无锡太湖蓝藻水华的现状与治理对策

无锡太湖蓝藻水华的现状与治理对策

1蓝藻水华及其水质污染2007年5月29日，无锡居民因恐惧而期待着第一次见面。他们找到了自来水的气味。自来水是尖锐而难以形容的。整个城市的大多数地区都陷入了不同程度的洪水。事件很快引起了全国上下和全世界的高度关注。无锡市委和市政府立刻启动了应急方案:请来专家对水处理工艺进行改进,确定产生臭水污染的原因,加大引江济太和梅梁湾调水力度,加大纯净水供应,实施增雨作业,组织人员进行蓝藻打捞等一系列措施。直至6月初,自来水供应趋于正常。此次无锡市饮用水危机的爆发既是意料之外,又是情理之中。根据危机事件爆发后野外采样调查发现:位于取水口东部沿岸有历史上围湖造田遗留下来的低矮围堤,围堤东部散布着一些芦苇等挺水植物。恰遇今年暖冬,蓝藻水华爆发得较早,在岸边堆积死亡的蓝藻水华在风向转变的情况下,漂到取水口周围堆积,造成此次水污染事件。2007年6月1日下午调查采样发现,在此水域附件,仍然漂浮着许多腐烂发臭的水华团。采样分析发现,其中总氮、总磷、CODMn浓度分别高达23.4mg/L,1.05mg/L,53.6mg/L,叶绿素a的浓度高达0.98mg/L。这些参数是太湖正常情况下的10～20倍。这已经是危机事件即将结束时的水质数据。可见在危机事件爆发初期,水源地的水质受到的污染有多严重。所谓蓝藻是淡水湖泊中比较常见的一种浮游植物种类,在适宜的气象条件和营养盐浓度下,就会爆发性地生长,形成蓝藻水华。实际上,蓝藻水华对太湖周边的人来说,不是什么新东西。早在解放前太湖里就有蓝藻水华(当地人也称湖靛),只是那时的蓝藻水华远不如现在这样的规模和范围。因此,发生此次危机的根本的原因是太湖富营养化导致蓝藻水华大量生长繁殖,在合适的气象条件下在取水口大量堆积、死亡腐烂,促成了此次危机事件的发生。此次危机事件反映出我国饮用水水源地的水污染和水源地所在的湖泊富营养化问题的严重性。早在1996年,国务院就在无锡召开太湖水污染防治现场会议,提出1998年流域内所有工业污染都要达标排放,2000年使太湖水变清。但是,时至今日,太湖的污染不但没有好转,反而更趋严重。蓝藻水华问题也越来越突出。太湖的问题不是孤立的,在我国有许多湖泊与太湖一样,面临着相同的问题。本文试图以太湖为例回答为什么我国的湖泊富营养化问题会如此严重,为什么治理的难度会这样的大,以往的湖泊生态恢复为什么鲜有成功的例子,我国的湖泊究竟应该如何治理等问题。为湖泊生态环境管理与科研工作提供参考。2太湖富营养化的现状我国面积1km2以上的湖泊有2759个,总面积达91019km2,其中只有约1/3的湖泊是淡水湖泊,并且绝大部分是富营养化浅水湖泊,主要分布在长江中下游地区和东部沿海地区,太湖就是这众多浅水富营养化湖泊的典型代表。太湖富营养化从20世纪80年代开始,每隔10年湖泊富营养化上升一个等级,而水质则下降一个等级,目前全湖处于富营养到重富营养状态,而湖泊水质则属于劣五类。应该说太湖富营养化的发展和治理已经历经多年,特别是“十五”以来,国家投入大量人力物力治理太湖富营养化,试图恢复湖泊原有山清水秀的环境,但收效甚微。从1998年在太湖启动的三省一市零点达标排放以来,太湖富营养化不但没有得到有效控制,反而呈现出进一步加剧的趋势,从每年5～10月份太湖湖心区水体总磷、叶绿素a监测平均值看,1998年以来水体TP的浓度仍呈不断增加的趋势,叶绿素a含量也不断增高(图1)。太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,既有自然方面的因素,也有人为方面的原因。