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        淺談食藻蟲在泰康浜水生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用

        2019-10-30 07:55:12
        水資源開發(fā)與管理 2019年10期
        關(guān)鍵詞:沉水植物芙蓉底泥

        (無錫市城市防洪工程管理處,江蘇 無錫 214031)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,在長(zhǎng)三角等人口密度高的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),環(huán)境承載壓力也日益加重?!笆濉币詠?,無錫市委市政府認(rèn)真貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想,統(tǒng)籌抓好污染防治、環(huán)境保護(hù)、綠色發(fā)展各項(xiàng)工作,特別是在水生態(tài)文明建設(shè)方面,不斷加大科技治水力量,“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”在濱湖區(qū)多條河道生態(tài)修復(fù)中被采用,并取得良好效果。

        1 項(xiàng)目概況

        泰康浜位于無錫市濱湖區(qū)梁溪河畔的蠡溪苑景區(qū)內(nèi),“泰康浜水生態(tài)修復(fù)工程”共分為兩期實(shí)施,一期對(duì)泰康浜(為斷頭城市排澇內(nèi)河,位于芙蓉池東側(cè),北起泰康苑,南至梁溪河,北側(cè)斷頭,南北流向匯入梁溪河,平均水深2m,全長(zhǎng)170m,面積約2200m2,正常情況下從梁溪河補(bǔ)水,汛期向梁溪河排水)實(shí)施;二期對(duì)芙蓉池(為半封閉景區(qū)景觀湖泊,位于蠡溪西苑正中心,水深約1~2m,總水域面積約8880m2,東西水域分別與泰康浜和永康浜以軟圍隔相連,存在少量水體交換)實(shí)施。項(xiàng)目平面位置見圖1。

        圖1 泰康浜-芙蓉池平面位置示意圖

        整治前兩處水體主要存在如下問題:

        a.水體流動(dòng)性差。兩處水體為斷頭浜或半封閉景觀湖泊,整體流動(dòng)性較差,水體自凈能力較弱,且富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重,水體透明度低。

        b.水質(zhì)不穩(wěn)定。兩處水體水質(zhì)時(shí)好時(shí)壞,不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),受下游引水源頭梁溪河的影響,NH3-N、TP等時(shí)有超標(biāo)。

        c.水體景觀效果差。兩處水體河畔空間較好,但水體總體渾濁,透明度較低,部分挺水植物生長(zhǎng)過密,影響整體視覺效果。

        d.水體內(nèi)沉水植物缺失,生物多樣性差,生態(tài)系統(tǒng)不完整,導(dǎo)致水體生態(tài)失衡。

        2 技術(shù)原理

        “食藻蟲”由一種大型枝角類浮游動(dòng)物——大型蚤(Daphniamagna)馴化而來,其本身是魚類喜食的一種“魚蟲”,經(jīng)過吃藍(lán)綠藻習(xí)性馴化、提純和復(fù)壯后,具有野外生存能力強(qiáng)、體型大、抗藻類毒素能力強(qiáng)等特點(diǎn)。食藻蟲以水中藻類、有機(jī)顆粒等為食,每天可吞噬數(shù)十倍于自身體積的藻類,并能有效消化所攝食的水體中藻類(藍(lán)藻、銅藻、綠藻、微囊藻等),使水中藻類大幅降低,失去種群優(yōu)勢(shì)。因此廣泛應(yīng)用于引導(dǎo)富營(yíng)養(yǎng)化水體的水生態(tài)修復(fù)技術(shù)中。

        食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)步驟原理如下:

        a.食藻蟲攝食消化水體中的藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物,同時(shí)產(chǎn)生弱酸性的排泄物,進(jìn)一步抑制水體中藻類的生長(zhǎng)[1]。

        b.水體中藻類和懸浮物減少消失后水體透明度增加,光照可進(jìn)入水底,促進(jìn)水體底部沉水植物的生長(zhǎng),沉水植物與食藻蟲可形成良好的共生關(guān)系[2]。

        c.沉水植物不但能吸收水體中大量的氮、磷,減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況,還能促進(jìn)氮的硝化-反硝化反應(yīng),逐漸成片長(zhǎng)滿水底后,可防止底泥的再懸浮,提高水體生態(tài)自凈能力。

        d.水生植被恢復(fù)后,有益微生物向底泥擴(kuò)散,促進(jìn)底泥氧化還原電位升高,形成有利于水生昆蟲和底棲生物生長(zhǎng)的環(huán)境[3]。在水生植物共生作用下,底泥中的氮、磷等有機(jī)物將被封存,生態(tài)鏈逐步恢復(fù)自凈功能。

        e.再逐步向水體中引入高級(jí)水生動(dòng)物(螺、貝、魚、蝦類等),通過它們將食藻蟲和部分水生植物慢慢攝食,利用食物鏈轉(zhuǎn)移水體中的氮和磷,從源頭徹底減少造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì),維持水質(zhì)長(zhǎng)久穩(wěn)定。

