生態(tài)修復(fù)是指對(duì)生態(tài)系統(tǒng)停止人為干擾，以減輕環(huán)境負(fù)荷壓力，依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力與自組織能力使其向有序的方向進(jìn)行演化，或者利用生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或向良性循環(huán)方向發(fā)展。生態(tài)修復(fù)主要指致力于那些在自然突變和人類活動(dòng)活動(dòng)影響下受到破壞的自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建工作。
隨著流域內(nèi)人類活動(dòng)的加劇，湖泊的生態(tài)系統(tǒng)受損退化、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，藍(lán)綠藻水華等災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)服務(wù)功能持續(xù)下降，嚴(yán)重影響了居民的健康及生存，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。湖泊生態(tài)系統(tǒng)的破壞的直接原因是人類的活動(dòng)造成的污染超過(guò)了湖泊的自然承載力，污染入湖量超過(guò)了湖泊的水環(huán)境容量，湖泊生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，主要體現(xiàn)在三方面：水量失衡、水化學(xué)失衡及水生態(tài)失衡。
(1)水量失衡主要與氣候變化、人涉水產(chǎn)業(yè)的急劇發(fā)展及水資源的不合理利用有關(guān)。水量失衡將直接影響到湖泊的面積及容積，進(jìn)而影響水環(huán)境容量及承載能力;
(2)水化學(xué)失衡是指N、P等營(yíng)養(yǎng)物的排入量遠(yuǎn)大于湖泊的自凈能力，引起湖泊的地球化學(xué)循環(huán)失衡。
(3)湖泊水生態(tài)系統(tǒng)破壞的體現(xiàn)在富營(yíng)養(yǎng)化加劇，藍(lán)藻水華頻發(fā)。富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的出現(xiàn)在本質(zhì)上是淡水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)交換和能量流動(dòng)平衡失調(diào)，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生退化和受損，是生態(tài)元之間的鏈接斷裂或弱化。
2015年，由于《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(即“水十條”)的頒布，規(guī)劃了我國(guó)水環(huán)境治理的路線圖。“水十條”指明，到2020年，全國(guó)水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，污染嚴(yán)重水體大幅度減少;到2030年，力爭(zhēng)全國(guó)水環(huán)境質(zhì)量總體改善，水生態(tài)系統(tǒng)功能初步恢復(fù);到本世紀(jì)中葉，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善，生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。
我國(guó)在“十五”期間，國(guó)家“863”項(xiàng)目在太湖與滇池開(kāi)展了重污染水域的生態(tài)重建與環(huán)保疏浚技術(shù)、水源地水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水網(wǎng)地區(qū)湖泊面源污染控制技術(shù)、水體控藻技術(shù)與入湖河流污染綜合整治工程示范研究;同時(shí)，開(kāi)展了“973”計(jì)劃項(xiàng)目“湖泊富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程與藍(lán)藻水華暴發(fā)機(jī)理研究”，深入研究長(zhǎng)江流域獨(dú)特的淺水湖群背景下入湖生源要素受地球表層特征、氣象因子、生物過(guò)程及人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等要素的驅(qū)動(dòng)，揭示在流域、湖盆、水生生物三個(gè)層次的循環(huán)及其失衡機(jī)理，研究藍(lán)藻水華的生消動(dòng)力學(xué)、水生植被的生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換作用以及湖泊-流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)特征與管理。在富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查、面源污染控制、湖濱帶生態(tài)修復(fù)、水華暴發(fā)機(jī)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術(shù)體系。
