目前的养殖模式下,系统中有机物降解及各种生物的呼吸大量消耗水体中的溶解氧,而通过光合作用产生氧气的生物数量及种类较少,加之系统中容纳养殖对象的数量也接近系统的耐受极限,所以人为的增加系统中溶解氧的含量已成为保证养殖成功的重要手段。
可用还原剂和氧化剂之间的电位差——氧化还原电位作为一个综合性指标来衡量水体的氧化还原能力。当水体的氧化还原电位髙时,表示水体氧化能力强,系统可更快更有效地处理污染物。氧化还原电位较低的系统,不仅水体氧化能力差,溶解氧含量也不髙,这样的系统对养殖动物的生存是不利的。
系统的给氧途径主要有两种:增加水中氧气和减少氧气消耗。
①改变生物组成提高系统的造氧能力。水中溶解氧的主要来源是水生植物的光合作用,因此,通过提高单细胞藻类和植物的量可以提高水中的溶氧含量。
A、直接在系统中引入髙浓度的单细胞藻类生物制品,或种植水生植物。
B、投加促进单细胞藻类或水生植物的生长的化学制品,加快系统内部单细胞藻类或水生植物的生长或繁殖。
C、补充系统缺乏的单细胞藻类或水生植物生长繁殖所需的营养元素,为单细胞藻类或水生植物的生长繁殖营造良好的理化环境。
②物理增氧法
物理增氧法就是采用増氧机,增加大气溶入来提高系统中溶解氧含量的方法,目前最常用的是叶轮式增氧机。叶轮式增氧机促进了空气中氧气的溶入水体的速度,同时在搅拌时还把水中原有的有害气体(硫化氢、氨、甲烷、二氧化硫等)通过曝气排入空气中。
③化学增氧法
化学增氧法就是将双氧水、增氧片类的化学增氧物质投放入养殖系统中,迅速增加水体中溶解氧量的方法。化学增氧法较适合系统底部和系统整体缺氧,具有作用迅速的特点,同时还具有杀菌、消毒,控制系统中微生物浓度的作用。
④减少氧气消耗
系统中溶解氧的消耗主要是动植物的呼吸和有机物分解,另外水底气泡上升和缺氧水流进入也会消耗一部分溶解氧。可通过使用消毒剂降低系统中有害微生物的量,来降低系统溶解氧的消耗。高效氧化剂通过水解反应快速释放出新生态游离氧,杀灭细菌、病毒,也可以减少系统溶解氧的消耗。
(2)生物修复
良好的养殖水域系统还应该具有良好的生态状态,即系统中生物种类的组成及比例最适合。生物修复就是通过调整生物的种类和数量,使系统形成最适合功能的结构。
广义的生物修复是指根据系统的现有状况,尽可能合理地安排养殖系统中的生物种类,和每种生物的数量,补足系统缺失的营养级,使系统中的生物群落更适合该系统的物质循环和能量流动,使失衡的系统重新达到生态平衡。狭义的生物修复是指利用生物,特别是微生物催化降解有机物的能力,去除或消除有机物环境污染的一个受控或自发进行的过程。即以微生物对有机物的降解作用为基础,人为促进水域系统调整,恢复水域系统自行调节作用。无论是狭义的生物修复还是广义的生物修复,总之生物修复就是利用不同种类生物不同的新陈代谢活动,协助系统完成物质循环和能量流动。生物修复的方法:
生物修复的方法:
①调整系统的物质结构改变系统生物组成
不管是作为生产者的单细胞藻类还是作为分解者的细菌、真菌等微生物,在一些水产养殖水域系统中繁殖不起来的原因,常常是因为系统能提供的营养元素不足。微生物是利用有机或无机的营养物质进行自身的新陈代谢,这个反应是在生物酶催化下的生化反应,即要求系统中各种营养元素的存在状态和相互比例要符合生化反应的要求,才能被微生物利用。所以即便对于某些营养元素超饱和的系统依然还要追加系统缺乏的其它元素,才能被微生物很好的利用,系统中的微生物才能繁殖起来,更好的进行物质循环和能量流动。
②从系统外部引入生物种群
人为从系统外部投入新的生物种群,弥补系统原有的生态位的缺失,丰富系统的生物种类,增加系统对不良环境的抗性。具有复杂生物群落的生态系统,在外来因素干扰的情况下,可以自行进行结构调整,从而达到新的生态平衡,而不会彻底打破平衡导致系统崩溃。
A、投放微藻,有益菌等微生物制品,调节系统的藻相和菌相的平衡。单细胞微藻是一个水域生态系统的物质循环和能量流动的起点,它通过光合作用将无机物合成有机物。细菌、真菌等微生物又可以将系统中的有机物降解成无机物为单细胞藻类利用。因此可人为地向系统特别投加含有有益微生物的产品,调节系统内藻相和菌相,维持最佳的物质和能量转化率。
B、调整养殖模式,充分利用生态空间。通过增加系统中养殖动物品种,人为的根据不同品种的生物学特征,进行合理的套养、混养,利用了上、中、下不同水层,实现了立体养殖,充分地利用有限的水域空间和天然饵料,提高物质、能量的利用率。
③定期改变养殖品种
