水體富營養化及生物防治措施

夏萌萌

摘 要 隨著全球工農業的不斷發展，水體富營養化程度不斷加重，已成為一個急需解決的熱點問題。基于此，分析了富營養化產生的原因及危害，并從水生植物、水生動物、微生物3個方面綜述了具體的生物防治措施，旨在為生物防治在水體富營養化的運用提供借鑒依據。

關鍵詞 富營養化;成因;危害;生物防治

中圖分類號：X52 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.23.089

水體富營養化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河流、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。水體出現富營養化現象時，因占優勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現藍色、紅色、棕色、乳白色等，這種現象在海洋中被稱為赤潮或紅潮[1]。

近年來，世界各地水體的富營養化越來越嚴重，并且有逐年加劇的趨勢，造成了生態系統的失衡，這種現象在經濟發達的國家或地區表現得更加明顯，水體富營養化已成為全球關注的重大環境問題之一。由于生物處理技術的環保性和經濟性，用生物技術處理富營養化水體成為一個熱點問題。基于此，綜述了近年來國內外研究中提出的生物處理措施。

1 水體富營養化的成因

藻類等浮游植物的生長與氮、磷的含量及其比例有關，但水體中氮和磷的含量高并不一定發生富營養化，只有在藻類大量繁殖的情況下才可能發生富營養化[2]。當氮、磷原子比為16∶1時[3]，一般認為是藻類等生長所需的最適條件，會導致藻類的暴發。

除了氮和磷，鐵和硅在富營養化的形成中也起一定作用。隨著鐵含量的升高，硝酸鹽還原酶活性加強，硝酸鹽-亞硝酸鹽型氮減少，從而降低富營養化的可能性[4]。水體中硅的含量決定水體中的優勢生物，水體中氮硅、磷硅的比例降低，水體中的優勢種為硅藻屬，發生富營養化的概率小[5]。

2 水體富營養化的危害

氮富集引起的浮游植物大量繁殖加劇了有機碳循環，并可能導致底棲水中氧的過度耗竭，這種缺氧條件可能對裸露的生態群落造成嚴重影響[6]。

臨水域區域的大多數經濟來源于水產養殖，而富營養化會給水產養殖帶來巨大損失，尤其是魚類和貝類的養殖[7]，嚴重影響了當地的經濟發展。

富營養化水體中的部分藻類會產生有毒的藻毒素，富集在生物鏈上，人類誤食這些攜帶毒素的水產后，會引起慢性中毒等癥狀。

3 水體富營養化的生物防治

目前，國內外通用的處理水體富營養化技術主要包括物理法、化學法、物化法、生物法等。其中，化學法使用的藥劑劑量難以掌握，且容易造成二次污染;物理方法所需的能量和費用較高，且存在一些無法避免的弊端;生物法具有低能耗、廉價、易操作、無二次污染等優點，有著較好的應用前景，使用生物修復技術是當前處理富營養化水體的熱門方法。

3.1 水生植物處理技術

含氮、磷的有機鹽在水體中長期滯留，極大地提高了水體發生富營養化的概率。水生植物處理技術可以很好地緩解這種情況，利用一些特定的水生植物，吸收轉化水體中的污染物，對這些植物進行人工打撈，可以起到降低水體中無機鹽含量的效果。Jiang等[8]以自然蘆葦和野生稻為材料，對太湖流域農業面源污染物的去除能力進行了研究，以期找到緩解太湖富營養化的有效路徑。Fang等[9]評估了斑點叉尾鮰植物通過根和葉吸收NH4+和NO3-的能力，采用無創離子選擇性微電極技術測定NH4+和NO3-的通量，發現斑點叉尾鮰植物對緩解水體富營養化有著良好效果。Xian等[10]發現，螺旋藻不僅能夠降低水體富營養化程度，還能抑制藍綠藻的生長。

3.2 水生動物處理技術

根據食物鏈關系，引入可影響富營養化生物的其他生物，通過捕食等食物鏈關系來抑制富營養化生物。Takeda等[11]在發生富營養化的水體中放入濾食性動物，發現一種貽貝對4 μm以上的食物顆粒保存效果良好。這種貽貝的攝食能夠快速降低富營養化水體中的浮游植物數量，從而緩解水體富營養化現象。2005年初，大量鰱魚被投入太湖中，圍網中的鰱魚對微囊藻生物量的控制高達38%，且大幅度降低了水體中的藻毒素含量[12]。原生動物在富營養化水體的修復中也起著重要作用，Elser等[13]觀察48 h內原生動物對營養鹽的控制、浮游植物量和C、N、P的比值，發現原生動物的增加可以降低水體中浮游植物的濃度。

3.3 微生物修復技術

可利用原有或外來添加的微生物吸附和轉化富營養化水體中的污染物，實現對水體富營養化的控制。Jerkin等[14]從一種絲狀真菌中提取出了3種能夠抑制海洋微藻——杜氏藻生長的物質;Ellen等[15]發現浮游接根壺菌與美麗星桿藻之間有寄生關系，這種菌可寄生在美麗星桿藻中，抑制該藻類的生長，進而使這種藻類引起的水華消失。Zhang等[16]利用流式細胞儀檢測技術，發現鏈霉菌JS01可以去除海水中的有害藻類，可作為一種有效的藻華控制材料。Fukami等[17]在一次由裸甲藻引起的赤潮水體中分離出一株黃桿菌，經過實驗發現這株菌能夠利用赤潮生物G. Nagasakiense釋放的胞外有機碳源生長，并能抑制該生物的生長，從而降低水體發生富營養化的概率。

4 結論

1）我國工農業迅速發展，水體富營養化的問題日益突出。富營養化的處理只能緩解一時的問題，而最重要的措施應從根本上抓起，重點應該在防而不是治。因此，相關法律法規的制定尤其重要，要從源頭上減少富營養化的產生。

2）雖然氮磷的超標是引起水體富營養化的根本原因，但富營養化的情況多且復雜，針對不同的情況應采用不同的治理方法。

3）生物防治措施雖然有許多種，但大多數還處于實驗室階段，由于富營養化的復雜性、多變性以及實施所需的環境要求及成本，能夠真正實施的寥寥無幾。因此，研究者應更加深入地開展研究工作，發掘出生物法在水體富營養化處理中的潛力。