吳志大：開(kāi)創(chuàng)中國(guó)特色的湖泊生態(tài)治理方案 獲兩院士高度肯定

開(kāi)創(chuàng)中國(guó)特色的湖泊生態(tài)治理

——提高太湖氮磷自凈力根治藍(lán)藻爆發(fā)

吳志大

  全球湖泊藻類(lèi)水華治理都是減氮控磷的富營(yíng)養(yǎng)化治理模式，投資大、周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，因此被稱(chēng)為世界難題。

  太湖生態(tài)與國(guó)外湖泊有顯著區(qū)別：

一是平均水深大大低于國(guó)外湖泊，太湖僅1.89米，日本琵琶湖41米，德國(guó)博登湖81米，美國(guó)五大湖85米；

二是國(guó)外湖泊魚(yú)類(lèi)種群以食肉性魚(yú)類(lèi)為主，而我國(guó)太湖以食藻魚(yú)類(lèi)為主，外國(guó)民眾基本上不吃淡水魚(yú)，湖泊不捕魚(yú)，而我國(guó)民眾視湖泊魚(yú)類(lèi)為美食，自古以來(lái)都捕魚(yú)；

三是水華的藻類(lèi)不同，日本琵琶湖是鞭毛藻，德國(guó)博登湖是硅藻和藍(lán)藻交替，美國(guó)五大湖與我國(guó)太湖一樣，是藍(lán)藻。

  太湖生態(tài)特點(diǎn)決定我們不應(yīng)該簡(jiǎn)單的仿效國(guó)外湖泊治理模式，應(yīng)該優(yōu)先發(fā)揮太湖生態(tài)的氮磷自凈力，優(yōu)化藻類(lèi)種群和魚(yú)類(lèi)種群，以生態(tài)方法快速根治藍(lán)藻爆發(fā)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低投入治理氮磷富營(yíng)養(yǎng)化。

一、湖泊生態(tài)治理與污染治理的區(qū)別

  湖泊生態(tài)治理是明確湖泊最主要的生態(tài)問(wèn)題，篩選引發(fā)該問(wèn)題的最敏感的生態(tài)因子，找到該生態(tài)因子的調(diào)節(jié)方法，快速解決湖泊存在的最主要的生態(tài)問(wèn)題。太湖最主要的生態(tài)問(wèn)題是藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗仁窃斐伤{(lán)藻爆發(fā)的直接原因，又是降低太湖氮磷自凈力的根本原因。以此為標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)目前的湖泊治理都不是生態(tài)治理，而是污染治理。

  湖泊污染治理是以我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）為依據(jù)，提出減磷控氮，以水質(zhì)類(lèi)別的優(yōu)化為目標(biāo)，水質(zhì)類(lèi)別的總磷、總氮與藻類(lèi)生態(tài)因子的磷和氮是不同的，總磷包括生物可利用磷PO4離子、縮合磷、有機(jī)磷等幾十種磷，生物可利用磷占比很小。因此，在藻類(lèi)生態(tài)治理上總磷指標(biāo)是無(wú)意義的。

  生態(tài)治理把生物可利用鐵、氮、磷等當(dāng)作藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)鹽，追求的是平衡，污染治理把氮、磷作為污染物，追求的是越少越好。

  污染治理投入大、周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，而生態(tài)治理快速見(jiàn)效，投入少，甚至能盈利。

二、修復(fù)太湖的氮磷自凈力

  魚(yú)類(lèi)攝食藻類(lèi)等天然食物，加速了氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的生物地球化學(xué)循環(huán)。例如太湖的鰱、鳙、梅鱭、銀魚(yú)、白蝦等攝食藻類(lèi)、浮游動(dòng)物、有機(jī)碎屑和細(xì)菌，將它們吸收的營(yíng)養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化為魚(yú)類(lèi)，降低湖泊的氮和磷，實(shí)現(xiàn)生態(tài)去富營(yíng)養(yǎng)化。魚(yú)類(lèi)捕撈后直接移出湖泊系統(tǒng)，供人類(lèi)食用，形成了氮磷→藻類(lèi)→魚(yú)類(lèi)→人類(lèi)的良性生態(tài)循環(huán)。湖泊的氮磷自凈力是低投入、高產(chǎn)出、可持續(xù)的生態(tài)治理富營(yíng)養(yǎng)化模式，應(yīng)優(yōu)先采用。

  國(guó)外湖泊由于魚(yú)類(lèi)種群不同和當(dāng)?shù)孛癖姴怀缘~(yú)，無(wú)法形成氮磷的良性生態(tài)循環(huán)，只能采用投入大、見(jiàn)效慢的減磷控氮面源污染治理模式。

  從太湖捕撈量可以計(jì)算每年魚(yú)類(lèi)吸收轉(zhuǎn)化的氮磷總量，十年禁捕前的2019年捕撈量高達(dá)7.2萬(wàn)噸，轉(zhuǎn)化了2160噸氮、144噸磷。

