水體生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)在水環(huán)境綜合治理中的應(yīng)用

楊海龍 陳新峰 崔德標(biāo)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家和居民對(duì)水環(huán)境提出了更高的要求，水環(huán)境處理技術(shù)也在發(fā)展。除常規(guī)的物化處理方法外，還建立了完善的水生態(tài)系統(tǒng)處理技術(shù)，在國內(nèi)許多水環(huán)境治理工程中發(fā)揮著重要作用。本文分析了江蘇省無錫市膠南浜水系水處理工藝體系，闡述了其主要技術(shù)措施，與傳統(tǒng)工藝相比的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景。

濕地河道的重要組成部分是水源，水質(zhì)狀況直接影響到濕地河道的景觀生態(tài)功能。當(dāng)前，在濕地河道建設(shè)中，為保證濕地河道的水質(zhì)，往往會(huì)采取不同的水質(zhì)保護(hù)措施。目前，水質(zhì)凈化技術(shù)主要包括水循環(huán)系統(tǒng)、物理凈化系統(tǒng)、人工濕地、改水替代等。以建設(shè)膠南浜河道為例，對(duì)濕地河道水系建設(shè)的技術(shù)措施進(jìn)行了分析，探討了河道生態(tài)修復(fù)新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，今后為城市生態(tài)建設(shè)提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

一、環(huán)境生態(tài)循環(huán)的界定

在水體生態(tài)系統(tǒng)中，能量通過不同食物鏈的代謝過程進(jìn)行逐漸傳遞。由于消費(fèi)者自身的呼吸功能，所以能量在通過第一層時(shí)會(huì)有部分損耗。隨著食物鏈數(shù)量的增加，能量損耗增大，生態(tài)效益也因此降低。死了的有機(jī)物被細(xì)菌分解，再從綠色的植物中提取無機(jī)營養(yǎng)素，綠色的植物在太陽和環(huán)境中進(jìn)行光合作用實(shí)現(xiàn)能量的連續(xù)循環(huán)，這一系列過程便是生物和環(huán)境之間能量不斷循環(huán)的結(jié)果。能量傳遞是生物之間的關(guān)系，因此水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能只有趨于相對(duì)穩(wěn)定和狀態(tài)，保才能持自我動(dòng)態(tài)平衡，反饋形成所謂的生態(tài)系統(tǒng)。正是多數(shù)物種的平衡，總生物量最大，內(nèi)部穩(wěn)定性最高的生物在進(jìn)入后就可以給生態(tài)系統(tǒng)帶來動(dòng)力。但是，由于生物自制力是有限的，超過了這個(gè)生態(tài)界限，自動(dòng)調(diào)節(jié)能力甚至消失的能力下降，導(dǎo)致系統(tǒng)生物量減少的生態(tài)平衡崩潰。有時(shí)還會(huì)因?yàn)槟茉春臀镔|(zhì)循環(huán)被破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)長期崩潰。水體的生態(tài)平衡分為兩個(gè)方面：首先，湖的富營養(yǎng)化導(dǎo)致水質(zhì)惡化，藻類過度生長會(huì)產(chǎn)生毒素，在大量的氧氣消耗過程中，河谷生物被大量的水資源所消耗。由于人為原因，如果在魚類的移動(dòng)路線上建設(shè)水壩的話，魚類就無法生存了。委員會(huì)建議制定類似法律的理事會(huì)條例，研究其生態(tài)平衡，采取適當(dāng)措施確?？沙掷m(xù)利用。

二、水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成及其功能

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了生物生存所需的物理因素，例如溫度、鹽度、水深、水流、光照、無機(jī)物(碳、氮、磷等)參與物質(zhì)循環(huán)，以及蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、腐殖質(zhì)等與生物體相連的有機(jī)物質(zhì)。按生存方式，可分為浮游生物，游動(dòng)的生物，底棲生物和附生生物。根據(jù)生態(tài)功能，可分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和有機(jī)廢棄物四類。

