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渔业水体有害藻类控制方法简述

发表时间:2024/06/23 09:56:21  来源:河南水产 2016年3期  浏览次数:1159  
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渔业水体有害藻类控制方法简述

王雁平,高云霓,陈 晨,李金辉,李 瑞

(河南师范大学水产学院,河南省水产动物养殖工程技术研究中心,河南新乡453007)

藻类是水生态系统中主要的初级生产者,是鱼类等水产动物直接或间接的饵料,是渔业水体中溶解氧的主要来源,藻类群落结构在决定水域生产性能上具有重要意义。随着我国水污染形势的日益严峻,工业废水、农业退水和生活污水的大量汇入,包括长江、黄河、海河、淮河等流域范围内的渔业水库和养殖源水均受到不同程度的污染[1]。其中,由于富营养化所导致的有害藻类水华问题日益凸显。太湖富营养化严重的北部湖区,在藻型生态系统下频繁发生蓝藻水华,水质恶化,水生植物资源和银鱼、草鱼、鲌鱼等主要鱼类资源锐减,鱼类种群结构简单化,群落多样性下降[2]。有害藻类的大量繁殖对水生态环境的危害还表现在其分泌的有毒有害次生代谢产物会直接作用于水产动物,毒害水产动物的同时,会在其体内积累,最终危害人类健康。因此,加强渔业水体有害藻类控制是提高养殖产量,确保水产品质量安全的一个重要方面。本文结合文献资料,从物理、化学和生物等方面分类总结水体有害藻类的控制方法,为各类型渔业生态环境管理提供参考。

1 物理方法

利用物理学原理控制有害藻类的方法主要包括机械除藻、过滤除藻、电场杀藻、超声波抑藻、遮光技术、紫外杀藻、加快水体运动等。

1.1 机械除藻

利用机械收藻设备收集水面浮藻,经泵输送到旋转筛过滤器进行初步脱水,浓缩藻浆入集藻槽内存储,达到从水体中分离藻的目的。研究发现,机械除藻试验后,水中的叶绿素含量比除藻前下降60%-100%[3]。

1.2 过滤除藻

过滤除藻,包括直接过滤和慢滤池除藻两种,该工艺的关键是控制滤速的快慢,有研究发现,当滤材厚度为800mm的条件下,随着滤柱滤速的减小,出水浊度越低,藻类含量也越少,过滤周期就会延长。当滤速由5.0m/h降至0.4m/h时,出水的平均浊度由10NTU左右降低为5NTU左右,藻类平均个数由20×106个/L左右减少至5×106个/L以下,藻类平均去除率由60%左右增至90%以上,相应的过滤周期由24h增至72h[4]。这类方法适宜在养殖过程中定期处理换水用于回用或排放,需要配备一定的过滤装置,处理量和污染负荷均不能太高。

1.3 电场杀藻

采用多磁路叠加设计制作的大功率高压脉冲发生器,产生高压脉冲电场,使细胞膜穿孔、溶化和降解,最终使细胞溶解。电场强度和脉冲功率是影响杀藻效果的主要因素。但高压脉冲电场电压过高,设备较难规模性放大。低压低频脉冲电场和低压直流电场也可以杀灭水中有害藻类,且前者具有更好的灭藻效果[5]。电场除藻技术一次性投入成本较高,但效果较好,无毒副作用,可持久使用,适用于养殖源水和养殖废水的处理。

1.4 超声波控藻

超声波技术是近年来发展起来的一门新型的环保技术,藻类在水体中的升降运动需要依靠细胞中的气胞。超声波在适当的频率下作用于藻类,引起的冲击波、射流、辐射压等可使藻细胞壁破裂、细胞内物质流出而死亡,也可以破坏藻细胞的气胞使之成为空化泡而破裂,以此除去有害藻类,平衡水环境生态。该法具有长期抑制和快速灭藻的优点[6]。原位操作需要考虑对鱼类等水产动物的影响,适用于养殖源水和养殖废水的处理。

1.5 遮光技术

遮光法控制富营养化渔业水体中的有害藻类,主要是通过光限制抑制藻类的光合作用,从而大幅削减有害藻类生物量。随着遮光时间的延长,藻类出现沉降现象;水越深,净生产量越低,甚至会达到负值。遮光处理对营养盐浓度的影响小。

