幼鱼对乌梁素海浮游藻类生长影响的试验研究.pdf

幼鱼对乌梁素海浮游藻类生长影响的试验研究 * 李卫平1， 2徐静1于玲红1李兴3张晓雅1时屹然1韩佩江1李畅游2 1. 内蒙古科技大学能源与环境学院， 内蒙古 包头 014010; 2. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院， 呼和浩特 010018; 3. 内蒙古师范大学内蒙古节水农业工程研究中心， 呼和浩特 010022 摘要 通过室内模拟试验， 验证了幼鱼对水体中的浮游藻类生长有着不可忽视的重要影响。试验结果表明 鲤、 鲫幼鱼 对浮游藻类有摄食作用， 其中以蓝藻为主; 随着藻类数量的降低， 加之鱼类的活动， 水体中的溶解氧含量从最初的 8. 23 mg/L 下降到最终的 5. 96 mg/L; 而总氮、 总磷和化学需氧量也均有不同程度的下降。同时， 建立以 DO、 TN、 TP、 COD 为变量的藻类数量模型， 验证结果表明模型的模拟效果良好。 关键词 鲤、 鲫幼鱼; 乌梁素海; 浮游藻类 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401003 EXPEＲIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF JUVENILE FISH ON PHYTOPLANKTON’ S GＲOWTH IN LAKE WULIANGSUHAI Li Weiping1， 2Xu Jing1Yu Linghong1Li Xing3Zhang Xiaoya1Shi Yiran1Han Peijiang1Li Changyou2 1. School of Energy and Environment， Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou 014010， China; 2. College of Water Ｒesources and Civil Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China; 3. Inner Mongolia Engineering Ｒesearch Center for Water- Saving Agriculture， Inner Mongolia Normal University， Hohhot 010022， China AbstractThe juvenile fish is verfied to have important influence on the growth of planktonic algae in water， through indoor simulation experiment．Ｒesults showed that juvenile crap and sharksucker eat planktonic algae， which is dominated by cyanobacteris． With the reduction of the number of algae， and in addition to the activities of the fish， the dissolved oxygen content from the 8. 23 mg/L down to the final 5. 96 mg/L， moreover total nitrogen， total phosphorus， and chemical oxygen demand also have different levels of decline． At the same time， the author also established a model of algae quantity， with dissolved oxygen，total nitrogen，total phosphorus，chemical oxygen demand being variable factors． Validation results show that the simulation results of the model is good． Keywordsjuvenile crap and sharksucker; lake Wuliangsuhai;planktonic algae * 国家自然科学基金 41263010， 51069009 ; 内 蒙古自 然科学基金 2010MS0611 ; 内蒙古自治区重大科技项目 20091408 。 