CN111285468A - 一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，包括以下步骤：（1）在需要治理的水域用生态多孔基质种植大型水生维管束植物，通过种植多种水生植物构建“水下森林”；（2）在需要治理的水域采用原位围隔法投放先锋种群，补充受损湖泊的浮游动物种群。本发明是利用生态系统食物链关键类群——大型牧食性浮游动物的新型生物操控技术，利用食物链的“上行”效应和“下行”效应，避免了传统技术的二次污染问题，充分考虑到水体修复的长效性和生态系统自净能力的恢复，能有效、安全地治理富营养化和蓝藻水华的水体。大型牧食性浮游动物的培养简单，使用空间小，同时具备大规模生产的能力，达到经济、高效的目的。

Description

一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法

技术领域

本发明属于湖泊生态治理技术领域，具体涉及一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，适用于浅水型湖泊（包括城市内景观湖泊、池塘，以及天然浅水湖）的富营养化及蓝藻水华控制。

背景技术

水体富营养化是人类活动导致的过量的氮、磷等营养物质输入到湖泊、河流、水库等水体，造成的水质污染现象。主要表现为藻类的大量繁殖，因占优势的藻类的不同，水面呈现出蓝色、红色、棕色等不同颜色，成为藻类“水华”。水体富营养化与总磷、总氮的浓度以及氮、磷浓度的比值密切相关。总磷、总氮、叶绿素a、透明度是评价水体富营养程度的重要指标。1992年，国际经济合作与发展组织提出的水体富营养化的指标为：平均总磷浓度大于0.035 mg/L；平均叶绿素浓度大于0.008 mg/L；平均透明度小于3 m。

水生生态系统是水生生物与其生存环境的结构与功能的统一体。生态系统通过食物链来完成物质与能量的传递和利用。“上行”效应（bottom-up）是指食物链中较低营养阶层的密度、生物量等（资源限制）决定较高营养阶层的种群结构；“下行”效应（top-down）是较高营养阶层的密度、生物量等（捕食压力）决定较低营养阶层的种群结构。浮游动物是水生生态系统，特别是湖泊生态系统食物链的“上行”效应和“下行”效应的中间环节，也是最关键的一环。水体富营养化及其引发的蓝藻水华打破了浮游动物作为中间调节者的稳定状态，使食物链中间环节衰减或缺失，从而导致生态系统的自我调控、自我修复能力的丧失。本发明立足于健康的生态系统具有完整的食物链组成和稳定的食物网结构的理论基础，通过提供特殊稳定的基质以利于种植大型水生植物，提高水生植物的多样性和生物量和原位围隔阻止牧食性鱼类对浮动动物捕食的手段，保障水生植物“上行”效应和浮游动物“下行”效应的通畅。水生植物的食物链“上行”效应，保障“中间环节”的浮游动物的取食、繁殖，从而改善浮游动物的种群结构。同时，种植的水生植物还能移除富营养化水体及沉积物中营养物质，本发明提供的生态多孔基质具有多孔性和良好的吸附性能，可有效改善水质和水生生物生存环境。此外，通过人工补充和原位繁殖大型牧食性浮游动物，利用其“下行”效应来控制藻类密度，同时提高水生态系统物质和能量循环的连通性，从而达到全面、稳定地控制湖泊水体富营养化的目的。

发明内容

本发明针对我国目前日益严峻的富营养化和蓝藻水华问题，提出一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法。以生态系统食物链理论和生态操控理论为指导，综合了生态多孔基质设计技术、生物操控技术、原位修复技术和生态系统自我修复性等多项关键技术以控制湖泊生态系统富营养化及蓝藻水华为治理目的的共性关键技术。

具体的原理为：1）提供生态多孔基质种植水生植物，为浮游动物提供生存场所，2）利用原位围隔法在需要治理的水域人工投放大型牧食性浮游动物（大型溞），实现在围隔内的自我繁殖，以避免牧食性鱼类的捕食以及通过人工投放先锋种群的方法补充受损湖泊的浮游动物种群，达到以大型牧食性浮游动物控藻的效果。

本发明采用的技术方案：

一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，包括以下步骤：

（1）在需要治理的水域用生态多孔基质种植大型水生维管束植物，通过种植多种水生植物构建“水下森林”；

（2）在需要治理的水域采用原位围隔法投放先锋种群，补充受损湖泊的浮游动物种群。

其中，所述的生态多孔基质成分组成：

作为主体的混凝土模块、砂砾和石块、土壤基质；

作为软性骨料的植物纤维；

作为团粒剂的锯末；

作为天然有机肥料的泥炭土；

质量比例为：主体：软性骨料：团粒剂：天然有机肥料为7：1：1.5：0.5；

其中主体的质量配比为，混凝土模块：砂砾和石块：土壤基质为4：1.5：4.5。

特殊稳定的基质是为种植大型水生维管束植物提供的生态多孔基质，这种基质由生态混凝土、软性骨料、团粒剂和有机肥配成。生态多孔基质的设计基于灵活性和实用性的原则，兼具环保性和坚固性的特性，使基质用后能稳固水体底质及岸坡，便于水生大型维管植物生长，并具有良好的吸附污染物的作用。具体做法就是利用高强度黏结剂把粒径较大的骨料稳固成型，利用粗骨料间孔隙存储能使植物生长的基质，通过播种或其他手段使得多种植物在较坚固粗骨料混凝土的基质层上生长。成基质的材料均选取低碱性材料，对水利工程无害。采用粒径较大的粗骨料，浇筑成不同厚度（10~40cm）的骨料层，在最大程度保证骨料间孔隙度保持在20~30%之间，使得骨料层更适合植物生长要求。

