吴志大：开创中国特色的湖泊生态治理方案 获两院士高度肯定

开创中国特色的湖泊生态治理

——提高太湖氮磷自净力根治蓝藻爆发

吴志大

  全球湖泊藻类水华治理都是减氮控磷的富营养化治理模式，投资大、周期长、见效慢，因此被称为世界难题。

  太湖生态与国外湖泊有显著区别：

一是平均水深大大低于国外湖泊，太湖仅1.89米，日本琵琶湖41米，德国博登湖81米，美国五大湖85米；

二是国外湖泊鱼类种群以食肉性鱼类为主，而我国太湖以食藻鱼类为主，外国民众基本上不吃淡水鱼，湖泊不捕鱼，而我国民众视湖泊鱼类为美食，自古以来都捕鱼；

三是水华的藻类不同，日本琵琶湖是鞭毛藻，德国博登湖是硅藻和蓝藻交替，美国五大湖与我国太湖一样，是蓝藻。

  太湖生态特点决定我们不应该简单的仿效国外湖泊治理模式，应该优先发挥太湖生态的氮磷自净力，优化藻类种群和鱼类种群，以生态方法快速根治蓝藻爆发，同时实现低投入治理氮磷富营养化。

一、湖泊生态治理与污染治理的区别

  湖泊生态治理是明确湖泊最主要的生态问题，筛选引发该问题的最敏感的生态因子，找到该生态因子的调节方法，快速解决湖泊存在的最主要的生态问题。太湖最主要的生态问题是蓝藻种群优势，因为它既是造成蓝藻爆发的直接原因，又是降低太湖氮磷自净力的根本原因。以此为标准，我国目前的湖泊治理都不是生态治理，而是污染治理。

  湖泊污染治理是以我国《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）为依据，提出减磷控氮，以水质类别的优化为目标，水质类别的总磷、总氮与藻类生态因子的磷和氮是不同的，总磷包括生物可利用磷PO4离子、缩合磷、有机磷等几十种磷，生物可利用磷占比很小。因此，在藻类生态治理上总磷指标是无意义的。

  生态治理把生物可利用铁、氮、磷等当作藻类营养盐，追求的是平衡，污染治理把氮、磷作为污染物，追求的是越少越好。

  污染治理投入大、周期长、见效慢，而生态治理快速见效，投入少，甚至能盈利。

二、修复太湖的氮磷自净力

  鱼类摄食藻类等天然食物，加速了氮、磷等营养盐的生物地球化学循环。例如太湖的鲢、鳙、梅鲚、银鱼、白虾等摄食藻类、浮游动物、有机碎屑和细菌，将它们吸收的营养盐转化为鱼类，降低湖泊的氮和磷，实现生态去富营养化。鱼类捕捞后直接移出湖泊系统，供人类食用，形成了氮磷→藻类→鱼类→人类的良性生态循环。湖泊的氮磷自净力是低投入、高产出、可持续的生态治理富营养化模式，应优先采用。

  国外湖泊由于鱼类种群不同和当地民众不吃淡水鱼，无法形成氮磷的良性生态循环，只能采用投入大、见效慢的减磷控氮面源污染治理模式。

  从太湖捕捞量可以计算每年鱼类吸收转化的氮磷总量，十年禁捕前的2019年捕捞量高达7.2万吨，转化了2160吨氮、144吨磷。

  目前以蓝藻为优势种群的太湖藻类严重的降低了太湖的氮磷自净力，因为鱼类喜食硅藻、绿藻等非蓝藻的藻类，蓝藻种群优势严重抑制了鱼类喜食藻类的生长，应优先治理蓝藻种群优势。

  鱼类种群是第二个制约太湖氮磷自净力的因素，应学习千岛湖，大量增加大规格鲢鳙鱼的放流比例，既提高氮磷自净力，又产出高品质的鲢鳙鱼，生态效益和经济效益双丰收。

三、快速根治蓝藻爆发

  国外采用减磷控氮的方法降低藻密度，防治藻类水华爆发，是无法用其它方法降低藻密度的无奈对策，治理三、四十年，藻类水华依然时隐时现。我国有食藻鱼类生态链可以降低藻密度，有食藻鱼类生态链的水域，中国千年食藻鱼类养殖史证明，蓝藻爆发与藻密度无关。蓝藻爆发是蓝藻种群优势在最适生长条件下爆发的生态灾害。蓝藻种群优势是爆发的主要原因。

  蓝藻种群优势是如何形成的？铁是藻类在光合作用和固氮过程中,必不可少的营养元素，蓝藻固氮过程中，所需要的铁量是其他藻类按相同速率增长的10倍。当湖泊藻类群落向蓝藻优势种群演替时,铁就成为蓝藻增长的限制因素.全球水化学研究中心美国威斯康星麦迪逊大学的实验室研究表明,当铁浓度在0.1~1.0 mg/L时,藻类群落开始向蓝藻为优势种群演替。

  我们在氮、磷富营养化不变的情况下，试验去除太湖的铁离子，仅仅7天，蓝藻生物量占藻类比例从35.2%降至7.1—14.3%，硅藻取代蓝藻成为优势种群，蓝藻种群优势得到根治；去除铁富营养化、根治蓝藻的投入极低，预计每平方米水面治理的物耗成本0.5元左右。

