1、LOW CARBON WORLD 2023/6水生态构建技术在南方湖泊的应用研究以广州市流花湖为例黄正联(广州市流花湖公园,广东 广州 510010)【摘要】为探究水生态构建技术对城市景观湖泊的治理效果,以广州市流花湖为研究对象,对流花湖治理前后水质、水生态环境及景观的变化进行分析。通过治理外源污染、改善底泥、构建沉水植物群落以及调控水生动物等措施,流花湖水质得到净化,总氮、总磷、氨氮、化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数均显著降低,水质由类地表水环境质量标准改善为类及以上,生态环境明显改善,沉水植物覆盖度达到85%以上,鱼、螺类密度增长68倍,大量鸟类聚集栖息。同时,流花湖的成功治理也显著提
2、升了公园景观效果。【关键词】景观湖泊;水生态构建;水质【中图分类号】X524【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2023)06-0001-030引言湖泊是全球水循环和碳循环中的重要组成部分,不仅能为人类提供丰富的资源,还能实现蓄洪、供水、调节气候以及维持生态系统平衡。城市中的公园湖泊具有较好的景观效果,是居民游玩休憩的良好场所。但随着城市化和工业化进程的快速推进,公园湖泊遭受了严重污染,水体生态环境不断退化,存在泥沙淤积、重金属化、富营养化以及湿地退化等多种问题,其中富营养化问题尤为严重。富营养化湖泊的水质恶劣,其氮、磷等营养物质的浓度远高于正常水体,导致蓝藻暴发,水生植物、鱼类大
3、量死亡,而这些死亡的水生生物腐烂后则再次污染湖泊水体。湖泊底泥作为污染物的蓄积库,长期处于厌氧条件,生成硫化氢、硫化亚铁等大量黑臭物质,并转移至水体和空气中,极大地破坏了公园水体的景观,降低了游客的感官体验。富营养化湖泊水体的治理技术分为物理技术、化学技术以及生物技术。物理技术包括底泥疏浚、引水稀释、机械除藻等措施,可快速取得治理成效,但无法长期维持治理成果,且需要耗费大量资金和人力。化学技术即向水体中投加特定的化学药剂以去除污染物或抑制藻类生长等,治理成效明显,但大量或长期使用化学药剂有二次污染的风险。生物技术是当前的研究热点,其中,以水生植物重建和生物操纵为基本理论的水生态构建技术得到了广
4、泛应用。水生植物可有效转化污染物,降低湖泊水体中的污染物含量并显著改善底质环境,同时增强湖泊水体抗污染冲击负荷的能力。投放鱼、虾、螺等不同种类和不同生态位的水生动物有利于构建完整的食物链,而依靠食物链可逐级移除水体中的污染物。与其他治理技术相比,水生态构建技术遵循了自然生态规律,有利于构建良好的水生态系统,且无须人工干预即可自我运行,能显著提高湖泊水体的自净能力,具有可持续、稳定、零能耗等特点。1项目概况流花湖位于广州市越秀区,是广州市第二大浅水人工湖泊,于 1958 年建成,分为 3 个湖区,湖区之间以桥洞相连,总面积约为 3.3105m2。流花湖位于海洋性亚热带季风气候区,夏季较长而冬季较
5、短,湿润多雨,且降水集中在 49 月。流花湖公园先后建成了多个具有不同风格的景区,具有游览、休憩、景观等功能。同时流花湖位于珠江口泛滥平原区,并与珠江广州段相通,能为广州市城区调节蓄洪。流花湖位于广州市中心,受人类活动影响较大,随着人口的迅速增加和工业的快速发展,大量污染物进入流花湖水体。20 世纪 80 年代末,流花湖已处于富营养化状态。相关研究显示,流花湖水体叶绿素含量最高时约为 150 g/L,总氮和总磷含量达到类水标准,水华现象频发。湖泊底泥长期处于厌氧状态,生成大量黑臭物质并弥散至空气中,严重影响景区的景观效果,且易滋生蚊虫,对人类健康构成威胁。流花湖内众多生物出现死亡,水生植物及鱼
