超纳米气溶复氧系统结合非经典生物操纵技术治理水体蓝藻水华现象

1.背景

蓝藻水华在富营养化水体中频繁发生，对生态系统和饮水安全构成直接威胁。然而，在大型湖泊中通过削减营养盐来控制蓝藻水华常常是一件困难又昂贵的事情。

2. 定义

2.1超纳米气溶复氧系统

超纳米气溶复氧系统是运用创新的高效气溶技术向水体中溶氧、补氧的设备集成，特别适用于维持湖库水生态修复和维护期间所必须的的富氧环境。

超纳米气溶复氧系统的核心是将氧气以肉眼不可见的极微小气泡（气泡粒径小于200nm）的形式溶于水，形成过饱和浓度的溶氧水，再均匀扩散至水体。这些极微小气泡具有极大的比表面积和超长的停留时间，在提高水体的溶解氧含量的同时，达到最大的氧利用效率。

2.2非经典生物操纵技术

20世纪70年代提出了生物操纵技术控制蓝藻。后被分为经典生物操纵（TB）和非经典生物操纵（NTB）两种，分别利用浮游动物和滤食性鱼类控制蓝藻水华。在食物链设计上，两种技术如下图所示：

3.影响非经典生物操纵有效性的因素

国内外大量研究发现，在控制蓝藻水华上，NTB比TB更有优势，因为群体（如微囊藻）或丝状蓝藻（如鱼腥藻和束丝藻）不能被水溞摄食，但能被鲢、鳙摄食。但利用NTB对抗蓝藻水华的效果也会因众多内在或外在因素影响而有所差异：

3.1生态位分化

鳃耙孔隙大小是滤食性鱼类滤食能力的决定性因素。鲢的鳃耙较密，而鳙的鳃耙较稀，在同等条件下，鲢主食浮游植物，而鳙主食浮游动物，但在蓝藻水华出现时，藻类能占到其食物量的70%。

3.2鱼类密度依赖性

NTB的效果取决于鲢、鳙养殖密度。因藻类在不断的生长，所以需要鱼类的牧食能力超过藻类或某些需要控制的藻类（如形成水华的蓝藻）的增殖速率。如，滤食性动物对藻类的控制效果随着营养盐负荷的增高而下降，可能是由于营养盐驱动的藻类生长速率的增高。

确定一个鱼类临界密度对NTB的效果是关键。如，在富营养的武汉东湖，鲢、鳙的密度需在>50 g/m3的临界阈值之上，而低于这一临界阈值，蓝藻水华就会卷土重来。此外，鱼类的大小、捕捞时间也会影响NTB的效果。

3.3形状嗜好

鲢、鳙更喜欢球状藻类（与丝状藻类相比），因此，它们对微囊藻的摄食更有效，而对丝状蓝藻就逊色一些。当然，鲢、鳙也能显著降低丝状蓝藻的丰度（下图）。

3.4水体中溶解氧的浓度

当河湖中的溶解氧低于3 mg/L的时候，鱼类难以生存，在3mg/L—5mg/L的时候，鱼类虽然可以存活，但是无法繁殖；当溶解氧达到6mg/L，鱼类可以产卵，达到7mg/L，鱼类可以迅速生长，水体富氧环境将会构建出群落结构丰富的水体生物圈。

将超纳米气溶复氧系统与非经典生物操纵技术相结合，可以综合发挥两者的优势，实现水体的生态修复和自净能力的提升。通过增加水体底部的溶解氧含量，消除底部缺氧的现状，提高水体氧化还原电位，恢复以好氧性微生物为主的生物群落，加速底部有机质的分解、矿化，形成富氧生境，进而抑制内源释放，减少藻类生长所需的营养盐，同时结合非经典生物操纵技术，加大鲢、鳙的投放，提高对微囊藻为主的藻类的牧食，从而有效抑制蓝藻的生长和繁殖，恢复健康的水生态系统。这种综合治理方法不仅可以解决蓝藻水华问题，还可以构建丰富的生物群落，提升水体质量，从而营造健康水环境。