生物操纵在退化湖泊生态恢复上的应用

生物操纵在退化湖泊生态恢复上的应用

姚雁鸿1，3，余来宁2

(1.华中农业大学,武汉430070；2.江汉大学医学与生命科学学院，武汉430056；

3.中国水产科学研究院长江水产研究所，湖北荆州434000)

摘要：介绍了退化湖泊生态恢复的概念及生态恢复的步骤．描述了生物操纵的概念、应用、存在的问题及前景．作为常用的退化湖泊生态恢复技术，生物操纵主要利用了下行效应原理．几十年的生物操纵实践表明，即使存在一些影响生物操纵能否取得成功的限制因素，生物操纵依然是一种花费相对低廉、有吸引力的退化湖泊生态恢复技术．

关键词：生物操纵；恢复技术；富营养化；退化

中图分类号：S917文献标识码：A文章编号：1673-014302-0081-04

湖泊生态系统是人类生活环境的重要组成部分，它给人类提供了众多的服务，如：防洪、航运、灌溉、生活用水、水产品供给、旅游娱乐等．但由于人类活动的过度干扰，来自点源和面源的氮、磷等营养源向湖泊水体的过度排放，造成湖泊富营养化现象日益严重,湖泊水生态系统日益退化，表现为水华频繁爆发、水体发黑发臭、鱼类死亡、水生高等植物分布面积缩小甚至基本消失，它严重地影响湖泊生态系统服务功能的提供，甚至威胁到人类的健康．随着湖泊富营养化现象日益严重，各国普遍开展了富营养化产生的原因及防治与退化湖泊恢复的研究与探索，也产生了诸如底泥疏浚、水底通氧、构建沿岸带湿地、投放化学药物等治理措施，并在一定范围内进行了用于水体富营养化防治的实践．生物操纵就是湖泊内源治理的方法之一，它是退化湖泊生态恢复的一个重要方法．

1退化湖泊生态恢复

1.1恢复的目标

按生态恢复的定义，湖泊生态恢复就是恢复湖泊的结构与功能特征，重建湖泊受干扰前的结构与功能及有关的地理、化学和生物学特征．但是恢复目标难以确定，这也是“恢复”这个概念受到责难的原因之一．恢复是一个动态的过程，

水域生态系统的自愈能力极强，在减轻人类干扰（如限制营养盐向水体排放等）后，只要适当地引进关键种，水域生态系统就会很快恢复．湖泊恢复也不是无限地恢复到湖泊干扰前的状态，绝对的恢复是不可能达到的.因为恢复还涉及到一个代价问题，如果恢复的代价过大，大大超过人们从恢复中获得的湖泊服务功能价值，则选择这样的恢复状态是不理性的.如相对富营养化湖泊而言，贫营养化湖泊更接近于受干扰前的状态，但我们不能因此决定湖泊恢复就是要恢复到贫营养化状态，不仅因为恢复到贫营养化状态的代价太大，而且因为一个水草繁茂，水质清澈的富营养化湖泊更符合人类的需要．

1.2湖泊生态恢复的步骤

湖泊生态恢复的步骤为：⑴诊断问题并建立恢复目标，即分析湖泊退化的原因，确定恢复所要达到的状态；⑵除去已存的或潜在的退化促进因素；⑶削减营养负荷；⑷生物操纵；⑸重建水生植被；⑹重建适当的鱼类种群；⑺检测恢复的结果．

退化湖泊生态恢复的措施很多，主要分外源治理和内源治理：外源治理主要是通过各种措施和手段控制营养盐向湖泊过度排放；内源治理则是采取生物、物理、化学的方法使退化湖泊由藻型浊水态恢复到草型清水态．生物操纵是湖泊内

收稿日期：2007－01－19作者简介：姚雁鸿(1972

82江汉大学学报（自然科学版）总第35卷

源治理的一种技术．湖泊水生态系统恢复应包括两个生物操纵过程：上行过程，即通过削减营养盐到很低水平进而控制藻类过量生长，使水体变清；下行过程，即通过投放凶猛鱼类，去除浮游生物食性鱼类，或直接投放滤食性鱼（如白鲢、罗非鱼等）或浮游动物以控制藻类数量从而使水体变清．

