“天然水體中有害藻類”環(huán)境綜合治理論文

1、天然水體中有害藻類”環(huán)境綜合治理論文文章簡(jiǎn)介：摘要：利用化感物質(zhì)抑制有害藻類是一種廉價(jià)、安全、高 效的方法。對(duì)化感作用抑藻機(jī)理，化感物質(zhì)施入方式等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的論 述。著重介紹了利用大麥秸稈進(jìn)行藻類控制的應(yīng)用和需注意的問題。并對(duì)利用 化感物質(zhì)進(jìn)行有害藻類控制研究的前景和重點(diǎn)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：植物化感 藻類抑藻機(jī)理富營(yíng)養(yǎng)化水體會(huì)導(dǎo)致藻類爆發(fā)性生長(zhǎng)，摘要：利用化感物質(zhì)抑 制有害藻類是一種廉價(jià)、安全、高效的方法。對(duì)化感作用抑藻機(jī)理，化感物質(zhì) 施入方式等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的論述。著重介紹了利用大麥秸稈進(jìn)行藻類控制 的應(yīng)用和需注意的問題。并對(duì)利用化感物質(zhì)進(jìn)行有害藻類控制研究的前景和重 點(diǎn)進(jìn)行了展望。

2、 關(guān)鍵詞：植物化感藻類抑藻機(jī)理富營(yíng)養(yǎng)化水體會(huì)導(dǎo)致藻類爆發(fā)性生長(zhǎng)，形成水華或赤潮。水華和赤潮 能耗盡水體中溶解氧，使水生動(dòng)物窒息而死，給水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來?yè)p失。很多藻類 能產(chǎn)生藻毒素，會(huì)使各種動(dòng)物中毒或通過食物鏈傳遞，威脅人類的健康。因此 如何有效控制有害藻類一直是人們關(guān)注的領(lǐng)域。目前湖內(nèi)藻類控制技術(shù)主要有 物理法、化學(xué)法和微生物抑藻、動(dòng)物捕食法等。但這些方法都在不同程度上存 在費(fèi)用高，產(chǎn)生生態(tài)危害，不易控制等缺點(diǎn)，因而限制丁它們的推廣。化感作 用和化感物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)為解決以上問題提供了一種可能的思路。在一個(gè)植物群落 里，植物和微生物通過釋放化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)或抑制其他個(gè)體或自體的現(xiàn)象稱為生 物化感作用 (Al

3、lelopathy) ”1 ，這些物質(zhì)稱為化感物質(zhì) (Allelochemical) 。 Allelopathy 一詞是 Mo1isch 于 1937 年提出的。化感作用廣泛存在于水生態(tài)系 統(tǒng)，加香蒲，水盾草，穗狀狐尾藻，金魚藻、荸薺、眼子菜、石龍尾、苦草、 埃格草、菹草、珊瑚藻等水生植物對(duì)特定藻類有化感作用 2,3 。水花生、水浮 蓮、滿江紅、紫萍、浮萍、西洋菜、水葫蘆、石菖蒲對(duì)藻類的抑制作用也有報(bào) 道 4,5 。利用大麥秸稈控制水體中有害藻類也有較深入的研究 6 。抑藻化感 物質(zhì)是水生植物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì) 1) ，一般只特定性地抑制某些 藻類的生長(zhǎng) 25 。同時(shí)化感物質(zhì)一般能在

4、自然條件下降解，不會(huì)在生態(tài)系統(tǒng) 中積累，生態(tài)安全性好 7 。因此，將化感物質(zhì)應(yīng)用于藻類控制具有良好的應(yīng)用 前景。 1 化感作用抑藻機(jī)理化感物質(zhì)的種類很多， Rice1 將其分為 14 類。此 外，按照化感物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)也可以分為 5 大類：脂肪族、芳香族、含氧雜環(huán) 化合物、類萜和含氮化合物。目前已從不同植物中分離到多種能抑制藻類生長(zhǎng) 的化感物質(zhì)。如從鳳眼蓮中分離出 3 種： N苯基 2萘胺，亞油酸，亞油酸 甘油酯引。其中， N苯基 2萘胺和亞油酸甘油酯對(duì)雷氏衣藻的抑制效果明 顯。狐尾藻中的抑藻物質(zhì)主要是五倍子酸 (桔酸)和焦桔酸 3 ，對(duì)銅綠微囊藻的 抑制作用明顯。大麥稈腐敗后釋放出的化感物質(zhì)

