基于食物链动态平衡的金泽水库鱼类群落水质净化调控技术

2020-12-18朱宜平陈立婧周旭捷

净水技术 2020年12期

朱宜平，陈立婧，周旭捷

(1. 上海城投原水有限公司，上海 200125；2. 上海海洋大学水产科学国家级实验教学中心，上海 201306)

1 研究背景

生物调控是水库水质调控技术的一种，鱼类是水域生态系统的重要生物因子之一，能够维持生态系统结构和功能的稳定，并在一定程度上减轻水体氮磷营养负荷[1-2]。实施科学合理的鱼类调控对水库水质具有一定的改善作用，在一定范围内，鱼产量稳定并具有一定蕴藏量，能对水质起到良好的保护作用。

水体富营养化容易造成藻类大规模暴发，影响水质安全。1989年，Xie等[3]提出了广受关注的“非经典生物操纵”理论，即通过投放滤食性鱼类鲢、鳙鱼，直接摄食水体中的藻类，从而控制藻类水华。由于鲢、鳙鱼具有特殊的滤食器官，能摄食丝状藻类或形成群体的藻类，且对蓝藻毒素有较强的耐受性，通过放养鲢、鳙鱼，能有效抑制藻类生长与繁殖，控制藻类水华[4-5]。

为了使非经典生物操纵具有明显的控制藻类水华的效果，要保证鲢、鳙鱼对藻类的摄食利用率高于藻类的增殖速率。因此，每个水体都要根据自身情况，寻找一个合适的鲢鳙生物量临界阈值[6]。在浅水水域中，鲢、鳙鱼放养密度以50 g/m3为宜，主要放养鲢鱼，鲢鳙比例控制在7∶3左右，并通过捕捞，能够有效控制富营养化[7]。在武汉东湖，为了有效抑制水华的发生，鲢、鳙鱼的放养阈值为46～50 g/m3[8-9]。Kajak等[10]研究发现，鲢鱼放养密度在30～90 g/m3时，Warniak湖中的藻类数量大幅下降。在深水水域中，适当加大鲢、鳙放养密度，同时增加鳙鱼数量，会加强藻类控制效果[11]。陈来生等[12]在千岛湖曾进行的围网养殖试验，在鲢鳙放养50万kg以上，鲢鳙放养比例为1.5∶1，经过3年的试验，水华消失。

运用鲢鳙鱼非经典生物操纵抑制藻类水华已在东湖、巢湖[13]、月湖[14]、千岛湖等地取得成功。金泽水库水域面积小，水力停留时间短，取水水质受流域影响大，库内藻类主要来源于外界，利用鲢鳙鱼滤食作用控制藻类具有一定的可行性，但需根据水库生态学特点，制定相应的鲢、鳙放养措施。

2 研究内容

2.1 金泽水库鱼类群落基本情况

金泽水库共调研到鱼类种类29种，根据食性可分为滤食性、肉食性、杂食性和草食性。由表1可知，四种食性类型在数量上变化较大，2017年肉食性鱼类数量最多，2018年滤食性鱼类数量最多，2019年杂食性鱼类数量最多；但从重量上看，滤食性鱼类占绝对优势，2017年—2019年滤食性鱼类重量占比分别为89.42%、89.64%和83.90%，这主要因为滤食性鱼类是鲢鱼和鳙鱼，体型较大；综合来看，滤食性鱼类相较于其他食性占据优势。

表1 金泽水库鱼类数量和重量百分比Tab.1 Number and Weight Percentage of Fishes in Jinze Reservoir

由图1可知，在2019年之前，李家荡与乌家荡之间设置了围网，由于围网的阻隔作用，2017年和2018年鱼群多集中在李家荡，仅有小部分鱼类可能从破损的围网中进入乌家荡。2019年，由于围网的拆除，鱼群明显向乌家荡移动聚集。

