食藻虫控藻引导景观水体生态修复系统的构建与应用-论文

1 / 9 食藻虫控藻引导景观水体生态修复系统的构建与应用（何文辉 彭自然 何培民 管卫兵） 摘要：水体富营养化严重阻碍了社会经济发展和环境改善，其防治问题倍受关注。本文介绍了食藻虫控藻引导生态修复的基本原理、技术路线、实施步骤、发展方向，及其在城市景观水体和天然水域生态修复中的应用。经修复，水体透明度可达到 上，富营养物质氮、磷浓度大幅下降，水质达到国家 类标准，效果显著。 关键词：食藻虫，沉水植物，生态修复，富营养化，世博 近年来，由于城市化进程加快和工农业发展，城市景观水体污染加剧，河道黑臭、水华频发， 一些水体甚至丧失了应有的生态功能，极大阻碍了人类社会的进步和人民生活质量的提高。为了解决这个世界难题，国内外专家学者进行了大量的理论探索和实践研究，发展了各种污染防治技术，其中不乏成功案例，但也存在诸多问题，水体污染问题长期得不到很好解决 1 2005 年，上海市政府批准了上海市景观水系规划，要求通过治水治岸、添绿添景，构筑与上海国际化大都市形象相适应的 “ 水清、岸绿、景美、游畅 ”的景观水系。 2010 年举世瞩目的世博会 将在上海举办，为充分体现“城市让生活更美好”主题，科学利用水生态修复技2 / 9 术，加快市区景 观水体的生态修复进程，创造和谐的居住休闲环境，显得尤为重要。经过多年研究、实践和探索，发展了食藻虫控藻引导生态修复技术体系，应用于河道、湖泊等水体的治理中，可使水体透明度大为提高，氮磷浓度大幅下降，水质达到国家类标准，治理效果较为显著。 早在二十世纪初，欧美一些国家就关注湖泊营养化，并开展了研究和防治工作。近四十多年来，随着全球水体富营养化问题不断加剧，各国斥巨资治理，发展了许多技术方法。富营养化防治走过了从控制营养盐、直接除藻、到生物调控、生态修复的艰难历程。与物理、化学方法相比， 生物方法具有治理彻底、负面效应小、成本低等优势，受到青睐 1。 传统的生物治理方法主要包括生物制剂法、生态工程法、生物控制法三大类。 生物制剂法是指从生物中提取活性物质制成抑藻菌剂、溶藻菌剂或噬藻体制剂除藻，或以微生物群 2改善水体以控制藻类。但仅限于小水体的治理，且环境稳定性、安全性问题亟待解决。 环境生态工程法通过构建人工湿地生态系统，利用物理、生物、化学协同作用处理富营养化水体。人工湿地能截留部分面源污染，吸收水体中的氮鳞元素，起到改善水质的作用 3但治理效果依赖于水体透明度，不适合于藻类3 / 9 水华严重的水体，且治理时间长，见效慢。 生物控制法 1， 7利用生态系统食物链原理和生物相生相克关系抑制藻类水华，达到防治富营养化目的。种植挺水植物和浮叶植物能吸收水中营养元素，并通过遮阴作用和竞争作用抑制藻类，但也会阻碍水气界面交换，造成水下厌氧环境。沉水植被的种植也依赖于水体补偿深度，往往由于水底光照不足，导致沉水植被难以成活，成为生态修复一大难题。 滤食性鱼类控藻在武汉东湖等地已运行多年，控制了蓝藻水华大面积爆发。但鱼类处于食物链较高营养级，其治理效率受到限制。甚至有学者认为，放养滤食性鱼类会加 速磷的活化过程。 利用凶猛鱼类抑制食浮游动物的鱼类，从而间接促进浮游动物生长繁殖，能控制藻类爆发。但底栖肉食性鱼类的搅动易使底泥再悬浮，影响治理效果。另外，生物控制还需特别关注生态安全问题。 总之，单纯营养盐控制或直接除藻忽视了营养盐循环及生物之间的相互作用关系，治标不治本，效果难以保持。水生生态系统恢复的目的是要再现一个物质能量流动通畅、能自我维持的生态系统。因此，生物调控应是治理富营养化最具前景的方向。但是，在治理前期需运用直接的、快速的治理技术以营造生态系统恢复的最适条件，两者应综合集成，4 / 9 相得益彰。 食藻虫控藻引导生态修复系统是一种综合生物治理技术，其核心思想是首先利用食藻虫摄食藻类，降低密度，提高透明度，为水下沉水植被生态修复创造条件；再利用沉水植被为主的水生植物吸收氮磷营养物质，降级富营养化程度；然后逐步引入挺水和浮叶植物、浮游动物、鱼虾类、螺贝类和有益微生物群，通过优化营养结构，构建功能完善的生态系统，增强自身调节能力，巩固和维护生态修复后续自净效果，同时改善美化水下自然景观。 食藻虫是一种常见浮游动物，在世界范围内广为分布。经人工驯化改良后，食藻虫比天然个体体积大， 摄食能力强，适应藻类爆发的水体环境，能将蓝藻胶团中滤食性鱼类不易消化的胶状物质消化吸收，成为蓝藻的克星。因此，食藻虫在食藻虫控藻引导生态修复技术中处于核心地位，食藻虫控藻是整个修复过程的前提和基础，至关重要。藻类被食藻虫摄食后，将藻体有机物质同化，避免了化学药剂或生物制剂控藻后产生的藻体腐化污染问题。经过食藻虫控藻后，水体清澈，补偿深度加大，为水生植物生长创造了适宜条件。 需特别指出的是，食藻虫的使用不会造成生态安全问题。