2.1水生植物是湖泊富营养化的表现之一我国地貌的基本特征是西高东低,呈阶梯分布,大江大河大多发源于第一、二级阶梯上,而太湖地处我国的第三级阶梯,位于长江下游三角洲的南翼坦荡的太湖平原上,发育在长江洪泛平原之上,其形成演化与河网水系的变迁密切相关。由于长江的冲刷带来大量营养物质沉积于此,因此在下游三角洲地区常常是土壤肥沃。根据湖泊硅藻生物种群组合与湖泊营养水平的转换函数关系重建的龙感湖、太白湖近300年来的营养演化结果表明,长江中下游地区的湖泊在20世纪之前,就明显处于中营养—中富营养化状态。在太湖通过硅藻种群组合重建的总磷浓度介于50～60μg/L,已经符合湖泊富营养化的评价标准。因此,这样的湖泊是非常容易富营养化的。太湖在人类活动影响之前之所以没有呈现富营养化的态势,主要得益于大量的湿地与水生植被的发育。20世纪60年代中国科学院地理研究所对太湖的综合调查显示:在太湖沿岸带,东太湖、胥口湾、贡湖湾、梅梁湾、竺山湾和五里湖均分布着大面积的水生植物。正是由于水生植物的大量存在,一方面有效地削减了排入湖中的外源营养盐负荷,同时又大量地遏制底泥中营养盐的释放。水生植物吸收水体和沉积物中的营养元素,死亡后沉积于湖底,将水体中的营养物质转移到沉积物中,使得水体中营养盐不足以发生富营养化和蓝藻水华。如2005—2006年在太湖无水生植被的梅梁湾和有水生植被的贡湖湾中心区域TN、TP的年平均值分别为4.45、0.148mg/L;2.57、0.085mg/L。同样在美国奥克乔比(Okeechobee)湖的研究也发现,无水生植被的敞水区TP浓度明显要高于有水生植被发育的湖滨区,分别为5～l0mg/L和0.095mg/L。利用古湖沼学技术重建湖泊古营养演化序列发现,长江中下游地区浅水湖泊从草型生态类型转向藻型生态类型的阀值为0.09mg/L左右。而历史时期太湖总磷的本底值是0.05～0.06mg/L,一旦外源营养盐的输入增加和外界干扰破坏原有的草型生态系统,就很容易使湖泊生态类型由草型转为藻型,进而发生富营养化和蓝藻水华。特别是解放后在许多湖泊实施的围垦,使得许多湖滨滩涂湿地得到破坏。根据统计,太湖自解放以来,共围垦面积528km2,这些被围垦的水域绝大部分位于湖滨浅水地区,水生植物茂盛;而围垦后,无论是种植水稻还是渔业养殖,都由原来的拦截污染物的净化区变为输出污染物的污染源,其负面影响如何可想而知。2.2淡水湖泊的遗传多样性研究太湖是一个典型的大型浅水湖泊,平均水深约为2m,最大水深不超过3m,加之其位于季风气候区并受台风的影响,风速较大且全年盛行。中国科学院太湖湖泊生态系统研究站2001年全年风速风向观测资料显示,全年风速在2～6m/s的天数为298天,占全年的82%,风速超过6m/s的天数有22天,占全年的6%。受风浪和湖流作用使得水—沉积物界面经常处于不稳定状态,沉积物容易扰动而发生再悬浮,大量营养物质随之释放进入水体。据估算,一次大的风浪过程会使得水体TN和TP浓度分别增加0.012mg/L、0.005mg/L。类似的研究结果在其它浅水湖泊也得到证实,如日本琵琶湖在一次台风过程前后,其浅水水域磷的浓度从0.01mg/L增加到0.025mg/L。位于美国佛罗里达州的富营养化浅水湖泊阿波普卡(Apopka)湖在风浪的作用下其沉积物最顶部的8cm底泥中的可溶性磷都会释放出来。频繁的风浪扰动引起的内源营养盐释放常常使得水体内营养盐维持在一个较高的水平。因此,即便在外源污染得到控制的情况,沉积物再悬浮引起的内源释放还会在相当长的一段时间维持太湖的富营养化水平和蓝藻水华爆发。