图1 金泽水库鱼群分布情况Fig.1 Fishes Distribution in Jinze Reservoir

2.2 鱼类管理措施

金泽水库自太浦河取水，太浦河连接太湖，近年来，东太湖TP浓度升高，藻密度也呈上升趋势[15]。因此，现阶段金泽水库面临的主要问题是太浦河来水营养盐含量高、藻密度大。在难以控制污染源的情况下，可以采取增加藻食生物的方式控制藻类水华，而鲢、鳙鱼是典型的滤食性鱼类，可直接滤食浮游植物和浮游动物。研究表明，要使鲢、鳙鱼发挥控藻作用，抑制藻类的繁殖，需确保水体中具有足够的鲢鳙鱼量[16]。由于鲢、鳙鱼自行繁殖需较高的流速(1.0～1.5 m/s)，在湖泊、水库中需人工投放鲢鳙鱼苗，其投放量应根据水体中供饵能力来确定[17]。

如果不大量移走鱼类，营养盐只是从湖泊的一个营养库暂时地转移到了另一个营养库，而这些营养盐的一部分肯定将再循环及被后续的光合生产再利用。鲢、鳙鱼生长速度快，易于捕捞，适时捕捞可从水体中去除大量营养盐。由表2可知，金泽水库鲢鱼从2龄长到3龄，体重增长最多，为673 g，体长增长了10.4 cm;同样的，鳙鱼也是从2龄长到3龄体重增长最多，为938 g，体长增长了7.2 cm。因此，金泽水库鲢、鳙鱼从2龄长到3龄，生长加速度最大，3龄以后体重增长减缓，对藻类的滤食率也比小于3龄的鱼类降低。金泽水库鲢鳙鱼3龄后可以开始捕捞，此时，鲢鱼平均规格为体长36.8 cm，体重约为1 100 g，鳙鱼平均规格为体长42.8 cm，体重约为2 800 g。

2019年12月前，水库鱼类捕捞采用的是分散式捕捞的方法，每月用丝网、地笼网的方式小规模捕捞，捕捞的鱼类数量少，规格参差不齐(表3)。2019年底在水库投放鲢鳙前进行了大规模捕捞，能够将超过生长拐点的鲢鳙集中捕捞上来，捕捞的效果得到提升，因此，集中捕捞是水库经过对比后改进的捕捞方式。

表2 金泽水库鲢、鳙鱼生长情况Tab.2 Growth of Silver Carp and Bighead Carp in Jinze Reservoir

表3 金泽水库鱼类捕捞情况Tab.3 Fisheries in Jinze Reservoir

2.3 水库藻密度变化情况

图2 金泽水库进出水藻密度Fig.2 Inlet and Outlet Algae Density in Jinze Reservoir

调查了2017年—2019年水库进水口和出水口的藻密度，结果如图2所示。金泽水库藻类属于外源输入型，藻类主要来自太浦河，进水口藻密度大。与进水口相比，除2018年，出水口藻密度呈下降趋势：出水口2017年和2019年下降比例分别为14.12%和27.71%；按3年的平均值来看，水库进水口藻密度为855.61万cells/L，出水口藻类密度786.05万cells/L，出水口藻密度较进水口总体下降了11.63%。根据研究，水库西北角和东岸是库区的高藻区域，由鱼群分布情况(图1)可知，鱼类聚集区域也主要是在水库高藻区域，这是因为滤食性鱼类会向藻类聚集区域移动滤食藻类，结合水库进出水藻密度变化情况，鲢、鳙鱼调控措施在控藻上起到了积极的作用，但是需物理、化学和生物技术(有益菌、水草、控藻鱼)的协同。

2.4 金泽水库生态变化

2.4.1 生物多样性

采用香农威尔指数(H)和均匀度指数(J)评估水库生物多样性。如表4和表5所示，出水口浮游植物与浮游动物生物多样性均高于进水口，浮游植物香农威尔指数3年平均提升了25%，均匀度指数提升了27%，浮游动物香农威尔指数3年平均提升了23%，均匀度指数提升了26%，说明金泽水库的各项调控措施能够提高生物多样性，且各物种的密度值分布更均匀。

