水生态系统构建技术浅议

何新杰

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

随着城市化进程的不断加快，城市迅速扩张和发展，中国地表水质量己经显著恶化，超过80%的城市河流已经被严重污染，到2018年底，我国已有2000多个污染水体被认定为黑臭水体[1]。黑臭水体的形成主要是由于大量污水、废水排入水体中，污染物超出了环境容量，致使水体无法完成自我修复，一般表现为水体颜色发黑、散发刺激性恶臭。黑臭水体严重影响了城市水体的使用功能和生态系统的稳定，对区域内居民的生活质量造成不利影响，甚至威胁人体健康，制约生态城市的建设进程[2]。

目前污染水域治理与生态修复可分为物理法、化学法和生态方法3大类。主要技术措施包括底泥疏浚、人工增氧、生态调水、化学除藻、絮凝沉淀、植物净化等[3]。物理法成本高、工程量大，后续处理复杂，并且疏挖的沉积物如果没有妥善处理，其中的污染物有可能二次进入环境。化学方法因存在一定的污染性，净化效果不持久，一般不予采用。水生态系统建设是一种常见的生态恢复方法。坚持生态理念，充分考虑绿化效果、水质改善和生态效益，以最低的建设成本确保生态效益、景观效益和社会效益最大化。在水系水质和景观的提升改造中具有重要的意义[4]。

1 技术原理

1.1 水生态系统理论

在自然界中，完整的水生态系统包括生产者(高等水生植物、浮游植物)、消费者(底栖动物、游泳动物、浮游动物)、分解者(细菌、真菌)和无机环境(阳光、营养盐、水、底泥)，整个系统以基本的捕食关系为基础，从而完成物质的循环和能量的流通。然而由于外来营养盐大量进入水体造成的环境污染，生产者变成了单一的浮游植物，其他生产者和消费者都开始从系统中消亡，水体开始富营养化或变得黑臭[5]。

1.2 食物链及林德曼效率

在水生生态系统中存在着多条食物链，这些食物链纵横交错结成食物链网以保证系统物质和能量的流动。微生物将外源有机物质分解成营养盐，营养盐被藻类、水草等初级生产者利用，通过增加底栖动物、水生鱼类，可以将植食性蛋白进一步转化成动物性蛋白。如果各营养级之间能够保持科学的数量关系，建立良好的生态平衡，就能使污水中的有机物得到降解，从而达到净化水质的目的。

生态系统中，能量从绿色植物开始，沿着捕食食物链或营养转移流动时，每经过一个环节或营养级，能量都要大大减少，只有少部分能量留存下来用于生长，形成动物的组织。美国学者林德曼在研究淡水湖泊生态系统的能量流动时发现，在次级生产过程中，后一营养级所获得的能量大约只有前一营养级能量的10%，大约90%的能量损失掉了，这就是著名的“百分之十定律”，即“林德曼效率”[6]。

应用生态方式净化水质时，一定要注重完整水生态系统的构建，单一的水生植物净化体系非常脆弱，受到不利影响时易于崩溃。而同时具有水生植物、水生动物及微生物的生态系统则能够减弱不利因素的影响，从而保证系统的稳定性。

2 施工技术分析

2.1 降水

为给水生植物生长创造良好的环境，需对底泥土壤进行改良，底质改良要求将湖或者河水排干，水生植物种植完成后仍需在一段时间内保持低水位，因此在构建水生态系统前，要先进行降水操作。一般降水后水位在10～20cm为宜。

2.2 覆营养土

对不同底质营养状况需采用不同的底质改良方案。换填营养土的各项肥力指标需满足一般园林种植土要求，针对底质贫瘠，不利于水生植物生长的情况，回填15cm厚园林用营养土。

2.3 底质改良

土壤是病虫害传播的主要媒介，也是病虫繁殖的主要场所。许多病菌、虫卵和害虫都在土壤中生存或越冬。此外，底质中还含有大量福寿螺卵及罗非鱼卵，会对水生态产生极大的威胁。因此构建水生生态系统时，需采取预处理剂有针对性地进行底质改良，其主要作用：杀灭有害细菌、藻类及其孢子；稳定水体pH值，增加水中钙质，有利于水生动物的生长；活化底质，疏松土壤，改善土壤透气性能，为水生植物生长提供养分；清除有害鱼类、螺及螺卵等。

