楊穎 顏冬

(重慶市九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 重慶 401329)

湖泊是地球水資源的重要載體和生態(tài)環(huán)境的基本要素。我國湖泊眾多,以占地1km2以上共有湖泊759個,總面積達(dá)91019km2,占國土面積的0.95%。進(jìn)入21世紀(jì)后,我國湖泊富營養(yǎng)化呈現(xiàn)高速發(fā)展,對全國130余個湖泊的調(diào)查表明,富營養(yǎng)化和中富營養(yǎng)化湖泊已達(dá)到88.6%,39個代表性水庫中,達(dá)富營養(yǎng)化程度的有12座,占30%。導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的原因主要有:一是氮磷營養(yǎng)物大量排入水體,破壞原有的生態(tài)平衡,引起藻類大量繁殖、水中溶解氧急劇下降,導(dǎo)致魚類等浮游生物缺氧死亡及水質(zhì)惡化。二是大量的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體,破壞湖泊水體的水化學(xué)平衡,從而為水華藻類的瘋長提供適宜生長環(huán)境,當(dāng)湖水氮磷對藻類生長已達(dá)到飽和情況下,碳可能成為限制性因子。

1 富營養(yǎng)化成災(zāi)機(jī)理研究進(jìn)展

1.1 富營養(yǎng)化湖泊微囊藻毒素研究進(jìn)展

藍(lán)藻水華暴發(fā)是水體富營養(yǎng)化的一個突出表現(xiàn)。在湖泊水體中,藍(lán)藻快速大量繁殖,會形成肉眼可見的藍(lán)藻群體并導(dǎo)致水體顏色發(fā)生變化,嚴(yán)重時可在水面漂浮積聚形成綠色的藻席甚至藻漿,這種現(xiàn)象稱之為藍(lán)藻水華。藍(lán)藻水華暴發(fā)所引發(fā)的各種衍生物污染,特別是微囊藻毒素(MC)污染已對水質(zhì)、水生生態(tài)系統(tǒng)的安全和人類健康造成嚴(yán)重威脅,并成為一個重大水環(huán)境問題。

(1)藻毒素污染現(xiàn)狀

天然水體水華暴發(fā)時,水體中的藻毒素含量至多只有0.1-10ug/L,但短時間內(nèi)若發(fā)生大量藍(lán)藻衰亡,就會導(dǎo)致水體藻毒素達(dá)到較高濃度1800ug/L,無疑會對水生生態(tài)系統(tǒng),人類健康造成潛在危害。在對某些城市自來水廠出水樣品的檢測結(jié)果表明,所檢水樣中均含有MC;部分水樣中MC的最大濃度接近甚至超過1ug/L的安全限值。對經(jīng)常接觸藍(lán)藻水華的巢湖漁民血液樣本分析結(jié)果顯示,他們血清中的微囊藻毒素(MC)的平均含量為0.39ng/mL。

(2)微囊藻毒素(MC)的化學(xué)結(jié)構(gòu)

微囊藻毒素(MC)其化學(xué)成分為一種單環(huán)七肽化合物,并含有多種MC變體。迄今已發(fā)現(xiàn)的MC變體高達(dá)70余種。其中,MC-LR、MC-RR和MC-YR是目前發(fā)現(xiàn)存在最為普遍、毒性較大、含量較高的三種變體。

(3)遷移轉(zhuǎn)化

水環(huán)境中光照強(qiáng)度、溫度、pH值、溶解氧、營養(yǎng)鹽濃度、可溶性有機(jī)質(zhì)及其他水生生物的生命活動等,純MC在日光照射下是穩(wěn)定的,溶于蒸餾水的MC-LR在太陽光或日光燈下照射26天,仍有86%以上的MC-LR穩(wěn)定存在。環(huán)境因素均會影響MC在水體中的遷移轉(zhuǎn)化。

(4)對水生生物的致毒機(jī)制

具有明顯的嗜肝性和肝毒性,會促進(jìn)肝癌的發(fā)生,還與肝壞死以及肝內(nèi)出血有密切關(guān)系。是極強(qiáng)的蛋白磷酸酶抑制劑。

可能通過他感作用與產(chǎn)生毒素的藻類和其他藻類發(fā)生相互作用,對水生植物種類的多樣性產(chǎn)生影響,從而幫助藍(lán)藻獲得競爭優(yōu)勢,直至形成水華。

1.2 富營養(yǎng)化湖泊藻華衍生物氨氮研究進(jìn)展

在藍(lán)藻水華暴發(fā)成災(zāi)的過程中,除了產(chǎn)生藻毒素外,還產(chǎn)生多種次級代謝產(chǎn)物和分解的衍生物(如氨氮、異味物質(zhì)、亞硝酸鹽等),其中氨氮的污染最為嚴(yán)重。

(1)氨氮對沉水植物的影響

沉水植物是水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的建群種,雖然氨氮是沉水植物生長需要的重要營養(yǎng)物質(zhì),但高濃度的氨氮會產(chǎn)生氨害,能抑制沉水植物的光合作用、引起氧化應(yīng)激,并導(dǎo)致體內(nèi)的碳、氮代謝不平衡,從而導(dǎo)致一些富營養(yǎng)化湖泊沉水植被的恢復(fù)受阻。