理論上，即使外源污染能完全截除，但沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽內(nèi)負(fù)荷的存在與釋放，水中的營(yíng)養(yǎng)鹽依舊存在。實(shí)際上，如降水、地表徑流等外源污染也不可能徹底截除。
盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的研究通常都應(yīng)用了利比希“最小因子定律”，尋找藻類生長(zhǎng)的限制因子，并據(jù)此提出了控制N、P的一系列對(duì)策，但應(yīng)該指出的是，該定律只有在嚴(yán)格的穩(wěn)定狀態(tài)下才能應(yīng)用，而實(shí)際上失去了水生高等植物，以藻類為優(yōu)勢(shì)的水生態(tài)系統(tǒng)并不穩(wěn)定，此外各種生態(tài)因子之間存在替代作用，即當(dāng)一個(gè)特定因子處于最小狀態(tài)時(shí)，其它處于高濃度或過(guò)量的因子可替代特定因子的不足。
事實(shí)上，中國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化水體中常見(jiàn)的一些藻類優(yōu)勢(shì)種，如微囊藻、魚(yú)腥藻、束絲藻、顫藻、直鏈藻、隱藻等，它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的耐受性限度往往很寬，在特定的條件下常常形成特定的優(yōu)勢(shì)種，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高時(shí)優(yōu)勢(shì)種種群的快速擴(kuò)增、集聚便成為“藻華”;由于物種間無(wú)時(shí)不發(fā)生的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，在營(yíng)養(yǎng)鹽較低而其它理化、生物因子的作用有利時(shí)，優(yōu)勢(shì)種也能生長(zhǎng)繁殖，甚至也形成“藻華”。
我國(guó)大多數(shù)湖泊由于長(zhǎng)期接受大量的生活污水，其營(yíng)養(yǎng)濃度通常很高，即使截污后，面源污染仍使其營(yíng)養(yǎng)鹽濃度維持在較高水平。單純從削減營(yíng)養(yǎng)鹽角度出發(fā)，其代價(jià)相當(dāng)大，更重要的是仍可能達(dá)不到預(yù)期的效果。了解與掌握湖泊水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對(duì)開(kāi)辟后續(xù)的市場(chǎng)、把握發(fā)展方向具有重要意義，下面介紹湖泊生態(tài)修復(fù)中常用的技術(shù)，可為湖泊生態(tài)修復(fù)工程的設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。
2.湖泊生態(tài)修復(fù)常見(jiàn)的技術(shù)
2.1生物調(diào)控技術(shù)
生物調(diào)控系指通過(guò)人為或工程手段，使水體的初級(jí)生產(chǎn)力維持在合理的水平范圍內(nèi)，藻型湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的主要控制方法包括大型水生植物調(diào)控技術(shù)、生物操縱技術(shù)。草型湖泊初級(jí)生產(chǎn)力調(diào)控主要包括平衡收割與資源化利用技術(shù)。
2.2 大型水生植物調(diào)控技術(shù)
大型水生植物依其生活型不同可分為浮葉植物、挺水植物、沉水植物及濕生植物。大型水生植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中最主要的生產(chǎn)者，也是將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)能的實(shí)現(xiàn)者，是食物鏈能量的最主要來(lái)源。大型水生植物能夠顯著的影響水中的溶解氧、pH、無(wú)機(jī)碳及藻類對(duì)N、P的利用率，同時(shí)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的演替及水生動(dòng)物群落的穩(wěn)定都起著重要的作用。利用不同的水生植物，研發(fā)出了多種水生植物調(diào)控技術(shù)，比如以浮葉植物為主的植物濾床技術(shù)、以挺水植物為主的浮床、浮島技術(shù)及大型沉水植物群落控藻技術(shù)。
2.3 植物浮床或浮島調(diào)控技術(shù)
浮床或浮島由基板、水生植物及錨組成，主要由植物、根際微生物的協(xié)同作用吸收轉(zhuǎn)化水體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、抑制藻類的生長(zhǎng)，如圖1所示。
