黃享輝 任香

（廣州太和水生態(tài)科技有限公司 廣東廣州市 510375）

“食藻蟲”引導(dǎo)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)在華南地區(qū)的應(yīng)用研究
——以海珠國家濕地公園中心湖水質(zhì)改善為例

黃享輝 任香

（廣州太和水生態(tài)科技有限公司 廣東廣州市 510375）

采用“食藻蟲”引導(dǎo)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)海珠國家濕地中心湖進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。以苦草為主的沉水植物種植四個(gè)月后，水體清澈，主要水質(zhì)指標(biāo)明顯優(yōu)于外部對(duì)照區(qū)。工程結(jié)束一年后，水生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定，中心湖主要營養(yǎng)鹽指標(biāo)顯著改善，依照GB3838-2002標(biāo)準(zhǔn)，修復(fù)后總氮維持在Ⅲ類，氨氮穩(wěn)定在Ⅱ類，總磷和化學(xué)需氧量穩(wěn)定在Ⅰ類，水體清亮，透明度達(dá)到2.0m，實(shí)現(xiàn)了徹底的水質(zhì)改善目標(biāo)。此外，修復(fù)后的水生態(tài)系統(tǒng)能夠在雨季保持較穩(wěn)定的狀態(tài)，并具備抵抗外界干擾的能力，這表明在華南地區(qū)采用該方法對(duì)景觀水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是可行的。

生態(tài)修復(fù)；沉水植物；食藻蟲；水質(zhì)改善；海珠國家濕地

引言

富營養(yǎng)水體的修復(fù)治理已經(jīng)成為當(dāng)今中國面臨的緊迫環(huán)境問題之一。目前，富營養(yǎng)化水體的治理方法包括物理法、物化法、生化法和生態(tài)法[1]。物理法、物化法、生化法在大量實(shí)踐過程中已被證明具有較大局限性。生態(tài)法可以結(jié)合一些工程技術(shù)手段，構(gòu)建結(jié)構(gòu)完整、功能健全的生態(tài)系統(tǒng)，通過較自然的方法實(shí)現(xiàn)長久的水質(zhì)和景觀保障目標(biāo)，逐漸得到人們的青睞。近年來，利用沉水植物修復(fù)富營養(yǎng)化水體以其良好的凈化效果、獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)效益、能耗低、簡(jiǎn)單易行以及有利于重建和恢復(fù)良好的水生生態(tài)系統(tǒng)等特點(diǎn)，正日益受到人們的關(guān)注[2]，是各種水生態(tài)治理方法中的典范。

海珠國家級(jí)濕地公園，位于廣州市海珠區(qū)東南部。隨著廣州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，周邊污染來源增加及補(bǔ)水水質(zhì)較差，建園不久濕地內(nèi)水體富營養(yǎng)化進(jìn)程加劇，導(dǎo)致水體混濁且景觀質(zhì)量欠佳。為了恢復(fù)濕地水體健康的生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)一步提升景觀質(zhì)量，增強(qiáng)濕地的綜合服務(wù)功能和價(jià)值，公園管理處對(duì)中心湖水系進(jìn)行了水生態(tài)修復(fù)工程。該工程采用“食藻蟲”引導(dǎo)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，前期排水后對(duì)湖泊底泥進(jìn)行改良，然后種植苦草（Vallisnerianatans）為主的沉水植物，中期通過投放枝角類浮游動(dòng)物——“食藻蟲“維持水體較高的透明度，促進(jìn)沉水植物的快速生長建群，后期放養(yǎng)各類生態(tài)型水生動(dòng)物，最終建立了穩(wěn)定的草型清水態(tài)湖泊生態(tài)系統(tǒng)。

1 材料和方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置及水文情況

本實(shí)驗(yàn)選取海珠濕地修復(fù)區(qū)中心湖，以及對(duì)照區(qū)——補(bǔ)水閘外河涌?jī)商幉蓸狱c(diǎn)進(jìn)行研究。中心湖總面積為6300m2，平均水深1.0m，水體較封閉，正常情況下不與外河涌水體進(jìn)行交換。本實(shí)驗(yàn)期間，2、3月份生態(tài)修復(fù)初期，補(bǔ)水閘不時(shí)開啟，對(duì)中心湖進(jìn)行回水補(bǔ)充，直至恢復(fù)正常水位。此后，外河涌不再對(duì)中心湖進(jìn)行補(bǔ)水，暴雨期間，中心湖的水體反而通過補(bǔ)水閘排泄到外河涌。