如Sondergaard等从1978年到1999年在对丹麦Sobygaard湖的研究发现,20世纪80年代开始外源营养盐的输入已降到历史最低水平,内源营养盐负荷仍维持在一个较高水平(图2),湖泊富营养化和蓝藻水华仍然继续存在。而当前的太湖,不但内源营养负荷存在,1998年零点达标排放后外源每年还有源源不断的营养盐输入湖泊。许朋柱等根据2001—2002水文年115条环太湖河道的同步环境监测资料显示,净入湖TN、TP分别是12058、361t/a,并且相比于20世纪90年代除了净的氮、磷输入增加外,污染物在湖泊中的滞留率也显著提高。因而从1998年以来营养盐增加和湖泊富营养化继续发展就不难理解。需要说明的是,尽管内源污染在浅水湖泊中,特别是动力扰动的浅水湖泊中由于水—沉积物界面的复氧过程,使得生物可利用的营养盐释放会受到一定程度的影响。但是,由于浅水湖泊水很浅,环境容量有限,单位面积的沉积物上释放的营养盐对于上覆水柱而言是相当可观的;这也是浅水湖泊内源污染仍然非常严重的根源所在。2.3太湖流域养殖污染的总量和总量20世纪60年代初,太湖流域社会经济发展处于历史困难时期,入湖污染物很少。1960年,总无机氮(TIN)仅0.05mg/L,磷酸根磷(PO3−443--P)为0.02mg/L,水质良好,处于贫—中营养化之间。自改革开放以来,太湖流域经济的高速发展和人口的急剧增加带来大量的工业、农业、生活污水源源不断地排入太湖。1980年太湖流域GDP为1081亿元(以2000年可比价计算),2000年为9717亿元,增长了近8倍,年均增长率达11.6%。1980年,太湖流域总人口为3169万人,到2000年上升为3953万人,净增718万人,年均增长率10.3‰。随着社会经济的高速发展,流域用水量明显增加,用水量越大意味着废污水排放量也越大。从用水总量上看,1980—2000年的20年里,太湖流域用水总量逐年增长。1980年用水总量为234亿m3,2000年为316亿m3,净增用水量82亿m3,年均增长率1.5%。1987年太湖流域工业、生活废污水排放量为36亿m3,1999年增至49亿m3,到2000年,达53.3亿m3。伴随农业的快速发展,农业面源和围网养殖污染排放也逐年增加。目前太湖流域每公顷农田施化肥577.5kg,施农药34.5kg,远高于全国平均的411kg和11.25kg。东太湖围网养殖面积由1984年的266hm2,增加到1997年的3200hm2,到2003年养殖面积已达到10647.02hm2,占东太湖总水面的比例高达79.25%。据估算,每生产1t鱼要向湖内释放氮141.25kg、磷14.14kg,每生产1t螃蟹要向湖内释放氮517.81kg、磷71.57kg。根据中国科学院南京地理与湖泊研究所的长期调查研究,目前太湖湖水中的营养盐浓度已经由改革开放初期的总氮1～2mg/L增加到5～6mg/L,总磷0.03～0.05mg/L增加到现在的0.1～0.2mg/L(梅梁湾水域)。3蓝藻的水华功能导致此次无锡饮用水危机事件的元凶是蓝藻水华。蓝藻水华的爆发是一个水体富营养化的主要特征。能够形成蓝藻水华的藻类包括微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena)、颤藻(Oscillatoria)和束丝藻(Aphanizomenon)等,有时直链硅藻(Melosira)也伴随蓝藻大量滋生,在太湖主要是微囊藻水华。实际上,蓝藻水华爆发是一个相当复杂的过程,涉及的因子很多,主要包括物理、化学、生物三方面因子。