定期更换养殖品种,也就是人们通常说的轮养,对维护良好的水产养殖水域系统也很有效。
A、不同水产养殖动物的养殖模式是不同的,对饲料的消化吸收程度和产生的代谢废物也各不相同,人工投放的化学品也有所区别,分阶段更换养殖品种,不仅有效减少养殖活动对系统原有的自然资源过渡消耗,而且更加避免了长期养殖单一品种造成某些物质在系统中的过度积累。
B、减少病害传染。不同养殖动物对不同的病原的敏感度是不同的。在已有发病历史的系统,一些有害微生物会在系统中滞留,一旦条件成熟,便会大量增殖促使疾病爆发。定期更换养殖品种,该种病原可能不会或较少感染其它种类的动物,将避免大规模爆发疾病造成的经济损失。
C、灵活选择养殖品种。根据市场行情,灵活多变的选择养殖品种,有效避免因养殖量大幅度提高导致价格大幅度降低造成的经济损失。
如果养殖水系统的生物组成破坏严重,多次大面积爆发疾病,施用生物修复产品之前,最好先使用消毒剂降低有害微生物的数量,以便于投放的生物制品更易在系统中成为优势。
8.4富营养化湖泊湿地生态修复
湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带,是重要的生态系统,具有强大的生态净化作用,因而又有“地球之肾”的美名。湿地的类型多种多样,通常分为自然和人工两大类。自然湿地包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、海滩和盐沼等;人工湿地主要有水稻田、水库、池塘等。按水域状况湿地基本分为:海域、河口、河流、湖泊、人工水面五种类型。湖泊分为永久性的湖泊(面积8km2以上的永久性的淡水湖和淡水池塘),季节性的湖泊。湖泊湿地可分为永久性淡水湖、季节性淡水湖、永久性咸水湖、季节性咸水湖。
湖泊湿地富营养化的过程和成因比较复杂。其主要表现就是湖泊总氮、总磷含量过高,超过湖体的自净能力。营养盐类特别是磷含量增加使湖泊藻类和生物量增加。国际经济合作与发展组织(OECD)提出富营养湖泊的几项指标量为:平均总磷浓度大于0.035mg/L;平均叶绿素浓度大于0.008mg/L;平均透明度小于3m。
环境问题诊断是制定富营养化湖泊湿地修复方案的前提之一。在制定修复方案之前,需对湖泊湿地进行全面、详细调查。深入了解湖泊湿地的主要环境问题及其原因,做到“对症下药”。调查内容大体分为:湖泊湿地水体调查和流域环境情况分析。前者包括水质或富营养化状态调查及评价、生态系统状况评价及湖泊水体使用功能评价,后者主要包括流域污染源、生态环境评价与社会经济环境分析评价。
由于在自然水体中进行生态修复会受到各种不同生态因子的影响,任何考虑不到的因素都可能造成系统的崩溃。生态系统结构决定其功能,富营养化湖泊生态恢复是通过改变其生态系统结构,使其功能发生相应的变化来实现。生态修复它是一项系统工程,是在生态学的基础上,修建适宜的生态工程。
8.4.1生态工程
1、概念
生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则,结合系统工程的最优化方法,设计分层和多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标就是在促进自然界良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益与生态效益同步发展。生态工程是一门正在形成中的科学,是应用生态学分支之一。
2、生态工程使用的有关原理和遵循的原则
生态工程应用生态学及生态系统理论中的基本原理来设计生态系统,并有遵循一系列与能量流动及物质循环有关的原则来管理生态系统。
(1)生态系统的有关理论
①能量和物质在生态系统中既不会消失,也不会被创造,只会发生形式上的改变。
②生态系统储藏着可以识别不同对象和特征的信息,这些信息储藏在生态系统的各种物理、化学和生物本质内。
③生态系统具有耗散的结构,即能量和物质不断从高级水平向低级水平退化,从有组织形式向无组织形式转化,系统内熵值不断增大。
④生态系统是一个能量、物质和信息开放的系统,生态系统易于受到外来输入的攻击。
⑤生态系统可以成长。由于物质和能量的输入,生态系统的成长是一个熵减的过程。熵值的增加和减少使得生态系统有一个稳定的成长过程,并达到动态平衡的阶段。
⑥生态系统是一个综合的反馈系统,生态系统内的生物和非生物元素彼此互相影响。
⑦生态系统具有稳态结构。
⑧生态系统具有自我调节和组织的能力。