生態(tài)溝渠在淡水池塘養(yǎng)殖廢水治理中的作用及構(gòu)建技術(shù)

顧兆俊 劉興國(guó) 程果鋒 王小冬

摘? 要：文章研究了我國(guó)淡水池塘養(yǎng)殖的水域環(huán)境現(xiàn)狀、淡水池塘養(yǎng)殖的自身污染及其影響，并通過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放調(diào)控技術(shù)的現(xiàn)狀研究，表明了利用生態(tài)溝渠來(lái)防治水產(chǎn)養(yǎng)殖污染的重要作用。同時(shí)通過(guò)對(duì)幾種主要的生物操縱技術(shù)及其應(yīng)用方式，研究了池塘養(yǎng)殖廢水排放溝渠的生態(tài)化構(gòu)建技術(shù)。

關(guān)鍵詞：池塘養(yǎng)殖;養(yǎng)殖污染;生態(tài)溝渠;生物操縱

中圖分類號(hào)：X52? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0127-06

Abstract： In this paper， the present situation of water environment， self-pollution and its influence of freshwater pond culture in China were studied， and the current situation of discharge control technology of aquaculture wastewater at home and abroad was studied. It shows that the use of ecological ditches to prevent and control aquaculture pollution plays an important role. At the same time， through several main biological manipulation techniques and their application， the ecological construction technology of pond culture wastewater discharge ditch was studied.

Keywords： pond culture; culture pollution; ecological ditch; biological manipulation

中國(guó)是漁業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，其水產(chǎn)養(yǎng)殖品的總產(chǎn)量長(zhǎng)期處于世界領(lǐng)先地位。淡水池塘養(yǎng)殖是我國(guó)漁業(yè)發(fā)展不可或缺的中堅(jiān)力量，據(jù)2016年漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示[1]，2015年我國(guó)有淡水池塘養(yǎng)殖面積2701.22千公頃，占淡水養(yǎng)殖總面積的43.94%，占全國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的31.91%;池塘養(yǎng)殖產(chǎn)量2195.69萬(wàn)噸，占淡水殖產(chǎn)量的71.70%，占全國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量的44.47%。但傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖模式中存在的一些問(wèn)題也越來(lái)越明顯，生產(chǎn)過(guò)程中的水資源消耗和水域環(huán)境問(wèn)題尤為突出。

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，盲目擴(kuò)大規(guī)模和投入的負(fù)面效應(yīng)日益嚴(yán)重。為了提高產(chǎn)量，向養(yǎng)殖水體過(guò)量投放苗種和飼料，造成了水環(huán)境的急劇惡化，從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖自身的污染與水域環(huán)境的矛盾也日益突出，并伴隨著養(yǎng)殖生物病害的頻繁發(fā)生。水環(huán)境污染不僅制約了我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，也對(duì)養(yǎng)殖區(qū)及其毗鄰水域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了重要影響[2]。目前我國(guó)多數(shù)淡水池塘養(yǎng)殖場(chǎng)的用水來(lái)自周邊的各河流、湖泊。淡水養(yǎng)殖池塘、水庫(kù)、河流由于養(yǎng)殖條件的需要，水中剩余的氮、磷、有機(jī)物有一定的積累[3]。面對(duì)池塘養(yǎng)殖發(fā)展對(duì)水域環(huán)境不斷惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)，急需采取各種有效措施來(lái)最大限度地抑制水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

1 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水治理的意義

水產(chǎn)養(yǎng)殖是我國(guó)漁業(yè)發(fā)展的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，其不僅豐富了市民的蛋白質(zhì)來(lái)源，且對(duì)有效改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，解決農(nóng)民就業(yè)等社會(huì)問(wèn)題起到了積極的向上作用。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及養(yǎng)殖業(yè)者對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)品的高效益追求，在高投入高產(chǎn)出的模式下，養(yǎng)殖密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了水體可承載量，養(yǎng)殖規(guī)程中大量的飼料殘餌、生物代謝產(chǎn)物和肥料等其它投入品的累積，導(dǎo)致水體自凈能力急劇下降，水體富養(yǎng)化顯著，養(yǎng)殖水體的自身污染日益嚴(yán)重[4-5]。韓志泉等[6]研究顯示，與浮游植物數(shù)量顯著相關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)是總氮、總磷，水中總磷濃度每上升0.01mg/L，浮游植物便增加3.53×10個(gè)/L;Brown等[7]發(fā)現(xiàn)，離養(yǎng)殖區(qū)越近，水質(zhì)DO飽和度（溶解氧實(shí)際含量/飽和含量）越低。養(yǎng)殖區(qū)附近3m和15m處的水質(zhì)DO的飽和度分別為35%～70%和50%～85%。

