食藻虫控藻引导水体生态系统修复的理论与实践

食藻虫控藻引导水体生态系统修复的理论与实践食藻虫控藻引导水体生态系统修复的理论与实践上海勘测设计研究院张宏伟上海海洋大学何文辉 2009-09-03

前言：水处理综述 1、营养氧化分解理论—— 起源于美国，现主要用曝气、增氧、污水处理厂等； 2、微生物分解理论—— 目前应用最广泛：污水处理厂、点源污染、特种污水…… 3、生态湿地——主要指挺水和浮叶植被生态修复成功用于湿地公园、浮岛…… 4、生物操纵生态修复—— 凶猛鱼类操纵：适用于水质很好，生态健全的水体滤食性鱼类操纵：适用于水质较好，生态稳定的水体浮游动物操纵：难点是性能和野外的稳定性——食藻虫

一、生态修复技术的系统依据 • 1、大气沉降对不同城市与山区水体污染的研究 • A、在做云南开展了大气沉降对水体的影响的研究： • 昆明市区大气污染沉降入水体：个旧山区大气污染沉降入水体： • 年总氮量1.78mg/l，月均0.15mg/l; 年总氮量0.86mg/l，月均0.07mg/l • 年总磷量0.26mg/l，月均0.02mg/l; 年总磷量0.07mg/l，月均0.01mg/l • 年总硫量0.11mg/l，月均0.01mg/l; 年总硫量0.04mg/l，月均0.00mg/l B、2005年以上海做研究对象，大气污染沉降入水体： • 年总氮量：2.13mg/l，月均0.18mg/l; • 年总磷量：0.37mg/l，月均0.03mg/l; • 年总硫量：0.25mg/l，月均0.02mg/l; • 可见在上海，如果不经过任何水处理，一盆10升左右纯水在阳光下夏天大约经过45天就会长出绿藻，经过一年以上，就成为实际上Ⅴ类富营养水了。

2、水生态恢复自净的关键问题(生态平衡：生产者、消费者与分解者之平衡)2、水生态恢复自净的关键问题(生态平衡：生产者、消费者与分解者之平衡) 挺水植物：主要靠根系吸收部分淤泥中的营养物质，光合所需碳源来自空气中二氧化碳，产生氧气直接排入大气；对水体本身没有直接的净化力。浮叶植物：从根系和浮叶背面吸收水体和淤泥中营养物质，但碳源也主要来自空气，产生具备净化力的氧气通过浮叶背部分进入水体；对上层水体有一定净化力。沉水植物：根系和整个叶面直接吸收水体和淤泥中营养物质，所需碳源直接从水体中吸收，产生的氧气直接对从下而上整个水体产生巨大的净化力。综上所述，恢复沉水植物——“水下森林和水下草皮”，才是水域生态恢复自净能力的最优化模式。

3、水体生态恢复自净的一些理解 • 目前最时兴的边坡驳岸挺水植物、浮叶植物湿地净化法—— 这种方法从水域立体造景上意义重大，但从水体净化作用上来分析，无法解决根本的水质问题，特别是在人口和工厂密集的城市水域。 • 在水族箱条件下，100cmⅩ200cmⅩ80cm 不同水生植物水质净化作用与自身代谢（二次富营养）百分比：（敞开于屋顶的试验，包括空气污染）

二、“食藻虫”来历与技术发明简介 （一） “食藻虫”来历 • 食藻虫是一种低等甲壳浮游动物，学名Daphnia magna, • 全世界都有分布，按水域盐度主要分布为三个地理性 • 亚种：淡水种群、盐湖种群、海水种群。 • 通俗地理解，也是虾、蟹类甲壳动物的祖先。 • 经过驯化可以专门摄食蓝绿藻，成为蓝藻天敌----食藻虫 • 食藻虫本身营养丰富，鱼、虾、蟹、贝等动物十分喜食。

