初探高尔夫球场水域水华防除研究
水域是高尔夫球场的重要组成部分,但是近年随着高尔夫草坪养护质量的不断提高,相应施肥量和农药量的持续增加,水域中季节性出现了大量水藻,造成水华现象。水华亦称水花,是当水体中出现富营养状况并具备适宜的温度、光照、气候以及合适的水文条件等有利于藻类生长或聚集的环境条件时,水体藻类大量生长繁殖或聚集并达到一定浓度,引起明显的水色变化,在水面上形成或薄或厚的绿色或其他颜色的藻类漂浮物现象。发生程度轻则影响球场景观,重则破坏水质,臭气逸散,携带病原,排放毒素等危害。
1 水华现象发生的原因
1.1物质基础
现在公认的观点是水体中的富营养是导致水华发生的根本原因,如N、P等元素在水体中富集增加,致使水体达到富营养化状态,导致水华。然而不同国家对于水体中富营养化量化的标准也是不一样的。美国环保局规定是水体中含氮量大于20mg/m3,叶绿素含量大于10mg/m3时,水体达到富营养化标准。中国一般认为,当水体中的含氮量大于0.2-0.3mg/ L ,含磷量大于0.01mg/L,生化需氧量(BOD5) 大于10mg/L时,标志着水体已经处于富营养化的状态。尹澄清,兰智文研究表明N和P的质量比例是15.9∶1,或者氮磷摩尔比为35.2∶1时左右时,容易引起水华现象。王云波,谭万春研究表明当湖水中的氮含量是磷含量的15至20倍时,是蓝藻大量繁殖的最佳条件,这些研究结果都与上述结论大体吻合。据北京某球场工作人员不完全统计,高尔夫球场全年平均施肥量N素10g/m2,P素4g/m2。
一个18洞的球场,面积按700000m2计算,全年需要N素7000kg,P素2800kg。但是在草坪养护过程中,施肥量随草坪的生长速度变化是不均匀的。在适合草坪生长的生长季中(4月中旬至6月上旬和9月中旬至11月上旬)大部分冷季型草坪需要纯氮肥至少在15-20g/m2,况且肥料药剂等是复合成分,还含有其他大量的矿质元素。在草坪生长高峰期,草坪每天浇水量达到2000吨,土壤中的N、P等可流动营养元素通过水分流动淋溶汇聚到人工湖等水体中,而且北京全年平均水面蒸发量达到1020mm,降雨量多年平均在595mm,这些水文因素都导致球场水域中N、P离子浓度的提高,为水华的暴发奠定了物质基础。
1.2 环境因子
大多数学者认为温度是水华爆发最主要的环境因素。2008年4月,美国《科学》杂志发布了蓝藻暴发与全球变暖造成的极端天气有关的报道。人们早就认识到水里的富营养化造成蓝藻生长,但是科学家现在认为全球变暖、水温升高更是蓝藻暴发的诱因。王云波,谭万春也认为高温来得较早有利于藻类的大量繁殖,容易导致水华现象的出现。一般认为北京夏季温度在25-30℃且光照充足时,藻类可以大量繁殖,通常在6月下旬开始发生,最严重的时期是7-8月。此外,适宜的气候和光照条件也是引起水体富营养化的必要辅助条件。藻类是温性微生物,在夏季、无风且阳光充足时繁殖很快,冷季型草坪适合的生长温度与水华发生的温度有所重叠,所以发生水华已成为可能。鱼京善,崔国庆在对北京动物园水华现象的研究表明浮游藻类的生物量的变化趋势主要受水温、光照和总磷浓度的影响,而总磷浓度和光照的影响大于温度的影响。夏季藻类增长对光照的影响比其它季节更为敏感。
1.3附带因素
水域本身属性对于水华发生有重要影响,水体的深度,水量,水面的大小宽窄,水的流动性都对水华的流行发生产生重要作用。通常在浅水区域,水面较小,通气状况不畅的时候,尤其是在水的流动性很小甚至为死水时最容易发生水华现象。而且水动力作用对水体底泥的扰动,会引起氮、磷等营养盐释放,也可使藻类细胞从底泥中释放,形成水华,水动力条件与藻类本身的生长速度也有密切关系。此外还有报道Fe、Mn、Na等元素和维生素的含量也对水华的产生有一定作用。
2 防治办法
高尔夫球场防除水华的要求和一般的河流湖泊略有不同,球场除了水质达到灌溉用水,不能二次污染环境的要求外,更重要的是应该注意保持球场景观完美,和谐交融,不能因为除藻的需要安装器物而破坏了打球的兴致。鉴于水华在高尔夫球场发生的特殊性,球场防除水华的总体思想是将水体中富营养化状态降至正常的营养水平乃至贫营养化。总结以往治理水华经验的基础上提出以下适合于球场操作、经济可行的治理方法。
