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

開創(chuàng)中國特色的湖泊生態(tài)治理

——提高太湖氮磷自凈力根治藍藻爆發(fā)

吳志大

  全球湖泊藻類水華治理都是減氮控磷的富營養(yǎng)化治理模式，投資大、周期長、見效慢，因此被稱為世界難題。

  太湖生態(tài)與國外湖泊有顯著區(qū)別：

一是平均水深大大低于國外湖泊，太湖僅1.89米，日本琵琶湖41米，德國博登湖81米，美國五大湖85米；

二是國外湖泊魚類種群以食肉性魚類為主，而我國太湖以食藻魚類為主，外國民眾基本上不吃淡水魚，湖泊不捕魚，而我國民眾視湖泊魚類為美食，自古以來都捕魚；

三是水華的藻類不同，日本琵琶湖是鞭毛藻，德國博登湖是硅藻和藍藻交替，美國五大湖與我國太湖一樣，是藍藻。

  太湖生態(tài)特點決定我們不應(yīng)該簡單的仿效國外湖泊治理模式，應(yīng)該優(yōu)先發(fā)揮太湖生態(tài)的氮磷自凈力，優(yōu)化藻類種群和魚類種群，以生態(tài)方法快速根治藍藻爆發(fā)，同時實現(xiàn)低投入治理氮磷富營養(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)問題，篩選引發(fā)該問題的最敏感的生態(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)問題。太湖最主要的生態(tài)問題是藍藻種群優(yōu)勢，因為它既是造成藍藻爆發(fā)的直接原因，又是降低太湖氮磷自凈力的根本原因。以此為標準，我國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《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）為依據(jù)，提出減磷控氮，以水質(zhì)類別的優(yōu)化為目標，水質(zhì)類別的總磷、總氮與藻類生態(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、有機磷等幾十種磷，生物可利用磷占比很小。因此，在藻類生態(tài)治理上總磷指標是無意義的。

  生態(tài)治理把生物可利用鐵、氮、磷等當(dāng)作藻類營養(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、見效慢，而生態(tài)治理快速見效，投入少，甚至能盈利。

二、修復(fù)太湖的氮磷自凈力

  魚類攝食藻類等天然食物，加速了氮、磷等營養(yǎng)鹽的生物地球化學(xué)循環(huán)。例如太湖的鰱、鳙、梅鱭、銀魚、白蝦等攝食藻類、浮游動物、有機碎屑和細菌，將它們吸收的營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化為魚類，降低湖泊的氮和磷，實現(xiàn)生態(tài)去富營養(yǎng)化。魚類捕撈后直接移出湖泊系統(tǒng)，供人類食用，形成了氮磷→藻類→魚類→人類的良性生態(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)治理富營養(yǎng)化模式，應(yīng)優(yōu)先采用。

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

  從太湖捕撈量可以計算每年魚類吸收轉(zhuǎn)化的氮磷總量，十年禁捕前的2019年捕撈量高達7.2萬噸，轉(zhuǎn)化了2160噸氮、144噸磷。

  目前以藍藻為優(yōu)勢種群的太湖藻類嚴重的降低了太湖的氮磷自凈力，因為魚類喜食硅藻、綠藻等非藍藻的藻類，藍藻種群優(yōu)勢嚴重抑制了魚類喜食藻類的生長，應(yīng)優(yōu)先治理藍藻種群優(yōu)勢。

  魚類種群是第二個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，生態(tài)效益和經(jīng)濟效益雙豐收。

三、快速根治藍藻爆發(fā)

  國外采用減磷控氮的方法降低藻密度，防治藻類水華爆發(fā)，是無法用其它方法降低藻密度的無奈對策，治理三、四十年，藻類水華依然時隱時現(xiàn)。我國有食藻魚類生態(tài)鏈可以降低藻密度，有食藻魚類生態(tài)鏈的水域，中國千年食藻魚類養(yǎng)殖史證明，藍藻爆發(fā)與藻密度無關(guān)。藍藻爆發(fā)是藍藻種群優(yōu)勢在最適生長條件下爆發(fā)的生態(tài)災(zāi)害。藍藻種群優(yōu)勢是爆發(fā)的主要原因。

  藍藻種群優(yōu)勢是如何形成的？鐵是藻類在光合作用和固氮過程中,必不可少的營養(yǎng)元素，藍藻固氮過程中，所需要的鐵量是其他藻類按相同速率增長的10倍。當(dāng)湖泊藻類群落向藍藻優(yōu)勢種群演替時,鐵就成為藍藻增長的限制因素.全球水化學(xué)研究中心美國威斯康星麥迪遜大學(xué)的實驗室研究表明,當(dāng)鐵濃度在0.1~1.0 mg/L時,藻類群落開始向藍藻為優(yōu)勢種群演替。

  我們在氮、磷富營養(yǎng)化不變的情況下，試驗去除太湖的鐵離子，僅僅7天，藍藻生物量占藻類比例從35.2%降至7.1—14.3%，硅藻取代藍藻成為優(yōu)勢種群，藍藻種群優(yōu)勢得到根治；去除鐵富營養(yǎng)化、根治藍藻的投入極低，預(yù)計每平方米水面治理的物耗成本0.5元左右。