我國(guó)在2007年頒布了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T9101-2007），但由于我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域分布廣、養(yǎng)殖用水又屬于無(wú)組織排放，故對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖排放水進(jìn)行管控效果不佳。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)屬環(huán)境依賴型產(chǎn)業(yè)，其環(huán)境狀況決定了養(yǎng)殖的成敗及產(chǎn)品的質(zhì)量。但養(yǎng)殖生產(chǎn)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生自身污染，對(duì)周邊水域環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅，進(jìn)而制約其可持續(xù)發(fā)展。從水產(chǎn)養(yǎng)殖整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是關(guān)鍵所在[8]。因此，保護(hù)漁業(yè)環(huán)境成為實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 淡水池塘養(yǎng)殖的自身污染及其影響

水產(chǎn)養(yǎng)殖自身污染是指由于水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)的自身因素導(dǎo)致養(yǎng)殖水體環(huán)境及周邊鄰近水體中的污染物含量超過(guò)正常水平，導(dǎo)致水體的生態(tài)功能受到影響的水體狀況。水產(chǎn)養(yǎng)殖自身污染主要來(lái)源于養(yǎng)殖場(chǎng)地周邊的陸源污染、養(yǎng)殖過(guò)程中的過(guò)量投入品（人工飼料、水產(chǎn)苗種、漁用藥物、肥料及其它非藥品類等）以及由此所產(chǎn)出的固液態(tài)廢棄物（殘餌、代謝物以及固態(tài)物質(zhì)的溶出成分等）。除此之外，養(yǎng)殖過(guò)程中所形成的底部沉積物也是自身污染來(lái)源的一部分。在當(dāng)前中國(guó)淡水池塘養(yǎng)殖的高投入、高產(chǎn)出生產(chǎn)模式下，養(yǎng)殖密度超過(guò)了水體容量，大量的殘剩餌料、肥料和生物代謝產(chǎn)物累積，使得水體自凈能力下降，水體富養(yǎng)化顯著，養(yǎng)殖水體的自身污染日益嚴(yán)重[9]。同時(shí)，養(yǎng)殖環(huán)境的惡化會(huì)使病毒、細(xì)菌等致病微生物在水中大量滋生，對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)的安全防控和水產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)造成嚴(yán)重影響。水產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)如果帶入最終加工成品中，將對(duì)消費(fèi)者的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。另外，在生產(chǎn)中大量排入外界河道的養(yǎng)殖廢水，可能導(dǎo)致水域環(huán)境的急劇富營(yíng)養(yǎng)化，使得藻類等大量繁殖并產(chǎn)生多種毒素，污染外界的水體、土壤和空氣，最終形成“養(yǎng)殖水體-土壤-養(yǎng)殖生物-大氣”的立體連鎖污染[10]。

3 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放調(diào)控技術(shù)