预处理剂包括生石灰，用量一般为100～200g·m-2。底质改良预处理工程选择晴天施工，土壤覆盖应均匀、不遗漏，确保整个施工区域的土壤都进行彻底的处理。施工第2天进行旋耕，旋耕后暴晒7d，避开雨天。

2.4 分区、放线

根据图纸要求，以固定的标准点或建筑物、构筑物为依据进行定点放线，通常用竹竿或打木桩作为标记区域，放线位置要准确，标记要明显。

2.5 分区进水，水生植物种植

水生植物是水生生态系统构建的基础。营建稳定、多样性高的水生植物系统是进一步建立相关食物网链的前提条件[7]。水生植物是指植物体全部位于水层下面营固着生活的大型水生植物，具有以下作用：阻止底泥的再悬浮，抑制藻类生长，从而使水体透明度保持稳定；通过光合作用增加水中的溶氧，净化水质，扩大水生动物的有效生存空间；为矿化分解有机物的微生物群落提供了生境，进一步增强水体自净能力。

在植物的选择上，应调查相似水体水生植物状况，或调查水体土壤种子库情况，根据当地气候条件，选择净水能力强，后期维护简单，兼具一定景观效果的种类。慎重选择使用外来物种，以免因物种入侵造成生态破坏。合理搭配不同品种水生植物，形成多样性高、系统稳定的水生植物群落，形成水生景观。水生植物种类和植株的选择符合质量标准和设计要求，应选择根、茎发育良好，植株健壮，无病虫害的植株。水生植物布置以不肆意蔓延，后期维护简单的品种为主，如刺苦草；另外，布置一些抗逆性较强的品种，如黑藻、穗花狐尾藻。

采取逐步进水分区完成水生植物的种植。根据水生植物的生态习性，初次进水40cm后，开始种植水生植物，并保持该水位5～7d，待植物根部存活后开始下一步进水，水位上升40cm后继续进行种植水生植物，直至完成所有片区的种植工作。如遇下暴雨致使水位突然升高，则需进行降水处理。应严格控制水位，种植水深会增加种植技术难度，水深过浅则会导致植物暴晒死亡。

此外，不同水生植物最佳生长条件不同，研究表明，苦草的适应水深范围广，0.5～2.5m均有良好的生长状态，其中0.5～1m生长速度最快。黑藻最适水深为1～2m，最佳生长水深由生长初期的2m转为1.5m，1.5m水深环境下黑藻的生物量、根、分枝都是最高的。而过高或过低的水深环境都干扰了黑藻的生长，0.5m和2.5m水深环境下黑藻的生长都受到限制。篦齿眼子菜最适水深为0.5～2m，最佳生长水深由生长初期的1.5m转为0.5m。狐尾藻适应水深范围在1～2.5m，1.5m水深环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，说明狐尾藻对深水环境的适应性还是比较强的，尤其在深水环境可通过改变株高和分根数量增强适应性。

一般来说，沉水植物的水覆盖率不应超过70%。在选择浮叶植物时，注意创造合适的栖息地，避免水流过快损坏植物或冲走植物。漂浮植物通常可以种植在水深超过150cm的水中，但不适合种植漂浮叶植物。漂浮叶植物和漂浮植物的覆盖率不得超过30%。在选择应急植物时，应考虑适宜的生长环境、吸收养分的能力、植物与周围景观的搭配、不同植物之间的搭配，形成分散的生态景观。耐风浪性强的植物可以与水生植物的叶脉平行种植。不同植物组合种植比单一种植具有更好的去除污染物和促进生长的效果。

2.6 水生动物调控系统构建

水质净化与提升主要依靠水生植物的净化功能，但孤立的植物系统并不稳定，在特殊情况下系统可能崩溃，需根据生态学基本原理合理投放水生动物，形成复杂稳定的食物网链，构建完整的水生态系统，提高系统的稳定性，减少后期维护成本，恢复水体的自我修复能力。