兩位院士對此予以高度評價。

  中國工程院院士王浩指出：總體來說提出了一條和現(xiàn)在的認知完全不一樣的路徑，值得進一步試驗研究。該項目治理藍藻技術(shù)思路新穎，初步試驗效果良好，治理成本低，預(yù)期有良好的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

  中國工程院院士王超建議：政府將該項目作為“科技治太”的重點科技攻關(guān)項目立項，建立實驗基地，組建跨學(xué)科的專家研究團隊，加速實驗研究的進展。

四、警惕，過度減磷加劇藍藻爆發(fā)風(fēng)險

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

  PO4和Fe兩種離子是藻類生態(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離子促進了藍藻種群優(yōu)勢，既破環(huán)了湖泊對氮磷的自凈力，又增加了藍藻爆發(fā)風(fēng)險。

  生態(tài)治理追求的是生態(tài)因子的平衡，藻類營養(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種群的平衡。而污染治理是以總磷、總氮為標準，總磷包括生物可利用磷PO4離子、縮合磷、有機磷等幾十種磷，在藻類生態(tài)治理上總磷指標是無意義的。湖泊營養(yǎng)鹽與藻類種群的關(guān)系的調(diào)節(jié)，也就是說該減鐵、還是減磷、減氮，應(yīng)該由該湖泊藻類生態(tài)試驗結(jié)果決定。

五、湖泊使用化學(xué)品的討論

  美國在30年就研究并應(yīng)用依據(jù)水體中營養(yǎng)物化學(xué)性質(zhì)的治理方法。美國有2種稱為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的應(yīng)用中,成功地去除了藻類和其他水生植物。

  SUN A-3緩沖綜合型除藻劑也屬此類產(chǎn)口品,其主要成分為對環(huán)境無毒害的碳酸氫鈉、氮、氧化鈉、氫氧化鈣、無水碳酸鈉、無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。

  磷酸二氫鉀作為營養(yǎng)強化劑廣泛在食品行業(yè)中應(yīng)用，其安全性經(jīng)過科學(xué)論證，允許在營養(yǎng)素飲料、能量飲料、電解質(zhì)飲料中添加?：國家標準最大使用量為5.0g/kg，用于除去湖泊的鐵，同時解決弱勢藻類的磷饑餓，用量大大低于5.0g/kg，并在24小時內(nèi)湖泊無殘留，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，且磷酸鐵本來就是湖泊底泥鐵的一種存在形態(tài)。

  我國應(yīng)用化學(xué)品治理湖泊藻類爆發(fā)的研究很少，無應(yīng)用先例，但科學(xué)總是不斷發(fā)展的，當(dāng)科學(xué)試驗發(fā)現(xiàn)某種化學(xué)品可以治理湖泊藍藻爆發(fā)，且無生態(tài)負效應(yīng)時，大家會認同的。

六、湖泊生態(tài)試驗與科學(xué)決策

  開創(chuàng)中國特色的湖泊治理須在湖泊生態(tài)試驗基礎(chǔ)上科學(xué)決策。特別是下列兩項試驗：

  1、鐵、氮、磷營養(yǎng)鹽與藍藻種群優(yōu)勢相關(guān)性的試驗，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，測定藍藻種群優(yōu)勢的變化，提供減鐵、或減磷、或減氮的科學(xué)數(shù)據(jù)。

  2、評價湖泊氮磷自凈力的試驗，用生態(tài)圍隔放養(yǎng)各種密度的食藻魚類，測定藻類密度的變化，評價氮磷自凈力，篩選最佳的食藻魚類放養(yǎng)品種、規(guī)格和密度。

  建議市政府建立太湖治理生態(tài)試驗基地，組建多學(xué)科專家的實驗研究團隊，聘請王超或王浩院士當(dāng)科學(xué)顧問，加快中國特色湖泊生態(tài)治理的研究，加速根治太湖藍藻，盡快把無錫建成美麗的濱湖城市。

相關(guān)鏈接

藍藻水華治理實踐：

在太滆漁業(yè)鄉(xiāng)工作期間，600畝圍湖（太湖）造田魚池頻發(fā)藍藻水華，鰱鳙魚不斷死亡。魚池須每天投喂魚飼料，去氮、磷富營養(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，有利于藍藻生長，嘗試用營養(yǎng)鹽降低魚池的鐵離子濃度，一周左右，魚池藍藻水華就消失了，綠藻、硅藻等魚類可利用藻類顯著增加。這充分說明藍藻水華的決定性因素是鐵富營養(yǎng)化。

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

作者簡介

吳志大

高級工程師、江蘇省勞動模范

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

1985年任常州市多種經(jīng)營管理局副局長

1992年保留職級待遇下海組建常州中華鱉集團

2022年無錫生泰湖泊治理有限公司總經(jīng)理

本文作者/吳志大

文章來源/水利天下微信公眾號