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漁業(yè)水體有害藻類(lèi)控制方法簡(jiǎn)述

發(fā)表時(shí)間:2024/06/23 09:56:21  來(lái)源:河南水產(chǎn) 2016年3期  瀏覽次數:871  
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漁業(yè)水體有害藻類(lèi)控制方法簡(jiǎn)述

王雁平,高云霓,陳 晨,李金輝,李 瑞

(河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,河南省水產(chǎn)動(dòng)物養殖工程技術(shù)研究中心,河南新鄉453007)

藻類(lèi)是水生態(tài)系統中主要的初級生產(chǎn)者,是魚(yú)類(lèi)等水產(chǎn)動(dòng)物直接或間接的餌料,是漁業(yè)水體中溶解氧的主要來(lái)源,藻類(lèi)群落結構在決定水域生產(chǎn)性能上具有重要意義。隨著(zhù)我國水污染形勢的日益嚴峻,工業(yè)廢水、農業(yè)退水和生活污水的大量匯入,包括長(cháng)江、黃河、海河、淮河等流域范圍內的漁業(yè)水庫和養殖源水均受到不同程度的污染[1]。其中,由于富營(yíng)養化所導致的有害藻類(lèi)水華問(wèn)題日益凸顯。太湖富營(yíng)養化嚴重的北部湖區,在藻型生態(tài)系統下頻繁發(fā)生藍藻水華,水質(zhì)惡化,水生植物資源和銀魚(yú)、草魚(yú)、鲌魚(yú)等主要魚(yú)類(lèi)資源銳減,魚(yú)類(lèi)種群結構簡(jiǎn)單化,群落多樣性下降[2]。有害藻類(lèi)的大量繁殖對水生態(tài)環(huán)境的危害還表現在其分泌的有毒有害次生代謝產(chǎn)物會(huì )直接作用于水產(chǎn)動(dòng)物,毒害水產(chǎn)動(dòng)物的同時(shí),會(huì )在其體內積累,最終危害人類(lèi)健康。因此,加強漁業(yè)水體有害藻類(lèi)控制是提高養殖產(chǎn)量,確保水產(chǎn)品質(zhì)量安全的一個(gè)重要方面。本文結合文獻資料,從物理、化學(xué)和生物等方面分類(lèi)總結水體有害藻類(lèi)的控制方法,為各類(lèi)型漁業(yè)生態(tài)環(huán)境管理提供參考。

1 物理方法

利用物理學(xué)原理控制有害藻類(lèi)的方法主要包括機械除藻、過(guò)濾除藻、電場(chǎng)殺藻、超聲波抑藻、遮光技術(shù)、紫外殺藻、加快水體運動(dòng)等。

1.1 機械除藻

利用機械收藻設備收集水面浮藻,經(jīng)泵輸送到旋轉篩過(guò)濾器進(jìn)行初步脫水,濃縮藻漿入集藻槽內存儲,達到從水體中分離藻的目的。研究發(fā)現,機械除藻試驗后,水中的葉綠素含量比除藻前下降60%-100%[3]。

1.2 過(guò)濾除藻

過(guò)濾除藻,包括直接過(guò)濾和慢濾池除藻兩種,該工藝的關(guān)鍵是控制濾速的快慢,有研究發(fā)現,當濾材厚度為800mm的條件下,隨著(zhù)濾柱濾速的減小,出水濁度越低,藻類(lèi)含量也越少,過(guò)濾周期就會(huì )延長(cháng)。當濾速由5.0m/h降至0.4m/h時(shí),出水的平均濁度由10NTU左右降低為5NTU左右,藻類(lèi)平均個(gè)數由20×106個(gè)/L左右減少至5×106個(gè)/L以下,藻類(lèi)平均去除率由60%左右增至90%以上,相應的過(guò)濾周期由24h增至72h[4]。這類(lèi)方法適宜在養殖過(guò)程中定期處理?yè)Q水用于回用或排放,需要配備一定的過(guò)濾裝置,處理量和污染負荷均不能太高。

