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user: 5. 富营养化水体的“活水”生态治理 在《吕氏春秋·尽数》有“流水不腐，户枢不蠹，动也”之说 [ 11 ] 。宋代理学家朱熹“问渠哪得清如许？为有源头活水来”的诗句，指出了“源头活水”可使“渠清如许” [ 12 ] 。以上文献说明，在我国古代就已经发现了“活水(流水)”净化水质的作用，具有“自动清洁”的生态功能。笔者进行的活水机(也称耕水机)或增氧活水机打造“活水”养殖罗氏沼虾、河豚等试验，证明了“活水”净化高产养殖水质的作用。尤其是罗氏沼虾养殖中后期，蓝藻爆发，水质富营养化严重，“活水”较好地调控了养殖水质 [ 13 ] [ 14 ] 。富营养化污染水体与水产养殖高产水体的水质状况极其相似，都是N、P等营养盐过剩、有机物含量高和水底沉积大量淤泥。因此，借用水产养殖通过培养“活水”、消除“氧债”的方法，完全可以解决水体富营养化治理问题 [ 15 ] [ 16 ] 。 5.1. 修复以好氧有益菌为核心的水体生态系统 以生物为核心的能量转换和物质循环，是生态系统的主要功能和本质特征。在水域生态系统中，水是水生生物群落的载体，为水生动物、植物、微生物提供了生存环境。多样化的水生生物与水域中多因子的非生物环境一起，构成了持续进行能量转换和物质循环的水域生态系统。水体中多样化生物之间及其与水体中有机、无机环境因子之间既相互对抗、相互冲突，又相互利用、相互依赖，构成了运动发展中的水域生态系统。“流水不腐、清水长流”，多样化水生生物的新陈代谢推动了水域生态系统中能量转换和物质转化，带动了投入到水体中各类有机物或由“食物→污染物→营养物”等生物化学过程，或由“污染物→营养物→食物”等生物化学过程实现循环转化利用，使生态系统或由“自我污染”到“自我净化”，或由“自我净化”到“自我污染”的循环往复中，实现了水体生态系统的运动与发展，形成了水体相对稳定的自然净化机制。因此，维持水体生物多样性，保持水体营养(食物)链完整性，才能形成水体自我净化能力的稳定性 [ 17 ] 。在健康的水生态系统中，动物、植物、微生物之间是纵横交错的复杂营养(食物)链关系，也是相生相克的平衡制约关系。其中，好氧有益菌是水体生态系统实现物质循环和能量转换的核心，如芽胞杆菌、光合细菌、EM菌等。以好氧有益菌为代表的微生物既是物质循环的终点：在水体中动物摄食人工饲料或生物饵料都会产生排泄物，并伴随部分生物死亡，成为水体中废弃污染物，为好氧有益菌生活提供原(食)料；同时好氧有益菌又是物质循环的起点：当它们带动水体中氧化还原反应时，将有机污染物降解为无机营养盐，又为水生植物(主要是浮游植物)光合作用形成初级生产力提供原料。所以，好氧有益菌在水体生态系统物质循环和能量转换中“既承前启后，又继往开来”，发挥着极其关键的作用。因此，必须建立以好氧有益菌为核心的水体生态系统，以实现对有机污染物快速彻底的降解，形成持久高效的污染物净化能力。 5.2. 打造多向循环流动的“活水”状态 “流水不腐”，“活水”净化功能在于水体流动性，以带动水体化学反应和生物代谢活动的快速进行，并引发其他物理特征的变化。这种水体流动性决不是匀速直线的水平运动，而是纵横交错、多向复杂的综合运动，是在人工辅助推动下，物理过程、化学过程与生物过程相互交错影响的生态过程，并力求以较小的经济投入和能源消耗，取得可持续的富营养化治理效果。这种流动性关键在于上下水层的垂直交流。在晴日天气，虽然微生物、浮游生物等迫切需要营养盐、有机物等物质，但因水体温差形成的“温跃层”，阻隔了上下水层之间的垂直交流：有机污染物和营养盐沉积在水体下层、底层或淤泥中呈待氧化状态，成为“总氧债” [ 15 ] ，而微生物、浮游生物和溶解氧分布水体上层与表层，虽相互需要，但只能“隔水相望”。只有在夜晚或风雨时造成上层水温下降后，才能实现上下水层垂直交流，只有相对短暂的时间相遇在一起，微生物和浮游生物获得了营养或能量，有机物和营养盐获得了溶解氧，而被转化利用，有限溶解氧可能在短时间内被快速消耗。