

（3）按设计方案加入河蚬组、水蚯蚓；

（4）将每个有机玻璃圆柱置于蓝色方缸内，蓝色方缸置于太湖站空气流通的实验平台上；

（5）采样：共采水样5次，5天/次；分析测定水体总氮（TN）、总溶解氮（TDH）、铵氮（NH₄⁺-N）、总磷（TP）、总溶解磷（TDP）、活性磷（PO₄^3--P）、叶绿素a（Chla）和总悬浮物（TSS）等水化指标；应用办公软件MicrosoftExcel对数据进行计算处理，统计软件SPSS中ANOVA方法对数据差异进行分析。

水蚯蚓，河蚬均对上覆水TN具有显著影响（P<0.05），且二者间存在交互作用（P<0.05）。水蚯蚓能显著增加上覆水TN含量，实验结束时水蚯蚓组上覆水中TN含量高于对照组含量的27.8%，而河蚬及二者交互作用则会显著降低上覆水TN含量，实验结束时二者含量分别比对照组降低了24.3%，27.2%。见图1。

河蚬对上覆水TDN具有显著影响（P<0.05），而水蚯蚓及其交互作用对上覆水则无显著影响（P>0.05）。河蚬能显著降低上覆水TDN含量，实验结束时，河蚬组TDN含量低于对照含量的12.2%。见图2。

河蚬对上覆水NH₄⁺含量有显著影响（P<0.05），水蚯蚓其无显著影响（P>0.05），二者间有交互作用（P<0.05）。河蚬及二者交互作用均能显著降低上覆水NH₄⁺含量，实验结束时，二者上覆水中NH₄⁺含量分比对照组降低了28.2%，7.5%。见图3。

河蚬和水蚯蚓均对对上覆水TP含量具有显著影响（P<0.05），二者间无交互作用（P>0.05）。河蚬能显著降低上覆水TP含量，实验结束时，河蚬组TP含量低于对照组含量的14.1%。水蚯蚓能显著增加上覆水TP含量，实验结束时，水蚯蚓组TP含量为对照组的1.2倍。见图4。

河蚬，水蚯蚓均对上覆水TDP含量具有显著影响（P<0.05），二者间存在交互作用（P<0.05）。河蚬，水蚯蚓及二者交互作用均能显著降低上覆水TDP含量，实验结束时，河蚬组、混合组及水蚯蚓组中TDP含量分别低于对照组的8.3%、14.6%及32.6%。见图5。

河蚬，水蚯蚓均对上覆水PO₄^3-含量具有显著影响(P<0.05)，二者间存在交互作用（P<0.05）。河蚬，水蚯蚓及二者交互作用均能显著降低上覆水PO₄^3-含量，实验结束时，河蚬组、混合组及水蚯蚓组中PO₄^3-含量分别低于对照组的40.0%、58.2%及74.0%。见图6。

河蚬，水蚯蚓均对上覆水叶绿素a含量具有显著影响(P<0.05)，二者间存在交互作用（P<0.05）。河蚬及二者交互作用均能显著降低上覆水叶绿素a含量，实验结束时，混合组河蚬组及河蚬组上覆水叶绿素a含量分别低于对照组的51.4%、73.3%。水蚯蚓能显著增加上覆水叶绿素a含量，实验结束时，水蚯蚓组叶绿素a含量是对照组含量的1.92倍。见图7。

河蚬对水体TSS（悬浮物）具有显著影响（P<0.05），水蚯蚓对水体TSS无显著影响（P>0.05），二者间无交互作用（P>0.05）。河蚬能显著降低水体TSS含量，实验结束时，河蚬组中TSS含量低于对照组73.8%，见图8。

实验表明，水蚯蚓的生物扰动能造成营养盐释放，使水体营养盐浓度以及浮游藻类生物量升高，而放养河蚬则能显著降低水体营养盐浓度与叶绿素a含量。根据本实验（预实验）结果以及自然湖泊中的河蚬分布密度，认为河蚬的放养密度为601-700g/m²。根据实验结果以及天然湖泊中水蚯蚓的密度，沉积物中水蚯蚓密度在1000-15000尾/m²可以使用该方法。

实施例2湖泊富营养水体修复中的应用

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放养了较多河蚬，有效改善了水质，工程结束时透明度达到90cm，水体清澈，水质良好。