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林文辉老师谈“池塘里的那些事儿”之关于蓝藻水华

发表时间:2020/11/29 9:22:07  来源:腾氏水产商务网  作者:林文辉  
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关于蓝藻水华(1)

爆发蓝藻是池塘养殖的噩梦,每年因蓝藻爆发导致的损失是难以估量的。可以说,藻类控制的第一关键是如何避免蓝藻爆发。其实,一般养殖人员所说的蓝藻爆发在学术上应称为“蓝藻水华”,其关键问题是“水华”。

水华(Algae Bloom),是指淡水水体中藻类短期内大量繁殖、老化、大量积累于水面的一种自然生态现象。池塘水华的出现表明藻类生态系统失衡、水体富营养化、自净能力降低或丧失、池塘生态系统恶化甚至崩溃。

蓝藻是最原始、最古老的藻类,据考证,大约在34亿年前就已经在地球上出现,蓝藻能进行光合自养。近代研究发现蓝藻没有细胞核、色素体、线粒体及内质网,且其细胞壁的主要组成也是粘缩肽,这些都与细菌相似,被归入原核生物,称为蓝细菌。

蓝藻本身没有多少危害,就怕蓝藻老化形成水华。蓝藻形成水华时,蓝藻已经处于濒死状态,一方面将严重抑制浮游植物利用光合作用产生氧气,另一方面也阻隔空气中的氧进入水体,导致水体中溶解氧严重不足。长时间出现缺氧或亚缺氧状态,会使水体持续恶化,进一步破坏水质,水生生物窒息而亡,造成生态失衡。而最为严重的问题是,某些有毒蓝藻死亡释放大量的藻毒素,使养殖动物暴发病害或中毒死亡!

养殖户需要明白的一点是,蓝藻水华的出现是水质恶化的结果,不是水质恶化的原因!当然,蓝藻的暴发也加速了池塘生态系统的恶化,尤其是老化、死亡的蓝藻释放的藻毒素对所有养殖动物都有剧毒。因此,应该从源头上防止蓝藻水华的出现(不要让水质恶化),而不是纠缠于蓝藻水华用什么药物能处理(没有一种药物能处理恶化的水质)。一旦出现蓝藻水华,不是杀了蓝藻就完事,而是必须重建池塘生态系统。

虽然目前蓝藻水华大多归咎于水体的氮、磷和有机污染,但在池塘养殖过程中蓝藻水华的出现也不尽是富营养化所造成的。有些水质属性本身就更容易生长蓝藻,但只要蓝藻不老化,不形成水华,不产生藻毒素,池塘中蓝藻数量的多少并没有任何问题。想控制好蓝藻,避免老化和形成水华,必须了解蓝藻的特性。

关于蓝藻水华(2)

蓝藻水华是池塘水质恶化的最终表现,也就是说,在池塘生态环境恶化的过程中,蓝藻逐渐占了上风,单藻独大并最后导致自身老化和崩溃。

在许多物种由于环境恶化而灭绝的今天,为什么这种古老、原始的蓝藻反而生长得更加疯狂?这必须从容易形成水华的蓝藻的生物学特性去寻找答案。

(1)拥有碳酸酐酶,一种催化碳酸氢根分解为二氧化碳和水的酶:

HCO3 —> CO2 + H2O

在水产养殖pH范围内,水体中溶解的无机碳(DIC:CO2 + HCO3 + CO3)的主要形态是HCO3,占DIC的90%以上。因而碳酸酐酶赋予蓝藻极高的二氧化碳亲和力,只要水体中有那么一丁点DIC,蓝藻都能以接近100%的最高速度进行光合作用。

(2)完善的光氧化保护系统。当水体中无机碳不足,不能满足卡尔文循环的暗反应时,暗反应酶系中的戊酮糖-1,5-二磷酸羧化酶就会转变成加氧酶,催化1,5-二磷酸戊酮糖氧化并裂解成磷酸甘油酸和磷酸乙醛酸,经一系列代谢后产生具有很强细胞毒性的过氧化氢。如果没有完善的保护系统,藻类就会因过氧化氢中毒而死亡。而蓝藻已经进化出完善的光氧化保护系统,因而赋予蓝藻具有强大的抗逆境的生存能力。

(3)具固氮酶系。固氮酶系赋予蓝藻在氮、磷、钾失衡的条件下具有正常的生长能力。尽管正常池塘环境下氮源并不缺乏,但在晴朗天气条件下,有可能出现局部氮源缺乏的现象,特别是藻类密度大、透光层浅的静水池塘。