0引言 浮游藻类是水体中以浮游方式生活的微小植物， 通常情况下也称浮游植物。浮游藻类不仅是水域生 态系统中主要的初级生产者， 也是水体中氧气的供应 者， 在整个水域生态系统中扮演着重要的角色［1- 4 ］。 乌梁素海位于内蒙古自治区西部的巴彦淖尔市 乌拉特前旗境内， 是全国八大淡水湖之一。调查结果 显示， 乌梁素海现有浮游植物 7 门、 84 属， 其中绿藻 门 37 属， 占所有物种数的 44. 05; 硅藻门 19 属， 占 所有物种数的 22. 62; 蓝藻门 14 属， 占所有物种数 的 16. 67; 裸藻门 6 属， 占所有物种数的 7. 14; 金 藻门 4 属， 占所有物种数的 4. 76; 隐藻门和甲藻门 各 2 属， 各占所有物种数的 2. 38［5- 6 ］。 乌梁素海是内蒙古自治区主要的淡水渔业基地， 主要鱼种有鲤鱼、 鲫鱼、 鲶鱼、 瓦氏雅罗鱼等 4 目 7 科 20 多种鱼类 ［7- 8 ］。作为内蒙古自治区重要的淡水渔 业生产基地， 乌梁素海的鱼类养殖势必会对其水体中 浮游藻类的生长产生重要影响。因此， 幼鱼对乌梁素 海浮游藻类生长情况的影响研究对未来控制乌梁素 海水污染具有重要的意义; 对乌梁素海的藻类治理可 提供可靠的试验依据。 1试验方法 1. 1样品采集与培养 试验鱼 鲤、 鲫幼鱼， 身长 2 ～ 6 cm 和试验用水 01 环境工程 Environmental Engineering 均取自乌梁素海， 采水器和取样瓶均采用非金属材 料， 而且确保采样过程中没有混入对藻类生长有抑制 或刺激等作用的物质， 并于 4 h 内将水样和鱼运回实 验室， 并测试初始营养盐浓度、 水质参数等相关数据， 记录结果。 在实验室模拟取样点的水流速度为 0. 015 m/s， 同时将实验分为两组， 一组加入 12 尾鲫、 鲤幼鱼， 编 号为 1 号; 另一组为空白对照组， 编号为 0 号。试验 在自然光照、 温度为 12 ～17 ℃的条件下进行， 且试验 过程中不投放任何饵料等其他物质， 试验为期 30 d， 每 3 d 测 1 次数据。 1. 2监测项目及分析方法 试验监测项目及测定方法见表 1。 表 1试验监测项目及方法 Table 1The monitoring inds and testing s 监测项目测定方法 TP钼酸铵分光光度法 TN碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 COD重铬酸钾法 DO便携式溶解氧仪 藻类计数显微镜下计数 藻类计数方法为 取 1 L 水样装瓶， 加入 15 mL 鲁哥氏液固定浓缩， 静置沉淀 24 h， 用虹吸管小心抽 掉上清液， 余下20 ～25 mL 沉淀物转入30 mL 定量瓶 中， 并定容至 30 mL。将浓缩样摇匀， 取 0. 1 mL 于计 数框中， 小心盖上盖玻片， 置 40 倍显微镜下开始藻类 计数。藻类计数计算方法［9 ］见式 1 。 N n A Ac Vw V 1 式中 N 为藻类数量， 个/mL; A 为浮游生物计数框面 积， mm2; Ac为计数面积， 即视野面积 视野数， mm2; Vw为 1 L 水样经沉淀浓缩后的样品体积， mL; V 为计 数框体积， mL; n 为计数所得藻类的个数。 2结果与讨论 试验初始条件及有关参数见表 2。 表 2试验初始参数 Table 2The initial parameters of the test 藻类个数/ 104个 mL －1 ρ DO / mg L －1 ρ TN / mg L －1 ρ TP / mg L －1 ρ COD / mg L －1 3. 788. 235. 4210. 141141. 54 2. 