绿林地景观水体新型除藻技术实验研究

本研究中绿林地景观水体包括林地内人工湖泊、城区范围内的公共场所(公园、生活小区、街道绿地等)的人造湖泊、观赏水池、景观河道等，是城市人居环境的有机组成部分，具有重要的生态功能、美学价值、文化功能和经济意义[1]。

绿林地景观水体多为近于封闭的静止或缓流水体，具有水域面积小、与人居环境联系紧密、易受污染、水环境容量小、水体自净能力低等特点，加上生活垃圾、垂钓投饵和地表径流的注入，使得水中污染物增加，尤其是氮、磷等营养盐不断积累，促使藻类大量繁殖，水体透明度下降，甚至形成“水华”[2]。其中有毒水华对水环境的危害和水生生物的安全日益引起广泛的关注[3]。由于藻类恶性泛滥引起的诸多严重问题，它被人们称为湖泊的“生态癌”[4]。因此，去除水体中的过量藻类是富营养化治理的一个重要方面。

有关控制蓝藻水华、治理水体富营养化的措施，长期以来备受国内外学者的重视，相继提出了多种除藻方法：传统的营养盐控制措施；对外源性污染采取截污、污水改道和污水除磷等；对内源性污染采取清淤挖泥、营养盐钝化、底层曝气和稀释冲刷等一系列措施[5]；化学药品杀藻、机械捞藻等直接除藻措施[6-8]；以浮游动物、鱼类和水生高等植物控制水体营养盐及浮游植物的生物调控措施[9-13]；以纳米材料控制除藻措施[14-15]。上述方法在国内外富营养化治理研究与实践中或单一或联合使用，取得了一定的成效。本文以上海市共青森林公园隔离水体实验为例，尝试采用纳米气浮技术，结合传统絮凝除藻法，探讨绿林地景观水体除藻新技术。

一、实验区概况

共青森林公园位于军工路2000号，东濒黄浦江，西临军工路，全园总占地129.75万平方米，本实验区属于东西横向，呈椭圆型状、西面从烧烤区吊桥起算，湖北面有二间靠湖的度假小屋、南面为平坦的景观草地、东面紧靠着马场；总的湖面积处约4000m2，平均湖深约1.5米，总水量约6000m3。本区域在2007年起发生水华现象，至2009年6、7月份水华现象再次发生。

二、实验材料与方法

（一）处理槽布设。

实验材料选用上海某公司的絮凝剂,处理槽为课题组研制出的新产品。于2009年8月～10月为实验期间,通过处理槽浮除藻类。同时在样点3旁布设纳米曝气机进行曝气造流，以便实验区的水体形成循环。

（二）水化学与水生生物检测。

在实验前后共进行3次采样。采样点位置见图1。主要检测的理化指标有pH值、透明度(SD)、DO、高锰酸盐指数、总磷、总氮，水生生物指标有浮游植物的种类组成、优势种、生物量等。野外采集及室内分析方法参照文献[16]。

（三）数据分析。

本文中生物多样性指数采用Shannon-Weiner多样性指数、Margalef多样性指数和Pielou均匀度指数。

香农-威纳指数(H`，Shannon-Wiener index)[17]，其计算公式为：

马格列夫指数(D，Margalef's index)[18]，其计算公式：

Pielou的计算公式[19]：

其中N为采集样品种的所有种类总个体数，S为采集样品种的种类总数，Pi为第i种的个体数与样品中的总个数的比值(ni/N)。

三、结果与分析

（一）新型除藻技术实验对水体理化性状的影响。

表1为除藻实验前后水体各样点主要理化指标变化，其中5个重要的富营养化评价指标在实验后均发生了明显变化，各样点SD均提高了20cm以上，样点3（处理槽出水口）则提高了40cm；样点1及样点TN有所上升，但是样点3下降了18%，三个样点TP均有所下降，而样点3的TP下降最显著，达83%；各样点的高锰酸盐指数下降均较显著，样点3下降高达75%；Chla下降了85.0%。表层水pH值下降到7.86，DO指标由于实验期因仪器损坏，没有监测出，该数据为补测数据，并以实验区旁监测为参照（DO=1.1mg-L-1）,由此可见实验后DO指标提高较为显著。实验期间样点1和样点2的TN、TP、Cha指标有所升高，可能与实验区附件水体施工过程中污水溢入、或者纳米气泡机造流不充分引起的，这从处理槽出水口（样点3）效果中比较出来，而实验结束后约1个月，TN、TP、高锰酸盐指数和Chla指标多有不同程度的回升,可能实验停止后，因纳米气泡机搅动低泥，从而是低泥中营养盐释放出来缘故，SD依然维持在30cm以上，pH下降到7.66左右。