蓝藻之所以能够爆发性生长形成水华一方面与蓝藻本身的生理特征有关,另一方面则与系统内物理、化学、生物环境有关。蓝藻具有以下几个生理特性,能够适应富营养化浅水湖泊系统内的物理、化学、生物环境,从而在种群演替中成为优势种。其一,蓝藻具有伪空泡(gasvacuoles)能够自行调节浮力改变其在水柱中的位置,以适应水体中呈垂直方向分布的光照与营养的分布不均的问题,从而有利于其从水体中获取有限的资源并最终成为优势种群;其二,蓝藻的光捕获体和色素组成与其它藻类有明显区别,体内含有藻胆蛋白(phycobilins)。在富营养化浅水湖泊由于高浓度的非色素颗粒物和有色可溶性有机物对光的吸收和散射,短波的蓝光在进入水体后迅速衰减,绿光和桔红光衰减最弱,光谱出现绿移和红移现象,而藻胆蛋白能够有效利用620nm、650nm、565nm波长的光进行光合作用。此外蓝藻对光照的利用具有二重性,在较低的光强下,蓝藻具有较强的竞争优势,而其又能适应高光强和抗紫外线的干扰,蓝藻细胞内由于大量含有类孢粉素氨基酸(Mycosporine-likeAminoAcids,简称MAAs)等物质能够抗紫外线,太湖的微囊藻中就含有MAAs;其三,适合宽幅的N/P变化和有效的利用间歇性营养盐供给。虽然Smith早在1983年就提出N/P<29易形成蓝藻水华的观点。但此后这个观点受到许多质疑,新近的研究表明N/P<29只是蓝藻水华爆发的结果,而非原因。唐汇娟比较了国内35个湖泊(23个发生蓝藻水华)后发现,发生蓝藻水华的湖泊中N/P在13～35之间,而没有发生蓝藻水华的湖泊中N/P则小于13。高温的夏季里光照强烈,藻类的光合作用更强烈些,对营养盐的需求会更强烈或者说营养盐的利用更快捷,一旦现有的营养盐因被利用而降低到一定的程度时就容易成为浮游植物的限制因子,而营养盐的断断续续的供应则很可能导致一些浮游植物种类因营养盐限制而死亡。而蓝藻由于其特殊的生理特性能耐受这些胁迫,并通过形成群体的形式来对付外界的胁迫;其四,蓝藻拥有CO2浓缩机制并通过复杂的生物化学反应机制形成对高温的适应。蓝藻具有比其它藻类更高的CO2和无机碳浓缩能力,使自己在低碳环境中能有效地利用碳源,从而比其它藻类具有较快的繁殖生长速度,竞争上占优势。蓝藻水华的爆发是内因与外因相互作用的结果。要弄清楚蓝藻水华的爆发机制和原因肯定要先了解蓝藻水华爆发的过程。人们从野外蓝藻水华分离得到藻种进行室内培养的过程中发现,蓝藻以单个细胞形式而不是以群体形式存在,即不能形成蓝藻水华。研究显示蓝藻作为浮游植物的一个门类,在淡水水体中是普遍存在的。但是淡水水体爆发的水华并不一定都是蓝藻水华,一些养鱼池塘中出现过裸藻水华,河流中出现过硅藻水华,同时也不只是在富营养的水体中产生蓝藻水华,中营养水平的水体如千岛湖也爆发过蓝藻水华。在我国,绝大部分湖泊爆发的水华都是蓝藻水华,原因是我国绝大部分湖泊中氮磷比都比较低,氮的供应是充分的,使得没有固氮能力的微囊藻成为优势种(HansPaerl,个人通讯)。大量的实验表明浮游动物捕食能够诱导藻类群体的形成;这说明蓝藻水华的产生是蓝藻为了应付外界不良环境的胁迫而表现出来的一种自我保护机制。因此,蓝藻水华的形成过程是由蓝藻本身的生理特点以及温度、光照、营养盐、其它生物等诸多环境因素共同作用的结果。在营养盐负荷高,氮磷比低,光照和水动力环境合适,食物网中没有形成枝角类优势这些条件同时满足的情况下就会出现蓝藻水华。4控源和生态修复湖泊富营养化治理一般应该遵循的路线是控源截污、生态修复和流域管理。