近自然湿地生态修复的概念、理论与实践

随着对湿地重要性认知的提高,我国对湿地生态修复技术的需求也日益增加,其中近自然湿地生态修复备受关注。描述了近自然概念的由来,提出了近自然湿地的定义并辨析了其与人工湿地的主要区别。以太湖竺山湖湿地生态修复为例,介绍了近自然湿地生态修复的设计思路、主要技术措施和修复效果。在竺山湖近自然湿地生态修复中,依次实施了水文水动力改善、基底形态营造、植物恢复、水生动物恢复、生物量管理等措施,具体包括:改善水体连通性和流动性,提高生境多样性和适宜性;基于5种基底形态对污染物去除效果的分析,构建了多起伏型基底形态;根据土著适生、净化水质、兼顾景观等原则,筛选出21属35种土著湿地植物,设计并应用了2种植物配置模式;根据生态系统调控(EwE)模型对湿地食物网结构的分析结果,对水生植物收割量、鱼类及虾蟹类的种群数量提出了调控建议。生态修复后竺山湖水质由劣Ⅴ类改善为Ⅱ类(GB 3838—2002《地表水环境质量标准》),大型水生植物多样性显著提高。竺山湖湿地生态修复效果验证了近自然生态修复方法的有效性,今后还需不断在实践应用过程中丰富近自然湿地生态修复的理论及技术,并开展大规模的实践应用。

黑藻(Hydrilla verticillata)生长和锚定的沉积物条件需求初步研究

恢复沉水植被是湖泊生态修复工程中的关键环节,明确沉水植物生长和锚定的环境条件是恢复沉水植被的重要前提。本研究以湖泊生态修复常用的沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)为例,结合文献分析、控制实验和野外调查3种方法研究了其生长和锚定的沉积物条件需求。结果表明,黑藻在沉积物有机质含量为0.16%~38.36%、密度为1.08~2.06 g/cm^(3)、含水率为19.80%~78.14%的范围内能正常生长,在沉积物有机质含量为0.64%~21.84%、密度为1.09~2.06 g/cm^(3)、含水率为25.32%~72.06%的范围内适宜生长;在沉积物有机质含量为0.29%~18.30%、密度为1.16~2.06 g/cm^(3)、含水率为19.80%~72.17%的范围内,黑藻植株能够稳定定植。本研究结果可为恢复黑藻提供初步的边界条件数据,也可为其它生态修复常用沉水植物的类似研究提供方法上的借鉴。

太湖北部滨岸区水生植被自然修复观测研究

1997- 1999年连续 3年对太湖北部围隔实验区水生植被自然修复过程的观测表明 ,大型富营养化浅水湖泊滨岸水域 ,通过实施围隔保护等途径 ,土著水生高等植物如荇菜、菱等能够在次生裸区水域自然修复生长 .1998年夏季荇菜、菱种群覆盖面积分别达到围隔保护区总面积的 14.3%和 12 .7% .伴生种群有马来眼子菜、狐尾藻和苦草等 .分析了人为刈割、水产养殖对水生高等植物自然修复进程的影响 .

冬季水生高等植物对富营养化湖水的净化作用

在太湖－湖湾的物理－生态工程围区内，采用覆膜和改变生态位的越冬技术，使喜旱莲子草，凤眼莲等漂浮植物能安全越冬，并有效地改善水体透明度，为水植物生长及种群自我演替提供了保障，静态试验结果表明，采取简易的防寒越冬技术，改变生态位的喜旱莲子草对ＴＮ，ＮＨ＾＋４－Ｎ，Ｃｈｌａ的去除率达７７．２％，９０．１５，５８．３％透明度提高１．５倍；对喜旱莲子草覆膜并间种沉水植物，这一镶嵌组合群落对ＴＮ，ＮＨ＾＋４－

冬季富营养化湖泊中水生植物的恢复及净化作用

秋末冬初大多数水生植物处于衰亡期 ,在透明度较低的富营养化湖泊中引种和恢复水生植物往往十分困难 .借助物理生态工程技术 ,秋末冬初在重富营养化湖泊中新建的 10 0 0m2围隔内 ,引种漂浮植物和沉水植物 ;利用群落间的相互作用及人工干预 ,若干种水生高等植物不仅能够引种存活 ,而且能够快速提高水体透明度、改善水质 .引种水生高等植物 3周后 ,有水生高等植物的围区内水体透明度提高一倍 ,并长期保持在较高水平 .6周后 ,有植物围区内水体TN浓度比对照围区及开敞水域分别降低 4 3.7%和 5 9.4 % ,TP分别降低 5 0 .3%和 5 7.0 % ;6个月后 ,TN分别降低 6 1.6 %和 79.7% ;TP有植物围区较开敞水体降低 72 .9% .

