湖泊水体生态工程原理与应用_石艳玲

化污染增多 % 玉溪关建设以及人口增长等 "7#$ M#*.&) N(+.&%% 等使用 ;A" 和 ;OP 标记观察了 湖泊许多年来来的演变过程 ! 阐述了湖泊富营养化 的 机 理 以 及 可 能 受 ;="%;A" 和 少 量 "P= 影 响 的 可 能 原因 ! 并发现增加的 MQ" %MP" %MN 和 MH 富集是由 ;86; 到 ;86F 年邻近湿地排水进入的营养负荷和悬 浮物引起的 "@#$ 在一些酸性矿区附近的湖泊酸化是湖泊退化的 另一个主要因素 $
收稿日期 *=::8!:A!;8
除了依靠水生态系统本身的自适应 % 自组织 % 自 调节能力恢复破坏的水生态系统外 ! 还可采取人工 方法恢复 ! 这被称为生态修复 $ 这种方法就是充分认 识和利用自然规律 ! 以自然演化为主 ! 通过人工强 化 ! 加速自然演替过程 $ 目前 ! 针对湖泊富营养化的控制技术主要分为 A 大类 * 一是营养盐控制 ! 二是直接除藻 ! 此方法难 以从根本上消除水华现象 $ 三是生物调控和生态恢 复 ! 以浮游动物及鱼类控制浮游植物 ! 以水生高等植 物控制水体营养盐 ! 同时结合环境工程和生态工程 ! 恢复受损生态系统 ! 提高水体自净能力 $ 富营养化湖泊的治理通常采取控制污染源 % 恢 复生态和控制水华及实施流域管理 A 个步骤 $ 其中 恢复水生高等植物是生态恢复与水华控制的主要步 骤 $ 因为水生植物可以遏制沉积物的动力悬浮 ! 同时 可以吸收水体与沉积物中的营养盐 ! 降低营养盐负 荷 ! 遏制水华的发生 $ 在太湖地区 ! 北太湖的梅梁湾 与东太湖的营养盐浓度都比较高 ! 但是前者表现为 蓝藻水华大量发生 ! 水体浑浊 ( 而后者清澈见底 ! 表
$%& 五里湖示范工程
陈开宁等在五里湖建立了生态重建示范工程 # 地点设在五里湖西部南岸水域 # 大型围隔示范工程 区地处风浪冲击带 " 岸线长 ’$( ) " 其中除 #(* ) 的 硬质水泥立岸外 " 水陆交错带由碎石和粗沙组成 # 经过生态重建 " 示范区内的水生植物种类增多 " 多个月份总氮 +",( )- . / & 总磷 +*,*0 )- 1 / " 透明度也 有较大幅度提高 " 逐步实现水体从浮游植物占优势 的浊水态向大型水生植物占优势的清水态转变 ’ 结论一是五里湖生态系统退化 ! 水体严重富营 养化造成的因素较多 ’ 二是水生植物的恢复与重建 要从湖岸带挺水植物与浮叶植物着手 " 随整个湖区 水质改善后逐步建立与发展沉水植物群落 ’ 三是清 除鱼类是初期建立沉水植物群落的关键 ’ 特别是一 些小体型野杂鱼不仅增殖速度快 " 而且主要以浮游 动物为食 " 扰动沉积物再悬浮 "对沉水植物初期生长 有较大破坏性$"$%’ $%" 梅梁湾示范区 针对蓝藻水华浓度高和易于堆积的特点 " 秦伯 强等建立的示范区采用了 234 围隔挡藻 " 围绕牵龙 口水厂取水口组成两道隔离 ’ 除了软围隔挡藻外 " 还 在生态净化区布设了滤食性鱼控藻 ! 贝控藻 ! 机械除 藻和絮凝除藻等其他辅助措施 ’ 在基础环境改善与 综合控藻除藻的基础上 " 强化净化区实施水生植物 恢复与生态系统构建 " 进一步实施水质净化的各种 生物或非生物措施 ’ 沉水植物主要在浅水水域种植 " 深水水域种植了漂浮植物和浮叶植物 ’ 工程建成后 许多水质指标都有好转 " 但就叶绿素 5 而言 " 改善并 不显著 $"6%’ $7$ 骆马湖生态工程 影响骆马湖富营养化的主要因素有京杭大运河 和沂河来水携带的营养物质和水生高等植物的破坏 ’ 骆马湖生态建设的主要内容是建立南水北调骆 马湖水源保护区 ! 骆马湖湖滨生态林业建设和骆马 湖东大堤多功能生态堤岸建设 ’ 示范工程通过建立 自然保护区 ! 建设入湖口人工湿地 ! 发展生态渔业和 生态旅游从而实现了骆马湖周边地区经济的可持续 发展 $"(!"8%’ $76 什刹海生态工程