養(yǎng)殖排放水對(duì)周圍水域環(huán)境的負(fù)面影響日益加重，養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水如果不積極進(jìn)行治理，極易導(dǎo)致周圍水環(huán)境的污染，破壞水域生態(tài)平衡和限制農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[11]。我國(guó)淡水池塘養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水基本上是不經(jīng)處理直接排放的，加之很多主產(chǎn)區(qū)的養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量多、距離近，場(chǎng)與場(chǎng)之間的進(jìn)水口、排水口往往近在咫尺，很難保證生產(chǎn)用水的質(zhì)量[12]。溝渠是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放水的匯聚地，無(wú)論農(nóng)田還是養(yǎng)殖池塘，一般都是通過(guò)相對(duì)應(yīng)的排水溝渠流入外界的江河湖泊中。把排水溝渠構(gòu)建成具有自身獨(dú)特結(jié)構(gòu)并發(fā)揮相應(yīng)生態(tài)功能的溝渠系統(tǒng)，即為生態(tài)溝渠。目前常用的水體修復(fù)技術(shù)主要有：（1）物理方法。主要有沉淀、曝氣、攪動(dòng)以及放置水質(zhì)改良機(jī)等養(yǎng)殖機(jī)械設(shè)備;（2）化學(xué)方法。主要是在水體中投入生石灰、絮凝劑以及其他消毒制劑等;（3）生物方法。包括人工濕地、生物浮閥、生態(tài)溝渠、微生物制劑等[13-14]。其中的生物方法以成本低、無(wú)次生污染而受到歡迎。我國(guó)大部分傳統(tǒng)養(yǎng)殖場(chǎng)修建時(shí)間較長(zhǎng)，沒(méi)有預(yù)留可直接構(gòu)建人工濕地的場(chǎng)地，因此將現(xiàn)有排水溝渠改造為具有水質(zhì)凈化作用的生態(tài)溝渠是一種操作性較強(qiáng)的水體修復(fù)技術(shù)[15]。

生態(tài)溝渠主要運(yùn)用生態(tài)學(xué)和生物操縱原理[16]，將各具特點(diǎn)的生態(tài)單元（水生植物-微生物-水生動(dòng)物）按照一定的比例和方式組合成具有污水凈化和資源化雙重功能的處理技術(shù)。吳湘等[17]運(yùn)行生態(tài)溝渠對(duì)中華鱉溫室養(yǎng)殖排放水體凈化效果，表明通過(guò)構(gòu)建生態(tài)溝渠技術(shù)體系處理中華鱉溫室養(yǎng)殖排放水體是一種治理淡水養(yǎng)殖排放水體的高效新技術(shù)，同時(shí)也是一種控制農(nóng)業(yè)面源污染的有效新途徑，在此后的研究中可將該種凈化模式逐步推廣應(yīng)用至其他淡水養(yǎng)殖行業(yè)排放污水的凈化處理中。陶玲[18]等研究生態(tài)溝渠可以增加水中溶氧，使N、P等物質(zhì)得到進(jìn)一步去除，達(dá)到改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，減少養(yǎng)殖廢水任意排放的目的，可作為一項(xiàng)新的池塘生態(tài)工程技術(shù)在傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖設(shè)施升級(jí)改造中推廣應(yīng)用。

4 國(guó)內(nèi)、外研究現(xiàn)狀

關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染物的生態(tài)控制，主要有生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、植物緩沖帶、溝渠生態(tài)攔截等方面[19]。其中，生態(tài)溝渠是由排水溝渠及其內(nèi)部種植的植物組成，通過(guò)溝渠攔截徑流和泥沙，植物滯留和吸收水中營(yíng)養(yǎng)鹽，實(shí)現(xiàn)生態(tài)攔截氮、磷的功能[20]。水生植物在水體中的生態(tài)功能在農(nóng)業(yè)面源污染控制中起著十分重要的作用[21]，姜翠玲等[22]研究表明，溝渠濕地可通過(guò)底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解凈化排水匯集的非點(diǎn)源污染物，楊林章等[23]研究也表明，生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染氮磷削減率達(dá)40%以上。因此，將溝渠改建為生態(tài)溝渠，對(duì)去除農(nóng)業(yè)面源污染中的N、P具有重要意義[24]。生態(tài)溝渠不僅對(duì)水體的凈化效果顯著，而且不另占用土地，具有應(yīng)用推廣價(jià)值[25]。