基板的主要材料包括竹片、塑料花盆、生態(tài)磚、PVC管。浮床或浮島中常用的水生植物主要包括美人蕉、再力花、香蒲、菖蒲、蘆葦、千屈菜、鳶尾及黑麥草等，不同的水生植物有不同的種植密度，對(duì)于叢生的水生植物因規(guī)格不同而異，規(guī)格大一些的，密度可適當(dāng)小一些，反之則密度大一些，常見(jiàn)的范圍一般為6-25株/m²。
錨主要起固定浮床或浮島的作用。
研究表明，挺水植物的釋氧效果顯著，蘆葦光合作用傳遞氧氣效率高達(dá)2.1g/m²·d。蘆葦釋放出的化感物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯可降低銅綠微囊藻的光合作用速率，促進(jìn)了銅綠微囊藻葉綠素a的降解，可以有效的抑制藻類的生長(zhǎng)。
2.4沉水植物調(diào)控技術(shù)
沉水植物是水體自凈生態(tài)系統(tǒng)生物鏈中重要的“生產(chǎn)者”，直接吸收底泥中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)，利用透入水層的太陽(yáng)光和水體好氧生化分解有機(jī)物過(guò)程產(chǎn)生的CO2進(jìn)行光合作用并向水體復(fù)氧，從而促進(jìn)水體好氧生化自凈作用;同時(shí)沉水植物又為水體其他生物提供生存或附著的場(chǎng)所，提高生物多樣性，促進(jìn)水體自凈。研究表明沉水植物可以通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)、改變水體的理化環(huán)境，影響藻類對(duì)N、P的利用率，可以有效的抑制藻類的生長(zhǎng)。
常用的沉水植物主要包括馬來(lái)眼子菜、紅線草、狐尾草、金魚(yú)藻、苦草、黑藻、微齒眼子菜、菹草等。沉水植物原則上采取植物帶狀分布方式種植，由河(湖)岸向河中心分布;沉水植物主要采取無(wú)性繁殖植株種植。金魚(yú)藻、狐尾草、苦草、黑藻、馬來(lái)眼子菜和微齒眼子菜采取無(wú)性繁殖植株移栽方法，菹草則采取播種生殖芽體的方法。在實(shí)際應(yīng)用沉水植物中，有兩點(diǎn)需要特別注意：
(1)必須根據(jù)不同植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)進(jìn)行合理搭配，使水生植物的覆蓋率始終維持在一較高的水平。因?yàn)樗w中的大型水生植物和藻類生長(zhǎng)于同一生態(tài)空間，二者在光照、營(yíng)養(yǎng)鹽等方面存在著激烈的生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)，互相影響，互相制約。只有一定的覆蓋率才能保證水生植物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而抑止藻類的生長(zhǎng)。
(2)在水生植物群落恢復(fù)后，必須應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定化管理技術(shù)進(jìn)行維護(hù)管理。水生植物死亡后，其分解腐敗過(guò)程將嚴(yán)重影響水質(zhì)，因此必須定期進(jìn)行收割管理。
2.5生物操縱調(diào)控技術(shù)
生物操縱調(diào)控技術(shù)包括經(jīng)典生物操縱技術(shù)與非經(jīng)典生物操縱技術(shù)。
(1)經(jīng)典的生物操縱技術(shù)指通過(guò)控制牧食浮游動(dòng)物的魚(yú)類，來(lái)提高浮游動(dòng)物的數(shù)量，進(jìn)而控制藻類生物量的方法，即上行效應(yīng)。浮游動(dòng)物只能控制細(xì)菌和小型藻類等，可以起到提高水體透明度的作用，而對(duì)于絲狀藻和大型藻類如微囊藻的水華，則是無(wú)能為力的。
(2)非經(jīng)典生物操縱認(rèn)為可用食浮游生物的魚(yú)類直接控制微囊藻水。鏈、鳙魚(yú)能濾食10μm至數(shù)個(gè)毫米的浮游植物，而枝角類僅能濾食40μm以下的較小浮游植物與枝角類相比，鰱、鳙魚(yú)可有效地?cái)z取形成水華的群體藍(lán)藻、有效控制大型藍(lán)藻。
2.6 湖濱濕地修復(fù)調(diào)控技術(shù)
湖濱帶是水陸生態(tài)交錯(cuò)帶的一種類型，是健康湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。狹義的湖濱帶是指護(hù)堤外1-2km范圍內(nèi)淺灘及淺水區(qū)域。隨著對(duì)湖濱帶的認(rèn)識(shí)的不斷的加深，湖濱帶不僅包括堤外1-2km范圍內(nèi)的淺灘及淺水區(qū)，還包括湖內(nèi)的敞水區(qū)及沿岸帶濕地系統(tǒng)。
湖濱帶的理化環(huán)境(光照、氧氣及營(yíng)養(yǎng)條件)，生物種群及數(shù)量極為豐富，是湖泊最主要的生產(chǎn)地帶之一。湖濱帶是水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)間的過(guò)渡帶或生態(tài)交錯(cuò)區(qū)。湖濱濕地在涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、促淤造地、維持生物多樣性、生態(tài)平衡、生態(tài)旅游以及緩解污染等方面均有十分重要的作用。同時(shí)湖濱帶也是受人類干擾最大的區(qū)域，由于長(zhǎng)期以來(lái)人類的劇烈活動(dòng)(如圍湖造田、破壞植被、圍湖養(yǎng)殖、過(guò)度旅游開(kāi)發(fā))，使湖濱帶嚴(yán)重的受退化損，嚴(yán)重的威脅了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康。因此湖濱帶的修復(fù)，對(duì)于湖泊系統(tǒng)的水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)具有著重要的意義。
