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)

隨著城市化進程的不斷加快，城市迅速擴張和發(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)被嚴重污染，到2018年底，我國已有2000多個污染水體被認定為黑臭水體[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入環(huán)境。化學(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)、消費者(底棲動物、游泳動物、浮游動物)、分解者(細菌、真菌)和無機環(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物得到降解，從而達到凈化水質(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行底質(zhì)改良，其主要作用：殺滅有害細菌、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)域的土壤都進行徹底的處理。施工第2天進行旋耕，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)點或建筑物、構(gòu)筑物為依據(jù)進行定點放線，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)，擴大水生動物的有效生存空間；為礦化分解有機物的微生物群落提供了生境，進一步增強水體自凈能力。

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，后期維護簡單，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，后期維護簡單的品種為主，如刺苦草；另外，布置一些抗逆性較強的品種，如黑藻、穗花狐尾藻。

采取逐步進水分區(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水，水位上升40cm后繼續(xù)進行種植水生植物，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，則需進行降水處理。應(yīng)嚴格控制水位，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)性還是比較強的，尤其在深水環(huán)境可通過改變株高和分根數(shù)量增強適應(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；在運輸時盡量選擇晴好天氣，運輸過程中需不間斷充氧，且運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

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)大量污水進入，藻類泛濫時，需采用微生物措施進行生態(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 后期維護管理

為保證整個工程的順利實施，針對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進行優(yōu)化改善以達到合理科學(xué)的目的，同時做好水生態(tài)工程的后期維護管理工作。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。后期維護主要包括日常性維護和應(yīng)急情況維護。

3.1 日常性維護

為保證水面清潔，需及時對水體的生活垃圾、枯枝落葉等進行定期清理和打撈；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)補救。

3.2 應(yīng)急情況維護

當(dāng)水面出現(xiàn)大量斷葉或外來污水大量進入時，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)，促進水生態(tài)系統(tǒng)全面修復(fù)。