水专项巡礼｜基于食物链动态平衡的金泽水库鱼类群落水质净化调控技术

项目团队简介

项目团队由上海城投原水有限公司和华东师范大学河口海岸学国家重点实验室童春富教授团队组成。长期进行鱼类生态调控方面的研究，已在陈行、青草沙水源地开展鱼类水质净化调控，具有相关研究基础。同时，项目团队具有在黄浦江水源开展水质净化相关经验，具备开展金泽水源鱼类调控的工作基础。

01

研究背景

生物调控是水库水质调控技术的一种，鱼类是水域生态系统的重要生物因子之一，能够维持生态系统结构和功能的稳定，并在一定程度上减轻水体氮磷营养负荷。实施科学合理的鱼类调控对水库水质具有一定的改善作用，在一定范围内，鱼产量稳定并具有一定蕴藏量，能对水质起到良好的保护作用。

水体富营养化容易造成藻类大规模暴发，影响水质安全。1989年，Xie等提出了广受关注的“非经典生物操纵”理论，即通过投放滤食性鱼类鲢、鳙鱼，直接摄食水体中的藻类，从而控制藻类水华。由于鲢、鳙鱼具有特殊的滤食器官，能摄食丝状藻类或形成群体的藻类，且对蓝藻毒素有较强的耐受性，通过放养鲢、鳙鱼，能有效抑制藻类生长与繁殖，控制藻类水华。

为了使非经典生物操纵具有明显的控制藻类水华的效果，要保证鲢、鳙鱼对藻类的摄食利用率高于藻类的增殖速率。因此，每个水体都要根据自身情况，寻找一个合适的鲢鳙生物量临界阈值。

运用鲢鳙鱼非经典生物操纵抑制藻类水华已在东湖、巢湖、月湖、千岛湖等地取得成功。金泽水库水域面积小，水力停留时间短，取水水质受流域影响大，库内藻类主要来源于外界，利用鲢鳙鱼滤食作用控制藻类具有一定的可行性，但需根据水库生态学特点，制定相应的鲢、鳙放养措施。

02

研究内容

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

2.1 金泽水库鱼类群落基本情

金泽水库共调研到鱼类种类29种，根据食性可分为滤食性、肉食性、杂食性和草食性。由表1可知，四种食性类型在数量上变化较大，2017年肉食性鱼类数量最多，2018年滤食性鱼类数量最多，2019年杂食性鱼类数量最多；但从重量上看，滤食性鱼类占绝对优势，2017年—2019年滤食性鱼类重量占比分别为89.42%、89.64%和83.90%，这主要因为滤食性鱼类是鲢鱼和鳙鱼，体型较大；综合来看，滤食性鱼类相较于其他食性占据优势。

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍表1 金泽水库鱼类数量和重量百分比

由图1可知，在2019年之前，李家荡与乌家荡之间设置了围网，由于围网的阻隔作用，2017年和2018年鱼群多集中在李家荡，仅有小部分鱼类可能从破损的围网中进入乌家荡。2019年，由于围网的拆除，鱼群明显向乌家荡移动聚集。

图1 金泽水库鱼群分布情况

2.2 鱼类管理措施

金泽水库自太浦河取水，太浦河连接太湖，近年来，东太湖TP浓度升高，藻密度也呈上升趋势。因此，现阶段金泽水库面临的主要问题是太浦河来水营养盐含量高、藻密度大。在难以控制污染源的情况下，可以采取增加藻食生物的方式控制藻类水华，而鲢、鳙鱼是典型的滤食性鱼类，可直接滤食浮游植物和浮游动物。研究表明，要使鲢、鳙鱼发挥控藻作用，抑制藻类的繁殖，需确保水体中具有足够的鲢鳙鱼量。由于鲢、鳙鱼自行繁殖需较高的流速(1.0～1.5 m/s)，在湖泊、水库中需人工投放鲢鳙鱼苗，其投放量应根据水体中供饵能力来确定。

从2017年—2019年金泽水库的饵料生物来看，2017年浮游植物的平均生物量为2.12 mg/L，2018年平均生物量为0.63 mg/L，2019年平均生物量为0.80 mg/L，再加上有机碎屑，渔产潜力分别约为78.42万、36.81万kg和46.92万kg。根据以往的研究，鲢、鳙资源量在渔产潜力的30%以上才可预防“水华”暴发，目前金泽水库的渔产潜力约为40万～70万kg，需保留12万kg以上的鲢、鳙资源量，考虑到水库建成使用不超过3年，碎屑比成熟水体要少很多，建议至少需保留鲢、鳙鱼10万kg。从鲢、鳙控制蓝藻水华的角度考虑，建议尽可能多地放养鲢，围隔试验表明，当鲢鱼与鳙鱼的比例为5∶1时，对TP和PO43-的去除率可达到66.73%，建议鲢、鳙放养比例为5∶1。从控制藻类水华的角度考虑，应选择生长快、死亡率低的鲢、鳙鱼，再者由于磷是水体富营养化的限制因素，如要尽快降低磷的含量，则应以养殖大个体鱼为主，建议放养较大规格的鱼种，约300～500 g/尾。

实施鱼类生物调控，大量放养的鲢、鳙鱼直接增加了金泽水库第II 营养级的生物量和在整个食物网中的比例，使得金泽水库中的小杂鱼生物量减少，而鲌类等生物量增加，各种鱼类的捕食者和食饵生态位重叠指数下降。各主要鱼类的相互作用中，鲢、鳙对鲌的促进作用增强，鲌对鲫、麦穗鱼和刀鲚等以及刀鲚对浮游动物的抑制作用减弱，鳙对浮游动物的抑制作用增强。这些影响，使金泽水库食物链结构更趋合理。