(4)具伪空泡。伪空泡可调节藻类在水体中浮力,在上午太阳出来之后,蓝藻可借助伪空泡的浮力作用快速上升到最佳光合作用光照强度的位置,有利于争夺光源。

(5)个体微小。生物个体体积越小,比表面积越大,对水体中各种营养素的吸收能力也越强,特别是在水体微量元素低于临界浓度的情况下,许多个体体积大、比表面积小的藻类就失去了竞争能力,无法生存和生长。

(6)藻毒素。某些蓝藻处于不良环境下还会分泌藻毒素,不仅毒死滤食性生物,避免被摄食,而且还抑制其它藻类繁殖和生长,从而独占资源。大量繁殖的结果导致池塘生态系统物质周转中断,自身老化死亡。

关于蓝藻水华(3)

池塘养殖过程中,如果饲料投入量大于池塘自净能力,必然引起池塘水体逐渐富营养化,可以说,绝大多数池塘水体养殖中后期都处于“营养过剩”状态。此外,饲料的营养组成是根据养殖对象设计的,不是根据池塘生态系统中健康藻类组成设计的,因此,对于池塘生态而言,水体的营养组成又往往处于不平衡状态。

根据蓝藻的生物学特征,在“营养过剩”和“营养不平衡”条件下,蓝藻具有独特的生存生长优势。环境越是恶劣,蓝藻就越有优势。所以,如果池塘管理者不能很好地解决这两个问题,池塘滋生蓝藻就不可避免。

滋生蓝藻对池塘养殖的危害不仅仅是加速了养殖水体的老化速度、形成水华、阻断光合作用和隔绝空气中的氧向池塘水体扩散、大量死亡藻类的分解引起池塘严重缺氧、产生藻毒素和还原性毒性物质(如硫化氢)。

其实,只要蓝藻滋生,即使池塘生态还没演化到水华形成,池塘生态系统还处于“正常”的情况下,蓝藻的危害已经开始了。蓝藻在生长过程中会合成一些致嗅物质(如引起土臭味的地霉素(geosmim)和2-甲基异2-茨醇(MIB);以及引起泥腥味的2,4-庚二烯醛、2,4-癸二烯醛、2,6-壬二烯醛、2-辛烯醛、庚醛、己醛、壬醛等)在体内积累或分泌到水体中。鱼类摄食或接触这些物质就会产生比较强烈的异味——“泥腥味”或“鱼腥味”。

每年由于蓝藻引起异味而导致水产品质量降低甚至不能出塘(特别是加工成肉片的鱼类,如罗非鱼、叉尾鮰等)所造成的经济损失也许比由于蓝藻导致水质恶化所造成的损失更严重。所以,控制蓝藻的滋生远比控制蓝藻水华更为重要。当然,控制蓝藻滋生自然也就能够避免蓝藻水华。怎么样才能避免滋生蓝藻?必须也只须破坏蓝藻具有优势的那些环境条件,使蓝藻不具任何优势,自然就能够维持池塘生态系统中藻类组成的多样性。

关于蓝藻水华(4)

池塘作为一个开放系统,其生态系统中包括藻类在内的生物组成是物竞天择的结果,谁适应,谁生存。因此,所谓的生态养殖,就是通过对环境条件的调节,达到抑制某些“有害生物”的生长,促进某些“有益生物”的生长,以维持池塘生态系统处于一个相对健康而稳定的状态。

但是,养殖户和水产工作者必须明白,所谓“有益藻”或“有害藻”是相对的。“生态”的本质是平衡,在一个平衡的生态系统里,任何生物的存在都是合理的,没有一种藻类叫“有益藻”,也没有一种藻类叫“有害藻”。

如果一个生态系统失去平衡,也就是说,某些藻类越来越多,而某些藻类越来越少。那些越来越多的藻类,多到一定程度就会引起麻烦(如蓝藻),我们就希望控制它们,杀掉它们,这种藻类,我们就称为“有害藻类”;而那些越来越少的藻类,我们总希望它们多一些,甚至通过人为添加来提高它们的生物量,这种藻类(如小球藻),我们称为“有益藻类”。所以,对于一个具体池塘,一种藻类是“有害”还是“有益”,取决于它在生态系统中是“过剩”,还是“不足”。

