水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)淺議

何新杰

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市迅速擴(kuò)張和發(fā)展，中國地表水質(zhì)量己經(jīng)顯著惡化，超過80%的城市河流已經(jīng)被嚴(yán)重污染，到2018年底，我國已有2000多個污染水體被認(rèn)定為黑臭水體[1]。黑臭水體的形成主要是由于大量污水、廢水排入水體中，污染物超出了環(huán)境容量，致使水體無法完成自我修復(fù)，一般表現(xiàn)為水體顏色發(fā)黑、散發(fā)刺激性惡臭。黑臭水體嚴(yán)重影響了城市水體的使用功能和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，對區(qū)域內(nèi)居民的生活質(zhì)量造成不利影響，甚至威脅人體健康，制約生態(tài)城市的建設(shè)進(jìn)程[2]。

目前污染水域治理與生態(tài)修復(fù)可分為物理法、化學(xué)法和生態(tài)方法3大類。主要技術(shù)措施包括底泥疏浚、人工增氧、生態(tài)調(diào)水、化學(xué)除藻、絮凝沉淀、植物凈化等[3]。物理法成本高、工程量大，后續(xù)處理復(fù)雜，并且疏挖的沉積物如果沒有妥善處理，其中的污染物有可能二次進(jìn)入環(huán)境?；瘜W(xué)方法因存在一定的污染性，凈化效果不持久，一般不予采用。水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)是一種常見的生態(tài)恢復(fù)方法。堅持生態(tài)理念，充分考慮綠化效果、水質(zhì)改善和生態(tài)效益，以最低的建設(shè)成本確保生態(tài)效益、景觀效益和社會效益最大化。在水系水質(zhì)和景觀的提升改造中具有重要的意義[4]。

1 技術(shù)原理

1.1 水生態(tài)系統(tǒng)理論

在自然界中，完整的水生態(tài)系統(tǒng)包括生產(chǎn)者(高等水生植物、浮游植物)、消費(fèi)者(底棲動物、游泳動物、浮游動物)、分解者(細(xì)菌、真菌)和無機(jī)環(huán)境(陽光、營養(yǎng)鹽、水、底泥)，整個系統(tǒng)以基本的捕食關(guān)系為基礎(chǔ)，從而完成物質(zhì)的循環(huán)和能量的流通。然而由于外來營養(yǎng)鹽大量進(jìn)入水體造成的環(huán)境污染，生產(chǎn)者變成了單一的浮游植物，其他生產(chǎn)者和消費(fèi)者都開始從系統(tǒng)中消亡，水體開始富營養(yǎng)化或變得黑臭[5]。

1.2 食物鏈及林德曼效率

在水生生態(tài)系統(tǒng)中存在著多條食物鏈，這些食物鏈縱橫交錯結(jié)成食物鏈網(wǎng)以保證系統(tǒng)物質(zhì)和能量的流動。微生物將外源有機(jī)物質(zhì)分解成營養(yǎng)鹽，營養(yǎng)鹽被藻類、水草等初級生產(chǎn)者利用，通過增加底棲動物、水生魚類，可以將植食性蛋白進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成動物性蛋白。如果各營養(yǎng)級之間能夠保持科學(xué)的數(shù)量關(guān)系，建立良好的生態(tài)平衡，就能使污水中的有機(jī)物得到降解，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

生態(tài)系統(tǒng)中，能量從綠色植物開始，沿著捕食食物鏈或營養(yǎng)轉(zhuǎn)移流動時，每經(jīng)過一個環(huán)節(jié)或營養(yǎng)級，能量都要大大減少，只有少部分能量留存下來用于生長，形成動物的組織。美國學(xué)者林德曼在研究淡水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量流動時發(fā)現(xiàn)，在次級生產(chǎn)過程中，后一營養(yǎng)級所獲得的能量大約只有前一營養(yǎng)級能量的10%，大約90%的能量損失掉了，這就是著名的“百分之十定律”，即“林德曼效率”[6]。