1.3 電場(chǎng)殺藻

采用多磁路疊加設計制作的大功率高壓脈沖發(fā)生器,產(chǎn)生高壓脈沖電場(chǎng),使細胞膜穿孔、溶化和降解,最終使細胞溶解。電場(chǎng)強度和脈沖功率是影響殺藻效果的主要因素。但高壓脈沖電場(chǎng)電壓過(guò)高,設備較難規模性放大。低壓低頻脈沖電場(chǎng)和低壓直流電場(chǎng)也可以殺滅水中有害藻類(lèi),且前者具有更好的滅藻效果[5]。電場(chǎng)除藻技術(shù)一次性投入成本較高,但效果較好,無(wú)毒副作用,可持久使用,適用于養殖源水和養殖廢水的處理。

1.4 超聲波控藻

超聲波技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型的環(huán)保技術(shù),藻類(lèi)在水體中的升降運動(dòng)需要依靠細胞中的氣胞。超聲波在適當的頻率下作用于藻類(lèi),引起的沖擊波、射流、輻射壓等可使藻細胞壁破裂、細胞內物質(zhì)流出而死亡,也可以破壞藻細胞的氣胞使之成為空化泡而破裂,以此除去有害藻類(lèi),平衡水環(huán)境生態(tài)。該法具有長(cháng)期抑制和快速滅藻的優(yōu)點(diǎn)[6]。原位操作需要考慮對魚(yú)類(lèi)等水產(chǎn)動(dòng)物的影響,適用于養殖源水和養殖廢水的處理。

1.5 遮光技術(shù)

遮光法控制富營(yíng)養化漁業(yè)水體中的有害藻類(lèi),主要是通過(guò)光限制抑制藻類(lèi)的光合作用,從而大幅削減有害藻類(lèi)生物量。隨著(zhù)遮光時(shí)間的延長(cháng),藻類(lèi)出現沉降現象;水越深,凈生產(chǎn)量越低,甚至會(huì )達到負值。遮光處理對營(yíng)養鹽濃度的影響小。

1.6 紫外殺藻

紫外線(xiàn)殺藻,主要是利用紫外波對藻細胞內生物大分子的破壞,如藻膽蛋白的變形和分解,影響藻細胞光合作用等生理功能,從而限制有害藻類(lèi)過(guò)度生長(cháng)。紫外線(xiàn)劑量和照射時(shí)間是影響除藻率的主要因素。紫外線(xiàn)殺藻的同時(shí),可以降解水中的微囊藻毒素。短波紫外線(xiàn)比長(cháng)波紫外線(xiàn)對藻毒素的降解更有利,光強越大、溫度越高,降解越快,有時(shí)需二氧化鈦催化[7]。目前采用的紫外殺藻裝置有原位浸沒(méi)式、獨立設備型等。原位方法需要排除紫外線(xiàn)對其他水產(chǎn)生物的影響,獨立的紫外殺藻裝置需要將含藻水泵入,處理量與設備的處理能力有關(guān)。

相比其他控藻技術(shù),物理法表現得最為直接,能夠直接清除水體中的藻類(lèi),不產(chǎn)生二次污染,適用于藻華污染的應急處理。但是,大多數物理方法都需要配備相應的設備和裝置,同時(shí)需要一定的動(dòng)力系統,尤其是對大型水體而言成本高。

2 化學(xué)方法

化學(xué)方法就是利用化學(xué)物質(zhì)對藻細胞膜、細胞器等結構和光合、呼吸、代謝等功能的毒理作用抑制藻類(lèi)的生長(cháng)繁殖,常用的化學(xué)方法有氧化法、非氧化法、綜合除藻法等。

2.1 氧化法

向水體中投加強氧化劑,利用氧化劑的強氧化性破壞細胞達到殺藻的效果。常用的氧化劑有高鐵酸鉀、高錳酸鉀、雙氧水、臭氧、鹵族元素等。

2.1.1 高鐵酸鉀

高鐵酸鉀預氧化除藻可以顯著(zhù)降低腐殖酸對硫酸鋁混凝除藻的影響。適當降低pH值、延長(cháng)氧化時(shí)間可提高高鐵酸價(jià)氧化除藻的效率[8]。

2.1.2 臭氧

臭氧對藻類(lèi)具有較大的破壞作用。利用臭氧氧化,大部分的藻類(lèi)細胞形態(tài)改變致使細胞膜破壞,細胞質(zhì)外泄,還有相當一部分的藻類(lèi)整個(gè)藻體被完全分解而引起藻類(lèi)數量減少。臭氧對藻類(lèi)細胞外部和內部結構都有很大的破壞作用。臭氧除藻需要專(zhuān)用的臭氧生產(chǎn)設備,在安裝和使用上有一定的技術(shù)要求,應用相對較少。