控源包括流域上的各种外源负荷以及沉积物释放所产生的内源负荷,这对浅水湖泊富营养化控制非常必要。这是因为,已有研究发现,当湖泊营养盐浓度不断升高的情况下,会导致附着在水生植物(特别是沉水植物)上的生物和浮游植物大量生长,严重遏制沉水植物的光合作用。因此,要恢复沉水植物,首先必须降低营养负荷,这就意味着必须适当控制输入湖泊的外源负荷。在控源的基础上,进行以水生植物恢复为核心的生态修复工作,湖滨带的生态修复可以有效拦截来自陆地的污染物质,而湖泊内部各种类型水生植物的恢复可以有效地降低沉积物悬浮和内源污染释放。在上述控源和生态修复的基础上,流域上应该进行产业结构和土地利用方式的调整,逐步引导经济结构向环境友好的方向发展。这里主要谈谈控源截污和生态修复技术。4.1外源污染物排放治理大量外源性营养盐进入湖泊是导致湖水富营养化的最根本的原因之一。因此,控制外源污染物排放是湖泊水环境治理的首要步骤。但是,目前对于工业污染和城市生活污染等点源排放治理力度较大,对于面大量广的分散非点源污染控制尚无经济有效的办法。而前置库技术和湿地技术是这方面比较有效的方法。(1)物吸收、吸附、拦截营养盐技术前置库是有效的富营养化治理技术之一,在河水进入湖泊之前,通过前置库,延长水力停留时间,增强泥沙及营养盐的沉降量,同时利用前置库中浮游藻类或大型水生植物吸收、吸附、拦截营养盐的功能,使营养盐成为有机物或沉降于库底。这项技术的原理也是利用了营养盐,特别是磷的颗粒态特性。因此,拦截颗粒物质并沉降至河底可以有效拦营养物质,减缓湖泊富营养化进程。该项措施的技术关键除足够的场地外,前置库要控制80%左右的入流水和可达到一定去除率的水力停留时间。在太湖流域,围绕着太湖的复杂的河网系统,由于其迟缓的水流和较长的水力停留时间,使其实际上扮演着前置库的作用。这可以解释为什么太湖地区河网的水质较湖中的水质差。(2)湿地生物自然生长湖滨湿地和入湖河道堤岸湿地是拦截非点源污染的有效措施。也是污染物进入湖泊的最后一道拦截屏障。湖泊沿岸湿地和滨岸高等水生植物的消失,将加重湖泊富营养化的发展。因此,恢复和重建湖泊滨岸带水生植被,从而改变氮、磷入湖途径,也是控制外源营养物入湖的重要措施。湿地净化系统包括湿生植物和基质,湿生植物包括漂浮植物、沉水植物和挺水植物。大型植物水下面的根和茎为微生物的生长提供了巨大的表面积,微生物的生物量大。大型植物的根和茎能释放出氧气,促进好氧微生物的代谢。湿地水体和底泥中的微生物分解有机物,产生二氧化碳、氮和磷等营养盐,湿生植物吸收水体和基质中氮、磷进行生长,通过收割去除氮磷。基质能吸附磷,同时,在基质中还存在着好氧、缺氧和厌氧的环境,微生物进行硝化和反硝化作用,从而达到去除氮、磷的目的。4.2湖内治理对于太湖这类浅水的富营养化湖泊,内源营养盐释放的控制是湖内治理的关键。控制湖泊内源污染,应当根据水深、pH值、水体的规模及复氧能力、内源营养盐释放特点以及水文条件,并结合水体的功能,选择经济有效的控制内源释放的措施。(1)流人工湿地的制备引水冲刷是减少和稀释湖泊水体营养物质的有效方法,如太湖的引江济太工程,但其前提是要有清洁的水源,同时加快水的换水周期使得蓝藻来不及生长。一般认为,每天冲入湖泊体积10%～15%的水就足够了。采用冲刷的方法对小型浅水湖泊(如南京玄武湖)有效,而对于太湖这类大型湖泊从技术和经济上都有一定的难度。尽管5月份自来水厂水危机事件发生后,无锡市加大了引江济太流量,同时在梅梁湾往外泵水,引导湖水流动和交换,对缓解自来水厂危机发挥了一定作用,但由于该方法会排放出营养盐含量高的湖水,将加重下游受纳水域的污染,因此是治表不治本的方法。