两位院士对此予以高度评价。

  中国工程院院士王浩指出：总体来说提出了一条和现在的认知完全不一样的路径，值得进一步试验研究。该项目治理蓝藻技术思路新颖，初步试验效果良好，治理成本低，预期有良好的社会效益、经济效益和生态效益。

  中国工程院院士王超建议：政府将该项目作为“科技治太”的重点科技攻关项目立项，建立实验基地，组建跨学科的专家研究团队，加速实验研究的进展。

四、警惕，过度减磷加剧蓝藻爆发风险

  目前太湖的生物可利用磷PO4离子浓度十分低，已与纯净水无异常，而Fe离子的浓度高达1mg/L左右，高铁低磷的生境促进了蓝藻种群优势，这是太湖治理十多年来蓝藻种群优势居高不下、蓝藻水华时隐时现的根本原因。

  PO4和Fe两种离子是藻类生态重要的，但又是互相拮抗的离子，PO4离子低则Fe离子高，而高Fe离子促进了蓝藻种群优势，既破环了湖泊对氮磷的自净力，又增加了蓝藻爆发风险。

  生态治理追求的是生态因子的平衡，藻类营养盐生态因子是生物可利用铁、氮、磷等，它们的平衡决定藻类种群的平衡。而污染治理是以总磷、总氮为标准，总磷包括生物可利用磷PO4离子、缩合磷、有机磷等几十种磷，在藻类生态治理上总磷指标是无意义的。湖泊营养盐与藻类种群的关系的调节，也就是说该减铁、还是减磷、减氮，应该由该湖泊藻类生态试验结果决定。

五、湖泊使用化学品的讨论

  美国在30年就研究并应用依据水体中营养物化学性质的治理方法。美国有2种称为CLEAN-FLOLAKE CLEANSERTM的产品,是一种硫酸钙、硫酸铝和硼酸的混合物.这种产品可以沉淀水体中的铁和磷,同时也可以降低亚硝酸盐和锰的水平,在许多不同的湖泊和水库的应用中,成功地去除了藻类和其他水生植物。

  SUN A-3缓冲综合型除藻剂也属此类产口品,其主要成分为对环境无毒害的碳酸氢钠、氮、氧化钠、氢氧化钙、无水碳酸钠、无水乙酸钠等按一定比例和工艺手段配置而成.这四五种原料在水体中的功能和辅助功能各不相同。

  磷酸二氢钾作为营养强化剂广泛在食品行业中应用，其安全性经过科学论证，允许在营养素饮料、能量饮料、电解质饮料中添加‌：国家标准最大使用量为5.0g/kg，用于除去湖泊的铁，同时解决弱势藻类的磷饥饿，用量大大低于5.0g/kg，并在24小时内湖泊无残留，即不增加湖泊的总磷，与水中铁离子结合的磷酸铁是高度稳定的，且磷酸铁本来就是湖泊底泥铁的一种存在形态。

  我国应用化学品治理湖泊藻类爆发的研究很少，无应用先例，但科学总是不断发展的，当科学试验发现某种化学品可以治理湖泊蓝藻爆发，且无生态负效应时，大家会认同的。

六、湖泊生态试验与科学决策

  开创中国特色的湖泊治理须在湖泊生态试验基础上科学决策。特别是下列两项试验：

  1、铁、氮、磷营养盐与蓝藻种群优势相关性的试验，现代技术可以在湖区形成降铁、或降磷、或降氮的局部水域，测定蓝藻种群优势的变化，提供减铁、或减磷、或减氮的科学数据。

  2、评价湖泊氮磷自净力的试验，用生态围隔放养各种密度的食藻鱼类，测定藻类密度的变化，评价氮磷自净力，筛选最佳的食藻鱼类放养品种、规格和密度。

  建议市政府建立太湖治理生态试验基地，组建多学科专家的实验研究团队，聘请王超或王浩院士当科学顾问，加快中国特色湖泊生态治理的研究，加速根治太湖蓝藻，尽快把无锡建成美丽的滨湖城市。

相关链接

蓝藻水华治理实践：

在太滆渔业乡工作期间，600亩围湖（太湖）造田鱼池频发蓝藻水华，鲢鳙鱼不断死亡。鱼池须每天投喂鱼饲料，去氮、磷富营养化治理肯定是行不通的，发现池水的铁离子含量特别高，有利于蓝藻生长，尝试用营养盐降低鱼池的铁离子浓度，一周左右，鱼池蓝藻水华就消失了，绿藻、硅藻等鱼类可利用藻类显著增加。这充分说明蓝藻水华的决定性因素是铁富营养化。

据此原理，2023年5月份在太湖做了《降铁离子根治蓝藻种群优势试验》，获得可喜成果。

作者简介

吴志大

高级工程师、江苏省劳动模范

1970年毕业于上海海洋大学

1976年任太滆渔业乡技术员、革委会副主任、主任

1983年任常州市郊区人民政府畜牧副食品科科长

1985年任常州市多种经营管理局副局长

1992年保留职级待遇下海组建常州中华鳖集团

2022年无锡生泰湖泊治理有限公司总经理

本文作者/吴志大

文章来源/水利天下微信公众号