驯化食藻虫对抗蓝藻,“以毒攻毒”的生态治水法
文/孙海燕
何文辉家的阳台,对于这位上海海洋大学的教授来说,意义非凡。这里是他当初研究食藻虫的第一个实验室,也是如今他安置食藻虫一级保种的所在之地。
“我驯化食藻虫用了7年多时间,只有在无性繁殖的条件下,它的后代才能传承驯化。我使用了活体保种的方式,保到现在都已经有900多代了。它的寿命一般为四五十天,一年大概能繁殖十代左右。因此,作为最保密的配方,我把一级保种放在了我家阳台上,二级保种和三级保种我才用于生产上。即使这些虫子别人拿了过去,也只能用一个多月,离开了这个配方,食藻虫就没办法再吃蓝藻了。”
何文辉所讲的食藻虫,是一种低等甲壳浮游动物(Daphniamagna),全世界都有分布,按水域盐度主要有三种类型——淡水种群、盐湖种群和海水种群。因为食藻虫本身营养丰富,常常成为鱼虾蟹贝喜欢吃的食物,是水中生物链中比较低端却又有十分重要的一分子。从事水生态修复研究的何文辉,最初是想为金鱼找到健康的美食,一路研究下去,却收获了一个意想不到的发明——通过驯化食藻虫来摄食蓝绿藻,引导水体生态恢复,建立起“水下森林”系统,最终达到净化水体的结果。
2007年8月,当奥运火炬手围绕着圆明园周围的三个湖奔跑的时候,在场观看的人群,除了被奥运气氛所感染之外,也发现昔日为蓝藻所困的湖水,竟然显现出清澈干净的“新颜”。“自从我们用‘食藻虫控制蓝藻引导水体生态修复’的方法把北京的后海治理干净后,我们又被邀请去治理圆明园的三个湖。”从何文辉家的阳台到圆明园的湖,一种看似貌不惊人的虫子,却为水治理提供了一种新方法。
何文辉目前也是上海太和水环境科技发展有限公司的董事长,主要通过这项专利发明,提供水污染治理的解决方案,同时也提供水体景观设计与施工。
驯化食藻虫
“真正的生态需要在三个方面达到平衡,也就是生产者、消费者和分解者。比如,水中的藻类、水生植物属于生产者,浮游动物、鱼虾就是消费者,同时,水中的微生物是分解者。你需要了解它们各自的食性,才能知道它们之间如何构成食物链,食物链的平衡才能维护水体的生态平衡。”
在养殖、饵料、藻类和动植物食性这四个方面都有研究的何文辉,最初想要解决的问题是如何养好金鱼,苦于从市场上买的红虫常常因为不够干净而把金鱼给喂死,何文辉想到使用食藻虫来喂金鱼。后来,何文辉把食藻虫应用到了大闸蟹蟹苗的养殖中,让蟹苗只吃小虫,从而减少用药,这种生态养殖的方式为何文辉得到了一项专利。
“一开始我们是用人工培养的螺旋藻来喂食藻虫,但后来螺旋藻的价格越来越贵,我们喂不起了,就想螺旋藻也是蓝藻的一种,就去湖里面捞蓝藻,结果这些蓝藻和螺旋藻不同,前者是有毒的,食藻虫吃了以后都死了。”出于降低食藻虫培育成本的考虑,何文辉从此扎进了食藻虫的研究之中。
“1998年,我把养大闸蟹赚来的第一桶金,投入在了食藻虫的研究上,建立了第一个食藻虫实验室,那笔钱在那个时候本可以买好几套房子。”从小练武术的何文辉觉得自己是个有胆识的人,虽然那时候关于食藻虫的技术研究在学界几乎是一片空白,但基于过去所积累的知识,何文辉对这项研究的前景颇为自信。
食藻虫
“很多生物学家觉得生物里面没有酶去消化蓝藻,因为蓝藻在17亿年前就有了,它慢慢消失了,被其他生物取代,就没有进化。但如今,蓝藻重新出现,主要可能跟探矿、挖煤、挖石油有关,蓝藻又爆发出来。世界上的其他生物因为都没接触过蓝藻,就没办法消化它的毒性。”按照何文辉的解释,蓝藻因为没有了天敌就肆意生长,因此,需要通过驯化食藻虫,消化蓝藻的毒性。出身中医世家的何文辉想到了中医所采用的“以毒攻毒”原理,以此来降低蓝藻的毒性,改良食藻虫的消化道,让食藻虫不致被毒死,同时慢慢增长蓝藻量的数量,来逐步驯化食藻虫。
在对食藻虫体内的毒素跟踪检测中,何文辉发现食藻虫有着很强的去毒能力,往往第一天能够去毒67%,第二天去毒约85%,一般一周之后,它体内的毒素就基本为零,这样确保了毒素不会传递下去。“其实,对这个机理,我现在也觉得很茫然,食藻虫如何用生物降解的方式将体内的毒素降解,也许值得其他的科学家去研究。”
在何文辉的实验中,食藻虫与蓝藻展开了“殊死搏斗”。首先,要确保前者不被后者毒死。然后,要保证食藻虫吃掉蓝藻的数量超过蓝藻繁殖的数量。蓝藻繁殖一代的速度是六到八个小时。食藻虫经过驯化每六到七天繁殖一代,在温度正常的情况下,每一代可以下十几个卵,成年之后,每一代下到120个卵,通过这样的繁殖速度,食藻虫的长势能够攻克蓝藻。