2019年12月前，水库鱼类捕捞采用的是分散式捕捞的方法，每月用丝网、地笼网的方式小规模捕捞，捕捞的鱼类数量少，规格参差不齐(表3)。2019年底在水库投放鲢鳙前进行了大规模捕捞，能够将超过生长拐点的鲢鳙集中捕捞上来，捕捞的效果得到提升，因此，集中捕捞是水库经过对比后改进的捕捞方式。

表2 金泽水库鲢、鳙鱼生长情况

表3 金泽水库鱼类捕捞情况

2.3 水库藻密度变化情况

图2 金泽水库进出水藻密度

调查了2017年—2019年水库进水口和出水口的藻密度，结果如图2所示。金泽水库藻类属于外源输入型，藻类主要来自太浦河，进水口藻密度大。与进水口相比，除2018年，出水口藻密度呈下降趋势：出水口2017年和2019年下降比例分别为14.12%和27.71%；按3年的平均值来看，水库进水口藻密度为855.61万cells/L，出水口藻类密度786.05万cells/L，出水口藻密度较进水口总体下降了11.63%。根据研究，水库西北角和东岸是库区的高藻区域，由鱼群分布情况(图1)可知，鱼类聚集区域也主要是在水库高藻区域，这是因为滤食性鱼类会向藻类聚集区域移动滤食藻类，结合水库进出水藻密度变化情况，鲢、鳙鱼调控措施在控藻上起到了积极的作用，但是需物理、化学和生物技术(有益菌、水草、控藻鱼)的协同。

2.4 金泽水库生态变化

2.4.1 生物多样性

采用香农威尔指数(H)和均匀度指数(J)评估水库生物多样性。如表4和表5所示，出水口浮游植物与浮游动物生物多样性均高于进水口，浮游植物香农威尔指数3年平均提升了25%，均匀度指数提升了27%，浮游动物香农威尔指数3年平均提升了23%，均匀度指数提升了26%，说明金泽水库的各项调控措施能够提高生物多样性，且各物种的密度值分布更均匀。

表4 金泽水库浮游植物生物多样性

表5 金泽水库浮游动物生物多样性

2.4.2 能量和生物量金字塔

由图3可知，金泽水库生态系统的能流主要在4个营养级之间流动，沉水植物、底栖藻类、浮游植物和碎屑完全占据营养级I；淡水寡毛类、水生昆虫和浮游动物完全占据营养级II，鲴鱼、鲢鱼、鳊鱼和一些其他鱼类主要占据了营养级II；所有鱼类均部分占据了营养级III；占据营养级IV的主要为鲌类(翘嘴红鲌)，少量鲶鱼、鳜鱼和长吻鮠也占据了营养级IV。由表6可知，除2017年，水库各营养级生物量的分布呈金字塔型，即占据底层营养级的生物其生物量最大，逐级依次减小。

图3 金泽水库营养级分布

表6 金泽水库各营养级生物量(单位：万kg)

生物调控是水库水质调控技术的一种，鱼类是水域生态系统的重要生物因子之一，能够维持生态系统结构和功能的稳定，并在一定程度上减轻水体氮磷营养负荷[。实施科学合理的鱼类调控对水库水质具有一定的改善作用，在一定范围内，鱼产量稳定并具有一定蕴藏量，能对水质起到良好的保护作用。

03

关键技术

3.1 水库生物资源调查

针对水生物种类组成、数量变动和生物生产力等方面进行调查和研究，掌握天然饵料生物和鱼类的年际变动情况，估算渔产潜力。

3.2 选择适当的鱼类

对于营养盐含量高、藻密度大的水体，在难以控制污染源的情况下，可以采取增加藻食生物的方式控制藻类水华，鲢、鳙是典型的滤食性鱼类，可直接滤食藻类，适用于金泽水库。为了确保放养鱼类的成活率，需对凶猛鱼类进行控制。凶猛鱼类控制后，可以考虑投放一部分鲴鱼类，能够加速水体营养物循环，从而净化水质。

3.3 保持一定密度的鲢、鳙鱼生物量

要使鲢、鳙鱼发挥控藻作用，抑制藻类的繁殖，需确保水体中具有足够的鲢鳙鱼量，一般鲢、鳙资源量需在渔产潜力的30%以上，在浅水水域以放养鲢鱼为主。根据目前金泽水库的渔产潜力、营养盐及藻类情况，至少需保留鲢、鳙鱼10万kg，鲢鳙放养比例为5∶1，放养规格约为300～500 g/尾。

3.4 定期捕捞鲢、鳙鱼，降低营养库存

鲢、鳙鱼生长速度快，易于捕捞，通过捕捞超过生长加速度最大值的鲢、鳙鱼，可从系统中移走大量营养盐。金泽水库鲢、鳙鱼从2龄长到3龄，生长加速度最大，3龄以后体重增长减缓，对藻类的滤食率降低。因此，金泽水库鲢、鳙鱼3龄后可以开始捕捞，此时鳙鱼类平均规格：体长为42.8 cm，体重约为2 800 g；鲢鱼类平均规格：体长为36.8 cm，体重约为1 100 g。

04

总结与展望

目前，通过放养鲢、鳙鱼，进行鱼类水质净化调控在金泽水库取得了良好的效果，一方面水库出水藻密度降低，鱼类控藻效果良好；另一方面，库内生物多样性提升，食物链结构趋于合理，有利于生态系统的稳定。今后，也将根据水库生物资源的变化情况，不断地对鱼类水质净化调控措施进行优化，确保其发挥良好的调控效果。

来源：本文来自《净水技术》2020年12期 “水体污染控制与治理”科技重大专项成果专栏