應(yīng)用生態(tài)方式凈化水質(zhì)時，一定要注重完整水生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，單一的水生植物凈化體系非常脆弱，受到不利影響時易于崩潰。而同時具有水生植物、水生動物及微生物的生態(tài)系統(tǒng)則能夠減弱不利因素的影響，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 施工技術(shù)分析

2.1 降水

為給水生植物生長創(chuàng)造良好的環(huán)境，需對底泥土壤進(jìn)行改良，底質(zhì)改良要求將湖或者河水排干，水生植物種植完成后仍需在一段時間內(nèi)保持低水位，因此在構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)前，要先進(jìn)行降水操作。一般降水后水位在10～20cm為宜。

2.2 覆營養(yǎng)土

對不同底質(zhì)營養(yǎng)狀況需采用不同的底質(zhì)改良方案。換填營養(yǎng)土的各項(xiàng)肥力指標(biāo)需滿足一般園林種植土要求，針對底質(zhì)貧瘠，不利于水生植物生長的情況，回填15cm厚園林用營養(yǎng)土。

2.3 底質(zhì)改良

土壤是病蟲害傳播的主要媒介，也是病蟲繁殖的主要場所。許多病菌、蟲卵和害蟲都在土壤中生存或越冬。此外，底質(zhì)中還含有大量福壽螺卵及羅非魚卵，會對水生態(tài)產(chǎn)生極大的威脅。因此構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)時，需采取預(yù)處理劑有針對性地進(jìn)行底質(zhì)改良，其主要作用：殺滅有害細(xì)菌、藻類及其孢子；穩(wěn)定水體pH值，增加水中鈣質(zhì)，有利于水生動物的生長；活化底質(zhì)，疏松土壤，改善土壤透氣性能，為水生植物生長提供養(yǎng)分；清除有害魚類、螺及螺卵等。

預(yù)處理劑包括生石灰，用量一般為100～200g·m-2。底質(zhì)改良預(yù)處理工程選擇晴天施工，土壤覆蓋應(yīng)均勻、不遺漏，確保整個施工區(qū)域的土壤都進(jìn)行徹底的處理。施工第2天進(jìn)行旋耕，旋耕后暴曬7d，避開雨天。

2.4 分區(qū)、放線

根據(jù)圖紙要求，以固定的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)或建筑物、構(gòu)筑物為依據(jù)進(jìn)行定點(diǎn)放線，通常用竹竿或打木樁作為標(biāo)記區(qū)域，放線位置要準(zhǔn)確，標(biāo)記要明顯。

2.5 分區(qū)進(jìn)水，水生植物種植

水生植物是水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。營建穩(wěn)定、多樣性高的水生植物系統(tǒng)是進(jìn)一步建立相關(guān)食物網(wǎng)鏈的前提條件[7]。水生植物是指植物體全部位于水層下面營固著生活的大型水生植物，具有以下作用：阻止底泥的再懸浮，抑制藻類生長，從而使水體透明度保持穩(wěn)定；通過光合作用增加水中的溶氧，凈化水質(zhì)，擴(kuò)大水生動物的有效生存空間；為礦化分解有機(jī)物的微生物群落提供了生境，進(jìn)一步增強(qiáng)水體自凈能力。

在植物的選擇上，應(yīng)調(diào)查相似水體水生植物狀況，或調(diào)查水體土壤種子庫情況，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇凈水能力強(qiáng)，后期維護(hù)簡單，兼具一定景觀效果的種類。慎重選擇使用外來物種，以免因物種入侵造成生態(tài)破壞。合理搭配不同品種水生植物，形成多樣性高、系統(tǒng)穩(wěn)定的水生植物群落，形成水生景觀。水生植物種類和植株的選擇符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，應(yīng)選擇根、莖發(fā)育良好，植株健壯，無病蟲害的植株。水生植物布置以不肆意蔓延，后期維護(hù)簡單的品種為主，如刺苦草；另外，布置一些抗逆性較強(qiáng)的品種，如黑藻、穗花狐尾藻。

