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我国水域富营养化与蓝藻治理生物技术控制创新与实践

2018-12-27 13:20:03

随着经济的快速发展和资源的不合理利用,水安全问题越来越凸显。水体富营养化所带来的蓝藻水华暴发已严重威胁到人类的健康,如何有效的控制富营养化水体蓝藻暴发已成为当今世界面临的一个重大环境难题[1]。
   目前,控制富营养化水体蓝藻暴发及减少其危害的有效措施主要有物理法(如打捞蓝藻、藻水分离、超声波除藻、遮光除藻、蓝藻下沉除藻等)、化学法(如化学杀藻剂、絮凝剂除藻等)、生物法(微生物除藻、高等植物除藻、高等水生动物除藻、其他生物除藻)等,但这些方法都不同程度的存在费用高,产生生态危害,不易控制等缺点,限制了其推广[2]。而其中高等植物中通过分泌化感物质抑制藻类的方法,并且分泌的化感物质具有“一般只特异性的克制某些或某类藻类的生长、能在自然条件下降解、不会在生态系统中积累”等生态安全[2]的特性,这为我们控制富营养水体蓝藻暴发提供了一种新的思路——通过化感物质杀藻、抑藻而控藻。如,美国利用大麦秸秆中的化感物质抑制藻类[2],以及我国的同济大学利用大麦、水稻、小麦三种植物秸秆混合使用抑制藻类[3],均起到很好的效果。
   化感作用是Molish在1937年提出[2],其后的1949年,Hasler等人首次发现[4]水生植物的克藻效应,并且这种效应普遍存在于水生植物中,但由于不同水生植物分泌的化感物质及克藻机理的不同,使得不同水生植物在克藻能力上存在着差异。自20世纪80年代以来,我国许多专家学者做了大量的比较研究,如孙文浩、俞子文、杨善元、胡洪营等对水花生、水浮莲、水葫芦、芦苇等水生植物的克藻能力的研究,发现水葫芦能够分泌N-苯基-1-萘胺、N-苯基-2-萘胺、亚油酸甘油酯、乙酸乙基异氰和丙酸酰胺等多种化感物质,具有显著的克藻效应[5-9]。而利用水生植物分泌化感物质控制富营养化水体蓝藻暴发的应用研究不是很多,主要原因是植物分泌的这种天然克藻物质的量很少[10],不能有效的缓解目前蓝藻规模暴发的局势。那么,我们是否可以通过一种手段来促使植物分泌更大量的克藻化感物质,从而达到治理富营养化水体蓝藻暴发的目的呢?
   基于这一思想,云南省生态农业研究所那中元所长运用国际最先进的基因表型诱导调控表达技术(GPIT),选择克藻效应显著的普通水葫芦进行人工诱导,于2008年培育出了克藻能力比普通水葫芦强大几十倍的巨紫根水葫芦,其根系庞大,达50~80cm,最长达150cm。这种GPIT生物操控技术不仅使普
   通水葫芦根系更加庞大,吸附弥散蓝藻的能力增强,而且极大的增加了水葫芦分泌克藻化感物质的量,能够更深层次的破坏?罅康脑逑?胞和叶绿素的结构,达到杀死蓝藻、抑制蓝藻繁殖的目的;同时,巨紫根水葫芦能更加高效的吸收水体中的N、P等营养物质,并将蓝藻死亡后分解释放的N、P等营养物质持续吸收利用,从而进一步控制因蓝藻死亡而造成的水体变质。
   这在我们运用巨紫根水葫芦治理蓝藻的极限实验中得到了极大的成功,如:
   ①在滇池索道下的鱼塘中投放巨紫根水葫芦29天后使水体的藻密度从约1.78×106万个/L减少到约1.0×103万个/L,下降了近99.9%;并且使水体TN、TP达到或接近国家地表水III类水质标准,甚至于II类水平。
   ②在太湖十八湾华藏浜水体中投放巨紫根水葫芦12天后使水体的藻密度从约1.7×105万个/L减少到约2.4×102万个/L,下降了近98.6%;TN、TP等均近地表水III类水质标准。
   ③同时,我们在无锡惠山古镇龙头河的景观水体实践中也得到了很好的验证:投放巨紫根水葫芦15天后使水体的藻密度从约5.1×103万个/L减少到约4.2×102万个/L,下降了近92%;TN、TP达到IV类水质标准。