1藻类数量和种类的变化 本试验所用鲫鱼和鲤鱼均处于幼鱼期， 而鲤、 鲫 在不同年龄所摄食的食物成分是不同的， 年龄 1 岁以 下的幼鱼以食水中的藻类和浮游动物为主［11- 12 ］。试 验中的浮游藻类数量变化情况见图 1。由图 1 可以 看出 由于温度和光照等外部条件的影响， 在试验前 3 d， 0 号试验组中的藻类数量有缓慢的增加， 这是藻 类生长的迟缓期， 即藻类细胞刚进入一个新的生长环 境时所需要的适应过程， 此过程的主要特点为 未出 现繁殖现象， 活细胞数量不变， 有时甚至减少 ［13 ］ ; 而 后随着试验的进行， 藻类细胞已适应其所在的生长环 境， 再加之光照、 温度以及水动力条件的影响， 便合成 足够的酶， 进而进入旺盛的繁殖阶段， 并以某一特定 的速度进行细胞繁殖; 在试验第 6 天藻类数量达到峰 值， 这是由于藻类死亡数量与新生数量基本吻合， 代 谢产物开始生产并逐渐积累， 此时水体环境不利于藻 类生长， 藻类数量达到最大; 之后， 水中的营养物质开 始逐渐消耗殆尽， 藻类也开始大量死亡并且沉底， 并 且， 藻类的死亡数量大于其新生数量， 因此数量逐渐 递减， 直到第 18 天后藻类数量基本不变。而 1 号水 箱中的藻类数量始终处于稳定的下降趋势， 这说明 鲤、 鲫幼鱼对水体中的藻类具有一定的摄食作用， 并 且其摄食数量大于藻类的繁殖数量。 图 1藻类数量变化曲线 Fig．1The change of algal quantity 水体中不同种类的藻类数量分布比例见图 2。 由图 2 可以看出 1 号试验组中的硅藻、 金藻、 绿藻、 裸藻、 隐藻以及甲藻在水中所占的比例相对于 0 号试 验组均有不同程度的增加， 其中绿藻增加的幅度最 大， 为 1. 56， 硅藻的增加幅度最小， 为 0. 18， 而蓝 藻的比例则下降了 4. 57。由此推断， 硅藻和蓝藻 是鲫、 鲤处于幼鱼时期的主要食物， 其中， 鲤、 鲫对蓝 藻的捕食量远远超出硅藻。 有些学者认为食性鱼类会遏制某些浮游动物的 11 水污染防治 Water Pollution Control 图 2不同藻类的数量分布 Fig．2Percentage distribution of the amount of each type of algal 种群数量， 从而减小了对浮游植物的捕食压力， 导致 蓝藻的疯长。另有学者持不同观点， 认为食性鱼类多 以有机碎屑、 细菌和小型浮游藻类为食， 难以直接利 用大型浮游藻类， 只能有限利用一些单细胞蓝藻或蓝 藻藻殖段， 从而降低水体中的蓝藻数量［14 ］。 目前， 已有学者研究利用鱼类控制蓝藻水华， 并 且获得良好的治理效果。而本次试验说明处于幼鱼 时期的鲤鱼和鲫鱼都以蓝藻为主要食物， 这一结论不 仅验证了食性鱼类可以降低水体中的蓝藻数量， 还有 可能对抑制乌梁素海蓝藻暴发有一定的参考价值。 2. 2水质参数的变化 水体中溶解氧的变化情况见图 3。水中溶解氧 主要受藻类光合作用以及水生生物的呼吸作用等影 响 ［15 ］。一般认为， 藻类在生长过程中， 会通过光合作 用来吸收水中的养分和 CO2， 同时释放 O2， 提高水中 的溶解氧含量; 当其死亡时， 有机质降解会消耗水中 的溶解氧， 使其含量降低 ［16 ］。 图 3水体中溶解氧的变化曲线 Fig．3The changing curve of dissolved oxygen in water 由图 3 可以看出 在试验初期， 0 号试验组的溶 解氧含量呈递增趋势， 并且在第 6 天达到最大， 之后 随着试验的进行溶解氧含量逐渐降低; 而 1 号试验组 的溶解氧含量则从试验初期的 8. 23 mg/L 减小到试 验结束时的 5. 96 mg/L。对照图 1 发现 溶解氧值与 藻类数量的变化情况基本一致， 经分析， 认为当藻类 数量上升时， 藻类的光合作用会促使水体中的溶解氧 含量增加， 但是鱼类对藻类的摄食作用会导致藻类数 量的下降， 其造成的直接结果是水体中藻类的光合作 用减弱， 以及溶解氧含量下降; 其中 1 号试验组中的 鱼类活动在一定程度也增加了水体中溶解氧的消耗。 2. 3营养盐浓度的变化 在实验室条件下， 两个试验组的营养盐浓度变化 不尽相同， 详见图 4。在试验前 3 d 0 号试验组， 各营 养盐浓度均在减小， 其中 TN 下降了 18. 