1.6 紫外杀藻

紫外线杀藻,主要是利用紫外波对藻细胞内生物大分子的破坏,如藻胆蛋白的变形和分解,影响藻细胞光合作用等生理功能,从而限制有害藻类过度生长。紫外线剂量和照射时间是影响除藻率的主要因素。紫外线杀藻的同时,可以降解水中的微囊藻毒素。短波紫外线比长波紫外线对藻毒素的降解更有利,光强越大、温度越高,降解越快,有时需二氧化钛催化[7]。目前采用的紫外杀藻装置有原位浸没式、独立设备型等。原位方法需要排除紫外线对其他水产生物的影响,独立的紫外杀藻装置需要将含藻水泵入,处理量与设备的处理能力有关。

相比其他控藻技术,物理法表现得最为直接,能够直接清除水体中的藻类,不产生二次污染,适用于藻华污染的应急处理。但是,大多数物理方法都需要配备相应的设备和装置,同时需要一定的动力系统,尤其是对大型水体而言成本高。

2 化学方法

化学方法就是利用化学物质对藻细胞膜、细胞器等结构和光合、呼吸、代谢等功能的毒理作用抑制藻类的生长繁殖,常用的化学方法有氧化法、非氧化法、综合除藻法等。

2.1 氧化法

向水体中投加强氧化剂,利用氧化剂的强氧化性破坏细胞达到杀藻的效果。常用的氧化剂有高铁酸钾、高锰酸钾、双氧水、臭氧、卤族元素等。

2.1.1 高铁酸钾

高铁酸钾预氧化除藻可以显著降低腐殖酸对硫酸铝混凝除藻的影响。适当降低pH值、延长氧化时间可提高高铁酸价氧化除藻的效率[8]。

2.1.2 臭氧

臭氧对藻类具有较大的破坏作用。利用臭氧氧化,大部分的藻类细胞形态改变致使细胞膜破坏,细胞质外泄,还有相当一部分的藻类整个藻体被完全分解而引起藻类数量减少。臭氧对藻类细胞外部和内部结构都有很大的破坏作用。臭氧除藻需要专用的臭氧生产设备,在安装和使用上有一定的技术要求,应用相对较少。

2.1.3 卤族元素

卤族元素具有很强的氧化性,就以氯为例。根据渔业水体不同的水质情况投加不同浓度的液氯,可以添加过量的氯,最后可依据水中生物对水质的要求进行脱氯。但是液氯除藻易产生消毒副产物,尤其是在含有腐殖质的水中,易生成卤代烷烃等致癌物,危害生物健康。添加二氧化氯也可以有效除藻,贾瑞宝等的研究表明,随着二氧化氯投加量的升高,藻类叶绿素a去除率显著升高[9]。除此之外,次氯酸盐、高氯酸盐也有很强的抑藻效果。

2.2 非氧化法

2.2.1 铜类

硫酸铜作为一种广谱而高效的灭藻剂在国内外被广泛使用,它能与微生物蛋白质的半胱氨酸的巯基反应,使其钝化,并可破坏某些藻类的细胞壁、细胞膜及内含物,使其灭活甚至解体,从而杀死渔业水体中的活体藻细胞。常用的除藻剂除了硫酸铜,还有无机铜,有机络合铜,如三乙醇胺络合铜,缓释铜除藻剂等[10]。

2.2.2 絮凝剂

向水体中投放絮凝剂,絮凝剂与藻类反应使有害藻类沉积。絮凝剂的选择与藻类的种类有关,不同的藻类选用的絮凝剂不同,同时絮凝剂的投加量也非常关键,投加的剂量需要根据水质的状况和藻类繁殖的程度进行适当添加。常用的絮凝剂有三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、聚合氯化铝、粘土等[11]。

2.3 综合除藻剂

有一些药品不仅具有杀藻的功能,还具有絮凝、净化水体的作用。例如,环水-355号生化复合抑藻剂投放到渔业水体中可有效控制有害藻类的大量繁殖,并且安全可靠,有助于湖泊水生态恢复和部分有毒有机物的净化。有时也可以采用多种药剂混合使用来达到控藻的效果,例如,向水体中同时喷洒高锰酸钾和硫酸铝,高锰酸钾可以起到氧化藻体的作用,而硫酸铝能够将氧化后的藻类絮凝沉降。采用多种药剂共同作用比只用一种效果更好。