但是,这需要食藻虫能够在高密度的情况下依旧存活。“这是高密度养殖遇到的问题,野外的浮游动物养到密度高的时候都会突然死掉,就像蝌蚪,如果数量多了,青蛙就会产生毒素把蝌蚪毒死。”这让何文辉开始寻找能够不受高密度生长限制的食藻虫。考虑到海水里的生物在高密度的情况下不会产生毒素,他就到咸水里找虫子,他去了山西运城、云南滇池等地,最终发现在全国很多地方都有这种原先生长在咸水里的虫子种类。
“之后,又遇到了一个难题,相比其他藻类是单个存在的,容易被虫子吃掉,而蓝藻是几百个抱在一起,一般的虫子很难吃进去。”何文辉的对策是驯化食藻虫的口径,相比普通野外的浮游动物红虫的口径是一两毫米,食藻虫的口径被驯化成约六毫米多,体重也是普通虫子的七八倍,体长为两三倍,这样确保了吃蓝藻的能力。
食藻虫带来的生态平衡
“驯化的过程是很漫长的,把中药放在食藻虫的饵料中,改良它的肠道,要到三百多代,食藻虫才具备对抗蓝藻的能力。”多年之后,何文辉终于驯化出了对抗蓝藻的食藻虫,这时候,他意识到这项发明不仅仅可以应用在水产养殖上,更广阔的用途是治理污水。
何文辉的雄心是想借助蓝藻的天敌食藻虫来恢复水中的生态平衡,从而达到治水的效果,这也就是他提出的“食藻虫控制蓝藻引导水体生态修复”技术路线。首先,把食藻虫放入水中,让它吃掉蓝藻、水中的悬浮物质,提高水的透明度,同时食藻虫消化蓝藻后,会产生弱酸性的排泄物,降低水体中的pH值,从而抑制蓝藻的生长。
“蓝藻减少之后,阳光能穿透到水底,这样我们可以种沉水植被。因为虽然食藻虫把水中颗粒状的物质都吃掉了,但水中的营养还依旧存在,所以我们需要改良植物,将植物驯化成耐污植物,吸收水中的营养。”在上海金山的实验基地里,何文辉带着他的研究团队培育了一池又一池的各类沉水植物,仿佛一个小型的水下植物园。在清澈见底的水面下,这些沉水植被显得格外安静而神秘。事实上,它们正静悄悄地进行水下光合作用,释放出大量的溶解氧,吸收掉水体中过多的氮、磷等富营养化物质。
海菜花
“当水中的营养都被吸收了,这些耐污植物就停止了生长,因为它吸收不了低营养级别的物质,生长不了的话,它就会腐烂,变成第二级营养,一旦腐烂,又会让水变脏。”何文辉解释道,接下来要做的就是引入螺、贝、鱼、虾类等高级水生动物,及时吃掉水中的植物,通过食物链把水中的氮、磷营养物质转移到动物身上。当水草过多的时候,可以通过生物操纵的方法,也就是拿掉水里凶猛的鱼类,释放出吃水草的鱼类生长空间。如果水草少了,水质变坏了,那就意味着应该在水里放一些凶猛的鱼类,让它们去捕食食草鱼。
“用食藻虫吃掉蓝藻,然后培育水草来净化水体,接着,通过生物操纵的方法来维护,调节生态平衡。如此,水的生态就能源源不断地具备自净的能力。”何文辉说道。
用生态技术来治水
相比其他的治水技术,“食藻虫控制蓝藻引导水体生态修复”技术路线到底有哪些优势呢?在何文辉看来,首先体现为节能。“我不需要任何的能源,将水中的富营养转变为植物蛋白,再由植物蛋白转变成动物蛋白,也就是每拿掉一公斤动物蛋白,相当于可以拿掉60公斤水草,又相当于基于从五类水净化到三类水这个标准,拿掉700立方米污水中的富营养。”何文辉算了一笔账,如果按照国家标准治水来计算,每立方的污水处理成本约为1.5元,这就相当于1000多元。
“我所使用的这项技术主要利用的是生物、太阳能,不仅节省了电费、人力成本,把污水变成了清水,让水恢复到了原生态。不仅水变得更干净,而且水下景观也有了,水中的鱼也可以吃,水里还可以种水生蔬菜。”
何文辉觉得把富营养化变废为宝,是用食藻虫治理水的另外一个副产品。他甚至试验把多余的水草收割下来,将这些水草发酵打浆后还田,作为土壤的肥料,在金山基地的几个蔬菜大棚里,种植着郁郁葱葱的各类有机蔬菜和水果。何文辉也想过未来可以在大型湖泊旁边建立水草沼气发电,因为相比旱生草用以发电,水草的蛋白质含量更高,更有前景。
板蓝根
除了节能,这项技术并不造成二次污染,往往在使用膜技术治水的时候,在膜老化之后,往往会造成二次污染。目前,这项技术不仅应用在湖泊、河道等水体的治理,更因为它所具有的成本优势、并能创造出宜人的景观,获得了不少地产商的青睐,被用在住宅小区中的水体景观设计和维护。
作为科学家的何文辉,在从商的经历上,并不一帆风顺,在北京两次的创业经历均以失败告终,原因都因为一心想专研技术的何文辉,把商业运作的部分交给了合作伙伴打理,而后者往往见钱眼开,最终私下开公司,转移项目。这也迫使何文辉在2009年找到一家PE,在上海自立门户,一边做技术,一边做经营,重新创业。
如今,何文辉治理公司的原则有两条:看重品德和结果。