85， TP 下 降了 13. 48， COD 下降了 5. 19， 并且在试验进行 到第 6 天时各营养盐浓度均达到最低， 此时的藻类现 存数量为最大值。 图 4水体中各营养盐浓度变化曲线 Fig．4The changing curve of nutrients concentration in water 初步分析， 是因为在试验初期， 藻类的生长和繁 21 环境工程 Environmental Engineering 殖会消耗水体中的营养物质， 因此各营养盐的浓度均 在下降， 随着藻类的生长和繁殖到达顶峰， 营养物质 的消耗也达到最大， 此时营养盐的浓度最小; 之后随 着水体中营养物质的消耗以及代谢产物的增加， 藻类 的死亡数量超出其生长繁殖数量， 死亡的藻类沉底后 不断分解， 同时释放体内的营养物质， 从而导致水体 中的营养盐浓度开始上升。 而1 号试验组中的各营养盐浓度在整个试验过程 中始终呈下降趋势， 其中ρ TN 从最初的5.421 mg/L 降 至3.96 mg/L， ρ TP 从 0.141 mg/L 降至 0.108 mg/L， ρ COD 从 141. 54 mg/L 降至 126. 23 mg/L。分析原 因， 是由于 1 号试验组中加入了幼鱼的影响， 鲤、 鲫幼 鱼对藻类的摄食作用会削弱藻类对营养物质的消耗， 同时幼鱼在生长过程中会向水体排放排泄物， 可是因 为本次试验中的鱼类放养密度较低 12 g/m3 且均处 于幼鱼期， 因此， 幼鱼对藻类的摄食速率高于其向水 体中排放排泄物的速率; 即幼鱼通过对藻类的摄食作 用， 降低了水体中有机物质的补充速率， 进而引起有 机物质的减少， 水体中各营养盐浓度也均在下降［17 ］。 2. 4浮游藻类数量与环境因子的回归分析 由于在显微镜下对藻类进行计数其过程较为繁 琐， 现利用 SPSS 17. 0 和 Excel 2003 对 0 号和 1 号藻 类生长模拟试验结果进行数据分析和统计回归。由 于影响藻类生长的因子作用各不相同， 且各个因子之 间存在着不同的显著相关， 所以， 为了防止出现多重 共线性， 本次研究采用的是多元回归分析， 即建立以 TN、 TP、 COD 浓度和溶解氧含量为环境因子变量的藻 类数量回归模型。数据分析结果见表 3。 表 3藻类数量与环境因子统计回归结果 Table 3The statistical regression results of algal amount and environmental factors 试验号方程ＲＲ2F 0 号 Yi37. 787 1. 029DO 0. 568TN 60. 586TP －0. 383COD 0. 9410. 885 11. 559 1 号 Yj －5. 758 0. 299DO 0. 703TN 31. 71TP －0. 009COD 0. 9880. 976 61. 889 对上述两个方程进行检验， Ｒ、 Ｒ2、 F 值可从表 3 直接读出， 设显著性水平 α 0. 05， 查得 F0. 05 4， 6 4. 53。F 11. 559、 61. 889 ＞ F0. 05 4， 6 4. 53， 所以 拒绝原假设， 表明样本的 Ｒ2是显著的， 由此推论所建 立的两个四元非线性回归模型有效， 其中 1 号试验组 的 Ｒ20. 9763 大于 0 号试验组的 0. 8851， 所以 1 号 试验组的回归模型拟合度较高， 模拟藻类数量的效果 较为显著。将模型预测的藻类数量与实际观测计算 的藻类数量做对比， 见表 4， 经过误差分析可知所建 模型的模拟结果与实测数据拟合较好， 超过半数的藻 类数量模拟值与实测值误差在 5 左右， 其余全部控 制在 15以内， 因此可将上述两个模型直接应用于 藻类计数， 以节省大量的人工计数和计算时间。 表 4模拟与实测藻类数量对比结果 Table 4Comparison of the algal number by simulations and measure104个/mL 0 号 1 号 观测值预测值观测值预测值 3. 783. 633. 783. 72 4. 144. 893. 123. 35 6. 496. 023. 192. 95 6. 015. 992. 692. 80 5. 695. 272. 