采取逐步進(jìn)水分區(qū)完成水生植物的種植。根據(jù)水生植物的生態(tài)習(xí)性，初次進(jìn)水40cm后，開始種植水生植物，并保持該水位5～7d，待植物根部存活后開始下一步進(jìn)水，水位上升40cm后繼續(xù)進(jìn)行種植水生植物，直至完成所有片區(qū)的種植工作。如遇下暴雨致使水位突然升高，則需進(jìn)行降水處理。應(yīng)嚴(yán)格控制水位，種植水深會增加種植技術(shù)難度，水深過淺則會導(dǎo)致植物暴曬死亡。

此外，不同水生植物最佳生長條件不同，研究表明，苦草的適應(yīng)水深范圍廣，0.5～2.5m均有良好的生長狀態(tài)，其中0.5～1m生長速度最快。黑藻最適水深為1～2m，最佳生長水深由生長初期的2m轉(zhuǎn)為1.5m，1.5m水深環(huán)境下黑藻的生物量、根、分枝都是最高的。而過高或過低的水深環(huán)境都干擾了黑藻的生長，0.5m和2.5m水深環(huán)境下黑藻的生長都受到限制。篦齒眼子菜最適水深為0.5～2m，最佳生長水深由生長初期的1.5m轉(zhuǎn)為0.5m。狐尾藻適應(yīng)水深范圍在1～2.5m，1.5m水深環(huán)境下狐尾藻生物量最高，1m的生物量最高，2.5m的株高最高、根最多，說明狐尾藻對深水環(huán)境的適應(yīng)性還是比較強(qiáng)的，尤其在深水環(huán)境可通過改變株高和分根數(shù)量增強(qiáng)適應(yīng)性。

一般來說，沉水植物的水覆蓋率不應(yīng)超過70%。在選擇浮葉植物時，注意創(chuàng)造合適的棲息地，避免水流過快損壞植物或沖走植物。漂浮植物通?？梢苑N植在水深超過150cm的水中，但不適合種植漂浮葉植物。漂浮葉植物和漂浮植物的覆蓋率不得超過30%。在選擇應(yīng)急植物時，應(yīng)考慮適宜的生長環(huán)境、吸收養(yǎng)分的能力、植物與周圍景觀的搭配、不同植物之間的搭配，形成分散的生態(tài)景觀。耐風(fēng)浪性強(qiáng)的植物可以與水生植物的葉脈平行種植。不同植物組合種植比單一種植具有更好的去除污染物和促進(jìn)生長的效果。

2.6 水生動物調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)建

水質(zhì)凈化與提升主要依靠水生植物的凈化功能，但孤立的植物系統(tǒng)并不穩(wěn)定，在特殊情況下系統(tǒng)可能崩潰，需根據(jù)生態(tài)學(xué)基本原理合理投放水生動物，形成復(fù)雜穩(wěn)定的食物網(wǎng)鏈，構(gòu)建完整的水生態(tài)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少后期維護(hù)成本，恢復(fù)水體的自我修復(fù)能力。

水生植物生長狀態(tài)穩(wěn)定后，根據(jù)設(shè)計要求投放相應(yīng)的底棲動物及魚類。在水生動物挑選時，需挑選健康的個體，不能帶入有病及傷殘個體；在運(yùn)輸時盡量選擇晴好天氣，運(yùn)輸過程中需不間斷充氧，且運(yùn)輸車箱或池塘集魚網(wǎng)箱內(nèi)，需用0.05%的高錳酸鉀溶液或者0.5%的淡鹽水浸泡15～30min，以殺滅體表有害細(xì)菌。在青魚、黑魚的投放時，應(yīng)輕拿輕放，不損傷個體。

肉食性魚類投放以當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的青魚、黑魚為主，根據(jù)林德曼效率(百分之十定律)，黑魚投放量約為水體中羅非魚、草魚及其他野雜魚的1/10，青魚投放量約為底棲動物的1/10。

2.7 微生物調(diào)控及后期維護(hù)