首先，食藻虫原种在我国分布广泛，并不是外来种，不存在生物入侵问题；其次，在生态修复后期 ，当水体富营养5 / 9 程度下降导致蓝藻无法大量繁殖后，食藻虫也将因得不到足够食物难以维持种群增长，生物量必然下降；同时，生物多样性恢复后，水生昆虫和一些鱼类成为食藻虫的天敌，能抑制食藻虫种群。 高等水生植物按形态可分为挺水植物、浮叶植物和沉水植物。挺水植物和浮叶植物主要从底泥中吸取氮磷营养物质和从空气中吸收二氧化碳作为光合作用的原料，产生的氧气直接释放到大气中，对水体富营养化治理作用有限。沉水植物在根系吸收营养的同时，叶面也能直接吸收水中营养物质，光合作用气体也直接与水体交换，有利于改善水体溶氧水平。因此，沉水植物 治理效率较优，恢复沉水植被的自净能力应是生态修复的重点 8。食藻虫控藻引导生态修复系统中水生植被以沉水植物为主，挺水和浮叶植物为辅，且所用物种经过筛选和改良，治理效率更高。 通过食藻虫控藻和水生植被修复，将水体中氮磷营养物质转变为食藻虫和水生植被有机物质后，还需进一步打通后续的氮磷循环和能量流动环节。因此，食藻虫控藻引导生态修复的第三步为重建营养结构完整、生态功能完善、稳定平衡的生态系统，这也是生态修复的最终目标。引入各个营养级的物种，构建食物网，保证物质流和能量流的畅通，通过优化调整，逐渐达到在特定污染胁迫下的生态平衡。 从生态学观点看富营养化产生机理，由于排入水体的氮6 / 9 磷营养物质过多，或者氮磷从水体向高等水生植物生物体转移的通量过小，生态系统中氮磷物质循环在某个环节受阻，从而 造成氮磷积累。富余的氮磷便从浮游藻类这个生态系统旁路溢出，从而出现藻类大量繁殖为标志的富营养化现象。藻类对生态位的竞争又恶化了高等水生植物的生存条件，使其生物量进一步减少，形成正反馈。富营养化破坏了生物多样性和营养结构，累积在藻体中的氮磷无法利用，只有被微生物分解返回到水体中。“水体 微生物 ” 循环模式结构简单，周期缩短，加快了氮磷循环，富营养化愈 演愈烈。食藻虫控藻引导生态修复一方面通过种植高等水生植物强化氮磷从水体向生物体转移环节，另一方面通过食藻虫将累积在藻类中的氮磷转移到浮游动物，形成“水体 生植物或藻类 肉食性动物 循环模式，使得氮磷循环畅通无阻，并延长了循环途径，富余氮磷通过产品形式输出，因此富营养状态能得到有效治理。 食藻虫控藻引导生态修复是一个系统的生态工程，主要实施步骤包括：明确工程实施范围和目标要求；资料收集和现场踏勘；方案拟定和工程设计；食藻虫和沉水植物的适应性驯化；修复现场环境整治；投放食藻虫控藻；水生植物的培育；螺贝类和鱼类的放养；有益微生物群的添加；生态调整；后期监测与维护。 7 / 9 食藻虫控藻引导生态修复治理彻底、无二次 污染、无生态安全隐患、效果稳定、成本低廉、在大多数城市景观水体或天然富营养化水体的水文水质条件下都能适用，已成功应用于湖泊、河流、海湾、城市和别墅住宅小区景观水体的生态修复实践中，取得良好效果。 明园水体生态修复 圆明园地处 区，常年少雨、蒸发量大、渗漏严重、耗水量大。为节约水资源，政府要求圆明园景观水体补水水源改为中水。中水中含有大量氮磷营养物质，处理不善极易产生水华，影响景观，危害环境。 2007 年始，采用食藻虫控藻引导生态修复技术治理圆明园近 14 万平方米水域，项目实施两个月便取得良好的治理效果 ，治理区内清澈见底，有效控制了蓝藻的爆发。入园中水总氮、总磷分别为 、，对照区为 、 ，、 ，水质改善为 - 类。修复前水 体以蓝藻占绝对优势，修复后多样性增加，以绿藻和硅藻占优，并出现寡污种。 上海滴水湖 D 港水生态修复示范 临港新城 D 港为我国最大人工湖 滴水湖的支流，水质为 - 类，透明度仅为 40能满足其环境功能和景观需求。采用食藻虫控藻引导生态修复技术治理，修复区8 / 9 为长近 1 40m，总氮从 降至 ，总磷从 降至 ，透明度从 35高至 下植被覆盖率达 90%。经流水实验检测，已形成了稳定的具有较强自净能力的生态系统。 上海宝山段浦河水下景观修复 段浦河是上海典型的断头浜，淤泥平均深度超过 50生植被破坏，浮游植物大量繁殖，鱼类绝迹，水华频发，水质恶化，河水发黑发臭，两岸居民怨声载道，严重影响周边生态环境。食藻虫控藻引导生态修复区位于宝山区庙行镇商业住宅区长 1025 米的 “J” 型老河道，河宽约 30 米。经过修复，河水清澈见底， 形成 “ 水下森林和水下草皮 ” 生态景观，悦目怡人。 食藻虫控藻引导生态修复技术发展了十余年，在天然水体和景观水体的生态修复方面发挥了积极作用，取得了一些成功的案例。该技术的进一步完善集中在以下方面：采用生物学或基因工程方法，继续对食藻虫和高效水生植物进行选育改良，进一步提高其治理效率；借鉴其他技术成功经验，与先进治理技术手段综合集成，拓展适用范围；深入探讨生态修复机理与规律，研究影响因素与修复效果之间的关系，优化修复条件；形成一套操作规程和行业标准。 参考文献 9 /