技术交流湖泊水体生态修复工程技术要点

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摘要

我国大多数湖泊由于长期接受大量的生活污水，其营养浓度通常很高，即使截污后，面源污染仍使其营养盐浓度维持在较高水平。单纯从削减营养盐角度出发，其代价相当大，更重要的是仍可能达不到预期的效果。因此，对湖泊的治理，应从生态系统整体出发，应用生态学原理，在控制外源污染的同时，应注重湖泊生态系统的修复，做到标本兼治。湖泊生态系统的修复的核心是食物链及食物网，初期阶段的关键是控制湖泊的初级生产力，使其维持在一定的合理水平，后期应辅以科学的维护管理。

1.前言

生态修复是指对生态系统停止人为干扰，以减轻环境负荷压力，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的方向进行演化，或者利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展。生态修复主要指致力于那些在自然突变和人类活动活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。

随着流域内人类活动的加剧，湖泊的生态系统受损退化、湖泊富营养化严重，蓝绿藻水华等灾害频发，生态服务功能持续下降，严重影响了居民的健康及生存，制约了经济的发展。湖泊生态系统的破坏的直接原因是人类的活动造成的污染超过了湖泊的自然承载力，污染入湖量超过了湖泊的水环境容量，湖泊生态系统遭到严重破坏，主要体现在三方面：水量失衡、水化学失衡及水生态失衡。

（1）水量失衡主要与气候变化、人涉水产业的急剧发展及水资源的不合理利用有关。水量失衡将直接影响到湖泊的面积及容积，进而影响水环境容量及承载能力；

（2）水化学失衡是指N、P等营养物的排入量远大于湖泊的自净能力，引起湖泊的地球化学循环失衡。

（3）湖泊水生态系统破坏的体现在富营养化加剧，蓝藻水华频发。富营养化问题的出现在本质上是淡水生态系统物质交换和能量流动平衡失调，是湖泊生态系统结构与功能发生退化和受损，是生态元之间的链接断裂或弱化。

年，由于《水污染防治行动计划》（即“水十条”）的颁布，规划了我国水环境治理的路线图。“水十条”指明，到年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体大幅度减少；到年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复；到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。

我国在“十五”期间，国家“”项目在太湖与滇池开展了重污染水域的生态重建与环保疏浚技术、水源地水质改善与生态修复技术、水网地区湖泊面源污染控制技术、水体控藻技术与入湖河流污染综合整治工程示范研究；同时，开展了“”计划项目“湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究”，深入研究长江流域独特的浅水湖群背景下入湖生源要素受地球表层特征、气象因子、生物过程及人类经济活动等要素的驱动，揭示在流域、湖盆、水生生物三个层次的循环及其失衡机理，研究蓝藻水华的生消动力学、水生植被的生态系统功能和稳态转换作用以及湖泊－流域复合生态系统特征与管理。在富营养化调查、面源污染控制、湖滨带生态修复、水华暴发机理和控制等方面取得了一定的研究成果，逐步形成了“治湖先控源”的理念及湖泊流域污染治理集成技术体系。

理论上，即使外源污染能完全截除，但沉积物中营养盐内负荷的存在与释放，水中的营养盐依旧存在。实际上，如降水、地表径流等外源污染也不可能彻底截除。

尽管国内外对富营养化的研究通常都应用了利比希“最小因子定律”，寻找藻类生长的限制因子，并据此提出了控制N、P的一系列对策，但应该指出的是，该定律只有在严格的稳定状态下才能应用，而实际上失去了水生高等植物，以藻类为优势的水生态系统并不稳定，此外各种生态因子之间存在替代作用，即当一个特定因子处于最小状态时，其它处于高浓度或过量的因子可替代特定因子的不足。

事实上，中国富营养化水体中常见的一些藻类优势种，如微囊藻、鱼腥藻、束丝藻、颤藻、直链藻、隐藻等，它们对营养盐的耐受性限度往往很宽，在特定的条件下常常形成特定的优势种，当营养盐浓度较高时优势种种群的快速扩增、集聚便成为“藻华”；由于物种间无时不发生的竞争关系，在营养盐较低而其它理化、生物因子的作用有利时，优势种也能生长繁殖，甚至也形成“藻华”。

我国大多数湖泊由于长期接受大量的生活污水，其营养浓度通常很高，即使截污后，面源污染仍使其营养盐浓度维持在较高水平。单纯从削减营养盐角度出发，其代价相当大，更重要的是仍可能达不到预期的效果。了解与掌握湖泊水体生态修复技术，对开辟后续的市场、把握发展方向具有重要意义，下面介绍湖泊生态修复中常用的技术，可为湖泊生态修复工程的设计提供技术参考。

