水生态系统构建的初步研究

水生态系统构建的初步研究

孙丹

（身份证号码：320381199001153544）

摘要：随着人类文明的进步和社会的发展，水环境也在高度发展的时代中遭到了破坏，越来越多的水污染问题此起彼伏。党和国家对生态文明建设的要求坚定了我们走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，让我们树立“在保护中发展，在发展中保护”的生态文明建设理念[1]。近年来，国家加大了对水环境保护的政策力度，确保在发展的同时，减少对原有水环境的破坏，构建健康的水生态系统，维持水体的生态平衡，营造优良水环境，打造美丽水景观，优化区域环境，绘制人水和谐的生态环境画面。以下，主要从几个方面浅谈水生态系统构建的初步想法，希望对后续水利工程中水生态系统构建提供些许的帮助。

关键词：水质状况；水生态系统构建；生态平衡；管理养护

前言：十九大报告明确指出，我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化，要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要[2]。但水环境的破坏，对生态环境产生了非常大的影响。随着国家对水环境力度的加强，水生态保护也得到了越来越高的重视。水质状况作为水域生态系统的重要指标，受上游来水、排入水体、气候、植被、人类活动等多种因素的影响，是由多种自然、人为因素相互作用与影响的结果。明晰水体水质状况是评价水环境质量、分析污染源和改善河道水环境的前提。

1．水生态系统的定义

20世纪50年代，E.P.奥德姆等人系统的发展了生态系统原理，创立了以生态系统为研究单元的生态系统生态学。60年代以来，由于人类活动的影响，水污染日益加剧，水和水生生物资源遭到严重破坏，引起了人们对水生态系统的重视[3]。

水生态系统在相关文献中都有专门的定义，它是一个动态平衡的系统，主要是由水生生物组成，与水相互牵制、相互成就，完成能量和物质循环的一个过程，可分为淡水生态系统和海水生态系统。按照现代生物学概念，水生态系统均有生物群落与非生物环境两部分组成。

水生态系统对外来的作用力有一定的承受能力，如作用力太大，则会失去平衡，系统即遭到破坏。如一些来自污水和农业径流等的养分（特别是磷），其过量输入已使很多“健康的”寡营养湖泊（低养分，有很大大型藻类但植物盛产力低，水体清澈）转变成了富营养湖泊，在这些富营养湖泊中，养分的高输入导致了浮游植物的高生产力（形成水华的有毒物种有时会占据优势），使水体变浑浊，而最糟糕的是，会导致厌氧条件的出现及鱼类的死亡[4]。

2．明晰水质状况是构建水生态系统构建的前提和基础

水质状况需要通过水质分析得出，水质分析包含水的物理、化学和微生物学性质分析。其中分析化学为最常见的水质状况分析方法，分为定型分析和定量分析。定性分析是应用化学反应，将待测的元素或离子转变为具有特殊性质的新化合物；定量分析主要是应用化学反映中物质不灭定律和当量定律来测定试样中各组分的含量。

通过以上方法，从而为后续构建水生态系统提供前提条件和基础数据支撑。

3．污染源及成因分析

明确项目水体所在区域周边是否有居民区、厂房或农田等，项目区水体是否为开放水体，若是，则受相交河道来水水质影响较大，同时面源雨水、城市地表径流、雨水泵站放江、零星生活污水、生活垃圾、淤泥内源污染及偶然性污染等都可能是污染源的重要来源。

4．水生态系统构建

传统的水处理技术，就是通过物理的、化学的，生物的手段，去除水中一些污染物的过程。最早的水处理技术主要应用于自来水，后面逐渐发展，应用于污水处理，中水回用等。

随着科技水平的发展，人类对周围环境的重视，针对一些与人类生活密切相关的河道流域或者湖泊水体作为治理目标，传统的水处理工艺不能解决这些水体污染的问题，逐渐形成水生态技术理论。

