橋墩水庫(kù)夏季大面積藍(lán)藻水華成因分析

橋墩水庫(kù)夏季大面積藍(lán)藻水華成因分析

近幾十年來(lái)，中國(guó)進(jìn)入了污染第二階段。換句話說(shuō)，大多數(shù)湖泊、河流和當(dāng)?shù)氐叵滤际艿降土椎奈廴?。湖泊和水?kù)富營(yíng)養(yǎng)化，氧化嚴(yán)重。尤其是中國(guó)東部的主要湖泊（包括五個(gè)淡水湖），達(dá)到了中、富營(yíng)養(yǎng)化的水平。此外，湖泊水質(zhì)、富營(yíng)養(yǎng)化程度和范圍仍呈顯著惡化。特別是由于水源保護(hù)的湖泊和水庫(kù)水質(zhì)下降，藻類浪費(fèi)嚴(yán)重，水華頻繁，80%的水華有毒。富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的白芽大規(guī)模爆發(fā)是湖泊水污染的難題。富營(yíng)養(yǎng)化引起的水華藻類通常沉積在水面上，不僅會(huì)傳播魚泥，還會(huì)堵塞自來(lái)水管，嚴(yán)重威脅城市供水安全。同時(shí)，它也影響了景觀、旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。治理水體富營(yíng)養(yǎng)化,藍(lán)藻水華的控制和水體修復(fù)措施,主要包括外源污染物,特別是面源污染的截留、控制和內(nèi)源污染物的控制兩方面.其中,利用各種微景觀結(jié)構(gòu)來(lái)控制面源污染一直是國(guó)際上的領(lǐng)域前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題之一.而內(nèi)源污染的治理方面已實(shí)踐過(guò)包括疏竣、引流沖污、吸附沉淀和化學(xué)滅殺等多種理化方法,也采用了包括生物膜反應(yīng)器降解、投放微生物群制劑、移植高等水生植物、放養(yǎng)濾食性魚類等眾多生物方式.上述方法單一或聯(lián)合采用,已在一些湖泊取得成效.我國(guó)環(huán)境遠(yuǎn)景目標(biāo)規(guī)劃把水污染控制作為主要實(shí)施內(nèi)容,并且到2010年解決主要流域的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題.因此,本文以我國(guó)東部浙江橋墩水庫(kù)為例,通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室和小水體多次模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究利用改性明礬漿機(jī)械噴灑應(yīng)急除藻和增放濾食性魚類調(diào)控水質(zhì)的“理化治標(biāo)”結(jié)合“生物治本”的措施,綜合治理水體的富營(yíng)養(yǎng)化.1魚、完善的魚、完善的魚魚組橋墩水庫(kù)位于浙江南部蒼南縣境內(nèi),集雨面積138km2,流域內(nèi)植被良好,大部分為森林山地,上游及庫(kù)區(qū)周圍有3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主,農(nóng)業(yè)廢水及居民生活污水為水庫(kù)的主要營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)源,點(diǎn)源污染對(duì)水庫(kù)的影響較小.水庫(kù)正常庫(kù)容5121.0萬(wàn)m3,平均水深16.02m.水庫(kù)漁業(yè)一直以放養(yǎng)鳙魚(Aristichthysnobilis)為主,少量搭養(yǎng)鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix),鳙鰱比為9∶1.1997年8月至1998年8月,水體總氮濃度年平均值為0.649mg/L,最高值為1998年8月的2.61mg/L;總磷濃度年平均值為0.027mg/L,最高值為1998年4月的0.055mg/L,氮磷比約24∶1.上游主入水口總磷年平均值為0.041mg/L,下游主出水口年平均值為0.021mg/L,每年有近2500kg磷滯留庫(kù)內(nèi).水庫(kù)于1997年和1998年連續(xù)兩年發(fā)生大面積藍(lán)藻水華,嚴(yán)重威脅了整個(gè)蒼南縣城鎮(zhèn)居民的生活用水安全.2材料和方法2.1化學(xué)改性明不能噴覆料改性明礬漿系溫州礬礦明礬加工副產(chǎn)品改進(jìn)而成,為白色細(xì)顆粒沉淀物,其主要物理性能及化學(xué)成分如表1所示.1998年9月,在15m3定制攪拌罐內(nèi)分批分次將改性明礬漿加水?dāng)嚢韬?經(jīng)消防泵直接噴向水面,由拖船帶動(dòng)操作平臺(tái)在全庫(kù)范圍內(nèi)進(jìn)行一次性掃描式遍灑,前后歷時(shí)3d,合計(jì)用量10.2×104?kg,平均1m2水面38.8g.2.2平均尾重、尾重1998年12月至1999年3月放養(yǎng)鳙魚魚種2850kg,平均尾重18.5g;放養(yǎng)鰱魚魚種1500kg,平均尾重21.9g.