(2)内源污染控制人们常把底泥疏浚作为减少内源负荷和治理富营养化湖泊的一种重要措施。但是,前提是需要控制外源输入的情况下实施底泥疏浚,原因是如果不控制外源输入,疏浚后的沉积物表层又会出现新的污染沉积层。决定一个湖泊是否适合疏浚,要综合分析这个湖泊底泥释放情况,底泥中营养盐含量,是否有悬浮和复氧过程、pH及氧化还原环境,及沉积物中铁、锰等重金属的含量。具体而言,对于面积较大的湖泊或者是湖泊敞水区,由于动力扰动较强,沉积物容易悬浮,沉积物中的营养盐易于在短时间内大量释放,水体也容易复氧,如果沉积物中的铁含量又很丰富,那么,这样的水域虽然动力扰动导致的沉积物中的营养盐会在短时间内大量释放出来。但是如果沉积物中的铁、锰含量较高,将由于其对营养盐的强烈吸附作用而使得水体具有自我清除功能,因此,对于这样的水体,采用疏浚的方法来控制内源污染并非好的方法;但是,对于面积较小的水域或者是风浪作用较弱的湖湾等地区,由于动力作用较弱,使得水底呈现较强的还原环境,沉积物中空隙水中的营养盐含量较高,其与上覆水的浓度梯度也大,静态释放较开阔水域强烈,这样的水域无论其沉积物的铁磷比的大小如何,都需要考虑疏浚的方法。(3)水生植物净化富营养化的作用微生物制剂对去除水体中的有机物、叶绿素a、氨氮和提高溶解氧等均有显著效果。固定化亚硝化菌和硝化菌能将水体中的氨氮转化成硝酸盐氮,固定化反硝化菌能利用原水中的部分有机物作碳源,进行反硝化作用,可以去除湖水中的氮。在小型湖泊中加入的微生物制剂后,水中的溶氧(DO)大幅增加,而COD、总氮、总磷等则明显降低。随着水体中藻类的减少和下沉,水体的浊度明显下降,水质感官得到改善。水生植物具有净化富营养化水体的作用。植物净化水体的作用包括植物本身(叶片和茎干等)对水体中颗粒物质的捕获使之吸附在叶片上为附着生物所吸收和同化,或者是使悬浮物沉积至湖底(消除颗粒态营养盐)并不再悬浮,或者是植物根系的吸附作用。生物浮床技术是把高等水生植物或改良的陆生植物种植到富营养化水域水面上,其净化原理就是通过植物根部的吸收、吸附作用和对悬浮物的拦截作用来净化水质,富集水体中氮、磷及有害物质,从而达到净化水质的效果。对于沉水植物而言,其净化原理就是通过叶片上的附着生物来拦截净化水质、通过拦截和降低水柱中的悬浮物浓度来消除颗粒态污染物质、通过根部来吸收和同化沉积物中的营养盐。研究表明,金鱼藻等6种水生植物对水中总氮、总磷和硝态氮有较好的去除效果,而以狐尾藻和微齿眼子菜两种效果最好。水生植物虽然能有效提高水体透明度和水体观感,但对改善COD的效果不明显。4.3水生态系统治理技术的研究目前,国内外在湖泊蓝藻治理的方法上,大体可归结为物理法、化学法和生物法。这些方法各有优点,同时也均具有一些局限性。因此,单独采用任何一种单一的技术手段来治理一个极其复杂的水生态系统,都是非常困难的,往往也得不到理想的效果。事实上,国内外至今也尚未有一套完整成熟的治理方法可供借鉴。因此,就太湖而言,根据湖泊具体特点和微囊藻水华的生理生态特性,依据“综合除藻、生态抑藻”相结合的原则,采取如下物理工程、生物化学、生态工程相结合的手段,控制、去除水源地区域水体中的蓝藻。(1)pvc围隔挡藻物理工程的方法主要是利用工程的手段,改变其中的物理环境条件,进而达到拦藻、除藻、控藻的目的,如“十五”期间在太湖北部的梅梁湾牵龙口水厂水源地实施的PVC围隔挡藻。除了围隔挡藻外,与所设置的消浪围隔相结合,利用微囊藻的漂浮特性,根据水源地区域中的风向、水流方向,在水体中近岸处设置一定的区域,使微囊藻在所设定的区域中堆积,随后可采用机械的方法收获堆积的藻类。