水體富營養(yǎng)化及生物防治措施

夏萌萌

摘 要 隨著全球工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，水體富營養(yǎng)化程度不斷加重，已成為一個急需解決的熱點問題。基于此，分析了富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因及危害，并從水生植物、水生動物、微生物3個方面綜述了具體的生物防治措施，旨在為生物防治在水體富營養(yǎng)化的運用提供借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞 富營養(yǎng)化;成因;危害;生物防治

中圖分類號：X52 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.23.089

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河流、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等，這種現(xiàn)象在海洋中被稱為赤潮或紅潮[1]。

近年來，世界各地水體的富營養(yǎng)化越來越嚴重，并且有逐年加劇的趨勢，造成了生態(tài)系統(tǒng)的失衡，這種現(xiàn)象在經(jīng)濟發(fā)達的國家或地區(qū)表現(xiàn)得更加明顯，水體富營養(yǎng)化已成為全球關(guān)注的重大環(huán)境問題之一。由于生物處理技術(shù)的環(huán)保性和經(jīng)濟性，用生物技術(shù)處理富營養(yǎng)化水體成為一個熱點問題。基于此，綜述了近年來國內(nèi)外研究中提出的生物處理措施。

1 水體富營養(yǎng)化的成因

藻類等浮游植物的生長與氮、磷的含量及其比例有關(guān)，但水體中氮和磷的含量高并不一定發(fā)生富營養(yǎng)化，只有在藻類大量繁殖的情況下才可能發(fā)生富營養(yǎng)化[2]。當?shù)⒘自颖葹?6∶1時[3]，一般認為是藻類等生長所需的最適條件，會導致藻類的暴發(fā)。

除了氮和磷，鐵和硅在富營養(yǎng)化的形成中也起一定作用。隨著鐵含量的升高，硝酸鹽還原酶活性加強，硝酸鹽-亞硝酸鹽型氮減少，從而降低富營養(yǎng)化的可能性[4]。水體中硅的含量決定水體中的優(yōu)勢生物，水體中氮硅、磷硅的比例降低，水體中的優(yōu)勢種為硅藻屬，發(fā)生富營養(yǎng)化的概率小[5]。

2 水體富營養(yǎng)化的危害

氮富集引起的浮游植物大量繁殖加劇了有機碳循環(huán)，并可能導致底棲水中氧的過度耗竭，這種缺氧條件可能對裸露的生態(tài)群落造成嚴重影響[6]。

臨水域區(qū)域的大多數(shù)經(jīng)濟來源于水產(chǎn)養(yǎng)殖，而富營養(yǎng)化會給水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來巨大損失，尤其是魚類和貝類的養(yǎng)殖[7]，嚴重影響了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

富營養(yǎng)化水體中的部分藻類會產(chǎn)生有毒的藻毒素，富集在生物鏈上，人類誤食這些攜帶毒素的水產(chǎn)后，會引起慢性中毒等癥狀。

3 水體富營養(yǎng)化的生物防治

目前，國內(nèi)外通用的處理水體富營養(yǎng)化技術(shù)主要包括物理法、化學法、物化法、生物法等。其中，化學法使用的藥劑劑量難以掌握，且容易造成二次污染;物理方法所需的能量和費用較高，且存在一些無法避免的弊端;生物法具有低能耗、廉價、易操作、無二次污染等優(yōu)點，有著較好的應用前景，使用生物修復技術(shù)是當前處理富營養(yǎng)化水體的熱門方法。

3.1 水生植物處理技術(shù)

含氮、磷的有機鹽在水體中長期滯留，極大地提高了水體發(fā)生富營養(yǎng)化的概率。水生植物處理技術(shù)可以很好地緩解這種情況，利用一些特定的水生植物，吸收轉(zhuǎn)化水體中的污染物，對這些植物進行人工打撈，可以起到降低水體中無機鹽含量的效果。Jiang等[8]以自然蘆葦和野生稻為材料，對太湖流域農(nóng)業(yè)面源污染物的去除能力進行了研究，以期找到緩解太湖富營養(yǎng)化的有效路徑。Fang等[9]評估了斑點叉尾鮰植物通過根和葉吸收NH4+和NO3-的能力，采用無創(chuàng)離子選擇性微電極技術(shù)測定NH4+和NO3-的通量，發(fā)現(xiàn)斑點叉尾鮰植物對緩解水體富營養(yǎng)化有著良好效果。Xian等[10]發(fā)現(xiàn)，螺旋藻不僅能夠降低水體富營養(yǎng)化程度，還能抑制藍綠藻的生長。

3.2 水生動物處理技術(shù)

根據(jù)食物鏈關(guān)系，引入可影響富營養(yǎng)化生物的其他生物，通過捕食等食物鏈關(guān)系來抑制富營養(yǎng)化生物。Takeda等[11]在發(fā)生富營養(yǎng)化的水體中放入濾食性動物，發(fā)現(xiàn)一種貽貝對4 μm以上的食物顆粒保存效果良好。這種貽貝的攝食能夠快速降低富營養(yǎng)化水體中的浮游植物數(shù)量，從而緩解水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象。2005年初，大量鰱魚被投入太湖中，圍網(wǎng)中的鰱魚對微囊藻生物量的控制高達38%，且大幅度降低了水體中的藻毒素含量[12]。原生動物在富營養(yǎng)化水體的修復中也起著重要作用，Elser等[13]觀察48 h內(nèi)原生動物對營養(yǎng)鹽的控制、浮游植物量和C、N、P的比值，發(fā)現(xiàn)原生動物的增加可以降低水體中浮游植物的濃度。

3.3 微生物修復技術(shù)

可利用原有或外來添加的微生物吸附和轉(zhuǎn)化富營養(yǎng)化水體中的污染物，實現(xiàn)對水體富營養(yǎng)化的控制。Jerkin等[14]從一種絲狀真菌中提取出了3種能夠抑制海洋微藻——杜氏藻生長的物質(zhì);Ellen等[15]發(fā)現(xiàn)浮游接根壺菌與美麗星桿藻之間有寄生關(guān)系，這種菌可寄生在美麗星桿藻中，抑制該藻類的生長，進而使這種藻類引起的水華消失。Zhang等[16]利用流式細胞儀檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)鏈霉菌JS01可以去除海水中的有害藻類，可作為一種有效的藻華控制材料。Fukami等[17]在一次由裸甲藻引起的赤潮水體中分離出一株黃桿菌，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)這株菌能夠利用赤潮生物G. Nagasakiense釋放的胞外有機碳源生長，并能抑制該生物的生長，從而降低水體發(fā)生富營養(yǎng)化的概率。

4 結(jié)論

1）我國工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，水體富營養(yǎng)化的問題日益突出。富營養(yǎng)化的處理只能緩解一時的問題，而最重要的措施應從根本上抓起，重點應該在防而不是治。因此，相關(guān)法律法規(guī)的制定尤其重要，要從源頭上減少富營養(yǎng)化的產(chǎn)生。

2）雖然氮磷的超標是引起水體富營養(yǎng)化的根本原因，但富營養(yǎng)化的情況多且復雜，針對不同的情況應采用不同的治理方法。

3）生物防治措施雖然有許多種，但大多數(shù)還處于實驗室階段，由于富營養(yǎng)化的復雜性、多變性以及實施所需的環(huán)境要求及成本，能夠真正實施的寥寥無幾。因此，研究者應更加深入地開展研究工作，發(fā)掘出生物法在水體富營養(yǎng)化處理中的潛力。