經(jīng)典生物操縱VS非經(jīng)典生物操縱！誰能成為生態(tài)修復(fù)的最終贏家？

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:湖泊是我國的重要水資源之一，為人類提供了灌溉、航運、發(fā)電、徑流調(diào)節(jié)等無法替代的生態(tài)及社會服務(wù)功能。但我國湖泊富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重。雖然近幾年的水污染處理力度加大，但是湖泊富營養(yǎng)化仍然是河湖污染的重要原因，湖泊富營養(yǎng)化導(dǎo)致藻類水華的爆發(fā)，特別是藍藻等有毒藻類的爆發(fā)，不僅影響生態(tài)景觀，阻塞供水系統(tǒng)，而且嚴(yán)重污染水質(zhì)，危及人類健康，威脅社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。1975年，Shapiro等提出了生物操縱(biomanipulation)的概念，并被廣泛應(yīng)用。

生物操縱

概念：通過一系列湖泊中生物及其環(huán)境的操縱，促進一些對湖泊使用者有益的關(guān)系和結(jié)果，即藻類特別是藍藻類的生物量的下降；

對象：主要集中于魚類，特別是浮游生物食性的魚類；

應(yīng)用：利用食藻魚類治理富營養(yǎng)化湖泊；利用大型浮游動物控制浮游植物過量生長。

從廣義上來看，生物操縱類似于下行效應(yīng)（top-down-force）、營養(yǎng)級串聯(lián)效應(yīng)（trophic cascade interations）或食物網(wǎng)操縱（food web manipulation），這些詞涉及初級、次級或更高級水體消費者的操縱及其對群落結(jié)構(gòu)的影響。生物操縱一般區(qū)分為兩類：經(jīng)典生物操縱與非經(jīng)典生物操縱，同屬于生物操縱，他們又有哪些不同？

01 經(jīng)典VS非經(jīng)典

經(jīng)典生物操作：

通過改變捕食者(魚類)的種類組成或多度來操縱植食性的浮游動物群落的結(jié)構(gòu)，促進濾食效率高的植食性大型浮游動物，特別是枝角類種群的發(fā)展，進而降低藻類生物量，提高水的透明度，改善水質(zhì)。

具體方法：

（1）投放魚食（肉食）性魚類間接控藻；

（2）人工去除浮游動物食性魚類以間接控藻。

非經(jīng)典性生物操縱：

就是利用食浮游植物的魚類和軟體動物來直接控制藻類，治理湖泊富營養(yǎng)化.

具體方法：

(1)利用浮游植物食性魚類(如鰱、鳙)來控制富營養(yǎng)化和藻類水華現(xiàn)象；

(2)利用大型軟體動物濾食作用控制藻類和其他懸浮物。

經(jīng)典生物操縱示意圖

非經(jīng)典生物操縱示意圖

02  技術(shù)難點——經(jīng)典生物操縱

經(jīng)典生物操縱的核心部分包括兩方面：大型浮游動物對藻類的攝食及其種群的建立。

浮游動物作為浮游植物的直接捕食者，其作用在 藻類上的“下行效應(yīng)”對于調(diào)節(jié)藻類種群結(jié)構(gòu)有重要作用。

如何壯大浮游動物的種群以保證其對浮游植物的攝食效率呢？目前主要有以下兩種方法：①放養(yǎng)兇猛魚類來捕食浮游動物食性魚類或者直接捕殺、毒殺浮游動物食性魚類；②為避免生物滯遲效應(yīng)，在水體中人工培養(yǎng)或直接向水體中投放浮游動物。

體型較大的浮游動物對控制浮游植物的數(shù)量貢獻更大。但另一方面，從魚食性魚類的放養(yǎng)，到浮游動物食性魚類的減少，再到浮游動物種群的發(fā)展，這其中存在一定的生物滯遲效應(yīng)，對藻類的抑制作用要取得顯著效果需時較久。因此，往往在放養(yǎng)兇猛魚類的同時，往水體中投放人工培養(yǎng)的浮游動物，以此在短時間內(nèi)增加水體中浮游動物的數(shù)量。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)中上行與下行效應(yīng)是相互交錯進行的。因此要保持浮游動物食性魚類和浮游動物種群的長期穩(wěn)定存在一定難度。另一方面，過分強調(diào)對藻類的去除，使得大型浮游動物（如枝角類）的食物來源減少，這也使得其種群也無法保持穩(wěn)定。

經(jīng)典生物操縱理論在應(yīng)用中所面臨的另一困境就是浮游植物的抵御機制。由于增加了對可食用藻類的捕食壓力，不可食用的藻類逐漸成為優(yōu)勢，特別是一些絲狀（如顫藻）和形成群體的有害藍藻（如 微囊藻）。藍藻的個體較大（能達到數(shù)百 μm）導(dǎo)致浮游動物對其無法食用或攝取率較低，而且藍藻的營養(yǎng)價值較綠藻低，并能釋放毒素抑制浮游動物的生長發(fā)育。另一方面，由于缺少捕食壓力以及其它藻類的競爭壓力，藍藻數(shù)量快速增長，逐漸形成了藍藻水華。因此，經(jīng)典生物操縱理論在治理藍藻水華中未能取得 良好的效果。