2生物操纵在退化湖泊生态恢复上的应用

2.1生物操纵的概念与发展

生物操纵概念最早由Shapiro于1975年提出──也称食物网操纵．在湖泊富营养化控制方面运用生物操纵措施即增加凶猛性鱼类数量以控制浮游生物食性鱼的数量，从而减少浮游生物食性鱼类对浮游动物的捕食以利于浮游动物种群（特别是枝角类）增长，浮游动物种群的增长加大了对浮游植物的摄食，这样就可抑制浮游植物的过量生长以至水华爆发的情况发生．因此也是一种利用鱼类下行效应控制富营养化的措施．除了利用凶猛鱼类控制藻类过量生长的经典生物操纵以外，还有利用滤食性鱼类和浮游动物直接摄食浮游植物的非经典生物操纵．现在生物操纵泛指在管理水体藻类和水生植物的生态上操纵的生物学措施．

2.2生物操纵在退化湖泊生态恢复上的应用

生物操纵自Shapiro第一次描述以来，已获得了广泛的应用，且日益成为改善湖泊水质和水体生态系统恢复的例行技术．从1990年到2002年大约有10多篇详细总结生物操纵应用效果与局限性分析的综述文献发表．根据这些综述，生物操纵被证明是退化湖泊生态恢复的一个有效手段，在已经施行生物操纵的实例中，大约有60%取得了明显的水质改善效果，只有不到15%的生物操纵完全不成功．大多数生物操纵都在温带浅水湖泊和水库中实施，如英国的Cockshoot Broad 湖、荷兰的Zwemlust湖、丹麦的Vaeng湖、美国的Christina湖等都是施行生物操纵获得成功的显著例子；在深水湖库生物操纵也有获得过明显的成功例子报道，如美国的Mendota湖、德国的Bautzen 水库．但总体而言，生物操纵在浅水湖泊和水库中获得成功的实例要远多于深水湖泊和水库．为及时总结生物操纵的经验和发展及生物操纵的理论，国际湖沼学界已召开了2次有关生物操纵的国际性会议．1989年在Amsterdam召开的会议集中在不同营养层次的研究（如：浮游植物，浮游动物），简单食物链模型解释实施生物操纵后观察到的湖泊响应及基于理论和经验上的对生物操纵的潜力的评估．2002年Rheinsberg的会议集中在浅水和深层湖泊的现象，成功的生物操纵中水体营养与再循环、环境变化与个体发育的联系，食物网中时间与空间异质性、凶猛鱼类与底栖生物食性、浮游生物食性鱼类的相对比例，生物操纵的可持续性与管理及长期维持生物操纵措施的必要性等方面．随着生物操纵在富营养化防治和退化水体生态恢复中的不断应用，研究者也不断地总结生物操纵的应用条件，并探讨其局限性．对于生物操纵技术而言，现在除了不断应用总结以外，研究者也在试图构造复杂的数学模型以指导生物操纵措施的实施并对结果做出一定的解释及预测．

3生物操纵的局限性与前景

虽然生物操纵在水体富营养化防治中获得了广泛的应用，但是生物操纵也有很多应用效果不明显或是失败的例子．湖泊中含有成百上千个物种，物种之间与各种环境理化因子之间有着复杂的控制反馈机制．湖泊的富营养化演化可以在这个反馈机制中得到说明，当湖泊演进到各种水生植被占优势的富营养化状态时，水体仍然可以保持稳定的澄清状态，但是随着外源营养盐的持续排放，水体逐渐过度到藻类占优势的状态，然后水体浊度增加，导致水生植被消失，又通过一系列的反馈机制强化藻类占优势的状态，水质也日趋恶化.湖泊的生态恢复也应仔细考虑这一反馈机制，对任何富营养化的湖泊，在决定实施生物操纵措施以改善水质前,都应仔细评估该水体的复杂反馈链．自然水体复杂的反馈机制也是很多微生态系统实验得出的结论难以外推到大的生态系统（自然水体）的原因，因为小生态系统很多是建立在线性联系基础上的，水体的反馈机制也设计得比较简单，而自然水体的联系多是非线性的，反馈机制也很复杂．鉴于生态系统的复杂性，单个的措施是很难达到生态恢复的目的的，在考虑到水体复杂的反馈机制的影响后，多措施同时应用，相互促进，这样才能达到水体恢复的目的．笔者研究发现，限制生物操纵发挥效果