橋墩水庫夏季大面積藍藻水華成因分析

橋墩水庫夏季大面積藍藻水華成因分析

近幾十年來，中國進入了污染第二階段。換句話說，大多數(shù)湖泊、河流和當?shù)氐叵滤际艿降土椎奈廴?。湖泊和水庫富營養(yǎng)化，氧化嚴重。尤其是中國東部的主要湖泊（包括五個淡水湖），達到了中、富營養(yǎng)化的水平。此外，湖泊水質(zhì)、富營養(yǎng)化程度和范圍仍呈顯著惡化。特別是由于水源保護的湖泊和水庫水質(zhì)下降，藻類浪費嚴重，水華頻繁，80%的水華有毒。富營養(yǎng)化湖泊的白芽大規(guī)模爆發(fā)是湖泊水污染的難題。富營養(yǎng)化引起的水華藻類通常沉積在水面上，不僅會傳播魚泥，還會堵塞自來水管，嚴重威脅城市供水安全。同時，它也影響了景觀、旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖。治理水體富營養(yǎng)化,藍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)來控制面源污染一直是國際上的領(lǐng)域前沿和熱點問題之一.而內(nèi)源污染的治理方面已實踐過包括疏竣、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.我國環(huán)境遠景目標規(guī)劃把水污染控制作為主要實施內(nèi)容,并且到2010年解決主要流域的水體富營養(yǎng)化問題.因此,本文以我國東部浙江橋墩水庫為例,通過在實驗室和小水體多次模擬試驗的基礎(chǔ)上,研究利用改性明礬漿機械噴灑應(yīng)急除藻和增放濾食性魚類調(diào)控水質(zhì)的“理化治標”結(jié)合“生物治本”的措施,綜合治理水體的富營養(yǎng)化.1魚、完善的魚、完善的魚魚組橋墩水庫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,上游及庫區(qū)周圍有3個鄉(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的主要營養(yǎng)鹽來源,點源污染對水庫的影響較小.水庫正常庫容5121.0萬m3,平均水深16.02m.水庫漁業(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磷滯留庫內(nèi).水庫于1997年和1998年連續(xù)兩年發(fā)生大面積藍藻水華,嚴重威脅了整個蒼南縣城鎮(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)品改進而成,為白色細顆粒沉淀物,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攪拌后,經(jīng)消防泵直接噴向水面,由拖船帶動操作平臺在全庫范圍內(nèi)進行一次性掃描式遍灑,前后歷時3d,合計用量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,在水庫上、中、下游各設(shè)一個站點進行定期或不定期分層采樣.主要檢測的理化指標有: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;水生生物指標有:浮游植物、浮游動物和藍藻優(yōu)勢種的種類、數(shù)量和生物量等.野外采集及室內(nèi)分析方法參照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》.3結(jié)果3.1兩組ph值的變化對比改性明礬漿應(yīng)急除藻前(1998年8月)后(1998年10月)水體主要理化指標的變化(表2),可以發(fā)現(xiàn)明礬漿除藻對改善水質(zhì)產(chǎn)生了積極的影響.其中3個重要的富營養(yǎng)化評價指標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年各項水質(zhì)指標有不同程度的回升(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,各項理化指標又有了明顯的好轉(zhuǎn),透明度年平均值達到了3m以上,總氮比1998年8月同期下降61.1%,總磷下降59.4%.以李祚泳等方法計算的水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSIC)進行評價(圖1),水體富營養(yǎng)狀況已從治理前的中—富營養(yǎng)類型恢復(fù)到中—貧營養(yǎng)類型.3.2水生動物組成組成1997年7月橋墩水庫首次發(fā)現(xiàn)微囊藻(Microcystis)水華,最高藻類密度12550.0×104個/L,水華分布局限于少數(shù)庫區(qū).1998年4月水庫再次發(fā)生藍藻水華,水華遍及整個庫區(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月份水庫上、中、下游定點采集樣品分析表明:水庫浮游植物組成十分簡單,主要由藍藻門的銅綠微囊藻和水華微囊藻(M.flos-aquae)組成(表3),全庫平均藍藻密度達16220.5×104個/L,下游表層水樣中藍藻最高密度達23450.5×104個/L.15個定量水樣中僅檢出4門12屬16種藻類.