2.1应急方案——机械捕捞
在面积较小的区域,已经暴发严重的水华现象,采取药物处理在短时间内难以奏效时,在夜间采用机械捕捞,这种方法可以行之有效,而且成本低廉,但是耗费大量人力物力。
2.2长久之计——建立健康和谐的水域生态系统
辅助球场的造型设计,选用合适的水生造景植物,在水域中种植植物净化水质。这种方法在水华发生之前采用效果最好,防患于未然。雷泽湘,谢贻发等人研究表明,大型水生植物对富营养化湖水的净化效果较好。沉水植物马来眼子菜、苦草、轮叶黑藻和浮叶植物荇菜、菱等5种水生植物对水体的总氮、总磷、硝态氮和正磷酸盐都有较好的去除效果,去除率在60 %以上,且以马来眼子菜和苦草的效果最好,去除率在80%以上。徐德兰等的研究也表明大型水生植物对湖泊生态修复技术具有低投资、低能耗等优点,对于去除湖泊体系中的N、P具有明显效果。此外,还可以适当养殖水生动物,建立连续的生物链,以防止藻类的大暴发。这种方法环保高效,值得在球场应用推广。
2.3生物方法——化感作用
邓然,张永丽研究表明在温度高于16℃的3月和6月于水体底部投放大麦秸秆,释放出克制藻类繁殖的化感物质,对于防除水华的作用有显著作用。具体方法如下:一,将新鲜的大麦秸秆切碎约20-30cm长度备用,以增加和水接触表面积;二将切碎的大麦秸秆装入网袋中,防止投入水中的秸秆随处漂流,影响景观;三,准备合适的造型骨架(可以是钢筋等材料),在合适的时间内将装有秸秆的网袋投入水域中,创造各种水底造型;四,在化感作用结束时,打捞出装有大麦秸秆的网袋。李锋明,胡洪营等研究表明7种水生植物芦苇、香蒲、水葱莲、慈菇、荇菜、菱以及芦苇不同部位的浸出液对蛋白核小球藻都有一定的抑制作用,其中芦苇的抑制作用最强,在一定浓度下抑制率接近100%。
2.4新型技术——使用绿色控藻药剂
以前对于水华的化学治理方法是投加化学絮凝剂、黏土甚至硫酸铜进行杀藻除藻。单纯黏土的除藻效果不佳,化学絮凝剂和硫酸铜效果明显,但是可能对环境造成二次污染或重金属污染,这些方法已经渐渐被淘汰。邹华等采用壳聚糖对除藻能力相差甚远的各种黏土进行改性处理,在投加量仅为11mg/L时,经2 h 沉降后,藻类除去率均可达90 %以上, 这一发现虽然解决了由于黏土投加量过高而造成的工程应用难题,但由于改性所用的壳聚糖价格不菲,成本较高,因此该技术在应用上仍受到一定程度的限制,今后进一步开发价格低廉的改性材料可能是该技术得以推广的关键点。
2.5万全之策——预防为主,综合防治
水华的发生不是单因素造成的,而是多种营养物质、环境大气因素综合而成的恶果。所以为了防止其发生蔓延,绝对不能按部就班,被动防除,应该灵活选用各种方法,扬长避短,综合防治。种云霄和钱易等研究表明:大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用。通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷等水体中的营养物质,而其中一些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物;通过促进微生物的生长代谢,可以使水中大部分可生物降解有机物(BOD) 降解;通过抑制低等藻类的生长,控制富营养化的表现形式等。
3 小结
水华现象预防控制是球场中亟需解决的一项难题。为此,必须牢固贯彻“预防为主,综合治理”方针。各球场应根据经济实力和自身特殊性,采取切实可行、标本兼治的预防控制对策:一是以预防为主,及时利用水域中的营养元素,尤其是N、P,将其控制在适当水平之下;二是加强综合治理,改善水体生态环境功能,增加水体含氧量,建立持续、健康、稳定的生态系统。
作者:李春荣,北京林业大学高尔夫教育与研究中心硕士研究生
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