水生態系統構建技術淺議

何新杰

(深圳市水務規劃設計院股份有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著城市化進程的不斷加快，城市迅速擴張和發展，中國地表水質量己經顯著惡化，超過80%的城市河流已經被嚴重污染，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，污染物超出了環境容量，致使水體無法完成自我修復，一般表現為水體顏色發黑、散發刺激性惡臭。黑臭水體嚴重影響了城市水體的使用功能和生態系統的穩定，對區域內居民的生活質量造成不利影響，甚至威脅人體健康，制約生態城市的建設進程[2]。

目前污染水域治理與生態修復可分為物理法、化學法和生態方法3大類。主要技術措施包括底泥疏浚、人工增氧、生態調水、化學除藻、絮凝沉淀、植物凈化等[3]。物理法成本高、工程量大，后續處理復雜，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境。化學方法因存在一定的污染性，凈化效果不持久，一般不予采用。水生態系統建設是一種常見的生態恢復方法。堅持生態理念，充分考慮綠化效果、水質改善和生態效益，以最低的建設成本確保生態效益、景觀效益和社會效益最大化。在水系水質和景觀的提升改造中具有重要的意義[4]。

1 技術原理

1.1 水生態系統理論

在自然界中，完整的水生態系統包括生產者(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)和無機環境(陽光、營養鹽、水、底泥)，整個系統以基本的捕食關系為基礎，從而完成物質的循環和能量的流通。然而由于外來營養鹽大量進入水體造成的環境污染，生產者變成了單一的浮游植物，其他生產者和消費者都開始從系統中消亡，水體開始富營養化或變得黑臭[5]。

1.2 食物鏈及林德曼效率

在水生生態系統中存在著多條食物鏈，這些食物鏈縱橫交錯結成食物鏈網以保證系統物質和能量的流動。微生物將外源有機物質分解成營養鹽，營養鹽被藻類、水草等初級生產者利用，通過增加底棲動物、水生魚類，可以將植食性蛋白進一步轉化成動物性蛋白。如果各營養級之間能夠保持科學的數量關系，建立良好的生態平衡，就能使污水中的有機物得到降解，從而達到凈化水質的目的。

生態系統中，能量從綠色植物開始，沿著捕食食物鏈或營養轉移流動時，每經過一個環節或營養級，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。美國學者林德曼在研究淡水湖泊生態系統的能量流動時發現，在次級生產過程中，后一營養級所獲得的能量大約只有前一營養級能量的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]。

應用生態方式凈化水質時，一定要注重完整水生態系統的構建，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系統則能夠減弱不利因素的影響，從而保證系統的穩定性。

2 施工技術分析

2.1 降水

為給水生植物生長創造良好的環境，需對底泥土壤進行改良，底質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保持低水位，因此在構建水生態系統前，要先進行降水操作。一般降水后水位在10～20cm為宜。

2.2 覆營養土

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

2.3 底質改良

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，底質中還含有大量福壽螺卵及羅非魚卵，會對水生態產生極大的威脅。因此構建水生生態系統時，需采取預處理劑有針對性地進行底質改良，其主要作用：殺滅有害細菌、藻類及其孢子；穩定水體pH值，增加水中鈣質，有利于水生動物的生長；活化底質，疏松土壤，改善土壤透氣性能，為水生植物生長提供養分；清除有害魚類、螺及螺卵等。

預處理劑包括生石灰，用量一般為100～200g·m-2。底質改良預處理工程選擇晴天施工，土壤覆蓋應均勻、不遺漏，確保整個施工區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、放線

根據圖紙要求，以固定的標準點或建筑物、構筑物為依據進行定點放線，通常用竹竿或打木樁作為標記區域，放線位置要準確，標記要明顯。

2.5 分區進水，水生植物種植

水生植物是水生生態系統構建的基礎。營建穩定、多樣性高的水生植物系統是進一步建立相關食物網鏈的前提條件[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定；通過光合作用增加水中的溶氧，凈化水質，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，應調查相似水體水生植物狀況，或調查水體土壤種子庫情況，根據當地氣候條件，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破壞。合理搭配不同品種水生植物，形成多樣性高、系統穩定的水生植物群落，形成水生景觀。水生植物種類和植株的選擇符合質量標準和設計要求，應選擇根、莖發育良好，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。