在國(guó)外，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)對(duì)水體質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，在美國(guó)，非點(diǎn)源污染源是造成當(dāng)?shù)厮h(huán)境惡化的主要源頭，而農(nóng)業(yè)排放水產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染占了3/4左右。其常用的技術(shù)手段是人工濕地[26]為主，通過(guò)利用本地優(yōu)勢(shì)水生植物直接吸收底泥和水層的營(yíng)養(yǎng)鹽，同時(shí)其根系還可為有益微生物提供良好的環(huán)境，改變了基質(zhì)的通透性，增加了對(duì)水體中有害物質(zhì)的吸收和沉淀[27-28]。在溝渠運(yùn)用方面，美國(guó)和加拿大有65%的農(nóng)田利用溝渠網(wǎng)排水[29-31];有些國(guó)家通過(guò)沙子作為過(guò)濾基質(zhì)來(lái)構(gòu)建溝渠，依靠其儲(chǔ)存雨水收獲降水[32]。過(guò)去許多國(guó)家或地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要通過(guò)溝渠來(lái)排水，現(xiàn)在可通過(guò)溝渠生態(tài)化構(gòu)建技術(shù)來(lái)恢復(fù)濕地或改善幸存濕地的濕度[33-34]。

綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)溝渠技術(shù)的研究調(diào)查來(lái)看：第一，對(duì)溝渠的生態(tài)化構(gòu)建主要應(yīng)用在農(nóng)田農(nóng)業(yè)面源污染治理和環(huán)境保護(hù)方面，針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘方面的研究較為罕見(jiàn);第二，運(yùn)用的手段主要是以水生植物調(diào)控的生物技術(shù)方法為主，較為單一;第三，對(duì)生態(tài)溝渠的研究是作為一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的配套單位，鮮見(jiàn)作為獨(dú)立單位研究生態(tài)溝渠構(gòu)建的，缺乏應(yīng)用推廣性。

5 池塘養(yǎng)殖廢水排放溝渠生態(tài)化構(gòu)建技術(shù)

在實(shí)際的養(yǎng)殖生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用的，帶有水處理的養(yǎng)殖模式的主要有兩類：工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)模式（室內(nèi)）和附有人工濕地的生態(tài)工程化養(yǎng)殖模式（戶外）。由于其均對(duì)前期設(shè)施構(gòu)建的成本投入較高，只有在少數(shù)大型的養(yǎng)殖單位生產(chǎn)中使用，因此實(shí)際上我國(guó)池塘養(yǎng)殖污水基本都是不經(jīng)過(guò)處理直接排放的。但無(wú)論是水產(chǎn)養(yǎng)殖還是其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，其污染排放均要通過(guò)固定的排水溝渠排入外河，因而把排水溝渠構(gòu)建成可普及推廣的功能性生態(tài)溝渠，是控制和解決農(nóng)業(yè)面源的重要基礎(chǔ)手段之一。

5.1 生物操縱技術(shù)

水體富營(yíng)養(yǎng)化是指氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象，其顯著特征是浮游植物的大量生長(zhǎng)繁殖。水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)破壞水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡、使水質(zhì)惡化、影響水的飲用功能、并對(duì)魚(yú)類等水產(chǎn)資源產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理，需要通過(guò)控制外界氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排入，同時(shí)去除水體內(nèi)過(guò)量的氮、磷，并且采取措施建立健康的生態(tài)系統(tǒng)，才能達(dá)到較為理想的治理效果。一些傳統(tǒng)的物理、化學(xué)治理方法治理效果不甚理想，而且還可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，而生物操縱法作為一門(mén)用于防治水體富營(yíng)養(yǎng)化的高效技術(shù)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了相關(guān)的研究與探索，并取得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