6、类品种单一,水体生态系统极为脆弱。2水生态构建措施2019 年 2 月,流花湖水体生态修复项目启动。该项目通过控制外源污染、改善底泥、种植沉水植物、投放鱼类及底栖动物等措施重建健康的水生态系统,实现水清岸绿、鱼翔浅底、水草丰美的治理效果。2.1外源污染治理外源污染是导致流花湖污染的主要因素,各类污染物质通过地表径流以及排污口进入流花湖水体。因此,流花湖水体生态修复的前提是控制外源污染。一方面,检查流花湖湖区周边排污口,对排污口进行改节能环保1DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.001LOW CARBON WORLD 2023/6造后接入市政管网。雨污混流口实施分流改
7、造,对于较难改造的雨污混流口,在排口末端进行截留并实施强化净化措施。另一方面,面源污染是污染物从非特定地点在降水等的作用下通过径流进入水体的,相较于点源污染,面源污染具有随机性、广泛性和隐蔽性,所以治理较为困难。本项目通过构建生态滤床对面源污染进行控制,在湖岸种植草本、灌木、乔木以及挺水植物,并填充卵石、砂石等物质,以建立立体净化系统,通过吸附、沉降等作用减小外源污染。2.2底泥改善底泥是众多污染物的蓄积库,是湖区内源污染的源头。流花湖湖底存在大量淤泥,呈黑色并伴有恶臭,且堆积了大量生活垃圾和建筑垃圾。对流花湖底泥进行清理后晾晒,以降低底泥的含水率,提高氧化还原电位,去除黑臭物质。晾晒一段时间
8、后向底泥施撒一定量的生石灰,以灭杀底泥中的有害病菌以进一步降低底泥中的污染物含量,使底泥达到沉水植物的种植条件。2.3沉水植物种植种植沉水植物是水生态构建技术中的主要措施,不仅可有效去除水体中的污染物质,也有助于提升水生态环境质量。本项目选择了苦草Vallisnerianatans(Lour.)Hara、黑藻Hydrilla verticillata(L.f.)Royle、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)以及篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus L.),这 4 种植物耐污能力强、存活率高且去除污染物的效果好。其中,苦草的种植密度为 708
9、0 株/m2,黑藻的种植密度为7090 株/m2,狐尾藻的种植密度为 5070 株/m2,篦齿眼子菜的种植密度为 90100 株/m2。2.4鱼类、底栖动物投放流花湖原养殖了大量草食性鱼类,对刚栽植的沉水植物破坏性较大,所以在项目初期对其进行了捕捞,以控制数量。当流花湖的草食性鱼类数量得以控制后,再选择投放不同食性的鱼类品种,包括鳜鱼(Siniperca chuatsi)、草鱼(Ctenopharyngodon idella)、乌鳢(Channa argus)、鲶鱼(Silurus asotus)、青鱼(Mylopharyngodon piceus)、鲤鱼(Cyprinus carpio)、鲫
10、鱼(Carassius auratus)等,投放密度为 1015 g/m3。投放的底栖动物包括铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、无齿蚌(Anodonta)等,投放密度为 510 g/m3。通过投放不同品种和食性的鱼类、底栖动物,可提高流花湖水体物种的丰富度,延长食物链,有利于形成稳定的生态系统。同时,投放鱼类在一定程度上可以抑制水华的发生,投放底栖动物也可促进水体中营养盐的去除。3水生态修复效果3.1水质净化自流花湖水体生态修复项目启动以来,流花湖水体污染物浓度呈显著降低趋势。流花湖水体总磷、总氮含量变化如图 1 所示。治理前流花湖水体总磷含量在 0.08 mg/L 以上,
