李雨萱 ,湯文靜，劉強

（徐州工程學院 環境工程學院，江蘇徐州221018）

摘 要：水是人類賴以生存的自然資源,但隨著工業和社會發展,水污染問題越來越突出。湖泊（水庫）富營養化成為水污染的主要類型之一,藻類水華是水體富營養化的典型表現,給自然景觀和人類健康造成了惡劣影響。本文主要介紹了藻類水華產生條件及爆發的危害，論述了藻類問題的成因，重點分析了目前藻類問題的治理方法，尤其是其物理方法和生物方法，并對未來藻類水華治理研究進行了展望，以期達到更好治理效果。

關鍵詞：藻類水華；水污染；治理方法

1引言

隨著人類活動對全球水環境的影響, 水體富營養化和水華現象成為世界性的環境問題。水華是水體富營養化發展到最高階段的一種表現形式^[1],河湖藻類問題在全球范圍內普遍存在，尤其是在氣候變暖、水體富營養化加劇的背景下，藻類過度繁殖 (即水華現象)成為了一個不可忽視的環境問題。藻類問題的普遍性體現在不同類型的水體中，如淡水湖泊、河流、近海水域等，都可能出現藻類大量繁殖的現象。

2藻類問題概述

2.1藻類生長條件

藻類是一類單細胞或多細胞的生物，廣泛分布在水生環境中。它們通常是以光合作用為主要代謝方式，因此環境光線、溫度、營養物質等因素對其生長非常重要。藻類生長條件主要有光照條件、溫度條件、營養物質、pH值。

2.2藻類爆發的危害

（1）藻類爆發式的繁殖會大量消耗水體中的溶解氧，造成水生群落中魚、蝦、貝類等其他物種死亡，物種趨向單一，水體功能發生退化，導致整個生態系統失衡。

（2）藻類大量生長使水體透明度下降，沉水植物大量死亡，并且藻類死亡后會散發有毒物質及腥臭味，不但影響水體景觀還會影響周邊的空氣質量。

（3）同時, 多種藻類分泌的藻毒素, 通過食物鏈在原生動物、貝類、蝦、魚等體內積累, 嚴重威脅水產養殖業及人類生命安全^[2]。此外, 藻類大量堆積岸邊死亡后散發惡臭,大大降低水體的景觀價值。

2.3藻類問題的成因：

水體富營養化是藻類水華發生的主要原因。根據國內外的相關研究成果，藻類水華需要具備以下五個條件。

2.3.1 適宜的氮磷比（N/P）

氮、磷是藻類生長繁殖和再生所需的重要營養元素，目前研究發現，氮磷這兩種營養鹽的比例（N/P）對浮游藻類種群組成的影響比氮、磷單因子濃度的升高對藻類種群組成的影響大。藻類細胞組成的原子比率C∶N∶P=106∶16∶1，研究表明，當氮磷比在10:1~25:1范圍時，藻類生長與氮、磷濃度存在直線相關關系；氮磷比在12:1~13:1時最適宜藻類生長。此外，如果氮磷比超過16∶1，磷被認為是限制性因素；反之，當氮磷比小于10∶1時，氮通常被考慮為限制性因素;而當氮磷比在10~20之間時，限制性因素則變得不確定。

2.3.2 鐵、硅等微量元素

適量鐵、硅是水體中的微量元素，由于鐵是水體氮循環過程發生所需的各種酶的重要組成成分，因此鐵是氮營養鹽循環過程中的決定性因素。當水體中鐵的含量較高時，合成的硝酸鹽、亞硝酸鹽還原酶的活性增強，更多亞硝態氮被還原，從而降低水體氮含量，使得氮成為藻類生長的限制因素，水體富營養化發生的幾率得到降低。根據相關實驗，當水體中氮磷比為40：1，鐵離子濃度為1.2 mg/L時，藻類的生長速率達到最大值；當鐵離子濃度為0時，藻類基本不生長；當氮磷比為80：1或鐵離子濃度為4.8 mg/L，藻類生長受到抑制。因此，在控制藻類生長時，不僅要控制水中氮磷比，同時需要控制鐵離子濃度。當水體中磷硅比升高時，水體中的浮游生物以鞭毛蟲為主，鞭毛蟲占主體時，水體更容易發生富營養化；當氮硅比降低時，水體中硅藻屬為優勢浮游生物，水體富營養化發生的機率小。

2.3.3 適宜的光照、溫度和溶解氧條件

光照強度的大小是影響藻類生長的重要因子，光合作用的速率因光照強度的變化而發生變化。溫度則主要通過影響水生植物生命活動所需酶的活性，從而引起酶促反應的反應速率不同來影響藻類的生長。通常10℃～20℃的溫度范圍下，溫度每升高10℃，浮游植物將提高一倍多生長率。

水體中溶解氧含量降低會引起水生浮游動物缺氧死亡，浮游動物的死亡將減少對水體中氮磷營養鹽的消耗，并且浮游動物死亡后尸體的分解會釋放出大量的氮磷，造成水質的惡化和水體生態環境的失衡。