凡是搞生态养殖的人,都必须明白这一点,只要“平衡”,就没有好坏之分。所以,池塘中没有一种藻类是“多多益善”的“有益藻”,任何藻类,一旦大量繁殖、失控,都会引起水华,都可能造成池塘生态系统瘫痪,都是有害的;同样,池塘中也没有一种必须彻底“清除干净”的“有害藻”,哪怕是蓝藻,只要它平衡,“不捣乱”,都是正常而健康的。

此外,生态的“平衡”是相对的,“不平衡”是绝对的。对于出现过多的藻类,上策是通过生态条件调节,使之失去优势而降低数量,回到平衡状态,这就是日常“水质调节”的任务。如果我们采用“药物杀灭”的方法而没有改变环境条件,药效过后长出来的还是这些藻类。一方面,可能由于药物对其它本来就不具备优势的藻类的伤害,更加失去生存竞争能力;另一方面,想杀掉的藻类也会逐渐产生对化学杀藻药物产生抗药性。其结果就是越杀“有害藻类”就越多。

关于蓝藻水华(5)

弄懂了蓝藻的生物学特点,我们就可以根据这些特点,来削弱蓝藻的生存生长优势。

提高碱度

蓝藻的最大优势是碳酸酐酶。由于在池塘养殖水体的pH范围内,溶解的无机碳主要是碳酸氢根。当水体的总碱度低时,水体中可供应的二氧化碳非常有限,这才赋予蓝藻的生存生长优势。

一般来说,蓝藻水华多见于“富营养化”水体,但我们也经常发现一些池塘,尽管水体看上去很清瘦,水中藻类密度也低,但主要是蓝藻,往往还能看到表面一层很薄很薄的蓝藻水华——老化的蓝藻。这种水体是前面提到过的D区的水体——低碱度、低硬度的水体。

有人会问既然蓝藻可以在低碱度的水体中以很高的速度进行光合作用,为什么这种很难“肥”起来?这是因为虽然蓝藻可以快速光合作用,但水体中的DIC很少,只要一出太阳,水体由于碱度低,所储存的少量DIC很快被用完,光合作用的总量很少,所以,这种类型的水很难“肥水”。

根据藻类k0.5(DIC)(藻类的二氧化碳亲和力)的图示,我们不难看出,当总碱度从10毫克碳酸钙/升提高到100毫克碳酸钙/升时,二氧化碳亲和力很高的藻类(蓝藻)光合作用速度只提高了一点点,而亲和力低的藻类的光合作用速度则得到大幅度提高。

也就是说,提高总碱度,蓝藻拥有碳酸酐酶从而对二氧化碳具有极高亲和力的优势就没有作用了。水体二氧化碳供应充裕,有利于提高藻类种群的多样性。具体方法就是使用生石灰、碳酸钙镁(D区)或碳酸钠、碳酸氢钠(B区)。

当然,提高总碱度可以提高各种藻类的光合作用速度,意味着这种水体很容易培藻。这又可能出现新的问题:大量藻类的快速光合作用,导致局部出现包括二氧化碳在内的营养素缺乏。

关于蓝藻水华(6)

水体流转

一般认为在高温、静水、透明度低、光照强或磷高氮低的情况下容易爆发蓝藻水华。如果这些条件叠加起来就更容易爆发蓝藻水华。

高温:水体容易分层;静水:营养素不易扩散、水体容易分层;透明度低:藻类密度高、受光深度浅、营养消耗快而可供应营养素的水体范围小;光照强:藻类营养素消耗快而表层水温高,水体容易分层,长期强光容易导致光氧化;高磷低氮:蓝藻可固氮。

尽管整个水体各种营养素含量都比较合适,可是一旦分层,太阳出来不久,局部营养素很快就被消耗,特别是提高碱度之后,所有藻类的光合作用速度都有不同程度的提高,必然导致局部营养素缺乏,此时蓝藻的高二氧化碳亲和力、比表面积大、具固氮酶系、抗光氧化等优势全部得到发挥,其它藻类无法生长,只剩下蓝藻可以持续生长。

例如,池塘水体深度200厘米,而透明度只有20厘米(光补偿深度40厘米),一旦分层,可利用的有效营养素只有40/200=20%。虽然池塘整体藻类营养素丰富,但只要出现分层,就可能发生局部营养素缺乏。

因此,只有保证光合作用期间表层各种营养素的持续供应,才能使各种藻类得以可持续生长,从而避免蓝藻一藻独大。所以,采用机械手段“消层”,使底层的营养素连续不断向表层提供,同时使具伪空泡占据表层的蓝藻能被水流带到底层,让所有藻类都获得同等的光照条件,才能避免蓝藻爆发。