在建收集围隔时,上半部可用不透水的材料(或网眼较小的渔网),下半部可用透水的材料(或网眼较大的渔网),以保证最大限度地收集水体中的微囊藻。(2)用化学除藻剂联合生物处理在水源地特定的区域中,设置围隔(可以跟前述的导流收集相结合)。在围隔中添加一定浓度的化学物质(目前常用的有:硫酸铜、丙玛三肽、钙化合物、铝化合物、改性粘土等),在数天内,使其中的藻类死亡、沉淀。如潘刚等在太湖梅梁湾牵龙口水厂水源地使用当地的改性粘土去处藻华,取得了较好的效果。一般选择化学除藻剂应遵循的原则:针对需要去除的藻种,从水环境生态角度去选择除藻剂,不选有毒副作用的金属盐类和有机药剂;药效有效作用应有相对延时释放的功能,以适应开放式水体的使用环境。采用化学药物在短期内可起到较好的杀藻效果,但长期使用,有可能会造成湖泊的退化。特别是,由于针对的目标是在水源地进行水的处理,因此,首先必需考虑处理过程中不能产生有毒、有害物质,在处理过程中所添加的化学物质必需进行严格的毒理学、生态毒理学的测试。同时,对处理以后的水,也需要进行毒理学的跟踪测试,以确保供水的安全。(3)磷浮游动物的生物控制应用生物控制的方法大都基于浮游植物的生理和生态特性来实现的。譬如在围隔中投入大麦杆等植物体,通过其在水体中分解过程中产生的抑藻物质,去除水体中的微囊藻。这种方法报道于20世纪80年代,英国等国家已经开始大规模使用大麦杆控制水华,并在小型的浅水水体中取得了成功。关于大麦杆抑藻的机理一些研究认为可能是细菌在分解大麦杆的过程中,去除了水体中的磷,同时促进了食藻浮游动物的生长;另一些研究则认为可能在分解过程中产生了抑藻物质。据报道,这种方法的效果很好。在两英亩水面中放置3捆40磅的大麦杆,就能去除95%的微囊藻。从生物控制的角度出发,大麦杆除藻能更好的恢复和保持环境原有的面貌,将人为的破坏影响降到最小。在开阔水域,结合消浪,在围隔中按一定的间距放置竹排。事先筛选根系发达、适应性强、对微囊藻有抑制作用的漂浮植物(如凤眼莲、水花生、水蕹菜等),种植在竹排上,定期将漂浮植物移出系统。一方面,利用漂浮植物漂浮在水面上的特点,使水下的光显著减少,从而对微囊藻的生长产生影响;另一方面,漂浮植物发达的根系上附着的大量微生物,能有效地去除水体中的营养盐,并可通过将漂浮植物移出系统,同时带出大量的营养盐。还有就是利用食物链原理,通过合理控制鲢鳙鱼等滤食性鱼类,利用鲢鳙鱼对蓝藻的捕食来控制蓝藻生物量,此外还可以设法增加浮游动物、底栖数量,增强对微囊藻的摄食作用。另外,还可通过在围隔中投放、悬挂滤食性的螺、蚌等软体动物,大量滤食水体中的微囊藻,从而使得水体中的微囊藻生物量得以大量减少。4.4外部环境胁迫对湖泊生态系统的影响湖泊生态修复的目的,一方面是为了控制底泥内源污染,这在浅水湖泊中特别需要,另一方面是控制蓝藻水华。事实证明,在有沉水植物存在的草型湖泊生态系统中,底泥营养盐的释放可以有效得到控制,水质可以有效得到改善。原因是水生植物可以遏制沉积物的动力悬浮过程,同时可以吸收水体与沉积物中的营养盐,降低营养盐负荷,遏制蓝藻水华发生。那么,如何才能实现湖泊从藻型到草型的转变?理论上,草型和藻型都是湖泊生态系统在一定条件下的稳定状态,这就是所谓的湖泊多稳态理论。当外部环境发生变化时,将对湖泊生态系统产生胁迫,而湖泊生态系统具有一定的抗拒外部环境变化的自我恢复能力(resilience,或者是返弹能力),但是,当外部环境胁迫增加到一定程度将导致系统破坏,生态系统转化到与新的环境条件相适应的系统状态。在荷兰