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摘要
我國大多數湖泊由於長期接受大量的生活汙水，其營養濃度通常很高，即使截汙後，面源汙染仍使其營養鹽濃度維持在較高水平。單純從削減營養鹽角度出發，其代價相當大，更重要的是仍可能達不到預期的效果。因此，對湖泊的治理，應從生態系統整體出發，應用生態學原理，在控制外源汙染的同時，應注重湖泊生態系統的修復，做到標本兼治。湖泊生態系統的修復的核心是食物鏈及食物網，初期階段的關鍵是控制湖泊的初級生產力，使其維持在一定的合理水平，後期應輔以科學的維護管理。
1.前言
生態修復是指對生態系統停止人為幹擾，以減輕環境負荷壓力，依靠生態系統的自我調節能力與自組織能力使其向有序的方向進行演化，或者利用生態系統的自我恢復能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態系統逐步恢復或向良性循環方向發展。生態修復主要指致力於那些在自然突變和人類活動活動影響下受到破壞的自然生態系統的恢復與重建工作。
隨著流域內人類活動的加劇，湖泊的生態系統受損退化、湖泊富營養化嚴重，藍綠藻水華等災害頻發，生態服務功能持續下降，嚴重影響了居民的健康及生存，制約了經濟的發展。湖泊生態系統的破壞的直接原因是人類的活動造成的汙染超過了湖泊的自然承載力，汙染入湖量超過了湖泊的水環境容量，湖泊生態系統遭到嚴重破壞，主要體現在三方面：水量失衡、水化學失衡及水生態失衡。
（1）水量失衡主要與氣候變化、人涉水產業的急劇發展及水資源的不合理利用有關。水量失衡將直接影響到湖泊的面積及容積，進而影響水環境容量及承載能力；
（2）水化學失衡是指N、P等營養物的排入量遠大於湖泊的自淨能力，引起湖泊的地球化學循環失衡。
（3）湖泊水生態系統破壞的體現在富營養化加劇，藍藻水華頻發。富營養化問題的出現在本質上是淡水生態系統物質交換和能量流動平衡失調，是湖泊生態系統結構與功能發生退化和受損，是生態元之間的連結斷裂或弱化。
2015年，由於《水汙染防治行動計劃》（即「水十條」）的頒布，規劃了我國水環境治理的路線圖。「水十條」指明，到2020年，全國水環境質量得到階段性改善，汙染嚴重水體大幅度減少；到2030年，力爭全國水環境質量總體改善，水生態系統功能初步恢復；到本世紀中葉，生態環境質量全面改善，生態系統實現良性循環。
我國在「十五」期間，國家「863」項目在太湖與滇池開展了重汙染水域的生態重建與環保疏浚技術、水源地水質改善與生態修復技術、水網地區湖泊面源汙染控制技術、水體控藻技術與入湖河流汙染綜合整治工程示範研究；同時，開展了「973」計劃項目「湖泊富營養化過程與藍藻水華暴發機理研究」，深入研究長江流域獨特的淺水湖群背景下入湖生源要素受地球表層特徵、氣象因子、生物過程及人類經濟活動等要素的驅動，揭示在流域、湖盆、水生生物三個層次的循環及其失衡機理，研究藍藻水華的生消動力學、水生植被的生態系統功能和穩態轉換作用以及湖泊－流域複合生態系統特徵與管理。在富營養化調查、面源汙染控制、湖濱帶生態修復、水華暴發機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」的理念及湖泊流域汙染治理集成技術體系。
理論上，即使外源汙染能完全截除，但沉積物中營養鹽內負荷的存在與釋放，水中的營養鹽依舊存在。實際上，如降水、地表徑流等外源汙染也不可能徹底截除。
儘管國內外對富營養化的研究通常都應用了利比希「最小因子定律」，尋找藻類生長的限制因子，並據此提出了控制N、P的一系列對策，但應該指出的是，該定律只有在嚴格的穩定狀態下才能應用，而實際上失去了水生高等植物，以藻類為優勢的水生態系統並不穩定，此外各種生態因子之間存在替代作用，即當一個特定因子處於最小狀態時，其它處於高濃度或過量的因子可替代特定因子的不足。
事實上，中國富營養化水體中常見的一些藻類優勢種，如微囊藻、魚腥藻、束絲藻、顫藻、直鏈藻、隱藻等，它們對營養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勢種，當營養鹽濃度較高時優勢種種群的快速擴增、集聚便成為「藻華」；由於物種間無時不發生的競爭關係，在營養鹽較低而其它理化、生物因子的作用有利時，優勢種也能生長繁殖，甚至也形成「藻華」。