生物操縱（Biomanipulation）技術(shù)的基本概念，最早是由Shapiro在1975年提出來(lái)的，他認(rèn)為可以利用食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)水體初級(jí)生產(chǎn)力的決定性影響來(lái)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化[35]。生物操縱也被稱為食物網(wǎng)操縱（food-web manipulation），是指通過(guò)人為調(diào)整水體中某種生物群落結(jié)構(gòu)，即發(fā)展某種水生動(dòng)物并抑制或消除另一種水生動(dòng)物，以促進(jìn)大型牧食性浮游動(dòng)物的發(fā)展，達(dá)到提高浮游動(dòng)物或魚(yú)類自身對(duì)藻類的攝食消耗效率的目的，從而控制藻類的過(guò)量生長(zhǎng)并改善水質(zhì)。隨著生物操縱研究的深入發(fā)展，發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物逃避食浮游動(dòng)物魚(yú)類的某些行為或環(huán)境條件對(duì)生物操縱有重要作用，包括溫度避護(hù)所、低氧避護(hù)所、光避護(hù)所、水草或其它避護(hù)所、敞水區(qū)干擾避護(hù)所、行為性避護(hù)所和捕食者無(wú)效避護(hù)所等[36]。根據(jù)相關(guān)研究成果，Shapiro重新定義了生物操縱的概念，在水體的生態(tài)系統(tǒng)中，通過(guò)合理運(yùn)用內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的關(guān)系，人為對(duì)某些生物群落及其生境進(jìn)行一系列操縱，以達(dá)到藻類生物量下降等水質(zhì)改善目的;其核心是通過(guò)浮游動(dòng)物濾食浮游藻類，增加水體透明度。生物操縱法有兩種典型方法——經(jīng)典生物操縱法和非經(jīng)典生物操縱法。通過(guò)放養(yǎng)兇猛魚(yú)類（在北美和歐洲廣泛采用）來(lái)間接遏制藻類的生物操縱稱為經(jīng)典生物操縱（traditional biomanipulation）;把通過(guò)放養(yǎng)濾食性魚(yú)類（并同時(shí)控制兇猛魚(yú)類）來(lái)直接攝食藻類的生物操縱方法，稱之為非經(jīng)典的生物操縱（non-traditional biomanipulation）。

5.1.1 經(jīng)典生物操縱技術(shù)

在自然水體中，水生生物的食物鏈通常為：魚(yú)食性魚(yú)類-食浮游動(dòng)物魚(yú)類-浮游動(dòng)物-浮游植物。大型浮游動(dòng)物對(duì)藻類濾食效率較高、攝食范圍較寬，因此當(dāng)增加浮游動(dòng)物特別是大型浮游動(dòng)物的數(shù)量、種群時(shí)，可以有效的控制浮游植物的數(shù)量。經(jīng)典生物操縱核心就是利用浮游動(dòng)物來(lái)控制藻類，通過(guò)投放魚(yú)食性魚(yú)類來(lái)控制食浮游動(dòng)物魚(yú)類，改變浮游動(dòng)物食性魚(yú)類的數(shù)量和種類，來(lái)調(diào)整藻食性浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)，以壯大濾食效率高的藻食性浮游動(dòng)物（特別是枝角類）的種群，通過(guò)浮游動(dòng)物種群的壯大來(lái)遏制浮游植物的發(fā)展，從而降低藻類生物量，提高水體的透明度，最終達(dá)到改善水質(zhì)的目的[37]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，底棲魚(yú)類的覓食等活動(dòng)能攪動(dòng)底泥層積物，向水體中釋放氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，為浮游植物的生長(zhǎng)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)。Meijer等[38]提出的模型揭示，由于底棲食性魚(yú)的擾動(dòng)，造成淺水湖沉積物再懸浮，其再懸浮比例占到總體濁度的50%，而且隨著底棲魚(yú)類與無(wú)機(jī)懸浮物之間存在正相關(guān)性。魚(yú)食性魚(yú)類可通過(guò)攝食底棲魚(yú)類，減少營(yíng)養(yǎng)鹽從底泥到水體的輸送，從而間接減少浮游植物的繁衍。利用高密度放養(yǎng)魚(yú)食性魚(yú)類來(lái)控制浮游生物食性魚(yú)類的生物操縱技術(shù)，投放魚(yú)食性魚(yú)類鱖魚(yú)，有可能起到較好的治理效果。

5.1.2 鰱、鳙非經(jīng)典生物操縱技術(shù)