具体方法是在晴天光合作用强烈时采用叶轮增氧机、涌浪机、耕水机等一切可以“消层”的设施,促进水体上下流转,持续不断地将营养素缺乏的表层水打到底层,将底部营养素丰富的底层水打到表层。这样,不仅可以避免蓝藻爆发,还能够大幅度提高整个水体的光合作用效率,提高池塘的承载能力。

提高总碱度、促进水体流转,可非常有效地提高池塘的光合作用效率,加速藻类的生长速度。当然,也加速了池塘水体中的微量元素向池塘底部沉淀物转移与沉积,加速了池塘水体微量元素耗竭的速度,产生了新的问题。

关于蓝藻水华(7)

底部搅动

池塘底部是水体中微量元素的汇。当我们提高水体的总碱度,并通过水体流转持续不断为光照层的藻类提供各种营养素时,池塘藻类能够保持多样性并在整个光照期间保持比较高效的光合作用。因此,整个池塘水体中的微量元素的消耗速度加快,并随着死亡的藻类以及食物链汇集到池塘底部,随着时间的延长,池塘水体中的微量元素就会越来越少,导致蓝藻的优势得以发挥,最终出现蓝藻水华。

因此,通过合理的机械手段处理,提高底部微量元素的释放并回到池塘水体中持续供给藻类光合作用与生长,才能避免蓝藻的爆发与水华的出现。具体的方法是搅动底部淤泥或沉淀物,促进泥水营养交换,提高淤泥生物活性,加速有机物质的矿化和微量元素的释放,将微量元素的汇转化为微量元素的源,从而保持整个池塘的微量元素的循环与周转处于比较高的水平。进而维持池塘生态系统和藻类组成的稳定。

底部搅动的具体方法包括拉网、揇泥或喷泥等。或纲绳、铁链等一切能使底部沉淀物再悬浮的手段都可以。在古老的养鱼经里,还有赶水牛到池塘里搅泥的做法。

底泥中含有大量的氧债,因此,搅动底泥是一种技术活,操作时机的选择很重要。一般来讲,池塘底部的搅动要求从养殖一开始就进行,以避免氧债过多。如果长时间未曾搅动,大量的氧债释放有可能导致不良后果。其次,底部搅动必须在池塘水体溶解氧充足并且有光合作用可不断补充溶解氧的条件下进行,也就是在晴天的中午才能实施底部搅动。

科学的底部搅动应该包含两个方面的量化问题:一是所释放的氧债不能超过池塘水体溶解氧的供应能力以避免引起缺氧而造成不必要的损失;其次是所释放的微量元素能够满足两次搅动之间藻类生长的需要。

有人担心底部搅动会将有毒有害物质和病原生物带入水体而对养殖动物不利。其实,只要规范操作,不仅这种担心是多余的,恰恰相反,搅动底部具有“消毒、灭菌、杀虫”的作用。

氧化还原性物质并防止硫化氢产生,消除毒性物质的积累是谓消毒;将厌氧和兼性厌氧病原微生物暴露于高溶解氧水环境中自然死亡是谓灭菌;让寄生虫卵提前在不该萌发的季节萌发而杀灭是谓杀虫。

提高碱度、促进水体流转、搅动底部加速微量元素的周转,为各种藻类的持续高效光合作用提供了有利条件,必然大幅度提高初级生产力。但是,如果次级生产力,即藻类的消费速度跟不上藻类的繁殖速度,必然引起藻类过剩,池塘生态系统还会出问题。

关于蓝藻水华(8)

提高次级生产力与轮捕轮放

初级生产力与次级生产力之间需要相互匹配,生态系统才能处于相对稳定的状态。因此,实行蓝藻水华生态控制的方案中,次级生产力必须与初级生产力同时提高。即池塘从一开始就必须配套与初级生产力相适应的滤食性鱼类(鲢和鳙)的生物量,不是简单数量上的增加,而是规格上的配套,以维持持续、高效光合作用、快速的藻类生长繁殖与消费之间的平衡。

传统上描述“好水”的所谓“肥、活、嫩、爽”中的“嫩”,即未老,也就是说,藻类的周转率越高,也就越嫩。要维持池塘藻类生态系统稳定,前提是数量上要保持相对稳定,即每天藻类的消费量要大致等于藻类的生产量;其次是所有的藻类寿命周期不能太长。国外利用藻类和鲢鱼和罗非鱼作为肉食性鱼类养殖水体净化系统时,认为藻类的平均寿命为三天左右最好。如何根据这两个原则去设计次级生产力生物量,还有待于探讨。