自養(yǎng)動(dòng)物中主要有浮游植物，葉綠素等光合作用色素可以通過光合作用產(chǎn)生初級(jí)生產(chǎn)力。那些含有光合細(xì)菌和自養(yǎng)菌，利用著光和化學(xué)能源。例如，一些動(dòng)物可以從寄生或共生的硫化物細(xì)菌中獲得有機(jī)物質(zhì)和能量，從而形成一種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，用太陽能完全取代化學(xué)能。

異養(yǎng)動(dòng)物，指水生動(dòng)物食用其他生物或有機(jī)廢棄物的行為，按營養(yǎng)成分可分為一級(jí)和二級(jí)消費(fèi)者。經(jīng)常吃小型浮游動(dòng)物，以浮游植物和底棲海藻為食。它們通常與海水表層的生產(chǎn)者共存，彼此間的轉(zhuǎn)化效率非常高，且其生物量通常都在同一數(shù)量級(jí)。這個(gè)特征不同于陸地生態(tài)系統(tǒng)，指水棲中的初級(jí)食肉動(dòng)物，營養(yǎng)豐富，并且不限于水的上部。優(yōu)質(zhì)的魚有很強(qiáng)的游泳能力，在所有的水位下都能成為魚。到處都有浮游生物（浮游生物和小型浮游生物），有調(diào)節(jié)初級(jí)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的數(shù)量的作用。

它們把來自人體的各種復(fù)雜物質(zhì)分解為有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)，供生產(chǎn)者和消費(fèi)者吸收使用。因此，海洋有機(jī)無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的增殖具有重要意義，與此同時(shí)，它們是很多動(dòng)物的直接食物。

有機(jī)廢棄物主要是由食物殘?jiān)褪澄餁堅(jiān)⒏∮紊锕夂献饔卯a(chǎn)生的小分子有機(jī)物、陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的粒子有機(jī)物產(chǎn)生的，也可以用于某些動(dòng)物的食物。

三、蜀峰濕地河道概況

膠南浜是無錫市錫山區(qū)安鎮(zhèn)街道一條鎮(zhèn)級(jí)，是上游山水及安鎮(zhèn)老街主要排洪通道。北起團(tuán)結(jié)村胡莊，南至芙蓉塘，全長2419米，水面面積34746平方米，河底高程1.0米，河底寬度4-6米，河口寬度最大為25米，最小為14米，水體兩側(cè)為硬質(zhì)直立式護(hù)岸。

膠南浜河道水生系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)原理在此背景下，運(yùn)用水生態(tài)系統(tǒng)學(xué)方法，提出了白水凈化目標(biāo)。本文提出了一個(gè)由原材料轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)生產(chǎn)體系，不斷循環(huán)的水動(dòng)植物吸收營養(yǎng)，與微生物聯(lián)系，減少無害物質(zhì)中的污染物。封閉水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素被人為所除去，水體逐漸呈現(xiàn)食物不足的狀態(tài)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

水下植物凈化系統(tǒng)的建設(shè)是潛水設(shè)施的基礎(chǔ)，保護(hù)全部或大部分生物多樣性。水是沉水植物的環(huán)境影響是維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和水環(huán)境質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，景觀水處理需要滿足三個(gè)條件：一個(gè)需要水處理的效果和景觀效果；二是要有效地控制沉水，防止沉水物種的擴(kuò)散；三是要根據(jù)城市河道的總體定位和水系特點(diǎn)，選用棘球藻、馬尾藻、黑藻等群落來培育，以降低后期人工養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。湖岸景觀帶是河道水景生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，植物色彩、品種、季節(jié)搭配合理，達(dá)到層次感、自然感、四季感的景觀效果。栽植水植物，將睡蓮點(diǎn)綴其中，成為沿海地區(qū)重要的景觀建設(shè)區(qū)域。園林植物以鄉(xiāng)土或歷史樹種為主，使的自然生態(tài)景觀得到最大程度的恢復(fù)。