及植物根系 + 根际微生物的联合作用等 " 将水体中 污染物去除或固定 " 从而实现水体修复 ! 常用于水体 修复的植物包括各种沉水植物 # 挺水植物 # 浮水植物 和湿生植物 " 如凤眼莲 # 芦苇 # 香蒲 # 喜旱莲子草 # 水 芹 # 浮萍 # 菱和菖蒲等等 ’$C(! 植物修复可以和其他方法联合实施 ! 童昌华等 采用水生植物修复和物理措施处理底泥 " 结果表明 " 水生植物能有效抑制底泥中硝态氮和氨态氮的释 放 " 沉水植物狐尾藻比漂浮植物凤眼莲的效果好 ! 水 生植物修复能有效抑制底泥中营养盐的释放 ’$E(! 引清调水是一种利用水利工程改善河湖水环境 的新思路 ! 将引清调水与生物修复相结合 " 能发挥各 自优势 " 弥补其局限性 ! 何用等以汉阳 C 湖为例 " 通 过 D 种主要途径将引清调水与生物修复结合 " 即短 期引清调水与长期生物修复相结合 " 局部生物修复 与大区域调水置换结合 " 水力调度调控与湖泊生物 恢复结合 " 最终达到生态恢复的目的 ’$F(! 低温季节植物修复对环境的要求更严格 ! 童昌 华等利用人工模拟的方法 " 在低温季节用金鱼藻等 F 种植物对养鱼池污水进行净化处理 ! 结果表明 "即 使在冬季或低温条件下 "F 种植物对 G. #G/ 和硝态 氮仍有较好的吸收效果 " 对氨态氮的吸收效果稍差 ! 处理 CH9 I 后能显著提高水体透明度 " 改善水质 " 但 对改善 JKL 和 LK 的效果不理想 ! 另外 " 冬季或低 温使植株或部分组织衰老枯死 " 并不会使水中的营 养盐净化水质的能力 " 胡春华等在太湖引种 耐寒的飘浮物种 " 采取若干防寒措施后 " 水生植物能 青翠越冬并改善水质 ! 水质净化的机理为高等水生 植物及其共生细菌的共同作用 " 使其成为能够抵抗 环境变化的稳定的生态系统 " 从而净化水体 ’$3<$9(! 另外 " 水生植物的死亡会导致水质下降 ! 成小英 等在莫愁湖生态工程围区内 " 将凤眼莲压入水下 " 待 其自然腐烂分解 " 跟踪监测水质变化情况 " 研究凤眼 莲腐烂分解对湖泊水质的影响 ! 结果表明 " 初冬压入 水下的凤眼莲腐烂并对湖泊水体产生污染 " 水质变 化呈抛物线状 ! 由于残体释放量与水体自净力之间 存在此消彼长的关系 " 提高湖泊水体自净能力是降 低冬季水生植物死亡污染水体的关键所在 ’$:(! "#C 动物修复 动物修复是指利用湖泊中的动物如田螺 # 鱼类 等对水体的净化 ! $ $ % 4 ?@M@N-( 在 E 个湖泊中 "用片段取样和平均 取样法测定了水体中浮游动物的数量 " 表明浮游动 物的数量和湖泊营养情况指数 GOP 相关性良好 ’";(! 但
我国是一个多湖泊国家 ! 全国共有湖泊 5 678 个 ! 总 面 积 达 89 :;8 <.=! 占 国 土 面 积 的 :>87? ! 其 中约三分之一为淡水湖泊 ! 主要分布在东部沿海与 长江中下游地区 ! 且绝大多数为浅水湖泊 ";#$ 由于这 些湖泊所处位置经济发达 !人类活动极大地改变了自 然湖泊各要素的循环规律 !这些湖泊中多数已经富营 养化或正在富营养化中 "=#$ 其中鄱阳湖 %洪湖%太湖和 东湖的水质从 =: 世纪 @: 年代到 8: 年代依次下降 $ 湖泊生态系统结构和功能退化 ! 蓝藻水华频繁暴发 ! 水质性缺水日趋严重 !湖泊水环境恶化与富营养化问 题正在严重制约着社会和经济的可持续发展 "A#$ 水生生态系统修复 &BC+&2$- D-*)E)2(. ’()2*,&2$*%! 简称 BD’ ’ 是指通过一系列的保护措施将已经退化 的水生生态系统恢复或修复到使其能够长久保持稳 定的水平 ! 即补救已经退化的水生生态系统 ! 减轻其 影响 ! 使水生生态系统具有更高的生态耐受性 $ 恢复 生态学是研究生态系统退化的原因 % 退化生态恢复 与重建的技术与方法 % 生态学过程与机理的科学 $ 研 究内容主要涉及两个方面 ! 一是对生态系统退化与 恢复的生态学过程 ! 包括各类退化生态系统的成因 和驱动力 % 退化过程 % 特点等 ( 二是通过生态工程技 术对各种退化生态系统恢复与重建模式的试验示范 研究 "F#$