5、則包含了長(zhǎng)鏈脂肪酸、酚類、 酸類、醇類等 8 ，9 。化感物質(zhì)可以通過多種方式抑制藻細(xì)胞的分裂，從而減 少藻細(xì)胞數(shù)量。對(duì)化感物質(zhì)抑制藻類生長(zhǎng)的機(jī)理研究較少，且沒有統(tǒng)一的結(jié) 論，但不同的研究者根據(jù)自己的試驗(yàn)得到了一些初步結(jié)果。從目前的報(bào)道看， 化感物質(zhì)抑制藻類生長(zhǎng)可能的途徑主要如下。 11 破壞葉綠素葉綠素是光合作 用的場(chǎng)所。有些化感物質(zhì)通過破壞藻類的葉綠素，減少藻類的同化產(chǎn)物，從而 抑制藻類的生長(zhǎng)。鳳眼蓮根系附著的藻細(xì)胞中葉綠素 a 的含量明顯下降，而其 降解產(chǎn)物脫鎂葉綠素 a 酸酯的含量升高。 Hagmann和 Srivastava 從側(cè)生藻中分 離出的側(cè)生藻素 A 對(duì)藻類和其他光合自養(yǎng)微生

6、物具有強(qiáng)抑制作用，能抑制光合 系統(tǒng)，具體表現(xiàn)在：影響 QA-再氧化速率，初級(jí)光能捕獲，使 PS活性中心 失活，使單元結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)中分離 10,11 。12 破壞細(xì)胞膜化感物質(zhì)能降低細(xì) 胞膜的完整性，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)大量滲出，滲出液的電導(dǎo)率增加 12,13 ?；形?質(zhì)處理 24h 后滲出液的電導(dǎo)率與化感物質(zhì)的濃度線性相關(guān)。經(jīng)不同的化感物質(zhì) 處理后，酵母菌、甜菜、玉米等都出現(xiàn)細(xì)胞膜透性增加， K+流失的現(xiàn)象 1 。 13 影響某些酶的活性化感作用能影響生物體的酶活性，由于酶的特性不同， 化感物質(zhì)能提高某些酶的活性，卻能抑制另外一些酶的活性 1 。單寧能抑制纖 維素酶活性，從而延緩纖維素和半纖維素的降解

7、?；形镔|(zhì)對(duì)植物過氧化物酶 (POD)、超氧化物歧化酶 (SOD)等抗性酶的影響報(bào)道較少 1 。Friebec14 也發(fā) 現(xiàn)化感物質(zhì)能影響細(xì)胞膜 ATP酶的活性。 2 抑藻化感物質(zhì)施人水體的方式化感 物質(zhì)是植物產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)，可以通過多種方式釋放進(jìn)入環(huán)境中，如：揮 發(fā)、根際滲出、雨霧濾出、植物組織腐敗后釋放等 5,15,16 。水生植物的化感 物質(zhì)也可以通過這些方式進(jìn)入水體，從而產(chǎn)生對(duì)藻類的抑制作用。本節(jié)著重介 紹植物化感物質(zhì)人工施入水體的方式，以指導(dǎo)利用化感作用進(jìn)行有害藻類的控 制。21 水生植物的活體栽培活的植物體可以通過各種方式向水體中釋放化感 物質(zhì)，這在許多研究中已經(jīng)得到證實(shí) 2,

8、3,5,9 。鳳眼蓮、狐尾藻等水生植物通 過葉片、根系等釋放的化感物能較顯著抑制藻類的生長(zhǎng)。在合適的水體中栽培 某些水生植物，能在一定程度上滿足抑制藻類生長(zhǎng)的需要。但是許多嚴(yán)重富營(yíng) 養(yǎng)化的水體不適合水生植物的生長(zhǎng)，或者在藻類已經(jīng)爆發(fā)的水體中水生植物也 不能存活。另外，這種方法還受季節(jié)的影響，抑制藻類時(shí)效性差，栽培植物后 需要較長(zhǎng)時(shí)間才能產(chǎn)生明顯的抑藻效果。 22 干植物體施入水體收獲后干燥的 植物體仍具有釋放化感物質(zhì)的潛能。將干燥的植物體投放到水體中，植物組織 腐敗后，向水體中釋放出化感物質(zhì)，從而抑制藻類的生長(zhǎng)。向水體中投加大麥 稈，經(jīng)過幾周后可以起到明顯的抑藻效果 17,18 。但是對(duì)這種方