2.湖泊生态修复常见的技术

2.1生物调控技术

生物调控系指通过人为或工程手段，使水体的初级生产力维持在合理的水平范围内，藻型湖泊初级生产力的主要控制方法包括大型水生植物调控技术、生物操纵技术。草型湖泊初级生产力调控主要包括平衡收割与资源化利用技术。

2.2大型水生植物调控技术

大型水生植物依其生活型不同可分为浮叶植物、挺水植物、沉水植物及湿生植物。大型水生植物是湖泊生态系统中最主要的生产者，也是将光能转化为有机能的实现者，是食物链能量的最主要来源。大型水生植物能够显著的影响水中的溶解氧、pH、无机碳及藻类对N、P的利用率，同时对水生态系统的演替及水生动物群落的稳定都起着重要的作用。利用不同的水生植物，研发出了多种水生植物调控技术，比如以浮叶植物为主的植物滤床技术、以挺水植物为主的浮床、浮岛技术及大型沉水植物群落控藻技术。

2.3植物浮床或浮岛调控技术

浮床或浮岛由基板、水生植物及锚组成，主要由植物、根际微生物的协同作用吸收转化水体的营养物质、抑制藻类的生长，如图1所示。

基板的主要材料包括竹片、塑料花盆、生态砖、PVC管。浮床或浮岛中常用的水生植物主要包括美人蕉、再力花、香蒲、菖蒲、芦苇、千屈菜、鸢尾及黑麦草等，不同的水生植物有不同的种植密度，对于丛生的水生植物因规格不同而异，规格大一些的，密度可适当小一些，反之则密度大一些，常见的范围一般为6-25株/m。

锚主要起固定浮床或浮岛的作用。

研究表明，挺水植物的释氧效果显著，芦苇光合作用传递氧气效率高达2.1g/m·d。芦苇释放出的化感物质2-甲基乙酰乙酸乙酯可降低铜绿微囊藻的光合作用速率，促进了铜绿微囊藻叶绿素a的降解，可以有效的抑制藻类的生长。

图1：浮床（左）或浮岛（右）实景照片

2.4沉水植物调控技术

沉水植物是水体自净生态系统生物链中重要的“生产者”，直接吸收底泥中的氮、磷等营养，利用透入水层的太阳光和水体好氧生化分解有机物过程产生的CO2进行光合作用并向水体复氧，从而促进水体好氧生化自净作用；同时沉水植物又为水体其他生物提供生存或附着的场所，提高生物多样性，促进水体自净。研究表明沉水植物可以通过对营养物质的竞争、改变水体的理化环境，影响藻类对N、P的利用率，可以有效的抑制藻类的生长。

常用的沉水植物主要包括马来眼子菜、红线草、狐尾草、金鱼藻、苦草、黑藻、微齿眼子菜、菹草等。沉水植物原则上采取植物带状分布方式种植，由河（湖）岸向河中心分布；沉水植物主要采取无性繁殖植株种植。金鱼藻、狐尾草、苦草、黑藻、马来眼子菜和微齿眼子菜采取无性繁殖植株移栽方法，菹草则采取播种生殖芽体的方法。在实际应用沉水植物中，有两点需要特别注意：

（1）必须根据不同植物的生长特点进行合理搭配，使水生植物的覆盖率始终维持在一较高的水平。因为水体中的大型水生植物和藻类生长于同一生态空间，二者在光照、营养盐等方面存在着激烈的生态竞争，互相影响，互相制约。只有一定的覆盖率才能保证水生植物的竞争优势，从而抑止藻类的生长。

（2）在水生植物群落恢复后，必须应用生态系统稳定化管理技术进行维护管理。水生植物死亡后，其分解腐败过程将严重影响水质，因此必须定期进行收割管理。

2.5生物操纵调控技术

生物操纵调控技术包括经典生物操纵技术与非经典生物操纵技术。

（1）经典的生物操纵技术指通过控制牧食浮游动物的鱼类，来提高浮游动物的数量，进而控制藻类生物量的方法，即上行效应。浮游动物只能控制细菌和小型藻类等，可以起到提高水体透明度的作用，而对于丝状藻和大型藻类如微囊藻的水华，则是无能为力的。