   这些具体实例都充分说明了GPIT生物操控出的巨紫根水葫芦在富营养化水体蓝藻富集区快速抑制、杀死蓝藻的巨大能力,这不仅翻开了水生植物能够在蓝藻富集区快速抑制、杀死蓝藻的新篇章,而且为目前水体富营养化控藻提供了更加经济、有效、安全可控的新途径,可以说这是治理蓝藻、富营养化水体的第四种方法——“人工操纵化学生态学”,它是高等植物化感作用与GPIT高新技术有机结合的产物。
   目前,世界上在富营养化水体蓝藻治理上的花费巨大、耗费时间长,如日本在琵琶湖、霞浦湖治理上,分别在30年内投资了约1800多亿和1300多亿元人民币;瑞典在Finjason湖的生态修复上,1992-1994年的调控食物链结构和兴建人工湿地花费100万英镑,收效甚微;……。而我国近30年来在水体富营养化蓝藻治理上也花费了巨大的资金[11],滇池、巢湖各投入了100多亿元[12,13],而太湖仅无锡从2007年到现在则投入了近300亿,但收效甚微,并且富营养化水体“藻华”现象有愈演愈烈的趋势;在其他水域如杭州西湖、南京玄武湖、武汉东湖、长江三峡部分水域等水体的“藻华”也不间断发生。
   可见,GPIT生物操控出的“巨紫根水葫芦”治理富营养化蓝藻水体的前景是广阔的、意义是深远的,并且其广泛的应用,将会不断的推动GPIT生物操纵


   技术在水生植物化感作用上的研究,更加丰富富营养化水体蓝藻治理新途径的内容。


作者简介:


1.王益群(生态学博士 高级工程师) 云南省生态农业研究所长三角基地 无锡智者水生态环境修复工程有限公司总经理


2.那中元 云南省生态农业研究所所长


参考文献


[1]王扬才,陆开宏. 蓝藻水华的危害及动态治理[J]. 水产学杂志,2004,17(1):.90-93.
[2]李锋民,胡洪营. 植物化感作用控制天然水体有害藻类的机理和应用[J]. 城市给排水,2004,30(2):1-4.
[3]http://www2.sdnews.com.cn/news/keji/2006-4/19_194361.html
[4]王海珍,陈德辉,王全喜等. 水生植被对富营养化湖泊生态恢复的作用[J]. 自然杂志,2001,24(1):33-36.
[5]杨善元,俞子文,孙文浩等.凤眼莲根系中抑藻物质分离与鉴定[J].植物生理学报,1992,18(4):399-402.
[6]凤孙文浩,俞子文,邰根福等 凤眼莲无菌苗培养及其克藻散应[J]. 植物生理学报,1990,16(3):301-305.
[7]孙文浩,俞子文,余叔文.城市富营养化水域的生物治理和凤眼莲抑制藻生长的机理[J]. 环境科学学报,1989,9(2):188-185.
[8]俞子文,孙文浩,郭克勤等. 几种高等水生植物的克藻效应[J]. 水生生物学学报,1992,16(1):1-7.
[9]唐萍,吴国荣,陆长梅等. 太湖水域几种高等水生植物的克藻效应[J]. 农村生态环境,2001,17(3):42-45/47.
[10]孔垂华,娄永根. 化学生态学前沿[M]. 高等教育出版社,2010.
[11] http://www.jshb.gov.cn/jshbw/rdzt/lyzz/ckxx/200911/t20091109_140992.html
[12] http://news.sohu.com/20090101/n261527064.shtml
[13] http://szbbs.soufun.com/2810252472~-1~2085/63034226_63040224.htm


 

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