9、法有人持有不 同的看法：麥稈的施入必將增加水體中的有機(jī)物含量，會(huì)加重水體的富營(yíng)養(yǎng)化 程度，使水質(zhì)惡化。 23 提取出化感物質(zhì)后投入水體抑制藻類不同的研究者已 經(jīng)從水生植物中分離得到多種具有抑藻活性的化感物質(zhì)，但在自然水體中的應(yīng) 用仍未見報(bào)道。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)有化感物質(zhì)作為除草劑應(yīng)用的報(bào)道。向水體 投加化感物質(zhì)抑藻比前兩種施入方式具有快速，易控制，生態(tài)危害小等優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)，化感物質(zhì)的抑藻效果較好 3,19 ，是一種有前景的方法。 3 化感作用抑 制藻類應(yīng)用實(shí)例利用化感作用抑制有害藻類的國(guó)內(nèi)外研究均處在起步階段，尤 其是在自然水體中的應(yīng)用研究還很缺乏。美國(guó)水生植物管理中心開發(fā)了一種新 的控制藻類的

10、方法，即利用大麥秸稈直接投入水體抑制藻類，這也是目前為止 最為成功的利用化感作用控制藻類的應(yīng)用實(shí)例 6,16,17 。這種方法在世界上很 多國(guó)家經(jīng)過大范圍測(cè)試，證明在大多數(shù)情況下是成功的，而且沒有副作用 17 。它提供了一種廉價(jià)而且環(huán)境上易接受的控藻方法，可行水體面積小至花 園水池大至大型水庫(kù)、溪流、河流以及湖泊。大麥稈的提取物也具有很強(qiáng)的抑 藻作用，證實(shí)了化感物質(zhì)是存在于麥稈中而不是在麥稈腐敗過程中產(chǎn)生的新物 質(zhì) 9 。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)踐證明有很多基本原則需要遵守以保證麥稈成 功發(fā)揮作用。以下為如何最適宜地利用麥稈的建議。 31 麥稈的作用機(jī)理大麥 麥稈放進(jìn)水中后，開始腐爛，抑制藻類生

11、長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)釋放出來。腐解過程的 長(zhǎng)短受溫度影響，一般要 18 周，夏天比冬天快。腐解初始階段并不能抑制藻 類生長(zhǎng)。一定時(shí)間后，化感物質(zhì)才開始釋放出來，顯示出抑藻活性，這種活性 保持 46 個(gè)月，之后很快降低。在水體中加入麥稈后，主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階 段：當(dāng)麥稈剛放進(jìn)水中時(shí)，麥稈中可溶成分被洗出，使水變成棕色。細(xì)菌是這個(gè)階段的優(yōu)勢(shì)微生物體；大約兩周后，優(yōu)勢(shì)微生物體變成真菌。這時(shí)木質(zhì) 素和別的細(xì)胞壁成分開始降解；當(dāng)麥稈腐解時(shí)，細(xì)胞壁成分以不同的速率分 解，產(chǎn)生的某些物質(zhì)轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)，同時(shí)釋放出化感物質(zhì) 16 ；在陽光作用 下，腐殖質(zhì)與溶解氧作用，產(chǎn)生過氧化氫。這可能是殺滅藻類的原因之一。已 有試驗(yàn)

12、證明持續(xù)低濃度的過氧化氫對(duì)藻類具有和麥稈類似的抑制作用。32 麥稈的應(yīng)用方式麥稈的用量受水體深度影響很小，只受水面面積限制，一般用量 為 25g m2。應(yīng)用麥稈的最佳方式因水體規(guī)模和類型的不同而各異。以下是針 對(duì)不同類型水體的最合適方法的建議。 321 快速流動(dòng)的河流和溪流由于水 的流動(dòng)可以保持足夠高的氧水平以防麥稈厭氧分解，麥稈可以采用捆的形式， 最好使用小捆 （ 大約 20kg） 。麥稈捆應(yīng)用網(wǎng)線或金屬絲纏起來，然后安全地錨固 到岸邊或河床上的柱子上。 322 緩慢流動(dòng)的河流麥稈可以采用松散的形 式，放在金屬筐里或做成麥稈腸的形式。這樣可增加分解點(diǎn)氧的擴(kuò)散，從而加 速分解進(jìn)程。 3 2 3

13、 花園池塘在靜態(tài)或很慢的流水中，麥稈不宜采用捆的形 式，而更宜采用放在某種網(wǎng)或籠內(nèi)的松散形式。在只需少量麥稈的小型花園池 塘里，麥稈可以放進(jìn)網(wǎng)袋、尼龍長(zhǎng)襪或以細(xì)繩簡(jiǎn)單地扎成一捆，將其捆綁在石 頭或磚塊做成的錨上，扔進(jìn)池塘即可。 324 大型池塘湖泊和水庫(kù)這類水體 需要更大量的麥稈。麥稈可以用管狀網(wǎng)包裝，做成類似香腸的長(zhǎng)段?？梢宰龅?20m長(zhǎng)，含有 50kg 的麥稈。麥稈腸的長(zhǎng)度和尺寸是由水體的規(guī)模和類型決定 的。最好在網(wǎng)中加入一些漂浮材料以保證麥稈浸滿水時(shí)仍可停在水面附近。 3 3 麥稈的投放地點(diǎn)在水體中采用多個(gè)小型的麥稈捆往往比一個(gè)大的好。將麥 稈放在水流劇烈的水面附近，會(huì)發(fā)揮出最好的抑藻作