        技術(shù)原理見圖2。

        圖2 食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理

        3 實(shí)施方案

        3.1 技術(shù)路線

        2017年5月至2018年4月,分兩期先后對(duì)泰康浜和芙蓉池運(yùn)用“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”進(jìn)行生態(tài)修復(fù),工藝技術(shù)路線如下:

        a.施工前期基礎(chǔ)調(diào)查:施工前對(duì)項(xiàng)目水體的水文、水質(zhì)、污染源等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研,找出水體污染的主要原因,因地制宜合理安排控源截污方案,在水體內(nèi)源、外源污染全面控制到位的基礎(chǔ)上,開始制定水體生態(tài)修復(fù)方案。

        b.對(duì)底泥進(jìn)行活化處理:采用微生物制劑活化改良底泥微生態(tài)系統(tǒng),為水生植物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好條件。

        c.食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建:

        修復(fù)沉水植物生態(tài):底泥完成活化、生態(tài)修復(fù)后,種植沉水植物,利用植物的光合作用提高水中DO含量,為后續(xù)水生動(dòng)物的投放打好基礎(chǔ)。

        投放食藻蟲:完成沉水植物種植后,立即投放食藻蟲,通過食藻蟲大量攝食水中藻類、有機(jī)懸浮物等,短時(shí)間內(nèi)迅速提高水體透明度,增加水體透光度,創(chuàng)造有利沉水植物快速生長(zhǎng)的條件,防止藻類在沉水植物還未茂盛生長(zhǎng)時(shí)大量繁殖。

        構(gòu)建底棲動(dòng)物群落:大型底棲動(dòng)物是維系水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分,也是影響水生態(tài)系統(tǒng)健康與功能的重要水生生物。不但能提高前期生態(tài)修復(fù)的凈水效果,而且能促進(jìn)修復(fù)后的水生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

        構(gòu)建食物網(wǎng):魚類的調(diào)控是水生態(tài)修復(fù)成敗的關(guān)鍵之一,因此,為了有效控制野生雜魚對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響,必須構(gòu)建健康的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu),同時(shí)兼顧景觀效果,投放部分肉食性魚,以達(dá)到促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定的目的。

        d.后期生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)管理:修復(fù)水體的生態(tài)系統(tǒng)基本平衡穩(wěn)定后,還需加強(qiáng)維護(hù)與管理,主要包括日常清潔、相關(guān)設(shè)備維護(hù)、調(diào)節(jié)食物鏈、優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)等。

        3.2 施工過程

        施工前先做好現(xiàn)場(chǎng)勘察、水電接入、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)等施工準(zhǔn)備工作。集中施工期在清塘干河后主要進(jìn)行曝氣裝置安裝(泰康浜安裝羅茨風(fēng)機(jī)并鋪設(shè)曝氣管道;芙蓉池安裝涌浪機(jī)和浮水泵)、生態(tài)溢流壩搭建(芙蓉池西南角與西北角)、底泥活化等工作;隨后少量放水進(jìn)行沉水植物種植,并投放食藻蟲,逐步增高水位后進(jìn)行浮葉植物種植。主體施工期完成后進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)調(diào)試期,根據(jù)水質(zhì)情況投放水生動(dòng)物,并監(jiān)測(cè)水生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)。施工流程見圖3。

        圖3 施工流程

        3.2.1 前期工程

        在水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)前,對(duì)水體水深、土著水生植物等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,清除水面枯枝落葉、碎屑漂浮物等垃圾,并對(duì)水體內(nèi)魚類進(jìn)行清理,為生態(tài)治理的可控性提供條件。

