生物法是利用藻類的天敵及其產生的生長抑制物質來抑制和殺滅藻細胞。生物法并不能徹底殺滅或消除藻類,而是利用生態(tài)平衡等原理對藻類的生長和繁殖進行抑制,從而達到控制藻體數量的目的。根據生物的種類可以分為微生物溶藻、大型水生植物控藻和水生動物控藻。
1微生物溶藻技術
微生物溶藻技術是指通過直接或間接方式抑制藻類生長或殺死藻類從而溶解藻細胞的技術。微生物溶藻技術主要包括微生物控制劑和酶處理技術兩種。
微生物控制劑主要包括溶藻細菌、溶藻放線菌、溶藻真菌和溶藻病毒等。溶藻細菌作為水生生態(tài)系統重要的組成部分在維持藻生物量平衡方面具有非常重要的作用。溶藻細菌主要通過直接接觸溶藻、釋放殺藻物質、競爭營養(yǎng)物、形成菌膠膜及進入藻細胞內5種方式達到抑制或裂解藻類的目的。目前,溶藻細菌作為水華防治的潛在微生物,近年來已成為國內外水環(huán)境污染治理領域的熱點之一。在利用物理、化學方法除藻不甚理想的情況下,篩選高效、專一且能夠自行降解的除藻細菌已經成為開發(fā)生物除藻劑的一個新思路。
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載體上,通過破壞藻體中的某些物質從而達到降解藻類的目的。李雪梅等研究表明,有效微生物群對水體的透明度、葉綠素a(Chl-a)含量的改善有明顯的作用效果,可有效地抑制藻類的生長進而改善湖泊水體景觀。
近年來,溶藻微生物防治藻類水華取得了一定的進展大部分的方法還停留在實驗室的基礎上。雖然有些溶藻微生物在試驗階段有很好抑藻和殺藻的效果但是應用于自然水體中效果差,可能原因是試驗環(huán)境條件與天然水體環(huán)境條件存在很大的差異,使得溶藻微生物不易應用于環(huán)境治理。
2大型水生植物控藻技術
一方面,大型水生植物通過吸收同化水體中氮、磷等營養(yǎng)物質,減少水體營養(yǎng)鹽濃度。另一方面,一些水生植物能夠分泌、釋放抑制浮游藻類生長的化感物質,化感物質具有較好的安全性,不會對水體造成二次污染,從而維持水體安全和清潔。植物化感物質主要為植物次生代謝物質,共分為脂肪族、芳香族、含氧雜環(huán)化合物、類萜和含氮化合物五大類,通常分布于植物的根、莖、葉、花、果實或種子中。
常見的釋放方式有四種:
?、贀]發(fā),一些化感物質會通過植物莖、葉、花等部位揮發(fā)到周圍環(huán)境中;
?、诹苋?,由于雨水或霧滴的作用,一些有機酸、氨基酸和酚類等水溶性化合物易被從植株表面淋洗下來,對周圍植物產生抑制作用;
③根的分泌,很大一部分化感物質是通過根系分泌得到的;
④植物殘株的腐爛,植物及其器官衰敗后,經過微生物分解會釋放出對周圍植物起化感作用的物質。目前,已報道的釋放化感物質的高等水生植物有20余種。還有研究表明,大麥秸稈向水體中釋放的化感物質也可以對藻類的生長進行有效控制。當麥稈放入水體一段時間后,抑制藻類生長的化感物質被釋放出來,化感物質的抑藻活性可以維持4~6個月,之后便會很快消失。當麥稈完全腐敗后,藻類又很快恢復生長。
水生植物化感抑藻為控制富營養(yǎng)化水體中有害藻類提供了一條新思路。盡管目前對植物化感抑藻的研究取得了一定的成果,但還無法在實際中運用,主要存在如下問題:
?、倌壳瓣P于化感物質對浮游藻類的抑制機理尚不明確,如化感物質對藻類的選擇性抑制、化感物質的高抑低促現象等,因此還需通過分子生物學手段,進一步明確化感物質對浮游藻類的抑制機理。
②感抑藻物質在水生植物組織中普遍含量較低, 尚不能實現大量獲取及實際運用,且對這些化感物質的研究多局限于實驗室條件,對其在自然環(huán)境是否依然易降解卻研究甚少,因此有必要對化感物質的生態(tài)安全性做進一步的考證。
?、塾没铙w水生植物進行富營養(yǎng)化水體的處理存在局限性,水生植物不僅受治理水體所處環(huán)境的溫度、光照、水質等因素影響,而且還可能受浮游藻類帶來的營養(yǎng)、光照及空間競爭的沖擊,因而可能導致水生植物存活率低,無法有效控制浮游藻類的過量增殖。此外,栽種活體植株使其適應待治理水體環(huán)境和發(fā)揮抑藻功效的周期較長,不能在短期內見效, 這也限制了植物化感抑藻的應用。
3水生動物控藻技術
水生動物控藻技術利用魚類、蝦類和浮游動物等對藻類的攝食行為達到控制藻類生長的目的,這種干預現象在水域生態(tài)學領域稱為非經典生物操縱。目前,自然水體依靠水生動物攝食藻類使水華消退的報道有很多,但人為主動投加水生動物實現消退水華的案例卻很少,大多處于嘗試階段。其主要受下面幾方面的影響:
?、偬烊凰w環(huán)境經常發(fā)生變化,受自然氣候的影響,天然水體的溫度、pH、溶解氧及化學成分的變化會影響水體中水生動物的食藻能力;
?、谔烊凰w面積大,單位面積水體水生動物數量達不到控藻的最佳投放量,此外,受水生動物繁殖能力的影響,原生動物的數量相對藻類生物量達不到優(yōu)勢值,其控藻效果不明顯;
?、厶烊凰w中藻的種類復雜,需投放的水生動物種類繁多,若僅投放若干種水生動物容易引起次要藻類大量繁殖,成為新的優(yōu)勢種群,對水體藻類生物量治理效果不明顯;
④天然水華的頑固性,天然水體中藻細胞外有一層保護層,造成水生動物難以攝食。武漢東湖微囊藻水華消失的事實可以說明以浮游生物為食的鰱和鳙可以有效地遏制微囊藻水華,當鰱和鳙的放養(yǎng)密度為46~50g/m3時就能有效控制水華的發(fā)生。
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