  目前以藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)種群的太湖藻類(lèi)嚴(yán)重的降低了太湖的氮磷自凈力，因?yàn)轸~(yú)類(lèi)喜食硅藻、綠藻等非藍(lán)藻的藻類(lèi)，藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)嚴(yán)重抑制了魚(yú)類(lèi)喜食藻類(lèi)的生長(zhǎng)，應(yīng)優(yōu)先治理藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)。

  魚(yú)類(lèi)種群是第二個(gè)制約太湖氮磷自凈力的因素，應(yīng)學(xué)習(xí)千島湖，大量增加大規(guī)格鰱鳙魚(yú)的放流比例，既提高氮磷自凈力，又產(chǎn)出高品質(zhì)的鰱鳙魚(yú)，生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

三、快速根治藍(lán)藻爆發(fā)

  國(guó)外采用減磷控氮的方法降低藻密度，防治藻類(lèi)水華爆發(fā)，是無(wú)法用其它方法降低藻密度的無(wú)奈對(duì)策，治理三、四十年，藻類(lèi)水華依然時(shí)隱時(shí)現(xiàn)。我國(guó)有食藻魚(yú)類(lèi)生態(tài)鏈可以降低藻密度，有食藻魚(yú)類(lèi)生態(tài)鏈的水域，中國(guó)千年食藻魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖史證明，藍(lán)藻爆發(fā)與藻密度無(wú)關(guān)。藍(lán)藻爆發(fā)是藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)在最適生長(zhǎng)條件下爆發(fā)的生態(tài)災(zāi)害。藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)是爆發(fā)的主要原因。

  藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)是如何形成的？鐵是藻類(lèi)在光合作用和固氮過(guò)程中,必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，藍(lán)藻固氮過(guò)程中，所需要的鐵量是其他藻類(lèi)按相同速率增長(zhǎng)的10倍。當(dāng)湖泊藻類(lèi)群落向藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)種群演替時(shí),鐵就成為藍(lán)藻增長(zhǎng)的限制因素.全球水化學(xué)研究中心美國(guó)威斯康星麥迪遜大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室研究表明,當(dāng)鐵濃度在0.1~1.0 mg/L時(shí),藻類(lèi)群落開(kāi)始向藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)種群演替。

  我們?cè)诘?、磷富營(yíng)養(yǎng)化不變的情況下，試驗(yàn)去除太湖的鐵離子，僅僅7天，藍(lán)藻生物量占藻類(lèi)比例從35.2%降至7.1—14.3%，硅藻取代藍(lán)藻成為優(yōu)勢(shì)種群，藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)得到根治；去除鐵富營(yíng)養(yǎng)化、根治藍(lán)藻的投入極低，預(yù)計(jì)每平方米水面治理的物耗成本0.5元左右。

兩位院士對(duì)此予以高度評(píng)價(jià)。

  中國(guó)工程院院士王浩指出：總體來(lái)說(shuō)提出了一條和現(xiàn)在的認(rèn)知完全不一樣的路徑，值得進(jìn)一步試驗(yàn)研究。該項(xiàng)目治理藍(lán)藻技術(shù)思路新穎，初步試驗(yàn)效果良好，治理成本低，預(yù)期有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

  中國(guó)工程院院士王超建議：政府將該項(xiàng)目作為“科技治太”的重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目立項(xiàng)，建立實(shí)驗(yàn)基地，組建跨學(xué)科的專(zhuān)家研究團(tuán)隊(duì)，加速實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)展。

四、警惕，過(guò)度減磷加劇藍(lán)藻爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

  目前太湖的生物可利用磷PO4離子濃度十分低，已與純凈水無(wú)異常，而Fe離子的濃度高達(dá)1mg/L左右，高鐵低磷的生境促進(jìn)了藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)，這是太湖治理十多年來(lái)藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)居高不下、藍(lán)藻水華時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的根本原因。

  PO4和Fe兩種離子是藻類(lèi)生態(tài)重要的，但又是互相拮抗的離子，PO4離子低則Fe離子高，而高Fe離子促進(jìn)了藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)，既破環(huán)了湖泊對(duì)氮磷的自凈力，又增加了藍(lán)藻爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

  生態(tài)治理追求的是生態(tài)因子的平衡，藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)鹽生態(tài)因子是生物可利用鐵、氮、磷等，它們的平衡決定藻類(lèi)種群的平衡。而污染治理是以總磷、總氮為標(biāo)準(zhǔn)，總磷包括生物可利用磷PO4離子、縮合磷、有機(jī)磷等幾十種磷，在藻類(lèi)生態(tài)治理上總磷指標(biāo)是無(wú)意義的。湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽與藻類(lèi)種群的關(guān)系的調(diào)節(jié)，也就是說(shuō)該減鐵、還是減磷、減氮，應(yīng)該由該湖泊藻類(lèi)生態(tài)試驗(yàn)結(jié)果決定。

