生物操纵存在两个重要的基础理论:经典生物操纵和非经典生物操纵。
经典生物操纵理论的核心内容是利用浮游动物控制水体藻类,非经典生物操纵理论核心内容是利用鲢、鳙等滤食性鱼类控制蓝绿藻。
两种理论应用条件迥异,鲢、鳙能滤食10 μm至数个毫米的大型浮游植物,而浮游动物一般只能滤食40 μm以下的较小浮游植物。
因此,高学平等认为,对于水生动物群落的构建( 以鱼类为主) ,可结合以上理论基础,通过设计合理的食物网,同时利用浮游动物与滤食性鱼类控制藻类。
以食性划分,可以将常用生物操纵鱼类分为滤食性鱼类、草食性鱼类、杂食性鱼类和肉食性鱼类。
滤食性鱼类主要以水体中的浮游植物和小颗粒有机碎屑为食;代表鱼种:鲢鱼(白鲢)、鳙鱼(花鲢)、䱗条等。
△鲢鱼△鳙鱼
草食性鱼类则主要以水体中的大型维管束植物根、茎和叶为食;草食性鱼类在鱼类中占比很少,代表物种:草鱼、团头鲂(武昌鱼)等。
△草鱼
△团头鲂
杂食性鱼类食性较杂,荤素兼食,杂食性鱼类的种类最多;代表物种:鲫鱼、鲤鱼、泥鳅、罗非鱼、鲻鱼等。
△鲫鱼(体型较小,嘴较薄,嘴角无胡须)
△鲤鱼(体型较大,嘴肥厚,有胡须)
△罗非鱼(热带鱼类,喜高温,耐低氧,高盐度)
肉食性鱼类则主要以底栖动物和其他鱼类为食,生性凶猛,大多为无鳞鱼;代表物种:鲶鱼、鲈鱼、黑鱼、鳜鱼、鱤鱼、狗鱼、翘壳鱼、马口鱼等。
△鲶鱼
△鲈鱼
△黑鱼
△鳜鱼
△鱤鱼(俗称水老虎)
△狗鱼
从水生态系统的基本组成及营养关系分析,不同鱼类与其他生物种群间主要由以下几条食物链构成:
①浮游植物为第一营养级: 浮游植物→浮游动物→杂食性鱼、滤食性鱼、底栖动物→肉食性鱼; 浮游植物→杂食性鱼、滤食性鱼、草食性鱼、底栖动物→肉食性鱼。
②沉水植物为第一营养级: 沉水植物→草食性鱼→肉食性鱼。
③有机碎屑为第一营养级: 有机碎屑→碎屑食性鱼、杂食性鱼、滤食性鱼、底栖动物→肉食性鱼类。
△ 水生态系统营养关系结构
一般而言,需严格控制杂食性、植食性、草食性鱼类,避免对沉水植物过量取食导致系统崩溃。
滤食性鱼类的投放可以适度控制浮游植物密度,提高水体透明度,但同时需考虑投放肉食性鱼类,来调控滤食性鱼类的数量,避免过度捕食浮游动物,或对底泥带来较大扰动。
考虑不同鱼类及底栖动物的生活空间差异和食性差异,建议从当地物种中选取多种鱼类和底栖动物构建上述类型食物链,并形成合理的食物网,使所选物种在栖息空间和食性方面能够很好地互补,更好地利用水体空间和饵料资源。
由于不同水体所处环境不同,其对应的营养结构也具有显著差异,故鱼类投放比例往往难以形成统一标准。
在水生态设计时,建议结合设计目标(以净化水质为主还是以生物多样性恢复为主),分析不同食性鱼类对水体生态系统的影响,初步拟定总投放量。
在此基础上,借鉴同区域条件相似、鱼类结构相对合理的湖泊,适当进行调整,确定投放比例。在水生态系统建成后,应对系统进行监测,追踪水生动物发育情况,并根据具体情况另行调整。
高学平等总结了早期太湖、巢湖和太湖东部湖区( 草型湖区) 常见鱼类渔获物组成比例,结果发现肉食性鱼类比例为34.2% ~57% ; 滤食性鱼类比例为10% ~ 38.3% ; 杂食性鱼类比例为8% ~ 18.2% ; 草食性鱼类比例为2.8% ~4.1% 。
▽ 不同湖泊渔获物组成比例及建议投放比例阈值
因此,其提出在水生态治理中,各食性鱼类的重量建议投放比例为(针对东部平原地区):肉食性鱼类40%~50%,滤食性鱼类10%~20%,杂食性鱼类10%~20%,底栖食性鱼类<10%,草食性鱼类<6%。
此外,结合工程实践,笔者建议在鱼类总投放量的选择上,每亩水面(水深计1.5m)投放鱼类总重量不超过20kg,以确保水生态修复效果,避免鱼类过多导致沉水植物被大量摄食或因鱼类扰动底泥导致水体大面积浑浊等现象。
从水生动物投放整个时序来讲,鱼类投放应安排在底栖动物投放之后,且在水生植物生长稳定后投放。(底栖动物净化水质能力较强且不会影响水生植物的生长,可早期投放)
在鱼类投放期间,建议对不同食性的鱼类,也采用分批次、分时序投放方式。
在沉水植物生长初期阶段,优先考虑投放滤食性鱼类,对水体中浮游植物密度进行调控,提高水体透明度;待沉水植物成功定植并萌发新芽,投放肉食性鱼类,对水体中杂食性和植食性鱼类进行控制,避免新芽和嫩叶被摄食而出现生长不了;待水生植物生长旺盛期,可适量投放少量植食性鱼类,调控水草生长。