胡勝華，劉漢民，馮 智，萬(wàn)貝海，吳中奎

（武漢航發(fā)瑞華生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 438400）

湖泊富營(yíng)養(yǎng)化可導(dǎo)致藻類水華、水生植被衰退、魚類死亡等一系列不良后果,最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化甚至崩潰,是水生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一。除此之外，水生態(tài)系統(tǒng)還面臨鹽堿化、水域面積減少等問(wèn)題[1]。

生態(tài)圍隔是生態(tài)工程學(xué)中常用的一種人工設(shè)計(jì)組成的實(shí)驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)。這種方法的目的是建立一個(gè)復(fù)雜的模型生態(tài)系統(tǒng)，能模擬自然環(huán)境下的生態(tài)系統(tǒng)并達(dá)到一定的精確度[2]。模型需包括設(shè)計(jì)污染物結(jié)構(gòu)、一些機(jī)械和電子部件。圍隔模型最重要的特征是生態(tài)系統(tǒng)的自組織特征的管理，能達(dá)到某種預(yù)設(shè)目標(biāo)，即一定的物種組成或生化機(jī)能。常見的圍隔生態(tài)系是用人工方法把自然海水或湖水圍起來(lái)的相對(duì)封閉的生態(tài)系統(tǒng)，水體積介于1～1 000 m3，與周圍水體沒(méi)有交換[3-4]。生態(tài)圍隔能對(duì)水體進(jìn)行分隔，降低風(fēng)浪。研究表明，風(fēng)力產(chǎn)生的波浪作用于沉積于湖泊底部的沉積物，是沉積物中的污染物在水的攪動(dòng)下融入水體中，特別是磷的釋放，進(jìn)而增加水體污染負(fù)荷，水懸浮物含量高，透明度降低，懸浮物容易在植物表面黏附、使水生植物光合作用減弱，湖泊生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞[5]。此外，生態(tài)圍隔能減少水體交換，增加水體停留時(shí)間，利于水生態(tài)修復(fù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 采樣點(diǎn)選定

在東湖示范區(qū)北部建立生態(tài)修復(fù)區(qū)，圍隔大小26 210 m2，試驗(yàn)開始前，圍隔區(qū)域內(nèi)沒(méi)有大型水生植被生長(zhǎng)，在圍隔內(nèi)外設(shè)置A、B、C、D、E 共5 個(gè)采樣點(diǎn)，其中A、B、C 為圍隔內(nèi)部采樣點(diǎn)，D、E 為圍隔外部采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)具體位置見圖1。

圖1 采樣點(diǎn)位分布圖

1.2 研究方法

采用不透水圍隔及沉水植物對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)。

1）不透水圍隔和圍網(wǎng)均可以一定程度上減少草食性魚類對(duì)沉水植物的牧食，減弱底棲型魚類造成的底泥再懸浮現(xiàn)象。

2）不透水圍隔的實(shí)施，還可明顯削減風(fēng)動(dòng)能，減少對(duì)沉水植物的造成的機(jī)械性損傷，減少種苗漂浮，增加成活率。圍網(wǎng)對(duì)改善透明度和抵御風(fēng)浪能力較弱。

3）不透水圍隔可以有效減少各區(qū)域水體及圍隔外水體的交換，減弱水流的沖擊作用，從而使得圍隔區(qū)域內(nèi)水體的波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，部分懸浮物可以逐漸沉淀下來(lái)，從而提高水體的透明度。透水圍網(wǎng)區(qū)域水體交換頻繁，水體透明度和外圍水域區(qū)別不大，且在圍網(wǎng)條件下，D 區(qū)植物覆蓋度和生物量均較低。

4）不透水圍隔可以營(yíng)造合適植物生長(zhǎng)的環(huán)境。

于2020 年5 月至2020 年8 月，對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄透明度和pH，在實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)的指標(biāo)有總氮、總磷、COD、BOD5、氨氮?？偟捎脡A性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法，總磷采用鉬酸銨風(fēng)光光度法，COD 采用重鉻酸鉀法測(cè)定，BOD5采用稀釋與接種法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體透明度

湖水透明度是指湖水能使光線透過(guò)的程度，表示水的清澈情況，是水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。C 區(qū)外部圍隔于5 月完成，形成封閉區(qū)域。由圖2 可知，形成封閉區(qū)域的C 區(qū)域內(nèi)部水體的透明度明顯改善，最高可達(dá)到2m，隨后逐步穩(wěn)定在1.3m左右。5 月24 日—7 月11 日，A 區(qū)、B 區(qū)為半封閉狀態(tài)，無(wú)風(fēng)浪天氣下，透明度達(dá)到0.7～0.9 m，提高了0.1～0.3 m，透明度顯著高于圍隔外部區(qū)域，但顯著低于封閉的C 區(qū)域。7 月12 日之后，A區(qū)、B 區(qū)封閉，透明度逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，透明度達(dá)到1 m 左右。圍隔外部區(qū)域透明度受外部環(huán)境影響較大，初期在0.6 cm 左右，并顯著低于圍隔內(nèi)部區(qū)域，后期圍隔外部透明度由一定程度的下降。