表4 金泽水库浮游植物生物多样性Tab.4 Phytoplankton Biodiversity in Jinze Reservoir

表5 金泽水库浮游动物生物多样性Tab.5 Zooplankton Biodiversity in Jinze Reservoir

2.4.2 能量和生物量金字塔

由图3可知，金泽水库生态系统的能流主要在4个营养级之间流动，沉水植物、底栖藻类、浮游植物和碎屑完全占据营养级I；淡水寡毛类、水生昆虫和浮游动物完全占据营养级II，鲴鱼、鲢鱼、鳊鱼和一些其他鱼类主要占据了营养级II；所有鱼类均部分占据了营养级III；占据营养级IV的主要为鲌类(翘嘴红鲌)，少量鲶鱼、鳜鱼和长吻鮠也占据了营养级IV。由表6可知，除2017年，水库各营养级生物量的分布呈金字塔型，即占据底层营养级的生物其生物量最大，逐级依次减小。

图3 金泽水库营养级分布Fig.3 Trophic Level Distribution in Jinze Reservoir

表6 金泽水库各营养级生物量(单位：万kg)Tab.6 Biomass of Each Trophic Level in Jinze Reservoir (Unit:104 kg)

实施鱼类生物调控，大量放养的鲢、鳙鱼直接增加了金泽水库第II 营养级的生物量和在整个食物网中的比例，使得金泽水库中的小杂鱼生物量减少，而鲌类等生物量增加，各种鱼类的捕食者和食饵生态位重叠指数下降。各主要鱼类的相互作用中，鲢、鳙对鲌的促进作用增强，鲌对鲫、麦穗鱼和刀鲚等以及刀鲚对浮游动物的抑制作用减弱，鳙对浮游动物的抑制作用增强。这些影响，使金泽水库食物链结构更趋合理。

3 关键技术

3.1 水库生物资源调查

针对水生物种类组成、数量变动和生物生产力等方面进行调查和研究，掌握天然饵料生物和鱼类的年际变动情况，估算渔产潜力。

3.2 选择适当的鱼类

对于营养盐含量高、藻密度大的水体，在难以控制污染源的情况下，可以采取增加藻食生物的方式控制藻类水华，鲢、鳙是典型的滤食性鱼类，可直接滤食藻类，适用于金泽水库。为了确保放养鱼类的成活率，需对凶猛鱼类进行控制。凶猛鱼类控制后，可以考虑投放一部分鲴鱼类，能够加速水体营养物循环，从而净化水质[16]。

3.3 保持一定密度的鲢、鳙鱼生物量

要使鲢、鳙鱼发挥控藻作用，抑制藻类的繁殖，需确保水体中具有足够的鲢鳙鱼量[16]，一般鲢、鳙资源量需在渔产潜力的30%以上，在浅水水域以放养鲢鱼为主。根据目前金泽水库的渔产潜力、营养盐及藻类情况，至少需保留鲢、鳙鱼10万kg，鲢鳙放养比例为5∶1，放养规格约为300～500 g/尾。

3.4 定期捕捞鲢、鳙鱼，降低营养库存

鲢、鳙鱼生长速度快，易于捕捞，通过捕捞超过生长加速度最大值的鲢、鳙鱼，可从系统中移走大量营养盐。金泽水库鲢、鳙鱼从2龄长到3龄，生长加速度最大，3龄以后体重增长减缓，对藻类的滤食率降低。因此，金泽水库鲢、鳙鱼3龄后可以开始捕捞，此时鳙鱼类平均规格：体长为42.8 cm，体重约为2 800 g；鲢鱼类平均规格：体长为36.8 cm，体重约为1 100 g。