生态系统是一个活的生命体

2022-08-07 10:12:22 0 双良环境
生态系统是一个活的生命体

  水生态修复也是如此。这是项技术活,有它自己的运作体系和科学机制,必须具备科学、系统的思维。太多的经验教训告诉我们,简单地把水生态修复等同于种水草,出现的最终结果,可能只会以水草死亡、系统崩溃、重返污染告终。

  单单是水草种植这件事,如果忽略了水草生长所需要的基本条件及维持一个草型生态系统所必需的外部环境,就很难成功。

  研究表明,在水污染所导致的水生植物消亡的机制没有搞清以前,在水生植物种植成功与否的原因不能予以明确的情况下,把工作的重点放在水生植物种植本身,是非常盲目的。

  对于河道、湖泊水生植物恢复和生态修复,首先需要做的是研究水生植物生长所需要的环境,以及维持一个草型生态系统所需要的外部条件。这也是今天我们探讨的要点。只有知道了这些,种水草这项工作才可能变得相对简单起来。

  就现有的认知而言,影响沉水植物恢复的主要因素包括物理环境(如风浪、光照、透明度、悬浮物浓度等 )、化学环境 (如营养盐浓度,氨氮浓度,根部的氧化还原环境强弱等 )以及生物环境 (如鱼的牧食,浮游植物浓度和有无水华等 )。

  有些环境条件是根本性的,决定了某一水域能否生长沉水植物,如风浪的影响、底质的条件等。除此以外,一般来讲,决定沉水植物能否生长最主要的条件是营养盐浓度。

  研究表明, 在氮磷营养盐浓度很高的条件下, 附着在沉水植物叶、茎上的附着生物的生物量也会大量增加, 水体透明度降低,并对水生植物光合作用产生遏制作用, 最终使得水生植物完全消亡(秦伯强等,2006a)。

  当草型生态系统在高营养状态下逐渐崩溃,更有竞争力的浮游植物就会取而代之,形成优势的生态系统,这就是我们通常所看到的蓝藻水华。

  根据荷兰Veluwe湖的观测结果,要恢复水生植物(尤其是沉水植物),营养盐需要降低到比水生植物消亡时的临界浓度还要低。

  这也就意味着,对于富营养化水域,直接利用水生植物的种植(尤其是沉水植物 )来净化水质是不现实的。即使种下去,水生植物也难以存活。因此,必须先改善外部环境,创造适宜水生植物生长的条件。

  怎么创造?最主要的就是先期进行控藻。

  目前比较常见的控藻技术,按照常见的物理、化学、生物“三大门派”分,物理法最直接,化学法见效最快,生物法是趋势。

  物理法中,又包括了机械/人工除藻、黏土除藻、遮光除藻。其中黏土除藻是最有前景的技术。1997年《Nature》上就发表一篇文章,指出黏土除藻可能是治理藻华最有发展前途的方法。但是就目前来看,黏土除藻技术在海洋生态系统的治理应用较多。

  2010年左右,中科院湖泊所和中科院生态研究中心利用黏土除藻技术对淡水生态系统(太湖梅梁湾)进行了实验,发现黏土除藻效率很高,4h除藻效率可达85%以上(实验室数据),同时对TN、TP的净化效果也达到了70%、80%。

  但是,实验也发现黏土除藻后存在营养盐释放等问题,无法防治沉积物和藻细胞的泛起和营养盐的释放,存在一定的二次污染。但是,这并不影响该技术作为一种非常高效的应急除藻技术。

  | 黏土除藻能力实验结果(张木兰等)

  化学方法中,最流行的方法是使用杀菌灭藻剂,目前市面上相关除藻制剂较多,这里不再赘述。化学除藻虽然能做到1~3天甚至当天见效,但其对环境影响较大,容易对水生动物、微生物造成不可逆的伤害,还会带来意想不到的次生污染。

  目前国家层面管控严格,2018年山东潍坊耗资4700万撒药治污,被生态环境部作为负面典型,全国通报批评;就连贵州用絮凝剂治水(传送门),也被点名。

  生物方法中,又可分为鱼类控藻、植物克藻、以藻治藻、生物控制试剂、微生物絮凝除藻等。其中,鱼类控藻是应用较广的技术,主要通过投放鲢、鳙等滤食性鱼类直接食藻。但是,现在越来越多的研究认为,鱼类并不能真正控藻。藻类在被鱼类摄食之后,还会随着代谢活动重新排入水体(传送门)。

  植物克藻主要是通过耐污型较好的植物与藻类竞争,形成相生相克。这样的植物一般是浮叶植物,如水葫芦、水花生、满江红等,但是其又会带来生物入侵问题,难以控制,后期清理这些易泛滥的浮叶植物也是一项头疼事。

  以藻治藻是指通过易控制的藻类来竞争水体营养,抑制水华发生,机制和植物克藻相近。常用的藻类为水网藻,体长可达2~3m,其对水体N、P污染物的去除率也均在70%以上。

  生物控制试剂包括病毒、细菌、真菌、放线菌和原生动物等。通过这些生物的裂变或摄食来控藻。如寄生在蓝藻内部的肌病毒科、短尾病毒科,可以裂解蓝绿藻,被人们用来消除水华。细菌、真菌、放线菌这些生物控制制剂主要通过释放酶或者抗生素作用于蓝藻,达到裂解藻类的目的。此外,一些原生动物如水溞(俗称红虫)、变形虫、鞭毛虫等能够直接摄食蓝藻,也被用于水治理工作中。

  微生物絮凝剂是一种由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。利用光合菌、放线菌等微生物产生的多肽、酯类、糖蛋白、纤维素等作为絮凝剂,可以对包括蓝藻在内的大多数藻类产生絮凝作用,并且对环境无二次污染。该技术也被认为是生物控藻技术的主要发展方向。

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