我國大多數湖泊由於長期接受大量的生活汙水，其營養濃度通常很高，即使截汙後，面源汙染仍使其營養鹽濃度維持在較高水平。單純從削減營養鹽角度出發，其代價相當大，更重要的是仍可能達不到預期的效果。了解與掌握湖泊水體生態修復技術，對開闢後續的市場、把握髮展方向具有重要意義，下面介紹湖泊生態修復中常用的技術，可為湖泊生態修復工程的設計提供技術參考。
2.湖泊生態修復常見的技術
2.1生物調控技術
生物調控係指通過人為或工程手段，使水體的初級生產力維持在合理的水平範圍內，藻型湖泊初級生產力的主要控制方法包括大型水生植物調控技術、生物操縱技術。草型湖泊初級生產力調控主要包括平衡收割與資源化利用技術。
2.2 大型水生植物調控技術
大型水生植物依其生活型不同可分為浮葉植物、挺水植物、沉水植物及溼生植物。大型水生植物是湖泊生態系統中最主要的生產者，也是將光能轉化為有機能的實現者，是食物鏈能量的最主要來源。大型水生植物能夠顯著的影響水中的溶解氧、pH、無機碳及藻類對N、P的利用率，同時對水生態系統的演替及水生動物群落的穩定都起著重要的作用。利用不同的水生植物，研發出了多種水生植物調控技術，比如以浮葉植物為主的植物濾床技術、以挺水植物為主的浮床、浮島技術及大型沉水植物群落控藻技術。
2.3 植物浮床或浮島調控技術
浮床或浮島由基板、水生植物及錨組成，主要由植物、根際微生物的協同作用吸收轉化水體的營養物質、抑制藻類的生長，如圖1所示。
基板的主要材料包括竹片、塑料花盆、生態磚、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，對於叢生的水生植物因規格不同而異，規格大一些的，密度可適當小一些，反之則密度大一些，常見的範圍一般為6-25株/m。
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2.1g/m·d。蘆葦釋放出的化感物質2-甲基乙醯乙酸乙酯可降低銅綠微囊藻的光合作用速率，促進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。
圖 1：浮床（左）或浮島（右）實景照片
2.4沉水植物調控技術
沉水植物是水體自淨生態系統生物鏈中重要的「生產者」，直接吸收底泥中的氮、磷等營養，利用透入水層的太陽光和水體好氧生化分解有機物過程產生的CO2進行光合作用並向水體復氧，從而促進水體好氧生化自淨作用；同時沉水植物又為水體其他生物提供生存或附著的場所，提高生物多樣性，促進水體自淨。研究表明沉水植物可以通過對營養物質的競爭、改變水體的理化環境，影響藻類對N、P的利用率，可以有效的抑制藻類的生長。
常用的沉水植物主要包括馬來眼子菜、紅線草、狐尾草、金魚藻、苦草、黑藻、微齒眼子菜、菹草等。沉水植物原則上採取植物帶狀分布方式種植，由河（湖）岸向河中心分布；沉水植物主要採取無性繁殖植株種植。金魚藻、狐尾草、苦草、黑藻、馬來眼子菜和微齒眼子菜採取無性繁殖植株移栽方法，菹草則採取播種生殖芽體的方法。在實際應用沉水植物中，有兩點需要特別注意：
（1）必須根據不同植物的生長特點進行合理搭配，使水生植物的覆蓋率始終維持在一較高的水平。因為水體中的大型水生植物和藻類生長於同一生態空間，二者在光照、營養鹽等方面存在著激烈的生態競爭，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爭優勢，從而抑止藻類的生長。
（2）在水生植物群落恢復後，必須應用生態系統穩定化管理技術進行維護管理。水生植物死亡後，其分解腐敗過程將嚴重影響水質，因此必須定期進行收割管理。
2.5生物操縱調控技術
生物操縱調控技術包括經典生物操縱技術與非經典生物操縱技術。
（1）經典的生物操縱技術指通過控制牧食浮遊動物的魚類，來提高浮遊動物的數量，進而控制藻類生物量的方法，即上行效應。浮遊動物只能控制細菌和小型藻類等，可以起到提高水體透明度的作用，而對於絲狀藻和大型藻類如微囊藻的水華，則是無能為力的。