湖濱濕地的主要形式有前置庫(kù)、河口濕地、沿岸帶濕地系統(tǒng)(生態(tài)駁岸濕地系統(tǒng))等。
前置庫(kù)是利用湖濱帶內(nèi)天然的水塘、水庫(kù)、廢棄?mèng)~塘或礦坑，通過(guò)生態(tài)修復(fù)或工程強(qiáng)化的一種效果好、建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低的工程措施。前置庫(kù)在我國(guó)的滇池、太湖、巢湖等湖泊均有成功的案例，為削減流域內(nèi)的污染物起到了重要的作用。
傳統(tǒng)的前置庫(kù)主要是對(duì)來(lái)水中的SS及污染物進(jìn)行初步的沉淀與凈化，出水自流入湖泊中，凈化效率較低，不能滿足流域污染物削減與總量控制的要求。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展與演化，逐漸形成了多樣式的前置庫(kù)系統(tǒng)，如生態(tài)深度凈化塘、曝氣型前置庫(kù)、多塘組合系統(tǒng)等。
(1)生態(tài)凈化塘
生態(tài)深度凈化塘主要用于低濃度水的深度凈化措施，凈化塘系統(tǒng)主要設(shè)置于入湖前，對(duì)入湖水的水質(zhì)進(jìn)一步凈化。生態(tài)凈化塘主要是將廢棄的魚(yú)塘進(jìn)行改造，重建或回復(fù)生態(tài)凈化系統(tǒng)，構(gòu)建健康塘系統(tǒng)實(shí)物量，大幅提升塘系統(tǒng)的凈化能力及緩沖能力，使其成為入湖前湖泊最有力的屏障。該系統(tǒng)具有凈化效果好，氮磷削減能力強(qiáng)，投資省、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。
(2)曝氣型前置庫(kù)
曝氣型前置庫(kù)主要針對(duì)來(lái)水水質(zhì)有機(jī)物濃度高，氮、磷負(fù)荷大的而設(shè)計(jì)。我國(guó)部分湖泊流域內(nèi)存在大量的生活或工業(yè)污水未經(jīng)處理而直排入湖的情況，短期內(nèi)如果由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等原因限制，不能將污水收集進(jìn)行集中處理，可采取曝氣型前置庫(kù)對(duì)來(lái)水進(jìn)行深度處理。曝氣型前置庫(kù)對(duì)有機(jī)物和氨氮的削減能力強(qiáng)，但其一次性投入叫高，運(yùn)行費(fèi)用較高，比如太陽(yáng)能曝氣機(jī)或風(fēng)光互補(bǔ)的曝氣方式是曝氣型前置庫(kù)的首選。
(3)多塘組合系統(tǒng)
多塘凈化工藝主要利用湖庫(kù)邊的自然或人工塘，對(duì)水體進(jìn)行凈化。多塘系統(tǒng)是利用具有不同生態(tài)功能的穩(wěn)定塘處理來(lái)水，屬于生物處理工藝，其原理與自然水域的自凈機(jī)理相似，利用塘中細(xì)菌、藻類、浮游動(dòng)物、魚(yú)類等形成多條食物鏈，構(gòu)成相互依存、相互制約的復(fù)雜生態(tài)體系。
水中的有機(jī)物通過(guò)微生物的代謝活動(dòng)而被降解，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。其中微生物代謝活動(dòng)所需要的氧由塘表面復(fù)氧以及藻類光合作用復(fù)氧，也可通過(guò)人工曝氣供氧。按塘內(nèi)充氧狀況和微生物優(yōu)勢(shì)群體，將穩(wěn)定塘分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘。由于使用環(huán)境不同多塘系統(tǒng)的組成也有所不同，典型的多塘工藝如下所示：
我國(guó)水生態(tài)領(lǐng)域的市場(chǎng)大幕剛剛拉開(kāi)，湖泊水體生態(tài)修復(fù)的技術(shù)的需求會(huì)越來(lái)越大， 對(duì)湖泊的治理，應(yīng)從生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，在控制外源污染的同時(shí)，應(yīng)注重湖泊生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，做到標(biāo)本兼治。湖泊生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)的核心是食物鏈及食物網(wǎng)，初期階段的關(guān)鍵是控制湖泊的初級(jí)生產(chǎn)力，使其維持在一定的合理水平，后期并輔以科學(xué)的管理維護(hù)。
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