11、2021 年 1 月后则保持在检出限以下。治理前流花湖水体总氮含量在 1.80 mg/L左右,2021 年 5 月降至 0.34 mg/L,降幅达 81.11%左右,达到 地表水环境质量标准(GB 38382002)中的类地表水环境质量标准。流花湖水体氨氮含量、化学需氧量变化如图 2 所示。流花湖水体氨氮含量由 0.84 mg/L 降至 0.08 mg/L,降幅高达 90.48%,达到类地表水环境质量标准。流花湖水体化学需氧量在项目实施后迅速降低,截至 2021 年 5 月,降至16.0 mg/L,达到类地表水环境质量标准。流花湖水体高锰酸盐指数、生化需氧量变化如图 3 所示。流花湖水体高锰酸
12、盐指数在治理前达到 8.0 mg/L 以上,治理后,随着时间的推移,最终达到类地表水环境质量标准。治理前流花湖水体生化需氧量在 7.2 mg/L左右,2021 年 5 月降低至 4.26 mg/L,达到类地表水环境质量标准。流花湖水质净化的主要原因在于沉水植物群落的构建。童昌华等1的研究表明,金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)、狐尾藻、马来眼子菜(Potamogeton wrightii Morong)、苦草等沉水植物能显著提高水体透明度,并降解水体中的污染物。徐志嫱等2长期监测西安某一景观水体的结果显示,沉水植物生长区域的氨氮、总氮浓度明显低于没有沉水植物的区域。沉
13、水植物通过根、茎、叶片吸收底泥和水体中的营养盐,除维持自身生长外,多余部分则储存于组织内,并通过人工收割去除。沉水植物还可通过根部改善底质环境,促进微生物生长繁殖,从而去除污染物质。金树权等3的研究表明,轮叶黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草、金鱼藻、穗状狐尾藻(Myriophyllumspicatum L.)和微齿眼子菜(Potamogeton maackianusA.Bennett)的氮磷直接吸收贡献率明显低于其通过改善生境而产生的增效作用贡献率。3.2水生态环境改善流花湖水体生态修复项目启动以后,流花湖水生态环境明显改善,蓝藻暴发等问题基本得到解决。治理前水体颜色发绿
14、,部分区域的水体呈黑色,透明图1流花湖水体总磷、总氮含量变化0.000.020.040.060.080.100.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002019 年 2 月2019 年 5 月2019 年 8 月2019 年 11 月2021 年 1 月2021 年 5 月检出限总磷/(mg L-1)总氮/(mg L-1)总磷总氮节能环保2LOW CARBON WORLD 2023/6度仅为 3037 cm。治理后水体透明度显著提升,比治理前提高了 4 倍以上,部分区域的水体清澈见底。湖泊底泥治理效果较好,黑臭物质基本消除,底泥及上覆水呈好氧状态。流花湖内生
15、物多样性更加丰富,沉水植物长势较好,其数量、密度显著增加,覆盖度达到85%以上,沿岸的挺水植物生长茂密、排列整齐。流花湖水质的改善,也促进了水生动物的生长繁殖,投放的各品种鱼类、螺类大量繁殖,密度增加了 68 倍。水生动物的生长繁殖也有助于进一步提升水环境质量。潘辉等4通过原位围隔试验研究鱼类对湖体水质和沉水植物的影响,结果显示水体透明度从 0.6 m 提升至 1.5 m,沉水植物覆盖度达到 90%。温超男5的研究表明,放养肉食性鱼类对藻类有良好的控制效果。Li 等6在长江中游湖泊开展鳜放流调控效应研究,监测结果表明调控后水体总氮和总磷含量有所降低。通过种植水生植物、投放水生动物以及控制内源和