        3.2.2 曝氣增氧工程

        曝氣增氧是水體修復(fù)中增加水中溶解氧非常重要的一環(huán),也是微生物生存、繁殖的基本條件。使水體中含有足夠的溶解氧,能提高水體氧化還原電位,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù),同時(shí)涌浪機(jī)和浮水泵還能有效提升水體景觀效果。考慮泰康浜為狹長(zhǎng)斷頭浜的實(shí)際情況,安裝功率為3kW的羅茨風(fēng)機(jī)一臺(tái),并鋪設(shè)長(zhǎng)度170m的曝氣管道,確保整個(gè)水體均能有較充分的曝氣增氧效果;芙蓉池為類似方形的景觀水體,選擇安裝功率為1.5kW的涌浪機(jī)和浮水泵各2臺(tái),可兼顧水體復(fù)氧需求與工程景觀需要。

        3.2.3 生態(tài)溢流壩構(gòu)建

        為減少外圍水域的漂浮雜物和植株殘枝對(duì)施工水域的影響,阻擋外圍水體中食草性魚類對(duì)被修復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞,防止系統(tǒng)內(nèi)的食藻蟲流失或被外來物種蠶食,防止系統(tǒng)內(nèi)大型水生動(dòng)物的外竄流失,必須對(duì)被修復(fù)水體與外圍水域連接處采取相應(yīng)措施,營(yíng)造相對(duì)封閉的環(huán)境。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,本次修復(fù)方案在芙蓉池與永康浜、梁溪河連接處分別設(shè)置生態(tài)溢流壩(位置見圖1)。壩上布置挺水植物,兩側(cè)為生態(tài)浮島,降低外圍水域?qū)?xiàng)目水體的水力沖擊,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍水域流入污染物的初步削減,提高項(xiàng)目水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(壩體結(jié)構(gòu)見圖4)。

        圖4 生態(tài)溢流壩結(jié)構(gòu)圖

        3.2.4 底泥活化改良

        根據(jù)底泥現(xiàn)狀及沉水植物所需環(huán)境特點(diǎn),對(duì)底泥進(jìn)行活化處理,其目的是改善底質(zhì)酸堿度,建立有益微生物群落。用于底泥活化的微生物制劑包括以下三類:?A類微生物系統(tǒng)——光合細(xì)菌;?B類微生物系統(tǒng)——氨氧化細(xì)菌及硝化細(xì)菌;?C類微生物系統(tǒng)——反硝化細(xì)菌。泰康浜投放132L(含ABC類),芙蓉池投放444L(含ABC類)。投放前先排干原有河水露出底泥,根據(jù)實(shí)際情況,如底泥淤積不嚴(yán)重,且厚度較為均衡,地勢(shì)平坦,可選擇直接投放至底泥內(nèi)(如泰康浜);如底泥厚度不均衡,且有較多雜質(zhì)(石塊、垃圾等),需先清除雜質(zhì),再利用小型挖機(jī)下挖30~50cm底泥,和原有上層淤泥攪拌、混合后再投放(如芙蓉池)。投放完后即可進(jìn)行沉水植物的種植,并逐步恢復(fù)原有水位。事后如遇暴雨、持續(xù)陰天以及突發(fā)污染事件時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)投(可直接投入水中)。

        3.2.5 沉水植物群落的構(gòu)建

        沉水植物不但對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的綜合凈化效果最佳,而且是實(shí)現(xiàn)水體從濁水態(tài)到清水態(tài)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵物種,從而構(gòu)建優(yōu)美的“水下森林”景觀。沉水植物的選擇,應(yīng)遵循以下原則:四季常綠,耐低溫、耐鹽、耐高溫、耐弱光;凈化效果好,尤其對(duì)氮、磷等污染物有較高的凈化率;景觀效果好,充分考慮水下空間、層次,實(shí)現(xiàn)水下沉水植物景觀化;生態(tài)安全,以廣布種和本土種品種為主,防止外來物種入侵;便于管理,減少維護(hù)工作量。結(jié)合以上原則和工程實(shí)際情況,在泰康浜配置四季常綠矮型苦草1675m2,改良刺苦草500m2;在芙蓉池配置四季常綠矮型苦草7992m2。當(dāng)干河后,底泥完成生物制劑投放,即可種植沉水植物,完成后逐步恢復(fù)原有水位(1周左右)。