232. 10 4. 344. 801. 81. 84 3. 793. 911. 671. 65 3. 513. 041. 541. 42 3. 393. 531. 321. 51 3. 313. 101. 211. 24 3. 323. 601. 111. 10 3结论及建议 1 鲫、 鲤幼鱼主要摄食水中的蓝藻， 因此， 建议 将某一放养密度的鲤、 鲫幼鱼引入微型生态水生系统 以除去水体中的一部分蓝藻， 从而降低蓝藻水华暴发 的可能性， 充分发挥鱼类的生物操纵作用。 2 鲤、 鲫幼鱼会降低水体中的营养盐含量， 对水 质起到一定的改善作用， 促使整个水体环境趋于稳 定， 这对于利用鱼类的生物操纵作用来控制水体富营 养化具有重要的推广意义。 3 对试验数据进行回归分析， 以 DO、 TN、 TP、 COD 为变量建立藻类数量模型， 通过验证发现该模 型可以代替人工测量计算， 从而减小计算量， 节省时 间。这种模拟方法简单、 易操作， 可以应用到各种数 据分析及模拟模型中。 参考文献 ［1］Lugoli F，Garmendia M，Lehtinen S，et al． Application of a new multi- metric phytoplankton index to the assessment of ecological status in marine and transitional waters［J］． Ecological Indicators， 2012， 23 338- 355. ［2］Matthew M Mills，Anne Carlijn Alderkamp，Charles Edouard Thurczy，et al． Phytoplankton biomass and pigment responses to Feamendments in the Pine Island and Amundsen polynyas ［J］． Deep Sea Ｒesearch Part IITopical Studies in Oceanography， 2012， 71/76 61- 76. 下转第 24 页 31 水污染防治 Water Pollution Control 3经济分析 采用离心机脱水后污泥含水率为 80， 九厂每 天产生含水80的离心脱水污泥约90 t， 则年产生量 为16 425 t。如采用板框压滤机脱水后污泥含水率降 至 60， 意味着污泥量削减 50 左右。若填埋处置 的成本为 300 元 包含运费 ， 一年节省污泥处置成 本为 900 多万。同时， 隔膜压滤清液可以实现回用， 从而可节约大量水资源。 4结论 本文结合使用高压脱水技术及其适宜的污泥前 调理过程对实现自来水厂污泥减量化和清液回用的 可行性和效率进行研究， 结论如下 1 氯化铁、 PAC、 石灰及其复配调理均可降低 SＲF。单独投加氯化铁和 PAC 调理的效果有限， 只能 将难脱水的原始污泥转变为中等可脱水污泥， 而单独 使用石灰会导致脱水后绝干污泥量过大， 故 PAC 和 氯化铁与石灰复配投加可更加高效地降低污泥比阻。 2 中试结果显示原始污泥脱水性较差， 直接压 滤会堵塞滤布。氯化铁、 PAC、 石灰及其复配进行调 理， 均可实现污泥的有效脱水。但单独投加氯化铁或 PAC 后， 脱水后的污泥含水率偏高， 二者与石灰复配 投加调理可进一步降低污泥含水率。 3 在所有中试试验组中， 除起始 5 min 内， 污泥 清液浊度达到 7 NTU 以外， 5 min 后压滤全程清液浊 度均 ＜0. 2 NTU。因此， 隔膜清液可回用至饮用水处 理过程中。 参考文献 ［1］刘辉， 许建华． 自来水厂排泥水处理的国内外发展概况［J］． 中 国给水排水， 2001， 17 8 26- 28. ［2］邓慧萍， 梁超， 许建华． PAM 在给水厂排泥水处理中的调质作 用及机理探讨［J］． 给水排水， 2004， 30 6 31- 33. ［3］孔祥媚， 陈立， 舒玉芬， 等． 供水厂排泥水处理处置技术研究进 展［C］∥第三届中国城镇水务发展国际研讨会论文集， 2005， 396- 401. ［4］巴如虎， 张惠懿． 净水污泥机械脱水前处理［J］． 