所述的先锋种群为大型牧食性浮游动物为Daphnia，溞属。

所述的大型牧食性浮游动物人工投放的时间：北方地区选择在5~6月投放，南方地区选择在3~4月和11~12月投放，这些时期水体中浮游动物以枝角类为优势类群，为大型牧食性浮游动物的活跃时期，一天内的投放时间选择上午8：00～10：00。

投放的位置：浅水型湖泊的湖岸与湖心之间1/3～1/2处，距离湖面30～60cm处投放，以避开鱼类捕食。

投放密度：每隔一周投放一次，连续投放2个月，视情况增加投放次数2~3次，最终达到密度为每方水50~70头。

进一步的，具体方法为：在靠近湖岸、水深不超过3m的区域，设置10～20个围隔，围隔的规格为5m长×5m宽×具体水深，围隔由生态网膜和5m的不锈钢支架围成，生态网膜与不锈钢支架之间以尼龙绳将网膜的边缘与不锈钢支架上的孔连接，用于拦截鱼类；

在围隔底部铺设生态多孔基质，基质上种植水生植物，水生植物种植密度为20～40株/m²；

围隔内繁殖大型牧食性浮游动物Daphnia溞属，每个围隔投放30000 ～50000 头Daphnia，每隔20天投放一次，视水体情况而定，围隔繁殖周期为2～2.5个月。

本发明提供特殊稳定的基质以利于种植大型水生维管束植物，通过水生植物的食物链“上行”效应来保障浮游动物的生存；通过补充大型牧食性浮游动物，利用浮游动物的食物链“下行”效应来控制藻类密度，同时完善湖泊生态系统的生物群落结构，从而达到全面控制水体富营养化的目的。其中大型浮游动物的补充包括原位增殖技术及先锋种群引入技术。

通过补充大型牧食性浮游动物，利用其“下行”效应来控制藻类密度的技术原理为生物操控理论，即通过对水生生物类群的调控，以增强食物链中某些环节的相互作用，最终达到控制浮游植物的目的。目前国内已经形成以放养滤食性鲤科鱼类作为一种生物操纵的常用措施来降低水体有害浮游植物的生物量。但是,滤食性鱼类在滤食浮游植物的同时也摄食浮游动物，导致浮游动物群落结构小型化，并削弱浮游动物对浮游植物的控制能力。例如，近年来广东省普遍通过放养滤食性鲤科鱼类，但放养密度过高，鲢、鳙放养比例不合理，导致了水库单位面积承载的浮游植物生物量明显高于温带和其他热带地区。因此，总结前人的经验，我国富营养化水体的生物操控的对象应当主要为鱼类，特别是以浮游动物为食物的鱼类，其核心是以增加大型牧食性浮游动物Daphnia（溞属）的种群密度。

经典的生物操控技术是通过控制捕食者（鱼类）的种类组成和密度来促进牧食效率高的大型牧食性浮游动物，特别是枝角类中Daphnia的种群发展，进而降低浮游植物生物量，改善水质，提高水体的透明度。本发明在经典的生物操控理论基础上进行改良和创新，技术核心是通过直接手段来提高大型牧食性浮游动物的多样性和密度，达到全面控制水体有害藻类的目的，即新型的生物操控技术（食物链/网操纵）。具体方法为：通过人工投放和原位基质促进浮游动物增殖。即：1）人工投放浮游动物的先锋种群；2）通过原位围隔法，一方面阻挡浮游动物的捕食者（鱼类），排除浮游动物繁殖的不利因素，另一方面辅以生态多孔基质，在围隔内种植水生植物以满足浮游动物大量繁殖的场所条件，保障浮游动物的繁殖效率。同时原位围隔还避免了草食性性鱼类对沉水植物的破坏，充分发挥了沉水植物净化水质的功效。

本发明具有的技术效果为：

（1）本发明是利用生态系统食物链关键类群——大型牧食性浮游动物的新型生物操控技术。

（2）该技术利用食物链的“上行”效应和“下行”效应，避免了传统技术的二次污染问题，充分考虑到水体修复的长效性和生态系统自净能力的恢复，能有效、安全地治理富营养化和蓝藻水华的水体。

（3）大型牧食性浮游动物的培养简单，使用空间小，同时具备大规模生产的能力，达到经济、高效的目的。

（4）新型生物操控技术是蓝藻控制的长效性和低成本投入的完美结合，同时包含浮游动物的原位增值技术与人工投放的协调配合，达到控制的全面性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的原位围隔法示意图和围隔结构图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