（2）非經典生物操縱認為可用食浮遊生物的魚類直接控制微囊藻水。鏈、鱅魚能濾食10μm至數個毫米的浮遊植物，而枝角類僅能濾食40μm以下的較小浮遊植物與枝角類相比，鰱、鱅魚可有效地攝取形成水華的群體藍藻、有效控制大型藍藻。
2.6 湖濱溼地修復調控技術
湖濱帶是水陸生態交錯帶的一種類型，是健康湖泊生態系統的重要組成部分。狹義的湖濱帶是指護堤外1-2km範圍內淺灘及淺水區域。隨著對湖濱帶的認識的不斷的加深，湖濱帶不僅包括堤外1-2km範圍內的淺灘及淺水區，還包括湖內的敞水區及沿岸帶溼地系統。
湖濱帶的理化環境（光照、氧氣及營養條件），生物種群及數量極為豐富，是湖泊最主要的生產地帶之一。湖濱帶是水生和陸地生態系統間的過渡帶或生態交錯區。湖濱溼地在涵養水源、蓄洪防旱、促淤造地、維持生物多樣性、生態平衡、生態旅遊以及緩解汙染等方面均有十分重要的作用。同時湖濱帶也是受人類幹擾最大的區域，由於長期以來人類的劇烈活動（如圍湖造田、破壞植被、圍湖養殖、過度旅遊開發），使湖濱帶嚴重的受退化損，嚴重的威脅了湖泊生態系統的健康。因此湖濱帶的修復，對於湖泊系統的水質改善和生態恢復具有著重要的意義。
湖濱溼地的主要形式有前置庫、河口溼地、沿岸帶溼地系統（生態駁岸溼地系統）等。
前置庫是利用湖濱帶內天然的水塘、水庫、廢棄魚塘或礦坑，通過生態修復或工程強化的一種效果好、建設運行費用低的工程措施。前置庫在我國的滇池、太湖、巢湖等湖泊均有成功的案例，為削減流域內的汙染物起到了重要的作用。
傳統的前置庫主要是對來水中的SS及汙染物進行初步的沉澱與淨化，出水自流入湖泊中，淨化效率較低，不能滿足流域汙染物削減與總量控制的要求。隨著該技術的不斷發展與演化，逐漸形成了多樣式的前置庫系統，如生態深度淨化塘、曝氣型前置庫、多塘組合系統等。
（1）生態淨化塘
生態深度淨化塘主要用於低濃度水的深度淨化措施，淨化塘系統主要設置於入湖前，對入湖水的水質進一步淨化。生態淨化塘主要是將廢棄的魚塘進行改造，重建或回復生態淨化系統，構建健康塘系統實物量，大幅提升塘系統的淨化能力及緩衝能力，使其成為入湖前湖泊最有力的屏障。該系統具有淨化效果好，氮磷削減能力強，投資省、運行費用低的特點。
（2）曝氣型前置庫
曝氣型前置庫主要針對來水水質有機物濃度高，氮、磷負荷大的而設計。我國部分湖泊流域內存在大量的生活或工業汙水未經處理而直排入湖的情況，短期內如果由於經濟、技術等原因限制，不能將汙水收集進行集中處理，可採取曝氣型前置庫對來水進行深度處理。曝氣型前置庫對有機物和氨氮的削減能力強，但其一次性投入叫高，運行費用較高，比如太陽能曝氣機或風光互補的曝氣方式是曝氣型前置庫的首選。
（3）多塘組合系統
多塘淨化工藝主要利用湖庫邊的自然或人工塘，對水體進行淨化。多塘系統是利用具有不同生態功能的穩定塘處理來水，屬於生物處理工藝，其原理與自然水域的自淨機理相似，利用塘中細菌、藻類、浮遊動物、魚類等形成多條食物鏈，構成相互依存、相互制約的複雜生態體系。
水中的有機物通過微生物的代謝活動而被降解，從而達到淨化水質的目的。其中微生物代謝活動所需要的氧由塘表面復氧以及藻類光合作用復氧，也可通過人工曝氣供氧。按塘內充氧狀況和微生物優勢群體，將穩定塘分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘。由於使用環境不同多塘系統的組成也有所不同，典型的多塘工藝如下所示：
圖4 多塘系統工藝流程簡圖
3.小結
我國水生態領域的市場大幕剛剛拉開，湖泊水體生態修復的技術的需求會越來越大， 對湖泊的治理，應從生態系統整體出發，應用生態學原理，在控制外源汙染的同時，應注重湖泊生態系統的修復，做到標本兼治。湖泊生態系統的修復的核心是食物鏈及食物網，初期階段的關鍵是控制湖泊的初級生產力，使其維持在一定的合理水平，後期並輔以科學的管理維護。
文章來源： 那山那水
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