当水体溶解氧呈现供不应求状态时，有机物中一部分被彻底降解为无机盐，还有一部分被还原成待氧化的CH 4 、H 2 S、NH 3 和FeS等中间状态物质，一旦水体中获得溶氧，这些物质可能在短时间内氧化，将溶氧消耗殆尽，这便是养殖水体的“氧债”风险，造成水产动物缺氧“泛塘” [ 15 ] 。在城市黑臭水体也因“氧债”积压过多，往往要持续数日增氧才能还清积压“氧债”，水体才能恢复生机：当水体中溶解氧持续维持在一定水平后，水生生物才能正常生活，生态系统得以修复，水体自净能力得以恢复。而活水机(又称耕水机)制造“活水”，带动了养殖水体上下垂直交流，使溶解氧、微生物和浮游生物等与有机物和营养盐“常相遇”或“相互追逐”，在频繁和充分接触中，实现了有机物快速、彻底降解和营养盐转化利用，提高水体净化效率。“活水”流动性带动了静止状态的溶解氧、微生物和浮游生物运动，使它们作用范围扩大，作用时间延伸，使水体实现“全水体(全水面、全水层)、全时段、全天候”净化，净化效率由不完全净化到完全降解，由缓慢降解到快速降解，并循环往复，形成具有自我产氧、自我净化和自我循环的生态系统 [ 16 ] 。四季长流的自然河流，既波涛汹涌，又处处漩涡，形成了上下水体多向性垂直交流的生态“活水”。据研究，一条水流平缓的河流遭污染后，需要50~80 km流程才能自净。而一条水流湍急、带有许多急弯和跌水的河道，在5 km范围内即可除去上述同等污染负荷。其原因是弯曲和跌水河道中形成了快速多向水流、多样化生物和多样化生态，增加了水的紊动并快速充氧，促进水域生态系统的净化作用 [ 5 ] 。这也是长江、珠江水系永葆“一江春水”的根本原因。 5.3. 全方位、全时段供给充足溶解氧 水体中有机污染物降解实质是“氧化还原反应”过程。即有机物在催化酶协助下，彻底进行氧化还原反应的生物化学过程。这个过程必须依靠水体中有益菌和溶解氧的协同作用，即有机污染物在有益菌分泌的催化酶协助下，彻底实施氧化还原反应过程。这个过程的“关键角色”是好氧有益菌，没有它们参与释放多种催化酶，这个过程难以顺利快速进行。而这个过程的“关键因子”是溶解氧，充足的溶解氧可以实现有机物充分氧化；如果在这个过程中缺氧，好氧菌或休眠或死亡，无法发挥作用；只有厌氧菌能参与，使降解过程极其缓慢，并且不能彻底完成，成为“半拉子工程”：只能还原，不能氧化，产生大量NH 3 、CH 4 和H 2 S等中间状态并有臭味的气体和FeS、MnS等还原态的黑色物质(即时氧债)，水体便成为严重污染的黑臭水体。在这种水体中即便少量增氧和投放有益菌，只能是杯水车薪，无法发挥效用。因此，快速、高效、彻底治理富营养化水体，必须在全水体、全时段、全天候提供足量溶解氧，才能使好氧有益菌充分发挥作用，从而在好氧有益菌与溶解氧协同作用下，完成对水体有机物彻底降解(氧化还原反应)过程。 保障水底“泥–水”界面足量溶解氧和好氧有益菌，对底泥中有机物生物氧化更为重要。足量溶解氧和好氧有益菌才能在底泥表层形成氧化层，并使氧化层从“泥–水”界面向底泥深层发展，在底泥中形成“好氧–兼氧–厌氧”过渡层。这个氧化层不仅能分解去除水体与底泥中各类有机物，吸附水体中P负荷，还能阻止N、P等营养盐从底泥向水体中释放，并通过“硝化–反硝化”作用部分去除水体N负荷。同时，氧化后底泥亚扩散层有屏蔽效应，能阻止或抑制底泥深层有机物和其它有毒有害物质向水体中扩散。所以，底泥氧化层深浅反映了水体自净能力强弱：氧化层越深，水体自净能力越强；反之，水体自净能力越弱。并且“泥–水”界面氧化层有利于稳定底泥好氧微生物区系，提高底栖生物多样性 [ 8 ] 。 综上所述，水体和底泥自净能力，有赖于水体全方位、全时段、全天候供氧，尤其是底层供氧。同时，维持水体中足量浮游生物，对保持水体自净能力有重要作用。其中浮游植物可及时将有机物降解产生的N、P等营养盐吸收利用，形成稳定、高效而廉价的供氧源；浮游动物可以直接利用水体中部分悬浮或溶解有机物、有益菌群和浮游植物，而浮游动物又成为许多鱼类及底栖动物的优质饵料。上述营养(食物)链形成，有利于水体中物质循环和能量转换的持续进行，并为污染物降解和水生生物生活提供丰富的溶解氧，水体便成为良性循环的生态系统，并拥有强大自净能力。