采取逐步進水分區完成水生植物的種植。根據水生植物的生態習性，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后繼續進行種植水生植物，直至完成所有片區的種植工作。如遇下暴雨致使水位突然升高，則需進行降水處理。應嚴格控制水位，種植水深會增加種植技術難度，水深過淺則會導致植物暴曬死亡。

此外，不同水生植物最佳生長條件不同，研究表明，苦草的適應水深范圍廣，0.5～2.5m均有良好的生長狀態，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轉為1.5m，1.5m水深環境下黑藻的生物量、根、分枝都是最高的。而過高或過低的水深環境都干擾了黑藻的生長，0.5m和2.5m水深環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轉為0.5m。狐尾藻適應水深范圍在1～2.5m，1.5m水深環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境的適應性還是比較強的，尤其在深水環境可通過改變株高和分根數量增強適應性。

一般來說，沉水植物的水覆蓋率不應超過70%。在選擇浮葉植物時，注意創造合適的棲息地，避免水流過快損壞植物或沖走植物。漂浮植物通常可以種植在水深超過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%。在選擇應急植物時，應考慮適宜的生長環境、吸收養分的能力、植物與周圍景觀的搭配、不同植物之間的搭配，形成分散的生態景觀。耐風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 水生動物調控系統構建

水質凈化與提升主要依靠水生植物的凈化功能，但孤立的植物系統并不穩定，在特殊情況下系統可能崩潰，需根據生態學基本原理合理投放水生動物，形成復雜穩定的食物網鏈，構建完整的水生態系統，提高系統的穩定性，減少后期維護成本，恢復水體的自我修復能力。

水生植物生長狀態穩定后，根據設計要求投放相應的底棲動物及魚類。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箱內，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，應輕拿輕放，不損傷個體。

肉食性魚類投放以當地盛產的青魚、黑魚為主，根據林德曼效率(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 微生物調控及后期維護

在水生態系統建立初期，水生態系統構建完成后，或水體出現大量污水進入，藻類泛濫時，需采用微生物措施進行生態調控，維持水生態系統的穩定性。微生物是水生態系統中的分解者，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加以吸收和轉化，成為無毒害或毒害較小的無機營養元素。通過生態循環，把水生植物系統產生的能量通過食物鏈傳遞，其在自然界大量而廣泛的存在，是生態系統的重要組成之一。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鍵性的作用[8]。

在水生態系統構建初期，各營養級之間的物質流和能量流相對比較孤立，系統較為脆弱，可適量投加水質改良和水質調節微生物制劑，促進生態系統向穩定的狀態過渡。通常選用的微生物主要成分為芽孢桿菌及其復合酶制劑，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結構，降解水中有機物和氮、磷等污染物。二者結合使用可有效提高水體透明度，為水生植物的生長創造良好條件，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，針對水生態系統結構和功能進行優化改善以達到合理科學的目的，同時做好水生態工程的后期維護管理工作。通過對水生態系統恢復的定期監測和跟蹤，及時做出正確的應對。后期維護主要包括日常性維護和應急情況維護。

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；常規水質及浮游動植物監測；根據地表水環境質量標準(GB3838-2002)，定期對景觀湖體水質進行檢測，依據水質檢測結果能快速判斷水質變化趨勢，以便采取相應措施保障水質。檢測指標：氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數、葉綠素a；檢測頻率：每月1次。觀察指標性生物是否正常；根據現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，特別是暴雨對系統的影響；水位監測調控及日常水面保潔清理；注意水體是否有放生現象，嚴禁不同類型的水生生物，如金魚、烏龜等大量投放，若發現需及時制止及采取相應措施(捕撈)補救。

3.2 應急情況維護

當水面出現大量斷葉或外來污水大量進入時，采取相應措施，維持生態系統穩定性。

4 結語

水生態系統構建需綜合考慮行洪、綠化、養護等方面的因素，如水體種植水生植物，要根據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，構建較佳的生態景觀，為周邊環境增加光彩。除了水生植物外，還應該構建生態魚礁、生態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，構建鳥類覓食平臺、淺水濕地等結構，適當投放螺、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，構成穩定的食物網，促進水生態系統全面修復。