每hm2水面平均放養(yǎng)鰱、鳙魚種1200尾,鰱鳙數(shù)量比為2.4∶1.2.3水質(zhì)、nh3-n、nh3-n、nh3-n、nh3-n、nh3-n、nh3-n、nh3-n1998年至2000年,在水庫(kù)上、中、下游各設(shè)一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行定期或不定期分層采樣.主要檢測(cè)的理化指標(biāo)有:水溫(WT)、透明度(SD)、pH、溶解氧(DO)、化學(xué)耗氧量(CODMn)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、硝態(tài)氮(NO-3-N)、亞硝態(tài)氮(NO-2-N)、總磷(TP)等;水生生物指標(biāo)有:浮游植物、浮游動(dòng)物和藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)種的種類、數(shù)量和生物量等.野外采集及室內(nèi)分析方法參照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》.3結(jié)果3.1兩組ph值的變化對(duì)比改性明礬漿應(yīng)急除藻前(1998年8月)后(1998年10月)水體主要理化指標(biāo)的變化(表2),可以發(fā)現(xiàn)明礬漿除藻對(duì)改善水質(zhì)產(chǎn)生了積極的影響.其中3個(gè)重要的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)SD、TN和TP在施藥后的一星期內(nèi)即發(fā)生了明顯效應(yīng),SD平均提高2.2m,TN平均下降77.9%,TP濃度在表水層下降57.4%,中下層則因上層沉降的混凝物存在而有所上升.由于緩解了藻類光合作用的影響,表層pH值下降,晝夜pH變幅從施藥前的6.3—8.9縮小到施藥后6.6—8.1;底層溶氧有明顯改善.1999年各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)有不同程度的回升(表2),可能與冬春季上下水層垂直流轉(zhuǎn),使積累在下層和沉積物間隙水中的營(yíng)養(yǎng)鹽類部分遷移到表水層有關(guān),但由于藻類密度較低,水體透明度保持了2m以上的理想水平.至2000年,隨著水體中各類生物的協(xié)調(diào)發(fā)展,各項(xiàng)理化指標(biāo)又有了明顯的好轉(zhuǎn),透明度年平均值達(dá)到了3m以上,總氮比1998年8月同期下降61.1%,總磷下降59.4%.以李祚泳等方法計(jì)算的水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSIC)進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖1),水體富營(yíng)養(yǎng)狀況已從治理前的中—富營(yíng)養(yǎng)類型恢復(fù)到中—貧營(yíng)養(yǎng)類型.3.2水生動(dòng)物組成組成1997年7月橋墩水庫(kù)首次發(fā)現(xiàn)微囊藻(Microcystis)水華,最高藻類密度12550.0×104個(gè)/L,水華分布局限于少數(shù)庫(kù)區(qū).1998年4月水庫(kù)再次發(fā)生藍(lán)藻水華,水華遍及整個(gè)庫(kù)區(qū),晴天能在水面形成數(shù)cm厚豆花狀藻膜.水體透明度由水華發(fā)生前的2.0～3.0m下降至0.3—0.9m.8月份水庫(kù)上、中、下游定點(diǎn)采集樣品分析表明:水庫(kù)浮游植物組成十分簡(jiǎn)單,主要由藍(lán)藻門的銅綠微囊藻和水華微囊藻(M.flos-aquae)組成(表3),全庫(kù)平均藍(lán)藻密度達(dá)16220.5×104個(gè)/L,下游表層水樣中藍(lán)藻最高密度達(dá)23450.5×104個(gè)/L.15個(gè)定量水樣中僅檢出4門12屬16種藻類.水華發(fā)生期間,橋墩水庫(kù)的浮游動(dòng)物主要由原生動(dòng)物組成,其它浮游動(dòng)物的數(shù)量和種類都比較貧乏(表4).1998年9月大面積噴灑明礬漿后,藍(lán)藻水華基本消失.同年年底和次年年初增放濾食性魚類后,7月至9月間部分庫(kù)區(qū)再次發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻水華,但面積和密度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及1998年(表5).1999年底水庫(kù)鰱、鳙和銀魚現(xiàn)存量分別達(dá)2.5×104?kg、6.5×104?kg和0.75×104?kg.2000年8月,藍(lán)藻個(gè)體數(shù)量比例從1998年的99.2%下降至31.5%,綠藻和硅藻的比例則從不足1%分別提高到26.1%和34.8%.2000年至2001年橋墩水庫(kù)連續(xù)兩年未出現(xiàn)藍(lán)藻水華,水體表觀質(zhì)量明顯提高.