1.2 采樣與測(cè)定方法

2014年2月～2015年8月，對(duì)兩處采樣點(diǎn)進(jìn)行了持續(xù)采樣送檢。每次采樣前二天內(nèi)均為晴到多云天氣，每個(gè)采樣點(diǎn)采取表層0.5m的水樣[3]，采樣當(dāng)天立即送到實(shí)驗(yàn)室按照國標(biāo)方法進(jìn)行水化學(xué)分析[4]。檢測(cè)的水質(zhì)指標(biāo)有總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、總磷（TN）和化學(xué)需氧量（COD）?，F(xiàn)場(chǎng)還用黑白盤測(cè)量并記錄了水體的透明度（SD）。中心湖水草覆蓋率通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、逐月對(duì)比發(fā)現(xiàn)呈明顯的上升趨勢(shì)，至6月中旬已基本覆蓋了90%左右的湖底，并常年保持良好生長狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各相關(guān)指標(biāo)均參照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查研究》[3]和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法第四版》[4]的方法進(jìn)行測(cè)定，分析采用SPSS-18.0中的單因子方差（ANOVA）及Duncan多重比較對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 施工過程概述

2014年2月下旬，水生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施前期，補(bǔ)水閘開啟，對(duì)中心湖進(jìn)行抽水作業(yè)并降低水位，底泥改良后插秧式種植苦草為主的沉水植物群落。2014年3月份，沉水植物的種植后，通過補(bǔ)水閘用外河涌水對(duì)中心湖逐步補(bǔ)水，直至其恢復(fù)正常水位。每次補(bǔ)水后立即向中心湖投放“食藻蟲”，以消除水體的混濁狀態(tài)。3月下旬水體已較清澈，對(duì)中心湖投放了少量肉食性魚類及底棲動(dòng)物，構(gòu)建食物鏈。中心湖水位在3月下旬恢復(fù)正常水位后變動(dòng)很小，補(bǔ)水主要來自降雨。至6月中旬，沉水植物群落逐月穩(wěn)步發(fā)展，覆蓋率明顯提升，水生態(tài)系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定。

2.2 生態(tài)修復(fù)過程中水質(zhì)主要指標(biāo)變化情況

2.2.1 水體透明度的變化

如圖1所示：2月中旬施工前，中心湖與外河涌水體直接相連，二者透明度無差別，僅為0.3m。3月份以后，中心湖透明度明顯上升并保持穩(wěn)定，且顯著高于（p<0.05）外河涌。中心湖透明度的大幅提高與沉水植物群落發(fā)展同步，這表明在沉水植物生長過程中，一方面分泌化感物質(zhì)對(duì)藻類的克生作用[6]，另一方面以沉水植物為主的水下生態(tài)系統(tǒng)的綜合作用促進(jìn)了水體中懸浮物的沉降，這都引起了水體透明度的明顯提高。2014年7月份后，中心湖水域范圍內(nèi)基本清澈見底，水體透明度穩(wěn)定在2.m左右，外河涌水體始終處于混濁狀態(tài)，透明度常年不超過0.8m。

圖1 修復(fù)區(qū)與對(duì)照區(qū)水體透明度變化情況

2.2.2 COD的變化

如圖2所示：除2月份對(duì)照區(qū)和修復(fù)區(qū)的COD濃度接近外，其他月份對(duì)照區(qū)的COD濃度介于地表水V類～劣V類之間，明顯高于中心湖的COD濃度。3月中旬外河涌對(duì)中心湖補(bǔ)水結(jié)束后，沉水植物逐漸成活，隨后月份中心湖COD濃度逐步降低，最終達(dá)到并維持在地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，僅有15mg/L左右。夏哲韜等[5]類似相關(guān)研究表明：“食藻蟲”引導(dǎo)的沉水植物修復(fù)過程過程中，水體的COD的高效去除主要通過以下三方面的作用：①施工過程中，以“食藻蟲”作為先鋒物種，它既食藻、控藻，也食腐屑，從而降低水體中的有機(jī)質(zhì)含量；②沉水植物系統(tǒng)的構(gòu)建，為水中微生物提供大量的附著表面和氧氣，使得通過微生物新陳代謝去除的有機(jī)污染物量增大[5，7]；③COD表征水體受還原性物質(zhì)污染的程度，沉水植物系統(tǒng)構(gòu)建后通過光合作用釋放大量的氧氣，在好氧的條件下，水中的還原性污染物含量減少，從而降低水體的COD濃度。這也表明，構(gòu)建以沉水植物系統(tǒng)為核心的水下生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于水體COD的去除有重要作用。