通过向渔业水体投放化学药物控制有害藻类的生长繁殖。这种方法虽简便易行、省时省力,但该方法并不能从根本上改善水质,相反,各种化学药品在用量增加时,会产生副产物,引起渔业水体的二次污染。从而使水质环境形成恶性循环,严重影响生态系统结构和功能,甚至可能导致整个水生态系统的瘫痪。

3 生物方法

生物方法是通过其他生物控制有害藻类,恢复水环境的一种方法。用来除藻的生物主要有水生动植物和微生物。

3.1 水生动物

通过减少浮游动物捕食鱼类,加快浮游动物繁殖,从而滤食浮游藻类,是一种经典的生物操纵方式。滤食性鱼类和杂食性鱼类能够直接摄食藻类,从而达到控藻的目的,称为非经典生物操纵。四大家鱼中的滤食性鱼类鲢和鳙能够摄食蓝藻,使得蓝藻数量大幅下降,在一般的养殖池塘中,可采用混养或套养等方式,放养一部分鲢鳙,有效去除藻类改善水质。研究表明鲢鳙对微囊藻生物量的控制达38%,并可大幅度降低水体中的藻毒素[12]。可见鲢鳙与其他鱼类的混养能够有效控藻并能够显著提高经济效益。

3.2 水生植物

3.2.1 竞争作用

在渔业水体中种植水生植物能够与有害藻类竞争光、营养、空间,在资源限制的情况下降低藻类生长和繁殖速率。水生植物成功定植的水体,有害藻类数量和生物量会明显降低[13]。

3.2.2 化感物质抑藻

水生植物化感作用抑藻是利用水体中水生植物产生的次生代谢物质(即化感物质)对水华藻类生长进行控制的技术。化感物质对藻类的抑制作用具有明显的选择性,只对特定藻类有明显的抑制效果,例如孛萁属水草中二十碳的三羟基环戊基脂肪酸和十八碳的三羟基环戊烯酮脂肪酸在高浓度条件下对蓝藻的抑制效果最显著。凤眼莲中N-苯基-1-萘胺、N-苯基-2-萘胺、亚油酸及亚油酸甘油酯、4a-甲基化固醇类物质等对蓝藻有抑制效应。而且水生植物释放的化感物质通常易于降解,不会在生态系统积累,生态安全性好[14]。

3.3 微生物

水体微生物抑藻分为两大类,一类是微生物的修复作用,一类则是微生物对藻类的直接破坏作用。

3.3.1 微生物修复作用

微生物修复是一种利用微生物吸收、转化、清除或降解环境污染物,实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。这种方法是利用自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。通过微生物对渔业水体的修复有效去除污染物质,降低水体富营养化程度,从而使有害藻类的生长受到影响。

3.3.2 溶藻微生物

溶藻微生物包括溶藻细菌、放线菌、真菌、噬藻体和原生动物等。侧孢芽孢杆菌可以抑制铜绿微囊藻的生长,使其叶绿素a的含量显著下降,从而抑制其光合作用的活性,达到限制铜绿微囊藻细胞增殖的目的。这种抑制作用与侧孢芽孢杆菌的含量成正比,初始接种的菌体浓度越高,抑制作用越强[15]。一种侵噬蓝藻的病毒对蓝藻的生长具有很强的抑制效应,蓝藻在接种该病毒之后,数量明显减少。

3.4 陆生植物

农作物秸秆的控藻潜力已广泛研究并深入实践,它能有效控制有害藻类生长,优化渔业水体中水生生物的组成结构。但是大麦秆的抑藻机理复杂,较为认可的是化学机理,即大麦秆在有氧降解过程中产生诸如酚类、酯类、蒽醌类活性物质,这些物质可有效抑制蓝藻生长,这为农作物废弃物资源化提供了一个很好的思路,目前在欧洲许多国家已研发多种基于秸秆的控藻产品[16]。

另外,陆生生态系统中许多植物,包括菊科、银杏叶和中药材,均被提取出多种活性抑藻物质,为植物源控藻制剂的研发和应用提供了宝贵的资源。

4 展望

为了最大化发挥渔业水体的功能,有效预防和控制有害生物尤其是水华藻类的大规模暴发,一方面需要进一步从生态、安全、高效等角度研发新技术和改进现有技术;另一方面需要针对不同类型渔业水体,从生态环境的全局出发,配套相应设施,构建新型养殖模式,集成综合多种技术,从根源上消除藻华发生的可能性,实现渔业资源的最大化利用和渔业产业的可持续发展。

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