(2)氨氮對魚類的影響

水體中氨以非離子形態(tài)(NH3)和離子形態(tài)(NH4+)兩種形式存在,其中非離子氨對魚類具有強(qiáng)烈的毒害作用。

2 富營養(yǎng)化湖泊除藻技術(shù)研究進(jìn)展

目前富營養(yǎng)化湖泊除藻技術(shù)分為物理、化學(xué)、生物和生態(tài)方法四大類。物理方法有機(jī)械捕撈、過濾、氣浮除藻;化學(xué)方法有投加化學(xué)藥劑殺藻、絮凝劑沉藻;生物方法有放養(yǎng)食藻性的魚類、培養(yǎng)高積累的植物吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)以抑制藻類的生長;生態(tài)方法有生態(tài)浮島技術(shù)、微生物控藻和植物浸出液的他感作用抑藻以及利用調(diào)整魚群結(jié)構(gòu)、保護(hù)大型牧食性浮游動物達(dá)到控藻的生物調(diào)控。

2.1 絮凝除藻

黏土絮凝除藻由于其獨特的優(yōu)點而被廣泛采用。黏土來源廣泛、無毒、播撒簡單、處理費用低、不會帶來二次污染,尤其是除藻速度快而被應(yīng)用于突然暴發(fā)水華的應(yīng)急除藻。

為了改變施加量過大問題,人們紛紛對黏土進(jìn)行改性,以期減少其施用量。

(1)無機(jī)改性黏土

在黏土中引入聚羥基氯化鋁(PACS)改性方法,不但能將去除效率提高20倍,還能將高嶺土用量由原來的2g/L降至0.1g/L。

(2)表面活性劑改性黏土

吉米奇表面活性劑用量為2mg/L時就能夠幾乎100%的滅殺赤潮藻,改性后的兩種黏土——有機(jī)高嶺土和膨潤土在改性劑用量固定的條件下,黏土用量與改性劑用量比例在14左右時,對赤潮藻的去除效果最好,此種改性黏土對赤潮藻的去除效果是改性劑對赤潮藻的滅殺作用和改性黏土對赤潮藻的絮凝沉降作用的總和。

(3)殼聚糖對黏土進(jìn)行改性

研究表明,黏土表面殼聚糖的架橋網(wǎng)捕作用和電中和作用能有效起到凝聚除藻的效果。將殼聚糖對各種黏土進(jìn)行改性處理后發(fā)現(xiàn),在投加量僅為11mg/L時,經(jīng)2h沉降后,藻類去除率均在90%以上,這一發(fā)現(xiàn)有效地解決了由于黏土投加量過高而造成的工程應(yīng)用難題。但由于改性所用的殼聚糖價格昂貴,因此該技術(shù)在應(yīng)用上仍受到一定程度的限制。

(4)優(yōu)缺點

應(yīng)急處理水體中藻類的大量暴發(fā),改性黏土絮凝法無疑是首選辦法。因為其處理速度快,效率高,費用省且使用簡單,更重要的是相對于化學(xué)藥劑殺藻來說,更有利于控制有毒藻類藻毒素的釋放。

改性黏土所用的改性劑必須符合易被微生物降解、用量少、價格低廉、絮凝效果好和速度快、對環(huán)境副作用小等原則。

2.2 溶藻細(xì)菌控藻

生物控藻是一種專一性強(qiáng)、環(huán)境友好及低成本的控藻手段,主要包括水生植物的他感效應(yīng)、魚類和浮游動物的撲食作用和微生物抑藻。其中,微生物因其具有繁殖快、效率高和寄主特異性等特點,被認(rèn)為是最具前途的控藻手段之一。溶藻細(xì)菌作為水生生態(tài)系統(tǒng)生物種群結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分,對維持藻類的生物量平衡具有重要作用。水華和赤潮的突然消亡就與溶藻細(xì)菌的感染密切相關(guān)。

(1)溶藻細(xì)菌的種類

溶藻細(xì)菌是指能夠通過直接或間接方式抑制藻類生長,或殺死藻細(xì)胞,從而導(dǎo)致藻細(xì)胞溶解的細(xì)菌。1942年,Geitler最早報道了一種致剛毛藻死亡的黏細(xì)菌。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)多種細(xì)菌可以通過不同的方式,導(dǎo)致不同的藻類死亡或抑制其生長。溶藻細(xì)菌分為假單胞菌屬和芽孢桿菌屬。

(2)溶藻細(xì)菌的作用方式

①直接溶藻,即細(xì)菌與藻細(xì)胞直接接觸,甚至侵入藻細(xì)胞內(nèi);

②間接溶藻,即細(xì)菌同藻競爭有限營養(yǎng),或細(xì)菌分泌胞外物質(zhì)溶藻。

近年來,文獻(xiàn)報道較多的是間接溶藻,尤其是細(xì)菌分泌胞外物質(zhì)到環(huán)境中,從而抑制藻類生長,導(dǎo)致藻細(xì)胞的溶解。

3 總結(jié)

國內(nèi)外研究表明細(xì)菌對微藻的生消具有重要的調(diào)控作用,可使水環(huán)境保持生態(tài)平衡,從而達(dá)到防止赤潮和水華的目的,在控制藻華方面應(yīng)用潛力巨大。

目前的研究與實際應(yīng)用上還相距甚遠(yuǎn),未來應(yīng)對溶藻作用的分子機(jī)理,菌—藻群落之間的復(fù)雜調(diào)控等方面作進(jìn)一步研究,并篩選出高效、安全且具實際應(yīng)用價值的溶藻菌。

4 展望

湖泊富營養(yǎng)化的防治是一個長期和艱巨的任務(wù),需要按照“調(diào)查辨識——分區(qū)基準(zhǔn)——控制標(biāo)準(zhǔn)——總量控制——削減技術(shù)評估——生態(tài)修復(fù)”的總體思路持之以恒開展工作,通過幾代人的努力,從根本上解決我國湖泊富營養(yǎng)化問題。

[1]范榮桂,朱東南,鄧嵐.湖泊富營養(yǎng)化成因及其綜合治理技術(shù)進(jìn)展[J].水資源與水工程學(xué)報2010(6)