        3.2.6 透明度提升

        主要依靠投放經(jīng)過改良、馴化的食藻蟲。食藻蟲可攝食藍(lán)綠藻、懸浮物以及有害細(xì)菌,從而提高水體透明度,為沉水植物進(jìn)行光合作用創(chuàng)造良好條件,其排泄物能促進(jìn)沉水植物快速成長(zhǎng),提高生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建效率。食藻蟲投放主要分3個(gè)階段:

        a.施工初期:當(dāng)?shù)啄嗤瓿晌⑸镌换罨了参锓N植后,投加食藻蟲(約占投放總量的2/3),加速水體凈化,增強(qiáng)水體透光度,為沉水植物快速生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。

        b.施工中期:在沉水植物穩(wěn)定生長(zhǎng)后,水生動(dòng)物投放前,繼續(xù)投加食藻蟲(約占投放總量的1/3),維持水體透明度,為水生生物提供食物來源。

        c.維護(hù)期:如遇暴雨等極端天氣或者污染物突然排放等情況,補(bǔ)投食藻蟲,加速水體凈化,維護(hù)水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

        泰康浜共投放食藻蟲66L,芙蓉池共投放食藻蟲2664L,遇暴雨、持續(xù)陰天以及突發(fā)污染事件時(shí)補(bǔ)投。

        3.2.7 食物鏈完善

        大型底棲生物在水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與流動(dòng)中具有特殊的地位和作用[4]。如螺類、貝類、蝦類等,通過攝食底泥中各類有機(jī)質(zhì)及腐敗的水生植物殘?bào)w,大幅度降低底泥中有機(jī)質(zhì)含量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放。此外,大型螺類可通過釋放某些具有絮凝作用的物質(zhì),降低水中懸浮物的含量,并吸附氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽。因此,在沉水植物系統(tǒng)構(gòu)建完成后,構(gòu)建合理的水生動(dòng)物群落和健康的食物鏈?zhǔn)鞘直匾?。通過在泰康浜投放環(huán)棱螺3kg,青蝦3kg,黑魚5尾;芙蓉池投放環(huán)棱螺20kg,青蝦15kg,黑魚30尾,完善食物鏈,從而控制浮游植物的生物量,提高水體透明度,促進(jìn)清水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

        3.2.8 景觀提升工程

        為提升整體水域觀賞性,在部分區(qū)域種植睡蓮。睡蓮具有強(qiáng)大的根系,扎根于底泥之中吸收水中的各類有機(jī)物,對(duì)凈化水體中的氮、磷有明顯作用。此外,睡蓮花期很長(zhǎng),花朵美麗優(yōu)雅,可與沉水植物群共同構(gòu)建“水下碧草波動(dòng),水上蓮花開放”的迷你景觀。泰康浜共設(shè)置25m2的睡蓮點(diǎn)綴景觀;芙蓉池共設(shè)置45m2的睡蓮點(diǎn)綴景觀,另投放錦鯉25尾。

        3.2.9 后期維護(hù)

        通過前期的集中施工,水生態(tài)系統(tǒng)已基本建立,為確保水生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定,后期必須進(jìn)行維護(hù)工作,主要包括水生植物維護(hù)、水生動(dòng)物維護(hù)和水質(zhì)檢測(cè)等。

        a.水生植物維護(hù):及時(shí)清理植物殘?bào)w,清撈殘梗敗葉,避免沉積水底形成新的污染;沉水植物長(zhǎng)出水面影響景觀時(shí),進(jìn)行人工打撈或機(jī)割,及時(shí)清除;對(duì)于成活率不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水生植物進(jìn)行補(bǔ)種;臺(tái)風(fēng)、大風(fēng)、暴雨天氣后2~3天,檢查沉水植物的布置情況。

        b.水生動(dòng)物維護(hù):主要包括捕撈和放養(yǎng)工作。對(duì)總量過多、單一物種優(yōu)勢(shì)過于明顯、雌雄比失調(diào)等現(xiàn)象,視具體情況加以調(diào)控,確保生物鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[5]。

        c.水質(zhì)檢測(cè):對(duì)施工期和運(yùn)行期水環(huán)境和生物環(huán)境進(jìn)行跟蹤檢測(cè),并建立相應(yīng)的長(zhǎng)期跟蹤、檢測(cè)、預(yù)警和保障體系。檢測(cè)將以第三方檢測(cè)報(bào)告結(jié)論為準(zhǔn)。

        4 治理效果

        選取2017年5—12月、2018年5—12月泰康浜-芙蓉池的DO、CODMn、NH3-N、TP共4項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(監(jiān)測(cè)單位:濱湖區(qū)環(huán)保局),按月進(jìn)行對(duì)比分析。見圖5~圖8。