水生植物生长状态稳定后，根据设计要求投放相应的底栖动物及鱼类。在水生动物挑选时，需挑选健康的个体，不能带入有病及伤残个体；在运输时尽量选择晴好天气，运输过程中需不间断充氧，且运输车箱或池塘集鱼网箱内，需用0.05%的高锰酸钾溶液或者0.5%的淡盐水浸泡15～30min，以杀灭体表有害细菌。在青鱼、黑鱼的投放时，应轻拿轻放，不损伤个体。

肉食性鱼类投放以当地盛产的青鱼、黑鱼为主，根据林德曼效率(百分之十定律)，黑鱼投放量约为水体中罗非鱼、草鱼及其他野杂鱼的1/10，青鱼投放量约为底栖动物的1/10。

2.7 微生物调控及后期维护

在水生态系统建立初期，水生态系统构建完成后，或水体出现大量污水进入，藻类泛滥时，需采用微生物措施进行生态调控，维持水生态系统的稳定性。微生物是水生态系统中的分解者，能将自然界中的动植物的尸体及残骸分解，将一些有害的污染物质加以吸收和转化，成为无毒害或毒害较小的无机营养元素。通过生态循环，把水生植物系统产生的能量通过食物链传递，其在自然界大量而广泛的存在，是生态系统的重要组成之一。因此，微生物被喻为水体中的“清道夫”，对避免由水生生物带来的水体二次污染起着关键性的作用[8]。

在水生态系统构建初期，各营养级之间的物质流和能量流相对比较孤立，系统较为脆弱，可适量投加水质改良和水质调节微生物制剂，促进生态系统向稳定的状态过渡。通常选用的微生物主要成分为芽孢杆菌及其复合酶制剂，用于去除水中的藻类，提高水体透明度，保证水生植物正常生长所需的光照；EM复合菌剂，富含光合细菌、酵母菌、乳酸菌等微生物，主要用于完善水体微生态结构，降解水中有机物和氮、磷等污染物。二者结合使用可有效提高水体透明度，为水生植物的生长创造良好条件，长期保持水体洁净和清亮。

3 后期维护管理

为保证整个工程的顺利实施，针对水生态系统结构和功能进行优化改善以达到合理科学的目的，同时做好水生态工程的后期维护管理工作。通过对水生态系统恢复的定期监测和跟踪，及时做出正确的应对。后期维护主要包括日常性维护和应急情况维护。

3.1 日常性维护

为保证水面清洁，需及时对水体的生活垃圾、枯枝落叶等进行定期清理和打捞；常规水质及浮游动植物监测；根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)，定期对景观湖体水质进行检测，依据水质检测结果能快速判断水质变化趋势，以便采取相应措施保障水质。检测指标：氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a；检测频率：每月1次。观察指标性生物是否正常；根据现场观测的鱼类组成和体重变化情况，定期捕捞鱼类，使得水体营养盐及时高效从水体中去除。

外来污染源排查，特别是暴雨对系统的影响；水位监测调控及日常水面保洁清理；注意水体是否有放生现象，严禁不同类型的水生生物，如金鱼、乌龟等大量投放，若发现需及时制止及采取相应措施(捕捞)补救。

3.2 应急情况维护

当水面出现大量断叶或外来污水大量进入时，采取相应措施，维持生态系统稳定性。

4 结语

水生态系统构建需综合考虑行洪、绿化、养护等方面的因素，如水体种植水生植物，要根据行洪要求以及河道宽度和深度，选择合适的植物种类以及其种植高度和密度；在绿化方面可以通过不同植物的高度、冠幅和种类等因素，构建较佳的生态景观，为周边环境增加光彩。除了水生植物外，还应该构建生态鱼礁、生态浮岛等措施为水体中底栖动物、鱼类、两栖类动物提供适宜的栖息地，构建鸟类觅食平台、浅水湿地等结构，适当投放螺、蚌等水生动物，为鸟类提供觅食、栖息、筑巢的场所和食物来源，构成稳定的食物网，促进水生态系统全面修复。