生物操縱在輕微富營養(yǎng)化或中營養(yǎng)型的淺水湖泊中容易成功，但在富營養(yǎng)-重富營養(yǎng)的深水湖泊中難以成功，因為通過生物操縱雖有可能導(dǎo)致可利用磷的降低，但只是將營養(yǎng)鹽從湖泊中的一個庫轉(zhuǎn)移到另外一 個庫，并沒有將過量的營養(yǎng)鹽從水體中去除，因此不足以改變表水層中磷負荷而啟動有效的對浮游植物 的“上行控制”。

03  技術(shù)難點——非經(jīng)典生物操縱

非經(jīng)典生物操縱就是利用有特殊攝食特性、消化機制且群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的濾食性魚類來直接控制水華，其核心目標(biāo)定位是控制藍藻水華。由此可見，非經(jīng)典生物操縱所利用的生物正是經(jīng)典生物操縱所要去除的生物，其治理的目標(biāo)正是經(jīng)典生物操縱所無能為力的。在非經(jīng)典生物操縱應(yīng)用實踐中， 鰱、鳙以人工繁殖存活率高、存活期長、食譜較寬以及在湖泊中不能自然繁殖而種群容易控制等優(yōu)點成為最常用的種類。

選擇濾食性魚類來控制藻類是由于它們具有特殊的濾食器官，它們的濾食器官由腮耙、腮耙網(wǎng)、腭皺和腮耙管組成，濾食過程中小于腮孔的藻類將隨水流漏掉，大于腮孔的藻類將被截住，送到消化道。鰱、鳙和牧食性的浮游動物的攝食模式是一樣的，但大型浮游動物（如枝角類）一般只能濾食 40μm 以下 的較小的浮游植物，而鰱、鳙能濾食 10μm 至數(shù)個毫 米的浮游植物（或群體），所以鰱、鳙可以攝食絲狀或 形成群體的藍藻，從而起到控制藍藻水華的作用。鰱、鳙可用于控制藍藻水華，另一個原因是鰱、 鳙對藍藻毒素有較強的耐性。

肯定鰱、鳙控制藻類水華作用的同時也存在質(zhì)疑的聲音。研究發(fā)現(xiàn)魚產(chǎn)量大于 100kg/ha 的湖泊反而有較高的浮游藻類生物量和較低的透明度；但無論鰱、鳙的產(chǎn)量如何，總磷與浮游藻類之間的關(guān)系都沒有明顯的區(qū)別，也就是說鰱、鳙的放養(yǎng)并沒有改變浮游藻類與總磷之間的關(guān)系，磷依然是影響藻類結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子。因此，部分研究人員認為鰱、鳙并不能作為控制藻類數(shù)量、 提高水體質(zhì)量的生物工具。也有人認為，隨著鰱魚放養(yǎng)密度增大，水中總氮、總磷的總量也隨之增加。因 為鰱魚放養(yǎng)量增大，提高了初級生產(chǎn)量的利用率，加快了物質(zhì)循環(huán)，而魚產(chǎn)量僅從總磷、總氮中扣除極小部分。氮和磷的增加，又促進了浮游植物大量繁殖， 加劇了水體富營養(yǎng)化。

04  總結(jié)

生物操縱在湖泊的富營養(yǎng)化修復(fù)實踐中已得到了應(yīng)用，在一定程度上能夠控制浮游植物的數(shù) 量，恢復(fù)湖泊的透明度，為向草型湖泊的演替創(chuàng)造了必要的前提。經(jīng)典生物操縱利用浮游動物作為工具，在控制小型藻類方面具有較大的優(yōu)勢；而在浮游動物無法起有效作用的大型藻類面前，非經(jīng)典生物操縱所利用的濾食性魚類則更為有效。

在爆發(fā)了藍藻水華的湖泊中要如何開展有效的生物操縱呢？首先，在爆發(fā)藍藻水華的湖泊中立即投入使用生物操縱往往不能取得對藻類數(shù)量有效地控制，這是由于生物操縱存在一定的生物滯后性。這時應(yīng)該借助于物理化學(xué)方法的快速作用，投加除藻劑、絮凝劑或通過人工收獲等方法來有效應(yīng)對突發(fā)水華事件。其次，重建一個平衡穩(wěn)定的水生生態(tài)系統(tǒng)，這就要借助于生物操縱的長期控制作用，投加濾食性魚類來對水體中的浮游藻類數(shù) 量進行有效控制。最后要恢復(fù)大型水生植被，增強與浮游藻類之間的競爭，向草型湖泊演替。

由于湖泊中的營養(yǎng)級關(guān)系非常復(fù)雜，大自然的奧秘還有更多需要我們探索，生物操縱中涉及到的很多機理還未清晰，所以在實際應(yīng)用中往往未能取得理想的效果，這時需要結(jié)合其它的修復(fù)方法 對受污染的湖泊進行聯(lián)合修復(fù)。

原標(biāo)題:經(jīng)典生物操縱VS非經(jīng)典生物操縱！誰能成為生態(tài)修復(fù)的最終贏家？