水華發(fā)生期間,橋墩水庫的浮游動物主要由原生動物組成,其它浮游動物的數(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月間部分庫區(qū)再次發(fā)現(xiàn)藍藻水華,但面積和密度已遠遠不及1998年(表5).1999年底水庫鰱、鳙和銀魚現(xiàn)存量分別達2.5×104?kg、6.5×104?kg和0.75×104?kg.2000年8月,藍藻個體數(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年橋墩水庫連續(xù)兩年未出現(xiàn)藍藻水華,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物的絕對數(shù)量沒有明顯增加,但數(shù)量和生物量組成發(fā)生了一定的變化:原生動物的比例明顯下降,輪蟲和小型甲殼動物的比例上升(表4).定量檢測樣品中,輪蟲種數(shù)由原來的8種增加到11種,枝角類由原來的2種增加到5種.由此可見,橋墩水庫在外力影響下所發(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)和相互補償?shù)膭討B(tài)關(guān)系,整個水生生態(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,擴散速度快,能覆蓋整個水面并成層沉降等作用特點.試驗表明,各類水體中改性明礬漿對浮游藻類的去除率一般均能達到90%以上,特別在類似橋墩水庫那樣水深較大的水體,藍藻一經(jīng)吸附沉降,由于得不到光合作用所必需的足夠光照,細胞難以生長繁殖,種群數(shù)量能在短期內(nèi)得以控制.室內(nèi)模擬試驗表明,25×10-6的明礬漿用量在靜止狀態(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在以磷為限制因子的水體中,對控制浮游藻類的過度增殖更具積極意義.試驗同時表明,明礬漿pH值低,噴灑后能迅速有效地降低因水華藍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物的生存,沒有明顯的生態(tài)學(xué)風險.但明礬漿使用量大,通常表層水中的濃度達到20×10-6以上才有理想的除藻效果,大水面施工有一定難度;由有機碎屑、細菌、藻類和明礬漿等細顆粒組成的膠粘狀云團在風力或上下水層的對流中很容易再懸浮,并在細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到標本兼治的目的.4.2放養(yǎng)蘇氏原螯蝦的水華與釋放材料近年來,一些水庫在移植銀魚后不同程度地發(fā)生了藍藻水華,使人很容易將水華的發(fā)生與銀魚移植聯(lián)系起來.有人認為浮游動物食性魚類的增多,遏制了浮游動物的種群數(shù)量,從而減小了對浮游植物的捕食壓力,導(dǎo)致藍藻的瘋長.也有人認為浮游動物多以有機碎屑、細菌和小型藻類為食,難以直接利用微囊藻群體、水華束絲藻和螺旋魚腥藻(Anabaenaspiroides)等大型浮游藍藻,只能有限利用一些單細胞藍藻或藍藻藻殖段.鰱鳙魚對藍藻的濾食功能一直為許多學(xué)者所關(guān)注,我國武漢東湖藍藻水華的消失被認為與放養(yǎng)鰱鳙魚密切相關(guān).陳少蓮等曾就鰱鳙對微囊藻的消化利用做過專題研究,證明鰱鳙魚種對微囊藻干物質(zhì)的消化率分別為29.45%和26.07%.由于鰱鳙魚的濾食量大,水華藍藻通常成為它們的主要餌料.不過,根據(jù)作者調(diào)查,在放養(yǎng)過鰱鳙魚的富營養(yǎng)型水體中,有些水體不發(fā)生藍藻水華,有些則仍然出現(xiàn).因此,能否利用鰱鳙魚控制藍藻水華,有賴于人們對水體動、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,制定合理的鰱鳙魚放養(yǎng)時間和放養(yǎng)量非常重要.橋墩水庫藍藻水華的爆發(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物有關(guān),特別是為發(fā)展銀魚種群而對鰱鳙和麥穗魚(Pseudorasboraparva)等野生小雜魚進行的大強度捕撈,為藍藻的過度繁殖創(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,鰱鳙對藍藻的幼嫩態(tài)有更大的利用能力.形