2.1.3 鹵族元素

鹵族元素具有很強的氧化性,就以氯為例。根據漁業(yè)水體不同的水質(zhì)情況投加不同濃度的液氯,可以添加過(guò)量的氯,最后可依據水中生物對水質(zhì)的要求進(jìn)行脫氯。但是液氯除藻易產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物,尤其是在含有腐殖質(zhì)的水中,易生成鹵代烷烴等致癌物,危害生物健康。添加二氧化氯也可以有效除藻,賈瑞寶等的研究表明,隨著(zhù)二氧化氯投加量的升高,藻類(lèi)葉綠素a去除率顯著(zhù)升高[9]。除此之外,次氯酸鹽、高氯酸鹽也有很強的抑藻效果。

2.2 非氧化法

2.2.1 銅類(lèi)

硫酸銅作為一種廣譜而高效的滅藻劑在國內外被廣泛使用,它能與微生物蛋白質(zhì)的半胱氨酸的巰基反應,使其鈍化,并可破壞某些藻類(lèi)的細胞壁、細胞膜及內含物,使其滅活甚至解體,從而殺死漁業(yè)水體中的活體藻細胞。常用的除藻劑除了硫酸銅,還有無(wú)機銅,有機絡(luò )合銅,如三乙醇胺絡(luò )合銅,緩釋銅除藻劑等[10]。

2.2.2 絮凝劑

向水體中投放絮凝劑,絮凝劑與藻類(lèi)反應使有害藻類(lèi)沉積。絮凝劑的選擇與藻類(lèi)的種類(lèi)有關(guān),不同的藻類(lèi)選用的絮凝劑不同,同時(shí)絮凝劑的投加量也非常關(guān)鍵,投加的劑量需要根據水質(zhì)的狀況和藻類(lèi)繁殖的程度進(jìn)行適當添加。常用的絮凝劑有三氯化鐵、硫酸鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁、粘土等[11]。

2.3 綜合除藻劑

有一些藥品不僅具有殺藻的功能,還具有絮凝、凈化水體的作用。例如,環(huán)水-355號生化復合抑藻劑投放到漁業(yè)水體中可有效控制有害藻類(lèi)的大量繁殖,并且安全可靠,有助于湖泊水生態(tài)恢復和部分有毒有機物的凈化。有時(shí)也可以采用多種藥劑混合使用來(lái)達到控藻的效果,例如,向水體中同時(shí)噴灑高錳酸鉀和硫酸鋁,高錳酸鉀可以起到氧化藻體的作用,而硫酸鋁能夠將氧化后的藻類(lèi)絮凝沉降。采用多種藥劑共同作用比只用一種效果更好。

通過(guò)向漁業(yè)水體投放化學(xué)藥物控制有害藻類(lèi)的生長(cháng)繁殖。這種方法雖簡(jiǎn)便易行、省時(shí)省力,但該方法并不能從根本上改善水質(zhì),相反,各種化學(xué)藥品在用量增加時(shí),會(huì )產(chǎn)生副產(chǎn)物,引起漁業(yè)水體的二次污染。從而使水質(zhì)環(huán)境形成惡性循環(huán),嚴重影響生態(tài)系統結構和功能,甚至可能導致整個(gè)水生態(tài)系統的癱瘓。

3 生物方法

生物方法是通過(guò)其他生物控制有害藻類(lèi),恢復水環(huán)境的一種方法。用來(lái)除藻的生物主要有水生動(dòng)植物和微生物。

3.1 水生動(dòng)物

通過(guò)減少浮游動(dòng)物捕食魚(yú)類(lèi),加快浮游動(dòng)物繁殖,從而濾食浮游藻類(lèi),是一種經(jīng)典的生物操縱方式。濾食性魚(yú)類(lèi)和雜食性魚(yú)類(lèi)能夠直接攝食藻類(lèi),從而達到控藻的目的,稱(chēng)為非經(jīng)典生物操縱。四大家魚(yú)中的濾食性魚(yú)類(lèi)鰱和鳙能夠攝食藍藻,使得藍藻數量大幅下降,在一般的養殖池塘中,可采用混養或套養等方式,放養一部分鰱鳙,有效去除藻類(lèi)改善水質(zhì)。研究表明鰱鳙對微囊藻生物量的控制達38%,并可大幅度降低水體中的藻毒素[12]??梢?jiàn)鰱鳙與其他魚(yú)類(lèi)的混養能夠有效控藻并能夠顯著(zhù)提高經(jīng)濟效益。