鰱、鳙是典型的濾食性魚(yú)類，主要以浮游植物為食，可以捕食硅藻、金藻、隱藻和部分甲藻、裸藻及大部分綠藻、藍(lán)藻，而且具有生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、易捕撈等特點(diǎn)。因此利用鰱、鳙的攝食直接控制水體中的浮游植物，可達(dá)到抑制藻類快速生長(zhǎng)繁殖、有效控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的效果。鰱、鳙具有去除水體中氮、磷的效果，崔福義等[39]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在放養(yǎng)量適宜的條件下，磷的去除效率與鰱、鳙魚(yú)的生物量有關(guān)。張水元等[40]對(duì)武漢東湖的監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明，東湖鰱、鳙魚(yú)類從水中提取的氮、磷量占整個(gè)水體氮、磷輸入量的10%左右。鰱、鳙捕食藻類后，通過(guò)自身的消化作用，將部分食物轉(zhuǎn)化為魚(yú)蛋白等生命物質(zhì)，其余部分以糞便形式排出后，經(jīng)微生物分解后重新循環(huán)轉(zhuǎn)化為初級(jí)生產(chǎn)力，最終被重新利用，造成營(yíng)養(yǎng)鹽的“短路”現(xiàn)象，加速了水體氮、磷的利用進(jìn)程，并最終將氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽以魚(yú)產(chǎn)品的形式移除到水體之外[41]。

為成功運(yùn)用非經(jīng)典生物操縱技術(shù)，首先應(yīng)確保鰱、鳙的投放成活率，這就要采取措施控制水體中的捕食鰱、鳙魚(yú)種的兇猛性魚(yú)類的數(shù)量。其次，鰱、鳙攝食消化利用的浮游植物生物量需大于浮游植物的繁殖增長(zhǎng)量。不同地域、環(huán)境的水體對(duì)能控制藻類水華的鰱、鳙的放養(yǎng)密度有不同的要求，在淺水水域中，鰱、鳙放養(yǎng)密度要低以些，以50g/m3為宜，以放養(yǎng)鰱為主，放養(yǎng)鳙為輔，鰱鳙比例為7：3左右[42];在深水水域中，放養(yǎng)密度則要提高一些，并增加鳙的放養(yǎng)比例才可能取得較好的效果。

5.1.3 栽種水生植物

水生植物擁有發(fā)達(dá)的根系，可以吸收、消化水中的大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。水生植物具有吸附水體中生物性和非生物性懸浮物質(zhì)、增強(qiáng)固著和穩(wěn)定水體底質(zhì)、提高水體透明度、改善水下光照條件、增加水體溶解氧的作用[43]，而且對(duì)氮、磷具有良好的去除效果。雖然不同的水生植物去氮、磷效果并不相同，但總體來(lái)說(shuō)，水生植物能對(duì)水中氮、磷去除效果明顯。另外，水生植物可以為植食性浮游動(dòng)物提供庇護(hù)，幫助其逃避魚(yú)類的捕食。水生植物的生長(zhǎng)也會(huì)同藻類等展開(kāi)直接的競(jìng)爭(zhēng)，從而來(lái)抑制藻類的生長(zhǎng)繁殖。水生植物還能通過(guò)促進(jìn)物質(zhì)的沉淀和促進(jìn)微生物的分解作用來(lái)凈化水體?？梢?jiàn)，良好的水生植被系統(tǒng)對(duì)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化作用明顯。水生植物還可以吸收和富集某些小分子有機(jī)污染物，對(duì)有毒的有機(jī)污染也有明顯的凈化作用[44]。

在大部分富營(yíng)養(yǎng)化的水體中，由于與藻類存在著直接的生存競(jìng)爭(zhēng)，因此恢復(fù)時(shí)只有保證一定的覆蓋率才能使水生植物處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，抑止藻類生長(zhǎng);另外不同的水生植物具有不同的生長(zhǎng)特點(diǎn)、對(duì)水體的凈化效果也不相同，而且水生植物在不同的季節(jié)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果也不相同[45]，應(yīng)結(jié)合水體自身狀況綜合考慮，按照安全、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的原則選擇適宜的水生植物，重建水生植被，使水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，才能達(dá)到較好的控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的效果。