14、用。因?yàn)檫@樣可以使麥稈 充分氧化，同時(shí)幫助抑藻物質(zhì)的分配。而且，這樣可以保證化感物質(zhì)在大多數(shù) 藻類生長(zhǎng)的地方產(chǎn)生，遠(yuǎn)離可使化感物質(zhì)失活的底泥。在水體中投放麥稈時(shí)， 應(yīng)該考慮如下因素。 331 小池塘在只需要一個(gè)麥稈網(wǎng)的小池塘里，這個(gè)網(wǎng) 應(yīng)該放在池塘中央。然而，如果該水體有一個(gè)進(jìn)水口，如溪流或噴泉，麥稈網(wǎng) 應(yīng)該放在有連續(xù)的水流浸過麥稈的地方。這將幫助麥稈氧化，使化學(xué)物質(zhì)分散 到池塘的各個(gè)地方。 332 湖泊和水庫(kù)在一些靜態(tài)水體，可以假定抑藻物質(zhì) 將從麥稈網(wǎng)向各個(gè)方向擴(kuò)散，逐漸被藻類吸收，最終被泥漿吸附失活。超出這 個(gè)范圍，藻類生長(zhǎng)就不能受抑制，這些不受抑制的藻類逐漸擴(kuò)散到處理過的區(qū) 域，造成麥稈

15、沒有發(fā)揮作用的印象。 333 河流和溪流從最大利用麥稈的觀 點(diǎn)出發(fā)，最好是將麥稈作為橫穿水流的一道屏障。麥稈捆、麥稈網(wǎng)或金屬筐也 可以成對(duì)地放在兩岸。在快速流動(dòng)的溪流里，幾乎沒有泥漿吸附化感物質(zhì)，麥 稈網(wǎng)之間的距離可以長(zhǎng)達(dá) 100m（如果是只放一邊采用 50m），但是在緩慢流動(dòng)而 且多泥的河道，這個(gè)距離應(yīng)該降到不超過 30m。34 麥稈的投放時(shí)間盡管麥稈 可以在一年中的任何時(shí)候投放，但是在藻類生長(zhǎng)開始前投放效果要好得多。這 是因?yàn)辂湺掅尫懦龅囊衷逦镔|(zhì)抑制藻類生長(zhǎng)往往比殺死現(xiàn)有藻類更有效。因 此，麥稈最好在春季和秋季投放，這時(shí)水溫還很低。麥稈將在一個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生活 性，持續(xù)抑制藻類生長(zhǎng)約 6 個(gè)月。

16、然而，一旦麥稈腐解完畢，藻類將會(huì)很快生 長(zhǎng)，所以每隔 46 個(gè)月需要再次投加麥稈。必須注意到，麥稈腐解的速率是很 不一樣的，需要對(duì)麥稈進(jìn)行定期觀察以便需要時(shí)在 6 個(gè)月期末前加入新鮮麥 稈。4 問題與展望抑藻化感作用的研究為有效控制有害藻類的爆發(fā)提供了一種 前景方法。這種方法具有的生態(tài)安全性好，快速高效等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起人們的重 視。但是，作為一種仍處于研究階段的抑藻方法，還存在許多問題需要解決： （1） 雖然已經(jīng)分離到多種具有抑藻活性的化感物質(zhì)，但這些物質(zhì)在植物組織中的含量一般較小，要工業(yè)化生產(chǎn)并在實(shí)際中應(yīng)用仍存在困難。因此尋找含量豐 富，抑藻效果好的化感物質(zhì)，或者人工合成具有活性的化感物質(zhì)是今

17、后研究的 重點(diǎn)之一。 (2) 目前對(duì)化感作用的機(jī)理研究還不夠充分。對(duì)化感作用機(jī)理的深入 了解，必將對(duì)尋找高效、安全的化感物質(zhì)提供理論依據(jù)。 (3) 利用化感作用抑制 藻類的工程應(yīng)用也是將來研究的重點(diǎn)之一?，F(xiàn)有的研究主要集中在麥稈的應(yīng)用 上，但對(duì)這種方法可能引起的生態(tài)危害人們?nèi)源嬖诓煌目捶?。只有解決了生 態(tài)安全性問題才能將這種方法推廣使用。 參考文獻(xiàn) 1RiceEL.Allelopathy.2nded.London:AcademicPress,19842NakaiS,InoueY,Hos omiM,etal.Growthinhibitionofblue- greenalgaebyallelop

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