经过特殊驯化的 蓝藻天敌----食藻虫

(二)食藻虫控藻技术发明的基础研究介绍 • 单细胞藻类实际上包括蓝藻、绿藻、硅藻、黄藻、隐藻﹑甲藻等几大门类； • 由于蓝藻（特别是铜绿微囊藻）具有特殊的蓝藻胶和多糖类物质，难以被其它水生动物所消化、吸收、利用； • 滤食性鱼类的摄食行为是被动性的，随水体所有藻类吃进，把易于消化的绿藻、硅藻、黄藻、隐藻、甲藻吸收掉，留下消化不掉的团块状蓝藻(鲢鱼只能消化单细胞蓝藻)排出，蓝藻会出现休眠性再暴长； • 而且经过鱼类肠道的选择，蓝藻更容易在重污染水体成为优势种。 • 经过七年的蓝藻驯化、提纯、复壮，驯化出蓝藻的天敌——食藻虫（浮游动物），食蓝藻特别驯化有三层含义：咸水种种群稳定性淡水改良，对消化吸收蓝藻肠道改良，对摄食蓝藻团块口径改良。

（二）食藻虫引导水体生态修复的基本原理 食藻虫控藻引导生态系统修复是一种综合生物治理技术，其核心思想是首先利用食藻虫摄食藻类，降低密度，提高透明度，为水下沉水植被生态修复创造条件；再利用沉水植被为主的水生植物吸收氮磷营养物质，降级富营养化程度；然后逐步引入挺水和浮叶植物、浮游动物、鱼虾类、螺贝类和有益微生物群，通过优化营养结构，构建功能完善的生态系统，增强自身调节能力，巩固和维护生态修复后续自净效果，同时改善美化水下自然景观。

食藻虫引导水体生态修复的基本原理 水下森林、水下草皮水体变清促进食藻虫吃藻、食腐屑、噬菌生物操纵调节食物链，植物蛋白转为动物蛋白形成水体自净富营养资源化

食藻虫控藻引导水下生态修复技术路线 蓝绿藻堆积腐败蚊蝇滋生生态链中断物质能量循环闭塞蓝绿藻污染水质恶化水功能退化水生生物多样性降低水体自净能力丧失食藻虫水生态修复体系有益微生态修复浮游植物生态优化改良浮游动物生态修复 “水下森林”生态修复有益水生昆虫生态修复水生底栖动物生态修复螺、贝类生态修复虾蟹类甲壳动物生态修复滤、刮食性鱼类生态修复凶猛鱼、虾类生态修复后续维护保养、生物种群优化、生态平衡调节操控生态链，产生绿色水产品，使富营养转移上岸最终实现水体生态自净、达到国家地表水三类标准形成水体天然景观、恢复水域社会经济服务功能

三、水下生态修复典型案例

圆明园风麟洲食藻虫生态修复工程

圆明园鉴碧亭 食藻虫生态修复现状

北京世茂奥临人工湖食藻虫生态修复工程

上海滴水湖D港食藻虫水下生态修复工程

上海段浦河水下生态修复与水质净化工程前期

上海段浦河水下生态修复与水质净化工程后期

北京中南六海---后海水体生态修复中试 修复前水体水质修复后水体水质

后海未修复区 后海修复区

后海修复后水下森林

今后的一些探讨 食藻虫控藻引导生态修复技术发展了十余年，在天然水体和景观水体的生态修复方面发挥了积极作用，取得了一些成功的案例。该技术的进一步完善集中在以下方面：（1）采用生物学或基因工程方法，继续对食藻虫和高效水生植物进行选育改良，进一步提高其治理效率；（2）借鉴其他技术成功经验，与先进治理技术手段综合集成，拓展适用范围；（3）深入探讨生态修复机理与规律，研究影响因素与修复效果之间的关系，优化修复条件；（4）形成一套操作规程和行业标准。

谢谢各位领导和专家指正！

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