2.3.4 適宜的水動力條件

藻類存在一個最適合其生長的臨界流速，而當流速增加到一定程度時則會限制藻類生長，不同的藻類、不同環境條件下流速值不完全相同。根據相關研究，對于河道而言，最利于銅綠微囊藻生長的臨界流速為0.30 m/s，當流速大于0.50 m/s時微囊藻幾乎不再生長；對于湖泊而言，一定強度的風浪有削弱藻類水華的作用，但是微風則有利于藻類的聚集。

3藻類治理方法

藻類水華發生的根本原因是由于水體富營養化導致的水生態系統失衡，營造穩定平衡的健康水生態系統是關鍵。水生態系統的修復不可能一朝一夕完成，因此在堅持進行系統治理的同時，我們需要重視各類治理手段的綜合運用，采取必要措施以應對藻類水華，最終達到標本兼治的目的。現階段采用的治理措施主要分為：物理方法、化學方法和生物方法。 

3.1物理方法

物理方法包括機械打撈﹑氣浮技術﹑超聲波法﹑吸附法﹑過濾法等。使用機械打撈清除藍藻水華, 能夠快速清除大量湖面藍藻^[3]，物理法除藻是利用某些設備、器材直接去除水體中的藻類，同時不會產生二次污染的方法，但其去除成本相對較高，主要方法有：過濾除藻法、氣浮除藻法、機械除藻法、黏土礦物除藻法和超聲波控藻法等。

3.1.1 氣浮除藻

氣浮法除藻是由溶氣系統供應溶氣水，通過水中氣泡粘附水中藻類，使其浮于池面，用刮渣機刮除。氣浮除藻是通過物理方法將藻從水中上浮分離，非常適合藻類去除，除藻效果良好，并且不會產生不利影響，感官指標也有較大改觀。氣浮工藝需增加回流壓力水和溶氣系統，投資及運行費用有所增加，操作管理難度也有所提高。氣浮工藝除藻效果良好，但不徹底，如藻類高達1億以上時

3.1.2 人工機械除藻法

人工機械除藻是目前最為普遍、成熟的應急方法，通過打撈堆積在近岸帶的藻類，以解決“表觀藻華”，削減次生災害。值得肯定的是，這種方法幾乎不會產生生態風險。本文介紹一種“大型仿生式水面藻類清除設備”，它采用了仿生式的技術原理，模仿鰱魚濾食藻類的方式，適用于藻類中微囊藻、魚腥藻等常見種類的去除。

“大型仿生式水面藻類清除設備”以純物理方式過濾藻類，不添加任何藥劑，整個工藝流程經濟環保，對肉眼可見藻類去除率達到99%以上，藻類總體去除率可達70%以上。

3.1.3 粘土礦物除藻法

考慮到磷常常是影響藻類生長的關鍵性限制因子，控制水體磷含量可以有效抑制藻類生長。工程中常采用鑭鋁復合鎖磷材料降低水體中磷含量。鎖磷材料的改性基礎材料取自天然的多孔粘土材料，經過物理化學以及水熱合成的一種含鈣、鋁等多孔粘土多功能材料，主要功能是能夠有效抑制底泥界面磷釋放并迅速固定水體中溶解性磷酸鹽，材料質地堅硬，為不規則棒狀，對磷的固定容量在8-12mgP/g左右，能針對不同濃度的磷進行去除，在極低（0.5 mg/L及其以下去除率大于99%以上）以及高濃度（200mg/L去除率接近80%）均有較好的去除率。

3.2化學方法

化學方法主要是指用化學殺藻劑及絮凝劑來達到除藻﹑抑藻的效果。美國科學家在20世紀70年代開始先后使用硫酸銅等多達數千種化學藥劑進行海洋水華生物的滅殺試驗,結果表明,符合各個方面要求的較少, 大多存在起作用劑量較大, 對非水華生物有影響, 不能在水體中短時間消散等問題。

目前, 我國殺藻劑多用銅鹽, 硫酸銅是最早用于殺藻的化學試劑之一,其主要原理是銅離子能抑制藻細胞內藻膽體光合作用,一定濃度的銅離子會抑制藻細胞生長最終導致藻細胞死亡。但銅類試劑具有毒性,對其他動植物的生長發育有影響, 會產生二次污染, 破壞近岸生態系統, 對藻類水華的控制也只能起到短期的效果^[4]。高錳酸鉀、氯氣、過氧化氫、二氧化氯等氧化物多用于給水處理中的藻類去除, 但易產生有毒害的副產物, 應用受到一定的限制^[5] 。

3.3生物方法

生物方法是利用生態系統內部的調節機制，如某些高等水生植物的化感作用抑藻，或者某些浮游動物、水生動物的捕食原理，來抑制藻類繁殖生長，從而達到控藻的目的。相較于物理和化學方法，生物方法對環境更加友好，能夠做到標本兼治，但處理周期較長。目前，生物方法可分為水生高等植物抑藻法、水生動物控藻法和微生物控藻法。