（2）非经典生物操纵认为可用食浮游生物的鱼类直接控制微囊藻水。链、鳙鱼能滤食10μm至数个毫米的浮游植物，而枝角类仅能滤食40μm以下的较小浮游植物与枝角类相比，鲢、鳙鱼可有效地摄取形成水华的群体蓝藻、有效控制大型蓝藻。

2.6湖滨湿地修复调控技术

湖滨带是水陆生态交错带的一种类型，是健康湖泊生态系统的重要组成部分。狭义的湖滨带是指护堤外1-2km范围内浅滩及浅水区域。随着对湖滨带的认识的不断的加深，湖滨带不仅包括堤外1-2km范围内的浅滩及浅水区，还包括湖内的敞水区及沿岸带湿地系统。

湖滨带的理化环境（光照、氧气及营养条件），生物种群及数量极为丰富，是湖泊最主要的生产地带之一。湖滨带是水生和陆地生态系统间的过渡带或生态交错区。湖滨湿地在涵养水源、蓄洪防旱、促淤造地、维持生物多样性、生态平衡、生态旅游以及缓解污染等方面均有十分重要的作用。同时湖滨带也是受人类干扰最大的区域，由于长期以来人类的剧烈活动（如围湖造田、破坏植被、围湖养殖、过度旅游开发），使湖滨带严重的受退化损，严重的威胁了湖泊生态系统的健康。因此湖滨带的修复，对于湖泊系统的水质改善和生态恢复具有着重要的意义。

湖滨湿地的主要形式有前置库、河口湿地、沿岸带湿地系统（生态驳岸湿地系统）等。

前置库是利用湖滨带内天然的水塘、水库、废弃鱼塘或矿坑，通过生态修复或工程强化的一种效果好、建设运行费用低的工程措施。前置库在我国的滇池、太湖、巢湖等湖泊均有成功的案例，为削减流域内的污染物起到了重要的作用。

传统的前置库主要是对来水中的SS及污染物进行初步的沉淀与净化，出水自流入湖泊中，净化效率较低，不能满足流域污染物削减与总量控制的要求。随着该技术的不断发展与演化，逐渐形成了多样式的前置库系统，如生态深度净化塘、曝气型前置库、多塘组合系统等。

（1）生态净化塘

生态深度净化塘主要用于低浓度水的深度净化措施，净化塘系统主要设置于入湖前，对入湖水的水质进一步净化。生态净化塘主要是将废弃的鱼塘进行改造，重建或回复生态净化系统，构建健康塘系统实物量，大幅提升塘系统的净化能力及缓冲能力，使其成为入湖前湖泊最有力的屏障。该系统具有净化效果好，氮磷削减能力强，投资省、运行费用低的特点。

（2）曝气型前置库

曝气型前置库主要针对来水水质有机物浓度高，氮、磷负荷大的而设计。我国部分湖泊流域内存在大量的生活或工业污水未经处理而直排入湖的情况，短期内如果由于经济、技术等原因限制，不能将污水收集进行集中处理，可采取曝气型前置库对来水进行深度处理。曝气型前置库对有机物和氨氮的削减能力强，但其一次性投入叫高，运行费用较高，比如太阳能曝气机或风光互补的曝气方式是曝气型前置库的首选。

（3）多塘组合系统

多塘净化工艺主要利用湖库边的自然或人工塘，对水体进行净化。多塘系统是利用具有不同生态功能的稳定塘处理来水，属于生物处理工艺，其原理与自然水域的自净机理相似，利用塘中细菌、藻类、浮游动物、鱼类等形成多条食物链，构成相互依存、相互制约的复杂生态体系。

水中的有机物通过微生物的代谢活动而被降解，从而达到净化水质的目的。其中微生物代谢活动所需要的氧由塘表面复氧以及藻类光合作用复氧，也可通过人工曝气供氧。按塘内充氧状况和微生物优势群体，将稳定塘分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘。由于使用环境不同多塘系统的组成也有所不同，典型的多塘工艺如下所示：

图4多塘系统工艺流程简图

3.小结

我国水生态领域的市场大幕刚刚拉开，湖泊水体生态修复的技术的需求会越来越大，对湖泊的治理，应从生态系统整体出发，应用生态学原理，在控制外源污染的同时，应注重湖泊生态系统的修复，做到标本兼治。湖泊生态系统的修复的核心是食物链及食物网，初期阶段的关键是控制湖泊的初级生产力，使其维持在一定的合理水平，后期并辅以科学的管理维护。

文章来源：那山那水

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