圖2 修復(fù)區(qū)與對(duì)照區(qū)COD濃度的變化

2.2.3 TN和NH3-N的變化

兩采樣點(diǎn)各月份TN、NH3-N濃度變化情況如圖3～4所示。2月份時(shí)，中心湖水體與外河涌直接相通，未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工程，外河涌水體TN和NH3-N濃度稍高于中心湖。3月中旬種植沉水植物后，外河涌停止對(duì)中心湖進(jìn)行補(bǔ)水，中心湖水體中的TN和NH3-N濃度較外河涌已有明顯下降。此后各月份外河涌水體中TN濃度和NH3-N均顯著高于中心湖，這表明水體生態(tài)修復(fù)后，以沉水植物為主的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)中心湖水體起到了明顯的凈化作用。外河涌總氮和氨氮始終處于劣Ⅴ水平，而中心湖總氮逐步降低并穩(wěn)定在地表Ⅲ類水平，氨氮長期維持在Ⅱ類水平。相關(guān)研究表明，沉水植物為主的生態(tài)系統(tǒng)，在吸附、固定、分解、硝化和反硝化等多個(gè)層面加速了氮元素在水體中的循環(huán)釋放[2，6]，最終顯著降低了TN和NH3-N濃度。

圖3 修復(fù)區(qū)與對(duì)照區(qū)TN濃度的變化

圖4 修復(fù)區(qū)與對(duì)照區(qū)NH3-N濃度的變化

2.2.4 TP濃度的變化

從圖5可以看出，2、3月份工程實(shí)施前期，由于外河涌與中心湖水體直接交換，導(dǎo)致二者總磷濃度相差不大，4月份由于施工從帶來大量水草并投放“食藻蟲”，甚至中心湖總磷濃度比外河涌略高。此后，水下生態(tài)逐步發(fā)育并穩(wěn)定下來，導(dǎo)致中心湖修復(fù)區(qū)水體中TP濃度急劇下降，最后穩(wěn)定在Ⅰ類水平，顯著（p<0.05）低于外河涌對(duì)照區(qū)。

圖5 修復(fù)區(qū)與對(duì)照區(qū)TP濃度的變化

磷被認(rèn)為是造成湖泊水體富營養(yǎng)化的主要限制性元素之一，水體中TP的遷移轉(zhuǎn)化主要通過微生物的同化作用、植物的吸收作用及物理-化學(xué)作用。其中微生物的同化作用所去除的磷，在其死后幾乎全部快速分解釋放，重新進(jìn)入水里，對(duì)TP的去除作用不顯著[8]。因此，沉水植物系統(tǒng)構(gòu)建后，中心湖對(duì)TP的高效去除主要依靠后兩種作用。

3 結(jié)論

（1）采用“食藻蟲”引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)海珠濕地中心湖進(jìn)行治理后，水體清澈，透明度高，水體景觀質(zhì)量顯著提升，表明該方法適合用于華南地區(qū)景觀水體的修復(fù)治理；

（2）水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)后，中心湖水體的總氮、氨氮、總磷和化學(xué)需氧量濃度明顯下降，依照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，分別達(dá)到并保持在Ⅲ類、Ⅱ類、Ⅰ類水、Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)改善的目標(biāo)；

（3）實(shí)踐表明，修復(fù)后以沉水植物為主的水生態(tài)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，在雨季也保持了較穩(wěn)定狀態(tài)。

[1]鄒 平，江霜英，高廷耀.城市景觀水的處理方法[J].中國給水排水，2003，19（2）：24～25.

[2]國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（4版）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[3]金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范（2版）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990：317.

[4]夏哲韜，史惠祥，李遙.食藻蟲引導(dǎo)的沉水植被修復(fù)景觀水體的應(yīng)用研究[J].中國給水排水，2011，27（17）：26～30.

[5]孫作登，宋祥甫，付子軾，等.不同沉水植物對(duì)水質(zhì)凈化效能的研究[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，28（2）：30～35.

[6]胡希茹.人工濕地基質(zhì)中氮、磷元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制[J].黑龍江科技信息，2012（09）：59.

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A

1004-7344（2016）08-0327-02

2016-2-15

黃享輝（1987-），男，助工，碩士，主要從事水生態(tài)修復(fù)技術(shù)工程實(shí)踐工作。