由于魚類捕食壓力的增加,治理后水體中浮游動(dòng)物的絕對(duì)數(shù)量沒(méi)有明顯增加,但數(shù)量和生物量組成發(fā)生了一定的變化:原生動(dòng)物的比例明顯下降,輪蟲和小型甲殼動(dòng)物的比例上升(表4).定量檢測(cè)樣品中,輪蟲種數(shù)由原來(lái)的8種增加到11種,枝角類由原來(lái)的2種增加到5種.由此可見(jiàn),橋墩水庫(kù)在外力影響下所發(fā)生的生態(tài)系統(tǒng)演替,使群落成分的多樣性和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有了明顯增加,系統(tǒng)內(nèi)部基本建立了相互協(xié)調(diào)和相互補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)關(guān)系,整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正在修復(fù).4討論4.1模擬試驗(yàn)降低總磷濃度采用改性明礬漿應(yīng)急除藻主要基于其吸附力強(qiáng),擴(kuò)散速度快,能覆蓋整個(gè)水面并成層沉降等作用特點(diǎn).試驗(yàn)表明,各類水體中改性明礬漿對(duì)浮游藻類的去除率一般均能達(dá)到90%以上,特別在類似橋墩水庫(kù)那樣水深較大的水體,藍(lán)藻一經(jīng)吸附沉降,由于得不到光合作用所必需的足夠光照,細(xì)胞難以生長(zhǎng)繁殖,種群數(shù)量能在短期內(nèi)得以控制.室內(nèi)模擬試驗(yàn)表明,25×10-6的明礬漿用量在靜止?fàn)顟B(tài)下能使水層中的總磷濃度下降69.7%—95.4%;在大水體應(yīng)用中,因風(fēng)浪和溶氧等多種因素的影響,總磷去除率高低不一,但除磷效果還是比較明顯的.明礬漿的這一作用特點(diǎn)在以磷為限制因子的水體中,對(duì)控制浮游藻類的過(guò)度增殖更具積極意義.試驗(yàn)同時(shí)表明,明礬漿pH值低,噴灑后能迅速有效地降低因水華藍(lán)藻光合作用而超常升高的水體pH值,使更多的近中性和偏酸性物種得以生存;而明礬漿成份中高比例的硅元素,也有利于硅藻的生長(zhǎng)與繁殖.與使用硫酸銅等傳統(tǒng)殺藻劑不同,明礬漿不直接威脅魚類和浮游動(dòng)物的生存,沒(méi)有明顯的生態(tài)學(xué)風(fēng)險(xiǎn).但明礬漿使用量大,通常表層水中的濃度達(dá)到20×10-6以上才有理想的除藻效果,大水面施工有一定難度;由有機(jī)碎屑、細(xì)菌、藻類和明礬漿等細(xì)顆粒組成的膠粘狀云團(tuán)在風(fēng)力或上下水層的對(duì)流中很容易再懸浮,并在細(xì)菌的作用下很快分解,重新參與水體的物質(zhì)循環(huán),因而使用明礬漿除藻難以達(dá)到標(biāo)本兼治的目的.4.2放養(yǎng)蘇氏原螯蝦的水華與釋放材料近年來(lái),一些水庫(kù)在移植銀魚后不同程度地發(fā)生了藍(lán)藻水華,使人很容易將水華的發(fā)生與銀魚移植聯(lián)系起來(lái).有人認(rèn)為浮游動(dòng)物食性魚類的增多,遏制了浮游動(dòng)物的種群數(shù)量,從而減小了對(duì)浮游植物的捕食壓力,導(dǎo)致藍(lán)藻的瘋長(zhǎng).也有人認(rèn)為浮游動(dòng)物多以有機(jī)碎屑、細(xì)菌和小型藻類為食,難以直接利用微囊藻群體、水華束絲藻和螺旋魚腥藻(Anabaenaspiroides)等大型浮游藍(lán)藻,只能有限利用一些單細(xì)胞藍(lán)藻或藍(lán)藻藻殖段.鰱鳙魚對(duì)藍(lán)藻的濾食功能一直為許多學(xué)者所關(guān)注,我國(guó)武漢東湖藍(lán)藻水華的消失被認(rèn)為與放養(yǎng)鰱鳙魚密切相關(guān).陳少蓮等曾就鰱鳙對(duì)微囊藻的消化利用做過(guò)專題研究,證明鰱鳙魚種對(duì)微囊藻干物質(zhì)的消化率分別為29.45%和26.07%.由于鰱鳙魚的濾食量大,水華藍(lán)藻通常成為它們的主要餌料.不過(guò),根據(jù)作者調(diào)查,在放養(yǎng)過(guò)鰱鳙魚的富營(yíng)養(yǎng)型水體中,有些水體不發(fā)生藍(lán)藻水華,有些則仍然出現(xiàn).因此,能否利用鰱鳙魚控制藍(lán)藻水華,有賴于人們對(duì)水體動(dòng)、植物群落結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的了解.其中,如何根據(jù)水體特點(diǎn),制定合理的鰱鳙魚放養(yǎng)時(shí)間和放養(yǎng)量非常重要.橋墩水庫(kù)藍(lán)藻水華的爆發(fā)基于其豐富的生源物質(zhì)外,可能與生物群落中缺少適量的食植性動(dòng)物有關(guān),特別是為發(fā)展銀魚種群而對(duì)鰱鳙和麥穗魚(Pseudorasboraparva)等野生小雜魚進(jìn)行的大強(qiáng)度捕撈,為藍(lán)藻的過(guò)度繁殖創(chuàng)造了條件.水體形成大面積水華后,再增加鰱鳙的濾食壓力,對(duì)生態(tài)的調(diào)節(jié)作用就明顯不及水華爆發(fā)以前.顯然,鰱鳙對(duì)藍(lán)藻的幼嫩態(tài)有更大的利用能力.形