生态系统在没有人工辅助的状况下，恢复水生植被是一个漫长的过程，一般需要10~15年的时间。本发明通过提供特殊基质——生态多孔基质，人工种植水生植物，在尽可能短的时间内完成水生植被恢复的过程，为大型牧食性浮游动物的定殖提供场所，为富营养化水体提供有效的修复技术和产品。

具体实施方案为：

首先，湖泊水体及现场实地调查，通过本土浮游动物种群的采样，确定投放先锋种群为大型牧食性浮游动物Daphnia（溞属）的某一特定种群；进行浮游动物活体采集并保存在盛水的透明容器中，确保容器中水体含氧量>5mg/L；在体视镜下筛选和分离健康的浮游动物个体，挑选先锋种群的个体作为培养对象，进行先锋种群的驯化和扩大化培养；收获先锋种群并投放至需要治理的湖泊特定区域；

其次，原位围隔法方案为：在靠近湖岸、水深不超过3m的区域设置10～20个由生态网膜围成的围隔，如图1所示，，围隔的规格为5m（长）×5m（宽）×具体水深（高）。围隔由生态网膜1（聚乙烯网，网孔40目）和5m的不锈钢支架2围成，生态网膜1与不锈钢支架2之间以尼龙绳连接，连接处为生态网膜1的边缘和不锈钢支架2上的孔3（孔距10cm），围上生态网膜1的目的是拦截鱼类。在围隔底部铺设生态多孔基质4，生态多孔基质4上种植水生植物5，水生植物5种植密度为20～40株/m²。围隔内原位繁大型牧食性浮游动物Daphnia（溞属）6，每个围隔投放 30000～50000 头Daphnia，每隔20天投放一次，视水体情况而定，一般围隔繁殖周期为2～2.5个月就可以达到较大繁殖密度，（围隔中，约每升水中含有50~70 头Daphnia）。保障其对藻类的控制力。

通过水生植物和浮游动物的协同作用，以及利用食物链的连通性和“上行”效应和“下行”效应，去除导致水体富营养化的过量营养盐以及控制藻类密度，最终达到防治蓝藻水华的目的，此法具有稳定性和长效性的特点。

本发明由于设置了浮游动物的原位增殖技术，这种原位围隔法需要以种植的水生植物为浮游动物提供优良的生活场所和觅食空间，由于需要保障水生植物生长所需的光照，水深一般要控制在3 m以内，因此，此法在浅水型湖泊中更为适用。

Claims (7)

1.一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，包括以下步骤：

（1）在需要治理的水域用生态多孔基质种植大型水生维管束植物，通过种植多种水生植物构建“水下森林”；

（2）在需要治理的水域采用原位围隔法投放先锋种群，补充受损湖泊的浮游动物种群。

2.根据权利要求1所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于：所述的生态多孔基质成分组成：

作为主体的混凝土模块、砂砾和石块、土壤基质；

作为软性骨料的植物纤维；

作为团粒剂的锯末；

作为天然有机肥料的泥炭土；

质量比例为：主体：软性骨料：团粒剂：天然有机肥料为7：1：1.5：0.5；

其中主体的质量配比为，混凝土模块：砂砾和石块：土壤基质为4：1.5：4.5。

3.根据权利要求1所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，所述的先锋种群为大型牧食性浮游动物为Daphnia，溞属。

4.根据权利要求3所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，所述的大型牧食性浮游动物人工投放的时间：北方地区选择在5~6月投放，南方地区选择在3~4月和11~12月投放，这些时期水体中浮游动物以枝角类为优势类群，为大型牧食性浮游动物的活跃时期，一天内的投放时间选择上午8：00～10：00。

5.根据权利要求3所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，所述的大型牧食性浮游动物人工投放的位置：浅水型湖泊的湖岸与湖心之间1/3～1/2处，距离湖面30～60cm处投放，以避开鱼类捕食。

6.根据权利要求3所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，所述的大型牧食性浮游动物人工投放密度：每隔一周投放一次，连续投放2个月，视情况增加投放次数2~3次，最终达到密度为每方水50~70头。

7.根据权利要求1所述的一种浅水型湖泊富营养化及蓝藻水华生物控制方法，其特征至于，具体方法为：在靠近湖岸、水深不超过3m的区域，设置10～20个围隔，围隔的规格为5m长×5m宽×具体水深，围隔由生态网膜和5m的不锈钢支架围成，生态网膜与不锈钢支架之间以尼龙绳将网膜的边缘与不锈钢支架上的孔连接，用于拦截鱼类；

在围隔底部铺设生态多孔基质，基质上种植水生植物，水生植物种植密度为20～40株/m²；

围隔内繁殖大型牧食性浮游动物Daphnia溞属，每个围隔投放30000 ～50000 头Daphnia，每隔20天投放一次，视水体情况而定，围隔繁殖周期为2～2.5个月。

Images