生物操控技术在水库生态修复中的应用

贺海战， 马 超， 张清清， 惠 筠＊

（河南省水产科学研究院， 郑州 450044）

河南省共有各类型水库2355座。 其中大型水库27座，中型水库98座，其余为小型Ⅰ类、小型Ⅱ类水库，水面面积约1093 km2。 目前，由于水资源短缺，河南省大、中型水库除防洪、灌溉功能外，更为重要的是城市供水水源，社会影响很大。 大多数大、中型水库建成年代久远， 且年调节或多年调节的长期运行模式导致沉积物的淤积情况较为严重[1]。水库底部沉积物中的氮、磷、有机物、Fe、Mn、重金属等在厌氧环境条件下释放进入水体可能会引发一系列问题，如水体富营养化严重，夏、秋季引发藻类爆发；底部水体出现季节性缺氧或无氧状态；水质恶化，呈现出周期性的高强度污染等[1]。 另外，入库支流沿河废水与生活污水的排入，和沿线农业生产中农药、化肥等的流失，均会导致点源和面源的严重污染，使得库区水体中的氮、磷营养盐浓度升高，增大了水质保护的压力[2]。 若不采取有效措施加以控制，局部库湾水体将面临富营养化的风险， 进而引发突发性水库水质污染事件，可能严重威胁城市供水系统的安全[1,3]。 目前， 水库水质污染与富营养控制已成为当前城市饮用水领域重要的研究课题[1,3]。 生物操控技术是控制水体富营养化和生态恢复常用的技术之一， 可以通过补充完善污染水体中缺失的食物链， 来达到调整失衡生态、重建和稳定生态系统的目的[4,5]。

国外从20世纪80年代末期开始对上述问题进行研究，目前已有许多湖泊、水库通过生物操纵达到生态恢复和水质改善的案例。 国内则是在近几年才开始进行相关研究，尚未形成系统的研究成果，在水源水库水质污染控制技术方面更是处于起步阶段[1]。要保证城市供水安全， 就需采用科学的方法和技术来控制污染、改善水质，同时研发适应性强、效率高、见效快的控制技术与方法， 以期实现城市水源的可持续开发与利用[1]。因此，有序利用水体和渔业资源，增强其生态环境与生活服务功能， 是渔业工作者的重要任务。 本文从生物调控方面介绍水源地水库富营养化的控制方法，以其为实际工作提供参考。

1 水生植物操控修复技术

水生植物在生长过程中能有效吸收水体中氮、磷等营养物质，抑制浮游藻类的生长；且能拦截外源污染物，有效控制底泥中污染物的释放。 通过定期收获水生植物带走营养物质的方法对富营养化水体进行修复，具有成本低、能耗低、高净化效果等特点。

1.1 挺水植物

挺水植物中的黄菖蒲、石菖蒲、黑三棱和常绿水生鸢尾，对水体中TN的去除率能达到40%以上，对TP的去除率能达到50%以上[6]。 徐秀玲等通过研究香蒲、鸢尾、菖蒲在不同程度的富营养化水体中的生长状况和对氮磷的去除程度来判断对水体的修复效果[7]。 在高浓度下，挺水植物对水体TN的去除率为香蒲(74%)＞鸢尾(69%)＞菖蒲(54%)；对TP的去除率为鸢尾＞香蒲＞菖蒲， 且鸢尾的处理效果在70%及以上[6]。研究得出， 鸢尾对不同程度富营养化水体中TN、TP的去除效果都较为明显， 可以被广泛应用于富营养化水体修复领域[6,7]。

1.2 漂浮植物

在水体富营养化治理中应用最多的漂游植物是黄花水龙和风眼莲[6]。 夏季，黄花水龙对水体中TN的去除率可达60%，对TP的去除率达25%；冬季对TN、TP的去除率均能达到20%以上。 潘保原等对凤眼莲、水芙蓉和莲花竹对水体净化效果的研究表明，30 d后凤眼莲对TN、TP的去除率最高可达80%～90%左右，在三种漂浮植物中净化效果最好[8]。 凤眼莲不仅是一种理想的水体修复植物，还是重要的观赏植物，因此在处理富营养化水体中被广泛应用[8]。

1.3 沉水植物

对富营养化水体中N、P具有净化作用的沉水植物有苦草、黑藻、金鱼藻、伊乐藻、狐尾藻、菹草等[6,9]。金鱼藻和伊乐藻对富营养化水体的中氮、 磷的去除较为明显，可达60%以上；苦草、黑藻、狐尾藻、菹草对氮的去除率均达到40%以上， 对总磷的去除率达45%以上；其余沉水植物在20%以下[6,9]。 高镜清等研究了五种沉水植物对东湖富营养化水体的处理程度，其中金鱼藻春、夏的增长率分别达125%和55%以上，生长状况最好，且对TP的春、夏两季的去除率均达90%以上[10]。 研究表明，金鱼藻是一种较有前景的修复型沉水植物， 其对富营养化水体的营养源有明显的去除效果[6,10]。

2 水生动物操控修复技术

2.1 底栖动物操控修复技术

滤食性软体动物如三角帆蚌、珍珠贝，在滤水的过程中能迅速积累多种污染物，如重金属、营养盐、有机氯杀虫剂和碳氢化合物等[11]。 大型滤食性底栖动物如河蚌，对水体中有机颗粒的滤食效率较高，能在生长中大量摄食有害浮游植物， 从而直接降低水体中浮游植物的细胞密度； 河蚌代谢产生的排泄物可加速水体中有机颗粒的沉降, 快速提高水体透明度,增加下层水的溶解氧[12]。

2.2 鲢、鳙鱼操控修复技术

通过直接摄食大型藻类(如微囊藻等)，鲢、鳙能有效控制藻类生物量[13,14]。刘其根对千岛湖的研究表明， 在不控制外来污染源的前提下仅大量增加水体中的鲢、鳙，就可以成功预防千岛湖水华的再发生，同时可以改善多项水质指标(透明度、 叶绿素a、pH值、TP和COD 等)和控制该水源地的藻类生物量[15]。因此， 水源地水库的渔业发展模式应该在保护水质的前提下实施环境友好型的渔业发展模式[16]。 目前河南省水源地水库均采用每年对鲢、鳙鱼定时投放、定期捕捞，即“轮捕轮放”的渔业生产方式，利用鲢、鳙鱼的滤食来控制水库水体生态系统中浮游生物群落，达到改善修复水质的目的。

2.3 食鱼性鱼类操控修复技术

通过在水库中投放食鱼性鱼类（凶猛性鱼类）来减少水体中以浮游生物为食的鱼类， 从而增加浮游动物数量来遏制水体中的藻类生长， 以起到提高水体透明度的作用[16]。 因为浮游动物只能控制细菌和小型藻类等，因此这种操控技术有一定的局限性，所以应结合鲢、 鳙鱼操控技术来控制水体中的大型藻类（微囊藻）和丝状藻，达到修复水库水质的富营养化的目的[16]。

生物操纵技术在水源地水库中应用较广泛，对河南省富营养化水库治理有重要意义。 在实际工作中应首先对水库生态环境进行基础调查以了解水库水质状况和营养水平， 然后根据水库的富营养化程度有针对性的实施不同的生物操纵技术， 从而安全有效的防治水源地水库富营养化。 在应用过程中还可以采用水生植物种群维护和鲢、 鳙放养相结合的能有效保持水源地水库持续健康的发展[16]。