天津建设科 技， 1997 3 5- 7. ［5］王南威． 给水厂的污水及污泥处理设计研究［D］． 重庆 重庆 大学， 2004. ［6］黄廷林， 聂小保， 张刚． 水厂生产废水污泥比阻测定的影响因素 分析及方法改进［J］． 西安建筑科技大学学报． 自然科学版， 2005， 37 3 297- 300. ［7］Qi Y， Thapa K B， Hoadley A F A． Application of filtration aids for improving sludge dewatering properties- A review［J］．Chemical Engineering Journal， 2011， 171 2 373- 384. ［8］杨崇豪， 赵丽敏， 刘秉涛． 粉煤灰调理自来水厂排泥水污泥的比 阻［J］． 中国给水排水， 2005， 21 11 56- 58. ［9］李一璇． 石灰在深圳梅林水厂污泥调质中的应用［J］． 给水排 水， 2005， 21 11 56- 58. ［ 10］尹奇德，王利平， 王琼． 环境工程实验［M］． 武汉 华中科技大 学出版社， 2009. 第一作者 杨晓胤 1989 － ， 男， 硕士。ngdyangxiaoyin163． com 通讯作者 张伟军 1986 － ， 男， 博士， 主要研究方向为污泥深度脱水 和工业废水处理。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhwj_1986126． com 上接第 13 页 ［3］江源， 王博， 杨浩春， 等． 东江干流浮游植物群落结构特征及与 水质的关系［J］ ． 生态环境学报， 2011， 20 11 1700- 1705. ［4］Prins T C， Desmit X， Baretta Bekker J G．Phytoplankton composition in Dutch coastal waters responds to changes in reverie nutrient loads［J］． Journal of Sea Ｒesearch， 2012， 73 49- 62. ［5］张利， 刘海涛， 高文海， 等． 乌梁素海生态治理技术［J］． 水生态 学杂志， 2008， 1 2 141- 145. ［6］李兴， 张树礼， 李畅游， 等． 乌梁素海浮游植物群落特征分析 ［J］． 生态环境学报， 2012， 21 11 1865- 1869. ［7］梁文． 乌梁素海沉积物污染特征、 水环境效应及其控制研究 ［D］． 呼和浩特 内蒙古农业大学， 2011. ［8］郝林， 路全忠， 冯丽红． 鱼类种群及鱼产量变化对乌梁素海渔业 资源发展的影响［ J］ ． 北方环境， 2011， 23 9 155- 156. ［9］金相灿， 屠清瑛． 湖泊富营养化调查规范［M］ ． 2 版． 北京 中国 环境科学出版社， 1990. ［ 10］陈明耀． 生物饵料培养［ M］ ． 北京 中国农业出版社， 1995. ［ 11］吾玛尔阿布力孜． 额河银鲫食性的初步研究［J］ ． 干旱区研 究， 2000 1 64- 66. ［ 12］王春， 陈湘麟， 赵俊． 尖鳍鲤食性的初步研究［J］． 淡水渔业， 1994， 24 6 14- 17. ［ 13］赵颖． 水文、 气象因子对藻类生长影响作用的试验研究［D］． 南 京 河海大学， 2006. ［ 14］Serrin- Ｒeyssac J，Pletikosic M． Cyanobacteria in fish ponds［J］． Aquaculture， 1990， 88 1- 20. ［ 15］聂国朝． 襄阳护城河水体中溶解氧含量研究［J］． 水土保持研 究， 2004， 11 1 60- 63. ［ 16］刘佳佳． 河口边滩湖泊营养盐及藻类生长动力学研究 以崇 明北湖为例［D］． 上海 同济大学， 2008. ［ 17］贾亚梅． 鱼类生物操纵在苏州水环境治理中的应用研究［D］． 南京 河海大学， 2006. 第一作者 李卫平 1973 － ， 男， 副教授， 主要研究方向为寒旱区水环 境分析与水污染控制。sjlwp163． com 42 环境工程 Environmental Engineering