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环境污染造成的水体水质恶化问题日益严重。污水排放量的增长以及低污水处理率进一步加重了我国水体富营养化程度。由此引发的藻类过量繁殖问题不仅降低水体感官性状,而且影响饮用水供水安全,成为当前亟待解决的问题。
本文以生物操纵法控藻为主要目标,采用理论分析与模拟实验相结合、室内试验与室外试验相结合的方法进行研究。通过研究大型滤食性水生动物(鲢、鳙、蚌)和浮游动物对水中藻类的下行效应以及营养盐对藻类的上行效应,探索在不同营养水平下放养大型滤食性水生动物有效控藻的合理密度与种类组合;根据水体藻类生物量对大型滤食性水生动物放养量以及营养盐之间的响应关系,建立相关的生物操纵法数学模型。为在于桥水库大面积应用生物操纵法控制藻类生长,减轻富营养化提供依据。
对于桥水库的调查结果显示,水库总磷年均负荷总量为231.2t,总氮年均负荷总量为4408.1t,均主要来源于河流输入。按照《地表水环境质量标准》评价,于桥水库总磷度介于Ⅱ类到V类水质标准之间,总氮浓度介于III类到V类水质标准之间。按照综合营养状态指数法进行评价,于桥水库处于中度营养与富营养化状态之间。
调查期间共采集到藻类7门62种。浮游动物(不含原生动物)30种,其中轮虫16种,枝角类6种,桡足类8种;浮游动物平均密度为1500ind.-L-1。藻类优势种4月为小环藻、锥囊藻,5月为平裂藻、栅藻,6-10月为微囊藻,11月为盘星藻、桥弯藻。于桥水库藻类密度呈现明显的季节变化特征,随着水温上升,自4月份之后,藻类密度明显增加,夏季达到高峰。
于桥水库中大型水生植物有31种,分布面积约27km2,约占整个水库水面面积的1/3。鱼类组成结构以鲫鱼和鲤鱼等底层杂食性鱼类占较大比重,鲢鱼和鳙鱼等中上层鱼类比例较低。
在实验室内利用微生态系统进行了系列试验,着重考察营养盐、浮游动物、大型水生植物以及鱼类对藻类生长的影响。在对氮磷比与藻类生长关系的研究中,发现氮磷营养盐的绝对浓度可能要比氮磷比对藻类生长的影响更为关键,认为在控制藻类水华发生时,一方面可以利用氮磷比来抑制某些藻类的大量繁殖,另一方面不可忽略氮磷营养盐绝对浓度的影响。在对浮游动物与藻类关系研究中,发现浮游动物群体,尤其是甲壳类群体,在适当条件(氮、磷浓度,温度)下,可以对藻类总量起到有效的控制作用,对其中蓝藻也有一定的控制作用;总磷较总氮对浮游动物生长的影响更大。在对营养盐与浮游动植物关系研究及大型水生植物作用研究中,发现甲壳类浮游动物的总量基本由营养盐浓度决定,营养盐浓度过高,会对轮虫的生长产生抑制作用,浮游动物的控藻作用受到影响:大型植物的存在,可以为浮游动物躲避鱼类捕食提供有效庇护,有利于藻类控制。
室外试验研究通过在于桥水库岸边建立10个300m2的大型围隔,放养大型滤食性动物(鲢、鳙、蚌),考察了不同的放养密度及种类组合所取得的控藻效果。结果显示,鲢、鳙对水华藻类——微囊藻的控制效果显著,在≥1Ogm-3的放鱼密度下,围隔中微囊藻始终处于极低水平;放养鲢、鳙导致藻类群落结构发生明显改变,大型藻类比例明显下降,小型藻类比例上升成为优势种类;放养鲢、鳙导致围隔内浮游动物总量下降明显,尤其是大型枝角类,而轮虫比例则明显上升;放养鲢、鳙并不必然导致藻类总量下降,相反由于失去大型浮游动物的控制,小型藻类增长迅速并使得藻类总量与放鱼前持平甚至上升;三角帆蚌对藻类有一定控制作用,但对微囊藻等较大型的藻类作用有限:鲢、蚌组合对藻类总量控制具有一定效果,在本研究试验条件下,60 gm-3鲢和70gm-3三角帆蚌组合时控藻效果最好;鲫鱼、鲤鱼对于桥水库控藻和水质改善具有负面作用,应考虑适当降低其在水库内的比例。
以鲢鱼、营养盐为主要的控藻影响因子,在参阅国内外文献的基础上,确定了这些影响因素与藻类生长之间的定量关系,初步建立了鲢鱼控藻的生态模型。