3.3.1 水生高等植物抑藻法

某些水生高等植物不僅在其生長過程中吸收水體中的氮磷營養鹽，而且還能分泌一些化感物質，化感物質能夠通過破壞藻細胞結構，抑制藻細胞光合作用活性，損害藻細胞內蛋白質活性，影響關鍵酶活性等途徑抑制藻細胞生長。該方法主要包括水生植被恢復技術、人工濕地技術及浮床技術等。例如在太湖藻類治理中，大力恢復蘆葦濕地，分區恢復沉水植物，種植紫根水葫蘆都是運用了水生高等植物抑藻法。

“水下森林”技術也是抑制藻類的有效方法。沉水植物整體位于水下，通過捕獲懸浮物、促進顆粒態磷沉淀、根葉吸收底泥和水體中氮磷等營養物質、根際微生物加速反硝化作用、釋放化感物質抑制藻類生長、提高水體溶解氧和透明度、為浮游動物提供庇護、優化魚類種群結構等途徑，推動湖泊生態系統向著健康狀態轉變，是具有最佳水質改善效果的水生植物類群。對于河湖中水深較大、缺少光照的區域，如果直接在河底栽種沉水植物，將難以成活，此種情況下可以考慮采用沉水植物懸床技術，人為調節沉水植物在水下的深度，確保其正常健康生長，發揮其抑藻作用。

3.3.2 水生動物控藻法

關于藻類與濾食性浮游動物之間的相互關系已有大量研究。藻類在生態環境中屬于生產者, 大多數水華藻類通常是浮游動物的直接餌料, 也是其他水生動物的直接或間接食物。在湖泊和海洋水生態系統中, 藻類生物量的下降往往伴隨著原生動物數量的急劇增加。研究發現, 變形蟲能快速吞噬大量的單細胞微藻, 1個變形蟲能同時吞噬多達20多個藻細胞, 蟲體內含有對藻細胞有裂解作用的類似溶菌酶物質。很多原生動物在藻類食物耗盡時會形成孢囊以度過食物缺乏期, 當藻類數量重新增多時, 孢囊又會復蘇成為食藻體, 同時孢囊結構具有抗逆性, 便于包裝和運輸^[6], 該結果與Takamura等的藍環蟲在藍藻水華消失后形成孢囊沉入湖泊底部的研究報道一致。

魚類的食性多樣, 劉建康等^[7]曾在武漢東湖大量放養鰱、鳙等魚類, 通過攝食控制藻類密度, 起到了很好防治藍藻水華的效果。羅非魚具有發達的胃腺, 被認為在藍藻治理方面比鰱、鳙等魚類更高效^[8]。徐海軍等^[9]研究褶紋冠蚌、三角帆蚌和河蜆等3種淡水貝類24h內對藻類的消除作用, 去除率分別達74.3%、75.6%和88.4%。生物濾食便于實施、費用低、前期效果良好, 但濾食生物對藻類的捕食和消化能力有限, 實際應用受到一定的限制。

3.3.3 微生物控藻法

微生物對于藻類的作用可分為直接作用和間接作用；直接作用主要表現為捕食，間接作用表現為通過影響營養物質循環，產生胞外分泌干擾物，促進或抑制藻類的生長繁殖。微生物控藻法主要有微生物制劑、酶處理技術等。微生物制劑常用的有芽孢桿菌、乳酸菌、光合細菌、EM復合菌等。酶處理技術即通過某種固定技術，將微生物作用產生的細胞外聚合物或者酶固定在一種載體上，能有效破壞藻體中某些物質，從來直接降解藻類。

4結語

隨著工業的發展,各種污水大量排放,有害藻類水華發生頻率逐漸增高,已經成為危害壞境和人類健康的世界性問題,水華的預防和治理成為當務之急。由于藻類水華的主要成因水體富營養化問題短時間內難以得到根本解決,水華爆發成了一個周期性的過程。物理、化學方法大多能從短期內抑制水華藻類的生長,卻難以從根本上解決水華問題。生物方法相對于物理、化學方法有一定的優勢,在作用過程中往往對水質或水體壞境有改善作用,但同時存在生物污染及作用時間相對較長等問題,有待進一步研究解決。

總的來看,應對水華問題要以防為主,防治結合。首先要減少水華形成的誘因,如減少污水的排放等來達到預防目的；其次,在水華大規模發生前,應建立預警系統,做到早發現、早治理；最后,一旦發生水華問題,應立即采取合理的措施進行治理,減少損失。

參考文獻

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作者簡介：李雨萱（2002-），女，江蘇淮安人，在校本科生，研究方向為生態河湖治理技術。郵箱：19516126779@163.com     通訊地址：江蘇省徐州市云龍區麗水路2號郵編：221018。