通过前期及后期的水环境分析诊断技术，在河道原位耦合多种水质净化技术，逐步实现河道生态系统由简单到复杂，由低级到高，由脆弱到稳定的转变，从而提高河道的自净能力，实现水质的逐步提升。水生态系统构建的总体规划路线包含三方面：外源控制、内源消减、水生态构建，从而达到水体自身的生态平衡。

4.1．外源控制

外源控制指的是点源污染输入控制，面源径流总量控制，即相关部门对河道周边生活污水等点源污染进行截流，对周边面源污染进行控制，降低进入河流水体氮磷等营养盐含量、有机物含量及总固体悬浮物含量等，并采取措施对上下游及支流进行拦截式过滤。

4.2．内源消减

内源消减指的是河道底泥清理（污染严重区段实施），即对可能存在底泥污染严重的部分河流区段采取底泥生态疏浚措施，进行底泥消毒活化处理，加快底泥污染物的去除，从而改善河道自身的基底条件，为后续水生态系统构建提供了良好的基础。

底泥通常是由腐殖质、有机质、病原体、有害细菌、矿物质等组成，有的底泥中还富集有重金属等有害物质。底泥色黑、味臭，是病原体，有害菌的滋生场所，是氮、磷、有机质等富营养化物质向水体扩散的源头。底泥改良主要是通过固磷、锁氮、封盖腐殖质和有机质、杀灭病原体等措施减少底泥对水体污染，从而消除和减少內源污染。然后通过微生物技术，接种有益菌，对底泥进行活化，使底泥能更好的适应水生植物的生长，从而快速形成水下生态系统。

4.3水生态系统构建

水生态系统构建指的是在完成外源及内源污染控制后在河道采取原位生态修复措施，恢复河流自身水生态系统结构，构建具有较强的河道自我维持及稳定的自然水生态系统，恢复自然生境状态。

要恢复原有的水生态系统平衡，可视水质状况选用相应的水生态措施。

4.3.1生态软围格栅

水体在封闭状态下进行水生态系统构建的情况为最佳，因此采用生态软围格栅将水体进行人工隔断，如果河道太长会放置好几个，生态软围格栅不会影响水的流通，但是会形成一个相对封闭的水体，对工程实施单位内的水体生态系统有一个保护作用，而且软围格栅还可以作为微生物的载体，能有效的起到改善水质的作用。并且软围格栅等到水体稳定之后，也可视现场情况予以拆除或者保留。

生态软围格栅一般用于河道水体生态环境治理项目，可有效的保护局部范围类生态系统的稳定，对目前很多黑臭黑道项目水质改善能起到奇效。

4.3.2生态基净化措施

单株体微生物附着基由于具有很大的表面积，在生物膜的一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区，最终促进河道污染物的降解及转化。

生态基悬挂在水中，作为微生物繁殖和生长的载体，好氧、兼氧微生物和厌氧微生物根据对溶解氧的适应性，自上而下的附着在生态基上，保障微生物的多样性，从而高效、广泛的分解水中有机物、降解氮磷等污染成份。

4.3.3雨水管排污口点源式污染处理装置

浮动式点源处理装置利用曝气和污水处理的生物膜技术与水生植物结合。点源污染处理装置主要是利用介质挂膜、曝气增氧、水利循环的方法为微生物提供最佳的生长繁殖环境，利用微生物来降解水体中的污染物。因此，浮动式点源处理装置实际上是一个系列处理过程，这个过程使得处理效率提高了几十甚至上百倍。

4.3.4生态浮床工程

生态浮床主要适应于水面较开阔河道，且河道为非通航河道，在浮床上种植如水生鸢尾、菖蒲、千屈菜、再力花、水生美人蕉、常绿鸢尾等挺水植物，不仅景观效果好，同时具有耐污、抗污和较强的净化能力。

4.3.5曝气增氧措施

曝气增氧措施主要是为了水体内增加溶氧，其中河道微孔曝气增氧或涌泉曝气增氧措施能使水体增氧，溶氧分布均匀，增氧区域范围广，充足的溶氧可加速水体底层沉积的底泥、水体中的其它污染物等有机质的分解，恢复水体自身净化功能，通过曝气增氧，河道水体局部小范围内有一定的水交换，可有效避免高温天气的水体富营养化，大面积蓝绿藻爆发的现象发生。