=@@::A #=>日照职业技术学院 水产学院 " 山东 A>江苏省环境监测中心 " 南京 =;::A@ $
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摘要 " 湖泊作为陆地水系 ! 与人类生活用水 " 生态环境密切相关 # 主要介绍富营养化湖泊和酸化湖泊的生 态修复工程技术 $ 污染湖泊修复的生态工程复杂多样 ! 且都是以自然生态为基础的 ! 其中采用物理化学生 物联合修复 ! 以恢复大型植物为标志的方法是主要的 $ 目前 ! 各种生态示范工程都取得了一定成效 ! 但湖 泊水质的完全恢复还有漫长的道路 $ 关键词 " 湖泊 % 生态工程 % 富营养化 % 酸性湖泊 中图分类号 "R7=F 文献标识码 "B 文章编号 ";::OS87:: &=::8 ’:!!::"#!:F
作者简介 * 石艳玲 &;8O:! ’! 女 ! 山东青州人 ! 学士 ! 研究方向 * 水污染处理 $
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第! 期
石艳玲等 ) 湖泊水体生态工程原理与应用
! 环境保护
现为高等水生植物茂盛 ! 通过恢复水生植物 " 可以有 效达到改善水质"控制富营养化发展的目的! 因此恢复 水生植物"净化水质成为湖泊生态修复的核心内容! 一般的湖泊水体富营养修复方法有化学法 # 物 理法和生物修复等 ! "#$ 化学法 一些化学物质可以络合氮磷营养物质从而降低 水体的营养负荷 ! 向湖泊投加化学络合剂可以降低 氮磷营养含量 ! %&’( ) $ *’+,-(’ 等研究了受采矿影响 的富营养化湖泊 " 认为是由于矿区的 . #/ 营养盐 " 限制因素是磷 ! 系统后来趋于贫营养的原因是 / 的 减少和由于 01 %Ⅲ & 氧化还原层的加深使得 %2 转移 建立的贫营养环境 ’3(! 4 $ $ 56’("7 86 指出含铝蒙脱 土是一种环境友好而且经济的材料 " 可以吸附磷 " 从 而降低富营养化 ’9(! "#" 物理法 "#"#$ 底泥疏浚 疏浚底泥可在短期内减少表层底泥的营养盐浓 度 # 减少藻类种群和孢子现存量 " 改善水质 " 但从长 时间来看 " 疏浚底泥不是控制湖泊富营养化的充要 条件 ! 疏浚工程处理不当可能对生态环境产生负面 影响 ’:(! 应考虑采用环保疏浚技术 " 环保疏浚技术要 求疏浚精度高 " 在疏浚过程中采取措施防止二次污 染 " 并对清除的底泥进行安全处置等 ’$;<$$(! 濮培民等研究了玄武湖清淤的效果 "认为即使截 污后比较彻底的清淤 " 对于水质的改善也并不明显 " 透明度仍然只有 "; =>"离控制富营养化相差很远 ! )$ 4$ *#?@1&@A2 等 对 荷 兰 的 酸 化 和 富 营 养 两 种 湖泊的植物修复试验发现 " 仅仅底泥疏浚不能使软 水植物恢复 " 附加的对抗酸性的措施是必要的 ! 只撒 石灰而不疏浚底泥会导致水质再次酸化 ! 底泥疏浚 后在水层撒石灰会使得植物在撒石灰后的几年重 建 " 但是会造成很高的浊度和底泥富营养 ’$"(! "#"#" 物理生态工程 物理生态工程 %/BB. & 技术以 C > 高等水 生植 物 # 宏观仿生学 # 微生物及管理为核心 " 主要技术有 C 个方面 ) 一是能适应多种底质 # 风 浪 # 湖流条件的 软隔离墙过滤技术 * 二是水生生物群落镶嵌技术 * 三 是捕藻技术 * 四是固定化氮循环细菌技术 ! /BB. 已 经在太湖梅梁湾 # 五里湖 # 贵阳红枫湖和南京莫愁湖 等地试验过 ’$D(! "#D 植物修复 水生植物对污染水体有一定的净化能力 " 在污 染水体中种植对污染物吸收能力强且耐性好的植 物 " 应用植物对污染物的吸附 # 吸收 # 富集和降解以