16、外源污染,流花湖形成了稳定、多功能的水生态系统,水体自净能力明显提升。水生态环境的改善也为各种鸟类提供了良好的栖息地和丰富的食物来源。据相关调查显示,与治理前相比,夜鹭(Nycticoraxnycticorax)、八哥(Acridotheres cristatellus)、珠颈斑鸠(Spilopelia chinensis)、山斑鸠(Streptopelia orientalis)等留鸟类数量明显增加,一些候鸟的出现频次也有所增加。3.3景观提升首先,流花湖治理前水体透明度低、颜色异样,水面也常有油膜并聚集其他漂浮物,雨季蓄洪时通常会散发恶臭,严重影响游客的感官体验。而通过水生态修复,流花湖不
17、仅水体清澈透明,水面也不再出现油膜,水面杂物漂浮聚集的现象得到明显改善,空气中也不再出现恶臭。其次,流花湖中的沉水植物生长旺盛,鱼虾畅游其间,显著提升了观赏性与娱乐性。最后,水生态环境质量的提升为野生鸟类提供了理想的生活环境,可吸引野生鸟类到此安家,从而增添了赏景观鸟的趣味。4结语广州市流花湖水体存在典型的富营养化问题,水体透明度低、营养盐浓度高、长期处于类地表水环境质量标准。水体和底泥存在黑臭现象,大量水生生物死亡,生态系统退化严重,极大地影响了游客的感官体验。2019 年 2 月启动流花湖水体生态修复项目,通过实施外源污染治理、底泥改善、沉水植物群落构建以及水生动物调控等措施,流花湖水质得
18、到明显提升,达到类及以上地表水环境质量标准。流花湖的水生态环境也明显改善,沉水植物覆盖度达到 85%以上,鱼类、螺类等水生生物大量繁殖,同时吸引了大量野生鸟类聚集栖息。公园的景观效果也得到极大的提升,为当地居民和游客提供了良好的休憩和娱乐场所。广州市流花湖公园通过水生态构建技术,在不影响湖泊雨季蓄洪功能的前提下,大幅改善了湖泊生态环境,在保证水安全的同时又满足了游客的感官体验,为南方地区公园景观湖泊生态治理提供了新的研究思路。参考文献1 童昌华,杨肖娥,濮培民.低温季节水生植物对污染水体的净化效果研究J.水土保持学报,2003(2):159-162.2 徐志嫱,刘维,赵洁,等.沉水植物对再生水
19、景观水体水质变化的影响和净化效果J.水土保持学报,2012,26(2):214-219.3 金树权,周金波,包薇红,等.5 种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较J.环境科学,2017,38(1):156-161.4 潘辉,关保华,钱新,等.贡湖生态修复区鱼类群落结构调控对水质及沉水植物恢复的影响J.安徽农业科学,2022,50(15):70-74,94.5 温超男.鱼类生物操纵对水质影响的巢湖围隔试验D.合肥:安徽农业大学,2020.6LI W,HICKS B J,LIN M L,et al.Impacts of hatcheryreared mandarin fish Siniperca
20、 chuatsi stocking on wild fishcommunity and water quality in a shallow Yangtze lakeJ.Scientific reports,2018,8(1):11481.作者简介:黄正联(1981),男,汉族,广东信宜人,本科,高级工程师,研究方向为公园园林景观营造与水生态应用。图2流花湖水体氨氮含量、化学需氧量变化0.00.20.40.60.81.010.015.020.025.030.035.040.0氨氮/(mg L-1)化学需氧量/(mg L-1)2019 年 2 月2019 年 5 月2019 年 8 月2019 年 11 月2021 年 1 月2021 年 5 月氨氮化学需氧量图3流花湖水体高锰酸盐指数、生化需氧量变化高锰酸盐指数/(mg L-1)4.05.06.07.08.09.010.04.04.55.05.56.06.57.07.5生化需氧量/(mg L-1)高锰酸盐指数生化需氧量2019 年 2 月2019 年 5 月2019 年 8 月2019 年 11 月2021 年 1 月2021 年 5 月节能环保3