同样的道理,高效的初级生产力必然导致次级生产力,即滤食性鱼类生物量的快速增加(生长速度快)。但是,尽管初级生产力效率提高,但并不能不断增加绝对量,因此,对于快速增长的次级生产力必须给予适当控制,以维持生态平衡。具体操作方法就是轮捕轮放,捕大留小,补充数量。

由于初级生产力与次级生产力之间的平衡是相对的,即初级生产力由太阳辐射强度和水体总碱度所决定,随时间的变化比较小,而次级生产力的生物量则随着时间在不断持续增加(滤食性鱼类不断长大)。因此,当次级生产力大于初级生产力时,可以采取捕捞加以控制,但如果次级生产力还不能跟上初级生产力时,就必须采取强制消费的手段加以处理。

强制消费最好的办法就是前面介绍过的物理方法——电光杀藻,强制循环。就如草坪上的草一样,当牛羊的生物量不足以消费掉生长出来的草时,必须部分采取人工收割,以免老化。

关于蓝藻水华(9)

池塘生态系统中的每一个环节之间都是密切关联的。蓝藻水华控制四部曲——提高碱度、促进流转、搅动底部和轮捕轮放,是环环相扣的,牵一发而动全身。如果将这四部曲联系在一起,我们可以发现,这是一个高效光合作用系统!

前面说过,蓝藻水华是池塘生态系统恶化的一种外观表象,也就是说,任何水质恶化,都有可能以蓝藻水华的形式表现出来。所以,从本质上讲,只要池塘生态系统平衡、健康,自然就不会发生任何水华了。

(1)提高碱度。碱度低的水体生产力低,饲料承载能力低(净化能力小),水体容易污染,也就容易恶化。产生蓝藻水华的概率自然也就高。这是水质属性本身的缺陷。所以,通过提高总碱度,矫正水质属性,是控制蓝藻水华的基础,也是高产、高效生态养殖的基础。

(2)水体流转。提高水体碱度必然大幅度提高藻类组成的多样性和各种藻类的光合作用效率,藻类密度提高的同时也导致水体透明度降低,表层有效营养素随着透明度的降低而减少,反过来加速水体局部营养素的缺乏。因此,通过强化水体流转,确保光照补偿水体微量元素和光合作用所需要的各种营养素的连续持续补充,使得池塘在整个光照期间都能保持高效进行光合作用。从而进一步提高了池塘的总生产力和生态系统的稳定性,避免了蓝藻优势的发挥和太阳辐射的浪费。

(3)搅动底部。整个池塘初级生产力的大幅度提高必然带来池塘水体微量营养素的快速减少,进而导致高效光合作用不可持续。因此,必须从池塘的“营养库”——底部沉积物里“调用”微量营养素。另外,藻类吸收微量元素后变成了藻类的组成成分,最后死亡沉淀或通过食物链的粪便回到池塘底部的营养库里。所以,通过搅动池塘底部,一方面提高底部微生物活性促进微量元素的矿化速度,另一方面加速微量元素的释放,以满足池塘水体中藻类高效光合作用的需要,避免由于微量营养的短缺引起生态系统恶化而导致蓝藻水华的出现。

(4)轮捕轮放。通过碱度的提高、水体流转和底部搅动,使得池塘藻类的初级生产力大幅度提高,意味着藻类的生物量也会大幅度提高,因此,藻类的生物量消费——物质的循环与转移也必须同步提高,否则生态系统会因为大量藻类生物量的积累而快速失衡和老化,形成水华。所以,前期必须提高次级生产力的生物量以平衡初级生产力的生物量;同时,高效的初级生产力也会促进次级生产力生物量的快速增加(即鲢、鳙的快速生长),快速增加的次级生产力生物量反过来导致生态失衡,必须加以控制。即通过轮捕轮放将池塘次级生产力的生物量控制在与初级生产力相适应的水平上。如果次级生产力的生物量跟不上,则采用物理方法强制消费(4)。

总而言之,蓝藻水华的控制本质上是维持生态系统的高效光合作用与初级生产力和次级生产力生物量相对平衡的状态,从而提高池塘生态系统的生态效率与稳定。这是一个系统工程,环环相扣,没有任何一种单一的手段可以解决所有生态问题。不要相信世界上有是么一种灵丹妙药可以彻底解决蓝藻水华的问题。任何通过药物杀灭蓝藻来控制水华的手段都只能是饮鸩止渴!

(来源:腾氏水产商务网---当代水产。作者:林文辉老师QQ空间

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