微孔曝气是河道从底部增氧，溶氧均衡，增氧范围广。涌泉水泵一方面为水体复氧，形成局部微流，辅助系统净化；另一方面提升良好的景观效果，营造水体灵动、美轮美奂的人为景观，使之与水下景观相为呼应，成为项目区另一道别致的风景线。

4.3.6沉水植物为主体的水下生态修复措施

沉水植物是水生态系统构建中重要的参与者，河道范围内水深0.5～1.5米水域选取种植以四季常绿矮生苦草、黑藻、金鱼藻、伊乐藻为主的沉水植物，自然土坡及水深≤0.5米水域选取以睡莲、再力花、梭鱼草、黄菖蒲为主的挺水植物，为水生植物提供栖息隐蔽场所，并通过光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气，增加水中溶解氧，为水生植物提供有效的生存空间，其繁殖的幼芽也可为水生动物摄食，恢复生态链。

根据苦草叶片、苦草种群的更新能力和施工的可操作性、水底光照度等，且不影响河道疏浚的情况下，按照水域面积的覆盖率种植，确保最终沉水植物的成活率保证在85%以上。水生植物根据轮疏周期，进行同步养护。

布置的沉水植物、挺水植物和浮水植物，既能净化水质又能修复生态，恢复水环境，增强水景观。

同时投放一定比例的鱼虾贝螺，投放的品种根据本土的品种投放，一般可按照投放量与治理水体面积1:50的比例投放，比如鲢鳙鱼（规格40～60尾/kg）、环棱螺（规格10～20/个）、河蚌（规格200～300g/个）等。

在沉水植物、挺水植物和水生动物的共同作用下，逐渐让水体形成一个良好的自我修复的生态系统，达到构建健康的水环境的需要。

4.3.7微生物混合系统分解氮磷措施

水中的微生物包括细菌、真菌、病毒和放线菌等，分属于上列不同的类群。这类生物数量多，分布广，繁殖快，在水生态系统的物质循环中起着很重要的作用。各种生物在水中分布是长期适应和自然选择的结果[5]。

微生物混合系统包含有微生物载体、微生物激活剂、基础营养盐和微生物。微生物混合系统中的微生物有：光合细菌、氨氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。可对水体中有机物、磷、硫和含氮物质进行分解。通过微生物可以控制和降解水中的氨氮。

通过微生物的引导，可以产生硝化反应和反硝化反应，降解水里的氨氮。

4.3.8生态优化调试工程

优化调整工程工作内容包括：改变水生态系统结构和通过人为设计与自然设计有效结合，实现营养盐-浮游生物-沉水植物-大型底栖动物-杂食性鱼类-肉食性鱼类等群落的优化调控，使水生态系统结构合理、健康，充分发挥作用，稳定、长效运行。综上所述，生态工程优化调整工作是生态系统后续稳定、长效运行的重要基础。

参考文献：

[1]李晓江.生态文明下的城镇化发展模式研究[J].小城镇建设,2014（12）:14-15.doi:10.3969/j.issn.1002-8439.2014.12.001.

[2]习近平.决胜全面建成小康社会 夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利—在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告[R/OL].（2017-10-27）.[2017-12-28].http://www.xinhuanet.com/2017-10/27/c_1121867529.htm.

[3]《中国水利百科全书》编辑委员会.中国水利百科全书．中国水利水电出版社，2006年:1244.

[4]Michael Begon Colin R.Townsend John L.Harper 著,生态学—从个体到生态系统（第四版），李博，张大勇，王德华，主译.高等教育出版社.

[5] Odum EP. Fundamentals of ecology. W.B. Saunders Co. , 1971.作者简介：孙丹（1990年），女，汉族，江苏省徐州市，大学本科，中级工程师，研究方向：水利