圖2 各區(qū)透明度變化情況

2.2 水質(zhì)狀況分析

由圖3-1 可以得知，隨著時(shí)間的變化，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的BOD5值略有起伏，在水體修復(fù)期間，圍隔內(nèi)的BOD5值始終低于圍隔外BOD5值，圍隔內(nèi)BOD5值較初期下降了9%。表明生態(tài)圍隔及沉水植物的種植對(duì)水體凈化有一定的作用。

圖3 圍隔內(nèi)外水體水質(zhì)指標(biāo)變化

生態(tài)圍隔建立初期，圍隔內(nèi)外水體中的COD 值均為18 mg/L，通過(guò)圍隔措施及圍隔內(nèi)部相關(guān)沉水植物的凈化作用，2020 年8 月，東湖水體污染較為嚴(yán)重的情況下，圍隔內(nèi)部的COD 值依然低于圍隔外部水體。

由圖3-3 對(duì)比圍隔內(nèi)外氨氮濃度可知，采取圍隔措施的水體的氨氮濃度，始終低于圍隔外部氨氮質(zhì)量濃度，并在7 月份，圍隔外氨氮質(zhì)量濃度是圍隔內(nèi)部氨氮質(zhì)量濃度的2.6 倍，這表明采取圍隔措施和沉水植物對(duì)降低水體中氨氮質(zhì)量濃度有一定的效果。

圍隔及沉水植物建立過(guò)程中，研究區(qū)內(nèi)水體的總磷質(zhì)量濃度呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，初期圍隔內(nèi)外的總磷質(zhì)量濃度分別為0.055 mg/L 和0.045 mg/L，圍隔內(nèi)部總磷質(zhì)量濃度高于圍隔外部總磷濃度1.2 倍，截至2020 年8 月，圍隔內(nèi)部水體總磷質(zhì)量濃度下降至0.033 mg/L，低于圍隔外部總磷質(zhì)量濃度0.035 mg/L，總磷質(zhì)量濃度較初期下降了40%。表明生態(tài)圍隔及沉水植物措施對(duì)水體中總磷污染去除效果較好。

2020 年5 月份，建立生態(tài)圍隔修復(fù)初期，圍隔內(nèi)部的總氮質(zhì)量濃度為0.59 mg/L，圍隔外部總氮質(zhì)量濃度為0.51 mg/L，圍隔外部總氮質(zhì)量濃度高于圍隔內(nèi)部濃度。圍隔內(nèi)部經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉水植物修復(fù)后，氨氮濃度較明顯低于外部。

示范區(qū)內(nèi)初期葉綠素a 質(zhì)量濃度較高，圍隔外部的葉綠素質(zhì)量濃度為127 μg/L，經(jīng)過(guò)圍隔措施處理后圍隔內(nèi)部的葉綠素質(zhì)量濃度為18 μg/L，葉綠素濃度降低了7 倍，表明圍隔措施有良好的擋藻效果。

3 結(jié)果與討論

近年來(lái)，生物操控的湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)措施愈來(lái)愈多。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究表明，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的水體單純以營(yíng)養(yǎng)鹽控制難以取得較好的效果，因此大量研究開始將物理工程與生物操控相結(jié)合的方案，并取得一系列較好的成果。如太湖試驗(yàn)水體修復(fù)后，水體透明度提升1.2 倍，各項(xiàng)水質(zhì)狀況良好，太湖水質(zhì)有了極大的改善[6]。滇池采用大型圍隔研究湖泊水體由藻型濁水態(tài)向草型清水態(tài)的轉(zhuǎn)換[7]。

總體來(lái)說(shuō)，生態(tài)圍隔作為一種物理生態(tài)措施，其介質(zhì)本身具有通過(guò)富集周叢生物和形成生物膜凈化水質(zhì)的作用。圍隔不僅能起到隔離擋藻的目的，還能削減水面風(fēng)浪，降低底泥懸浮，提高水體透明度。此次武漢市東湖水體修復(fù)工程對(duì)東湖水質(zhì)有了極大的改善和提升，可為其他大型湖泊水體的修復(fù)提供參考。