在保持水生植物凈水功能的基礎(chǔ)上，建立水處理系統(tǒng)，完善人工生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈和食品網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合理儲(chǔ)備肉魚和底生生物，提高水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們要考慮到物種結(jié)構(gòu)，科學(xué)設(shè)計(jì)水庫，合理規(guī)劃水庫的利用。依據(jù)生態(tài)生物調(diào)控原理，構(gòu)建合理的水體魚類放牧鏈，對(duì)水體魚類放牧、下游生物群落進(jìn)行調(diào)控，減少水體藻類生物量，維持水體水質(zhì)。水雜質(zhì)的提取是從漁業(yè)中產(chǎn)生的，食肉動(dòng)物的分配是考慮到保護(hù)沉水植物以及控制海洋中的蝗蟲和雜食魚類，鮭魚和鯡魚被用作肉食魚群中的繁殖材料。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，螺旋槳被選為主要的底生生物群落調(diào)節(jié)型。有機(jī)質(zhì)中的凋落物、水生植物、水生動(dòng)物的糞便以及尸體對(duì)景觀水體的污染?？梢允褂靡欢〝?shù)量的蝦和有機(jī)廢棄物，水中含有大量的原生蟲和浮游生物。

利用水體中總氮污染超標(biāo)的特點(diǎn)，以光合作用、硝化作用和反硝化作用為主的微生物群落的活化，以及在水中建立生物基地，為微生物的附著和生長提供條件。

四、淺談水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

河流湖泊水質(zhì)治理主要有化學(xué)法、物理法和生物法，特別的化學(xué)添加到水中可以去除黑臭氣味和營養(yǎng)物質(zhì)，例如，在水里加入氯化鐵的話，有去除磷的效果。但是，化學(xué)制品本身就是污染源，這是廢水物理處理通過物質(zhì)轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化來控制水質(zhì)的過程，現(xiàn)在普遍采用的處理方法是清淤、排洪、過濾、除臭，但是物理處理設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用很高。水體生物處理是利用水生動(dòng)植物或微生物對(duì)水體進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力，生態(tài)處理技術(shù)不僅可以在適宜的環(huán)境條件下達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，不會(huì)造成二次污染，且成本低。水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，采用沉水植物為主，水生動(dòng)物、微生物為輔的系統(tǒng)建設(shè)方式，低碳環(huán)保效果顯著。但是，有機(jī)體的生長和繁殖需要良好的生存環(huán)境。水處理技術(shù)有其明顯的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，適合緩流與生態(tài)治理，但是，水生生態(tài)系，特別是沉入水中的植物系，常常具有深度、透明度、水生動(dòng)物的特征。這種深水植物的透明度很低，生物學(xué)的研究處理技術(shù)是水質(zhì)改善和氧氣溶解的主要措施，是后續(xù)生物工程建設(shè)的基礎(chǔ)。一般而言，單用一種治理方法很難達(dá)到目的，綜合防治技術(shù)措施，一般以截污、清淤、疏浚為前提，依靠生物學(xué)手段恢復(fù)自凈能力，輔以物理化學(xué)處理技術(shù)，達(dá)到治理目的。

五、水生態(tài)工程建設(shè)技術(shù)及其應(yīng)用前景

當(dāng)前，國內(nèi)城市湖、原生態(tài)湖、河流等水環(huán)境治理工程日益增多，水生態(tài)工程技術(shù)手段在許多工程項(xiàng)目中或多或少地得到應(yīng)用。就當(dāng)前治理效果而言，生態(tài)施工技術(shù)具有便于推廣應(yīng)用的特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的凈化工藝，該工藝投資少，效率高，環(huán)保美觀。但在城市河道、自然湖泊、緩流河流等環(huán)境條件下，與物理水處理技術(shù)相比，生態(tài)化處理技術(shù)的凈化速度慢，適于水生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，但對(duì)開放式水體的凈化效果較差。建立水生態(tài)系統(tǒng)，不可能替代傳統(tǒng)的截污治源、生態(tài)疏浚、水資源調(diào)控等技術(shù)手段，對(duì)于一些惡劣的環(huán)境，傳統(tǒng)的自凈能力恢復(fù)技術(shù)是必不可少的。

六、結(jié)語

由于治理水環(huán)境的決心不斷增強(qiáng)，我國的水環(huán)境將得到極大改善，修復(fù)生物多樣性的水環(huán)境是未來的發(fā)展趨勢(shì)。水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)具有天然的優(yōu)越性，對(duì)今后水環(huán)境治理技術(shù)的推廣具有重要意義。