5.1.4 投放蚌、貝類

河蚌、貝類是棲息于不干涸的湖泊、河流內(nèi)的底棲動(dòng)物。河蚌攝食來(lái)源主要有水生植物、浮游植物、浮游動(dòng)物、和小型水生動(dòng)物及其它動(dòng)物的尸體。河蚌可以從兩個(gè)方面改善水質(zhì)：（1）通過(guò)攝食作用將藻類等浮游植物和懸浮物吞食消化;（2）將部分未吞食的浮游植物以過(guò)濾物的形式排出體外，而且水體中懸浮物質(zhì)顆粒濃度越大，河蚌的過(guò)濾量越大。使水中的懸浮物沉降到水底土壤中，起到改善水質(zhì)的作用。貝類濾食系統(tǒng)發(fā)達(dá)、濾水效率高，一個(gè)50mm～60mm的貽貝每小時(shí)能過(guò)濾3.5L水[46]。貝類能通過(guò)濾水作用大量攝食浮游植物，對(duì)水質(zhì)的凈化效果非常明顯。

5.1.5 培植微生物類群

微生物是自然界中個(gè)體最小、數(shù)量最大、分布最廣、種類最多的生物類群[47]。微生物具有通過(guò)氧化、還原、光合、同化、異化作用，將水體中有機(jī)污染物一部分轉(zhuǎn)化為微生物自身物質(zhì)，另一部分則徹底分解為CO2、NH3、P等無(wú)機(jī)物[48]。通過(guò)對(duì)水體中的有機(jī)污染物生物降解，降低水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，從而抑制藻類生長(zhǎng)、改善水體環(huán)境、凈化水質(zhì)。微生物還能作為浮游動(dòng)物的食物，研究發(fā)現(xiàn)，微生物能夠在浮游植物不足時(shí)，起到穩(wěn)定維持食藻性水生生物食物網(wǎng)的作用，防止因藻類不足而引起食藻性水生生物生物量下降的情況[49]。

利用微生物制劑修復(fù)受污染水體不會(huì)造成微生物大量繁殖，不會(huì)對(duì)水體造成污染。因?yàn)楫?dāng)水體中的富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)得到有效控制后，此時(shí)水體中的大部分有機(jī)物已被微生物降解，如果沒(méi)有新的有機(jī)污染物進(jìn)入水體，那么微生物將失去營(yíng)養(yǎng)源而導(dǎo)致其生長(zhǎng)受到抑制[50]。可見(jiàn)，通過(guò)合理的微生物類群的生物操縱，有可能形成具較強(qiáng)生態(tài)功能的水體生態(tài)環(huán)境。

5.2 生物操縱技術(shù)的應(yīng)用

生物操縱法提出后，人們就將其運(yùn)用到實(shí)際中，在一些富營(yíng)養(yǎng)化水體取得了理想的效果。Mehner[51]總結(jié)了生物操縱的實(shí)際應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)施行生物操縱的實(shí)例中，大部分生態(tài)操縱對(duì)治理富營(yíng)養(yǎng)化有明顯效果，有約60%取得了明顯的水質(zhì)改善效果，僅有不到15%的生物操縱完全以失敗告終。而這些水質(zhì)改善不成功的原因可能包括以下兩個(gè)方面：