3.2 水生植物

3.2.1 競爭作用

在漁業(yè)水體中種植水生植物能夠與有害藻類(lèi)競爭光、營(yíng)養、空間,在資源限制的情況下降低藻類(lèi)生長(cháng)和繁殖速率。水生植物成功定植的水體,有害藻類(lèi)數量和生物量會(huì )明顯降低[13]。

3.2.2 化感物質(zhì)抑藻

水生植物化感作用抑藻是利用水體中水生植物產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)(即化感物質(zhì))對水華藻類(lèi)生長(cháng)進(jìn)行控制的技術(shù)?;形镔|(zhì)對藻類(lèi)的抑制作用具有明顯的選擇性,只對特定藻類(lèi)有明顯的抑制效果,例如孛萁屬水草中二十碳的三羥基環(huán)戊基脂肪酸和十八碳的三羥基環(huán)戊烯酮脂肪酸在高濃度條件下對藍藻的抑制效果最顯著(zhù)。鳳眼蓮中N-苯基-1-萘胺、N-苯基-2-萘胺、亞油酸及亞油酸甘油酯、4a-甲基化固醇類(lèi)物質(zhì)等對藍藻有抑制效應。而且水生植物釋放的化感物質(zhì)通常易于降解,不會(huì )在生態(tài)系統積累,生態(tài)安全性好[14]。

3.3 微生物

水體微生物抑藻分為兩大類(lèi),一類(lèi)是微生物的修復作用,一類(lèi)則是微生物對藻類(lèi)的直接破壞作用。

3.3.1 微生物修復作用

微生物修復是一種利用微生物吸收、轉化、清除或降解環(huán)境污染物,實(shí)現環(huán)境凈化、生態(tài)效應恢復的生物措施。這種方法是利用自然界中微生物對污染物的生物代謝作用。通過(guò)微生物對漁業(yè)水體的修復有效去除污染物質(zhì),降低水體富營(yíng)養化程度,從而使有害藻類(lèi)的生長(cháng)受到影響。

3.3.2 溶藻微生物

溶藻微生物包括溶藻細菌、放線(xiàn)菌、真菌、噬藻體和原生動(dòng)物等。側孢芽孢桿菌可以抑制銅綠微囊藻的生長(cháng),使其葉綠素a的含量顯著(zhù)下降,從而抑制其光合作用的活性,達到限制銅綠微囊藻細胞增殖的目的。這種抑制作用與側孢芽孢桿菌的含量成正比,初始接種的菌體濃度越高,抑制作用越強[15]。一種侵噬藍藻的病毒對藍藻的生長(cháng)具有很強的抑制效應,藍藻在接種該病毒之后,數量明顯減少。

3.4 陸生植物

農作物秸稈的控藻潛力已廣泛研究并深入實(shí)踐,它能有效控制有害藻類(lèi)生長(cháng),優(yōu)化漁業(yè)水體中水生生物的組成結構。但是大麥稈的抑藻機理復雜,較為認可的是化學(xué)機理,即大麥稈在有氧降解過(guò)程中產(chǎn)生諸如酚類(lèi)、酯類(lèi)、蒽醌類(lèi)活性物質(zhì),這些物質(zhì)可有效抑制藍藻生長(cháng),這為農作物廢棄物資源化提供了一個(gè)很好的思路,目前在歐洲許多國家已研發(fā)多種基于秸稈的控藻產(chǎn)品[16]。

另外,陸生生態(tài)系統中許多植物,包括菊科、銀杏葉和中藥材,均被提取出多種活性抑藻物質(zhì),為植物源控藻制劑的研發(fā)和應用提供了寶貴的資源。

4 展望

為了最大化發(fā)揮漁業(yè)水體的功能,有效預防和控制有害生物尤其是水華藻類(lèi)的大規模暴發(fā),一方面需要進(jìn)一步從生態(tài)、安全、高效等角度研發(fā)新技術(shù)和改進(jìn)現有技術(shù);另一方面需要針對不同類(lèi)型漁業(yè)水體,從生態(tài)環(huán)境的全局出發(fā),配套相應設施,構建新型養殖模式,集成綜合多種技術(shù),從根源上消除藻華發(fā)生的可能性,實(shí)現漁業(yè)資源的最大化利用和漁業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展。

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