在水生態(tài)系統(tǒng)建立初期，水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建完成后，或水體出現(xiàn)大量污水進(jìn)入，藻類泛濫時，需采用微生物措施進(jìn)行生態(tài)調(diào)控，維持水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微生物是水生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，能將自然界中的動植物的尸體及殘骸分解，將一些有害的污染物質(zhì)加以吸收和轉(zhuǎn)化，成為無毒害或毒害較小的無機(jī)營養(yǎng)元素。通過生態(tài)循環(huán)，把水生植物系統(tǒng)產(chǎn)生的能量通過食物鏈傳遞，其在自然界大量而廣泛的存在，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成之一。因此，微生物被喻為水體中的“清道夫”，對避免由水生生物帶來的水體二次污染起著關(guān)鍵性的作用[8]。

在水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建初期，各營養(yǎng)級之間的物質(zhì)流和能量流相對比較孤立，系統(tǒng)較為脆弱，可適量投加水質(zhì)改良和水質(zhì)調(diào)節(jié)微生物制劑，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定的狀態(tài)過渡。通常選用的微生物主要成分為芽孢桿菌及其復(fù)合酶制劑，用于去除水中的藻類，提高水體透明度，保證水生植物正常生長所需的光照；EM復(fù)合菌劑，富含光合細(xì)菌、酵母菌、乳酸菌等微生物，主要用于完善水體微生態(tài)結(jié)構(gòu)，降解水中有機(jī)物和氮、磷等污染物。二者結(jié)合使用可有效提高水體透明度，為水生植物的生長創(chuàng)造良好條件，長期保持水體潔凈和清亮。

3 后期維護(hù)管理

為保證整個工程的順利實(shí)施，針對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行優(yōu)化改善以達(dá)到合理科學(xué)的目的，同時做好水生態(tài)工程的后期維護(hù)管理工作。通過對水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的定期監(jiān)測和跟蹤，及時做出正確的應(yīng)對。后期維護(hù)主要包括日常性維護(hù)和應(yīng)急情況維護(hù)。

3.1 日常性維護(hù)

為保證水面清潔，需及時對水體的生活垃圾、枯枝落葉等進(jìn)行定期清理和打撈；常規(guī)水質(zhì)及浮游動植物監(jiān)測；根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)，定期對景觀湖體水質(zhì)進(jìn)行檢測，依據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果能快速判斷水質(zhì)變化趨勢，以便采取相應(yīng)措施保障水質(zhì)。檢測指標(biāo)：氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a；檢測頻率：每月1次。觀察指標(biāo)性生物是否正常；根據(jù)現(xiàn)場觀測的魚類組成和體重變化情況，定期捕撈魚類，使得水體營養(yǎng)鹽及時高效從水體中去除。

外來污染源排查，特別是暴雨對系統(tǒng)的影響；水位監(jiān)測調(diào)控及日常水面保潔清理；注意水體是否有放生現(xiàn)象，嚴(yán)禁不同類型的水生生物，如金魚、烏龜?shù)却罅客斗?，若發(fā)現(xiàn)需及時制止及采取相應(yīng)措施(捕撈)補(bǔ)救。

3.2 應(yīng)急情況維護(hù)

當(dāng)水面出現(xiàn)大量斷葉或外來污水大量進(jìn)入時，采取相應(yīng)措施，維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建需綜合考慮行洪、綠化、養(yǎng)護(hù)等方面的因素，如水體種植水生植物，要根據(jù)行洪要求以及河道寬度和深度，選擇合適的植物種類以及其種植高度和密度；在綠化方面可以通過不同植物的高度、冠幅和種類等因素，構(gòu)建較佳的生態(tài)景觀，為周邊環(huán)境增加光彩。除了水生植物外，還應(yīng)該構(gòu)建生態(tài)魚礁、生態(tài)浮島等措施為水體中底棲動物、魚類、兩棲類動物提供適宜的棲息地，構(gòu)建鳥類覓食平臺、淺水濕地等結(jié)構(gòu)，適當(dāng)投放螺、蚌等水生動物，為鳥類提供覓食、棲息、筑巢的場所和食物來源，構(gòu)成穩(wěn)定的食物網(wǎng)，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)全面修復(fù)。