一方面，生物操縱技術(shù)自身存在一定的條件限制。對(duì)于經(jīng)典生物操縱，浮游動(dòng)物無(wú)法持久而有效的控制大型藻類[52]，浮游動(dòng)物對(duì)于超微藻和藍(lán)藻不能有效攝食，那么，浮游動(dòng)物對(duì)其他藻類的攝食，將會(huì)有利于超微藻和藍(lán)藻的生長(zhǎng)繁殖，從而無(wú)法達(dá)到治理效果。另外，隨著浮游動(dòng)物的種群優(yōu)勢(shì)確定，大型肉食性浮游動(dòng)物會(huì)大量生長(zhǎng)繁殖，它們攻擊攝食小型植食性浮游動(dòng)物，使得浮游植物的數(shù)量重新大量增長(zhǎng)。隨著浮游生物食性魚(yú)的大量被攝食，魚(yú)食性魚(yú)類的食物來(lái)源也成為問(wèn)題。McQueen等[53]的研究表明：只有當(dāng)浮游生物食性魚(yú)類的種群密度被降到很低時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的改善，但是魚(yú)食性魚(yú)類往往不能長(zhǎng)期維持這種穩(wěn)定狀態(tài);對(duì)非經(jīng)典生物操縱治理水體富營(yíng)養(yǎng)化的技術(shù)，鰱、鳙對(duì)浮游植物、藻類的消化利用率較低，被吸收利用的有機(jī)物數(shù)量遠(yuǎn)小于在初步消化后以糞便形式排出的有機(jī)質(zhì)數(shù)量。因此，反而會(huì)在很大程度增加水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而加速了浮游植物的生長(zhǎng)繁殖。這種作用對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響較漁獲物對(duì)氮磷的移除作用要大得多[54]。Domaizon等[55]研究發(fā)現(xiàn)，鰱的投放數(shù)量會(huì)對(duì)浮游植物群落的數(shù)量產(chǎn)生直接影響，水體中葉綠素a含量隨著鰱的投放密度增大而增加。鰱、鳙攝食藍(lán)藻等大型浮游植物，對(duì)藻類水華治理效果明顯，但隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)使浮游植物種類小型化，小型浮游植物大量生長(zhǎng)繁殖，使水質(zhì)再次變差。

另一方面，由于各水體的營(yíng)養(yǎng)狀況、功能等方面存在差異，而生物操縱技術(shù)也有對(duì)適用環(huán)境的要求。根據(jù)前人的大量試驗(yàn)及研究成果，總結(jié)了各種生物操縱技術(shù)對(duì)適用環(huán)境的要求，見(jiàn)表1。只有在適宜的環(huán)境中各種生物操縱技術(shù)才可能取得較好的效果。

5.3 溝渠生態(tài)化構(gòu)建工藝

不同操縱技術(shù)模式針對(duì)不同條件下養(yǎng)殖廢水的凈化效果上均有某方面的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。除了可以根據(jù)實(shí)際情況構(gòu)建單一的生態(tài)溝渠，也通過(guò)對(duì)不同生態(tài)構(gòu)建技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)分析，互補(bǔ)組合，來(lái)構(gòu)建更全面的復(fù)合型生態(tài)溝渠。

（1）并聯(lián)式。在生態(tài)溝渠內(nèi)繼續(xù)分隔構(gòu)建多條二級(jí)溝渠，每條二級(jí)溝渠分別單獨(dú)安裝一道閘門(mén)，每次排放養(yǎng)殖廢水時(shí)，可根據(jù)實(shí)際的水質(zhì)情況來(lái)選擇具體所需要的二級(jí)生態(tài)溝渠。例如當(dāng)年池塘所排出的養(yǎng)殖廢水中，藻類密度較高但富營(yíng)養(yǎng)化程度較低，可以選擇開(kāi)啟以“非典型生物操縱”技術(shù)模式構(gòu)建的二級(jí)生態(tài)溝渠進(jìn)行養(yǎng)殖排放水處理，關(guān)閉其他技術(shù)模式構(gòu)建的二級(jí)生態(tài)溝渠。諸如此類，根據(jù)當(dāng)前氣候季節(jié)、當(dāng)前池塘養(yǎng)殖主要污染物的構(gòu)成情況，來(lái)選擇有針對(duì)性的溝渠進(jìn)行排放水的生態(tài)化處理。

（2）串聯(lián)式。在溝渠較?。ㄕ┑那闆r下，并聯(lián)構(gòu)建多條二級(jí)生態(tài)溝渠沒(méi)有足夠的空間條件。在此情況下可以選擇串聯(lián)的方式，把生態(tài)分隔成數(shù)塊區(qū)域，分別進(jìn)行不同技術(shù)模式的生態(tài)化構(gòu)建。無(wú)論當(dāng)年池塘中水質(zhì)情況如何，在養(yǎng)殖廢水排入外界河道前，水體中所有類型的污染物都能預(yù)先得到初步的凈化處理。

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