        圖5 2017—2018年DO值對(duì)比

        圖6 2017—2018年CODMn值對(duì)比

        圖7 2017—2018年NH3-N值對(duì)比

        圖8 2017—2018年TP值對(duì)比

        通過數(shù)據(jù)分析可見,4項(xiàng)水質(zhì)數(shù)據(jù)治理前后對(duì)比都是顯著改善的。DO最大提高430%(10月),CODMn最大減少38%(9月),NH3-N最大減少88%(10月),TP最大減少79%(7月)。10月數(shù)據(jù)相對(duì)最好,可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)氣溫已不是很高,有利于水體復(fù)氧;同時(shí)光照充足,水生植物光合作用良好,并且與其是生長(zhǎng)旺盛期有關(guān)。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果來說,生態(tài)修復(fù)后水體透明度明顯增加,水底水草清晰可見,水中錦鯉追逐嬉戲,水面睡蓮隨風(fēng)搖曳,池中浮水泵形成“人工噴泉”。泰康浜生態(tài)修復(fù)工程被濱湖區(qū)評(píng)為“樣板河道”,取得了良好的社會(huì)效益。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        從本文案例可知,“食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”對(duì)于類似的封閉、半封閉水體生態(tài)修復(fù)具有很好的效果。并且具有以下優(yōu)點(diǎn):

        a.環(huán)境安全:修復(fù)全過程不使用化學(xué)藥劑,如殺藻劑、殺草劑和絮凝劑等,生態(tài)友好。

        b.環(huán)境健康:項(xiàng)目完成后,水體周邊環(huán)境生態(tài)水平將得到進(jìn)一步提升,形成層次分明、水陸交相輝映的水景觀。

        c.費(fèi)用低:施工不需要配套建筑物、堤岸、土方開挖、管網(wǎng)、濕地、征地拆遷等,維護(hù)不需要使用化學(xué)藥物,總投資成本大為降低。

        d.無生物副作用:沉水植物采用的是經(jīng)改良的苦草和刺苦草,都是本土植物,不存在生物入侵風(fēng)險(xiǎn)。食藻蟲也是本土生物,是最低級(jí)的初級(jí)消費(fèi)者,處于食物鏈的底層,任何雜食性和肉食性的動(dòng)物都可以以它作為基礎(chǔ)餌料,因此,食藻蟲很容易被消滅,不存在任何生物安全問題。

        e.見效快:食藻蟲作為低等生物,世代周期短,繁殖快,并且喜食藻類、有機(jī)顆粒和懸浮物,所以能在短時(shí)間內(nèi)提高水體透明度。本文項(xiàng)目在投放食藻蟲約2周后,即可見水體透明度明顯提高。

        f.水生態(tài)系統(tǒng)能長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定:通過采用“食藻蟲+沉水植物+水生動(dòng)物”為主體的全生物解決方案,形成完整食物鏈,水生動(dòng)植物取代藻類成為水體主導(dǎo)種類,最終恢復(fù)水體自凈能力,使水生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定。

        對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的推廣與應(yīng)用,要注意以下幾點(diǎn):

        a.目前只適用于封閉、半封閉水體。流動(dòng)水體中食藻蟲會(huì)被水流沖走,沉水植物也不容易穩(wěn)定生長(zhǎng),嚴(yán)重影響修復(fù)效果。

        b.保持水體的透光度,使水底沉水植物獲得良好的光合作用是此項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。因此要營(yíng)造相對(duì)平緩的水流,不能發(fā)生大范圍河底沖刷(如本文采用了生態(tài)溢流壩)。在汛期排澇入水口處考慮設(shè)置沉沙池、生態(tài)過濾體等,阻止大流量的雨水直接入流,僅接受周邊綠化帶地表徑流。

        c.后期維護(hù)工作要跟上。除定期巡查、打撈水面漂浮物和垃圾外,還要對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)跟蹤監(jiān)測(cè),及時(shí)補(bǔ)種稀疏處的沉水植物,過密處則要適當(dāng)移除,防止植物生長(zhǎng)過密,葉片互相遮擋,影響彼此光合作用。

        食藻蟲控藻引導(dǎo)水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)相比傳統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù),具有環(huán)境友好、見效快、費(fèi)用低、易維護(hù)、景觀美等優(yōu)點(diǎn),特別適合應(yīng)用于溫暖地區(qū)的封閉、半封閉水體。在無錫泰康浜生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)踐中,取得了良好成效,并擴(kuò)大應(yīng)用于濱湖區(qū)其他7處水體修復(fù)中。此項(xiàng)技術(shù)可供其他地區(qū)類似水體生態(tài)修復(fù)時(shí)參考。

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