五、湖泊使用化學(xué)品的討論

  美國(guó)在30年就研究并應(yīng)用依據(jù)水體中營(yíng)養(yǎng)物化學(xué)性質(zhì)的治理方法。美國(guó)有2種稱(chēng)為CLEAN-FLOLAKE CLEANSERTM的產(chǎn)品,是一種硫酸鈣、硫酸鋁和硼酸的混合物.這種產(chǎn)品可以沉淀水體中的鐵和磷,同時(shí)也可以降低亞硝酸鹽和錳的水平,在許多不同的湖泊和水庫(kù)的應(yīng)用中,成功地去除了藻類(lèi)和其他水生植物。

  SUN A-3緩沖綜合型除藻劑也屬此類(lèi)產(chǎn)口品,其主要成分為對(duì)環(huán)境無(wú)毒害的碳酸氫鈉、氮、氧化鈉、氫氧化鈣、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水乙酸鈉等按一定比例和工藝手段配置而成.這四五種原料在水體中的功能和輔助功能各不相同。

  磷酸二氫鉀作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑廣泛在食品行業(yè)中應(yīng)用，其安全性經(jīng)過(guò)科學(xué)論證，允許在營(yíng)養(yǎng)素飲料、能量飲料、電解質(zhì)飲料中添加?：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最大使用量為5.0g/kg，用于除去湖泊的鐵，同時(shí)解決弱勢(shì)藻類(lèi)的磷饑餓，用量大大低于5.0g/kg，并在24小時(shí)內(nèi)湖泊無(wú)殘留，即不增加湖泊的總磷，與水中鐵離子結(jié)合的磷酸鐵是高度穩(wěn)定的，且磷酸鐵本來(lái)就是湖泊底泥鐵的一種存在形態(tài)。

  我國(guó)應(yīng)用化學(xué)品治理湖泊藻類(lèi)爆發(fā)的研究很少，無(wú)應(yīng)用先例，但科學(xué)總是不斷發(fā)展的，當(dāng)科學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)某種化學(xué)品可以治理湖泊藍(lán)藻爆發(fā)，且無(wú)生態(tài)負(fù)效應(yīng)時(shí)，大家會(huì)認(rèn)同的。

六、湖泊生態(tài)試驗(yàn)與科學(xué)決策

  開(kāi)創(chuàng)中國(guó)特色的湖泊治理須在湖泊生態(tài)試驗(yàn)基礎(chǔ)上科學(xué)決策。特別是下列兩項(xiàng)試驗(yàn)：

  1、鐵、氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽與藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)相關(guān)性的試驗(yàn)，現(xiàn)代技術(shù)可以在湖區(qū)形成降鐵、或降磷、或降氮的局部水域，測(cè)定藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)的變化，提供減鐵、或減磷、或減氮的科學(xué)數(shù)據(jù)。

  2、評(píng)價(jià)湖泊氮磷自凈力的試驗(yàn)，用生態(tài)圍隔放養(yǎng)各種密度的食藻魚(yú)類(lèi)，測(cè)定藻類(lèi)密度的變化，評(píng)價(jià)氮磷自凈力，篩選最佳的食藻魚(yú)類(lèi)放養(yǎng)品種、規(guī)格和密度。

  建議市政府建立太湖治理生態(tài)試驗(yàn)基地，組建多學(xué)科專(zhuān)家的實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)，聘請(qǐng)王超或王浩院士當(dāng)科學(xué)顧問(wèn)，加快中國(guó)特色湖泊生態(tài)治理的研究，加速根治太湖藍(lán)藻，盡快把無(wú)錫建成美麗的濱湖城市。

相關(guān)鏈接

藍(lán)藻水華治理實(shí)踐：

在太滆漁業(yè)鄉(xiāng)工作期間，600畝圍湖（太湖）造田魚(yú)池頻發(fā)藍(lán)藻水華，鰱鳙魚(yú)不斷死亡。魚(yú)池須每天投喂魚(yú)飼料，去氮、磷富營(yíng)養(yǎng)化治理肯定是行不通的，發(fā)現(xiàn)池水的鐵離子含量特別高，有利于藍(lán)藻生長(zhǎng)，嘗試用營(yíng)養(yǎng)鹽降低魚(yú)池的鐵離子濃度，一周左右，魚(yú)池藍(lán)藻水華就消失了，綠藻、硅藻等魚(yú)類(lèi)可利用藻類(lèi)顯著增加。這充分說(shuō)明藍(lán)藻水華的決定性因素是鐵富營(yíng)養(yǎng)化。

據(jù)此原理，2023年5月份在太湖做了《降鐵離子根治藍(lán)藻種群優(yōu)勢(shì)試驗(yàn)》，獲得可喜成果。

作者簡(jiǎn)介

吳志大

高級(jí)工程師、江蘇省勞動(dòng)模范

1970年畢業(yè)于上海海洋大學(xué)

1976年任太滆漁業(yè)鄉(xiāng)技術(shù)員、革委會(huì)副主任、主任

1983年任常州市郊區(qū)人民政府畜牧副食品科科長(zhǎng)

1985年任常州市多種經(jīng)營(yíng)管理局副局長(zhǎng)

1992年保留職級(jí)待遇下海組建常州中華鱉集團(tuán)

2022年無(wú)錫生泰湖泊治理有限公司總經(jīng)理

本文作者/吳志大

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