（二）新型除藻技术实验对水生生物群落结构的影响。

实验前，水华遍及整个实验区，弯角和下风口特别明显，局部形成块状的藻膜。通过对各样点样品分析（表2）表明，实验后，样点1和样点2藻类数量有所上升，而样点3（处理槽出水口）藻类数量的下降了42%，而是优势种（表3）已经发生很大变化，7月是以蓝藻门种类为主，如微囊藻、简单颤藻、弱细颤藻、微小平裂藻等，而10月则以隐藻门种类为主，如卵形隐藻、吻状隐藻、尖尾蓝隐藻等；11月藻类数量虽然还有提升，优势种依然是以隐藻门为主，如啮蚀隐藻、倒卵形隐藻、广缘小环藻等。此时，实验区内水华已经消失，而实验区外水华现象依然比较严重。

从种类数量上来看（表3），7月份为55种，蓝绿藻类较多；10月份为97种，绿藻和裸藻较多。11月份为124种，绿藻、硅藻及裸藻较多，可见种类数量大大增加。对于某一群落种类多样性越高，表明该群落结构越复杂，稳定性越大；而当水体受到污染时，敏感种大量消失，多样性指数明显下降，表明群落结构趋于简单，稳定性越小[20]。各样点不同时间多样性指数变化如图2。样点1、2、3在经过纳米曝气处理后的10月和11月Shannon-Wiener、Margalef、Pielou指数较7月均上升。说明实验后该水体内群落种类多样性升高，群落结构变复杂，稳定性增大。7月，样点1、2、3的Shannon-Wiener指数是0.11、0.06、0.16，说明该水体浮游植物种类结构稳定性较差且全部处于重污染状态。10月和11月Shannon-Wiener指数平均值是3.75、2.93、2.99，说明该水体浮游植物种类结构稳定性有较大上升且样点3处于清洁状态，样点1、2处于β-中污染状态。

（三）除藻机理及其生态学意义探讨。

该技术除藻原理为物理除藻法，首先在絮凝剂作用下形成大颗粒藻团，而纳米气泡机生产纳米气泡，大量吸附在藻团上，漂浮于处理槽表面，然后通过人工捞除，从处理槽出水口（样点3）的主要理化指标来看，该技术对SD、PH、TN、TP、CODMn、DO、Chla等都有改善作用，尤其是TP、Chla、CODMn分别降低了83%、85.0%、75%，而SD也有显著提高；浮游植物去除也达到42%。通过种类多样性分析表明实验后该水体内群落种类多样性升高，群落结构变复杂，该水体浮游植物种类结构稳定性有较大上升。同时水体大量纳米气泡又增加水体氧气，从而预防水体底泥的厌氧反应，避免水体异味产生，改善浮游动物及鱼类生存条件，故该方法生态而环保，既不会产生二次污染，又没有明显的生态风险。实验结束后，TN、Chla、浮游藻类数量出现不同程度的回升的，可见,该技术可能改善浮游植物种类组成，暂时遏制水华爆发，在适宜的温度、光照及其他条件下，蓝藻水华仍可能爆发，难以达到标本兼治的目的。因此，该技术是治理蓝藻水华的权宜之计，如同其他水体修复、生态治理技术相结合可能会取得更好的效果。

四、讨论

（一）实验后，处理槽出水口的藻类总量下降42%，TP下降了83%，Chla下降85%、CODMn下降75%，SD提高40cm，浮游植物种类提达到124种，水华现象消失了，水体表观质量有显著的提高，纳米气泡增加水体含氧量，改善了浮游动物及鱼类生长环境，且未造成明显的生态风险。

（二）部分样点处理期间及实验后效果不显著，可能与处理槽的日处理量、水体流动性、污水排入，底泥中营养盐及藻类释放等因素有关。

（三）该除藻技术利用处理槽手段去除藻类，生态环保，操作简便，对人居环境影响较小，适用于绿林地景观小水体，而去除藻类也可以做肥料化处理，实现了废物循环利用。

基金项目：上海科技兴农攻关项目，沪农科攻字(2007)第1-4号（结题）

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（作者单位：1.上海市绿化管理指导站 上海,2.上海滨江森林公园 上海）