太湖富营养化与蓝藻水华引起的饮用水危机——原因与对策

2007年5月份发生在无锡太湖蓝藻水华引起的自来水危机事件进一步凸现我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状。从分析太湖富营养化发生、发展,蓝藻水华爆发的原因和机制入手,提出湖泊富营养化治理和蓝藻水华控制的途径和措施。研究表明,太湖富营养化之所以如此严重而且治理起来异常艰难,主要是由于太湖发育于长江中下游洪泛平原,营养本底高;由于水浅和沉水植被的退化使得频繁的风浪扰动造成内源营养盐负荷维持在一个非常高的水平;而流域内社会经济的高速发展,进一步加剧了太湖富营养化进程。蓝藻水华爆发一方面与蓝藻本身的生理特征有关,如固碳、伪空泡、光吸收及营养盐利用的能力;另一方面则与系统内物理、化学、生物环境有关,如独特的浅水湖泊水下光场结构和低的捕食压力。太湖的富营养化治理需遵循控源截污、湖泊生态修复和流域管理的原则,具体措施包括前置库和人工湿地的面源污染物控制技术;物理机械和生物去除内源营养盐削减技术;沉水植被恢复的湖泊生态修复技术。而蓝藻水华的控制技术则包括围隔拦截和导流的物理工程方法、絮凝沉降和抑藻物添加的化学工程方法以及生态浮床和生物操纵的生态工程方法。具体使用时,需要先诊断、后治理。

太湖五里湖生态重建示范工程——大型围隔试验

五里湖是太湖北部富营养化程度最为严重的一湖湾．从2004年1月起,为了改善水质,重建五里湖生态环境,在五里湖南岸建立了一个面积为10×104m2示范工程试验区,采用多技术措施集成应用,开展湖泊生态重建技术研究．经过近2年的生态重建研究与实践,在示范工程试验区内建立了挺水植物、浮叶植物和沉水植物群丛23个,水生植物种类从生态重建前的零上升至15科、22属、32种,水生植物的多样性指数(Shannon-Wieher index)达到2．33,覆盖度达到40％- 55％．水质监测结果表明,示范工程区内水体的TN、TP、NH4-N、NO3-N、NO2-N及PO4-P的平均值分别比示范工程区外下降了20．7％、23．8％、35．2％、21．1％、45．6％和54．0％,TN、TP分别下降至2．50mg／L、0．080mg/L以下,水质得到明显改善,达到或低于“浅水湖泊稳态转换理论”指出的向“稳定清水态”转换的临界值,水体透明度(SD)平均值也有较大幅度提高,平均从0．39m提高至0．70m;初步实现湖泊水体从藻类占优势浊水态向大型水生植物占优势的清水态转变．因此重建与恢复湖泊生态系统要从沿岸带着手,首先重建湖滨带结构与功能,通过湖滨带水生生物一系列反馈机制, 逐步改善湖泊水质,最终实现沉水植被恢复;湖泊敞水区应主要采用生物操纵技术措施来实现湖泊生态恢复．

太湖水源地水质净化的生态工程试验研究

基于生物净化技术与工程措施相结合的思想，在太湖北部的梅梁湾牵龙口水厂水源地实施了净化水质的生态工程试验．该水域位于太湖梅梁湾的东北岸．调查发现，由于这个地区夏季盛行偏南风，吹程长，风浪较大，导致沉积物易于悬浮，且蓝藻也易于在此堆积；同时该水域水较深、透明度较低．为了能够净化水质，在氮磷营养盐浓度依然很高、恢复沉水植物难以奏效的情况下，选择漂浮植物和浮叶植物为主要内容的水生植物恢复手段，结合消浪、挡藻和控藻等技术措施，使得示范区的环境条件得到改善。并达到了净化水源地水质的目的．同时，在试验区内布设大量用于附着生物富集的人工介质，如渔网．结果显示，试验区的水质得到了显著的改善．与示范区外的参照点相比，各项水质参数改善的程度达30％-60％．说明这种新的方法和思路是有效的．

云南高原10个湖泊沉水植物的碳、氮、磷化学计量学特征

于2010年8月以云南高原10个湖泊进行沉水植物的化学计量学特征研究,以期为高原湖泊沉水植物的元素化学计量以及富营养化湖泊中沉水植物的恢复提供基础数据.研究表明,10个湖泊沉水植物的种类随营养水平的增加而减少,基本都是眼子菜科眼子菜属和小二仙草科狐尾藻属植物.10个湖泊沉水植物的总碳、总氮和总磷含量范围分别为170.22～373.14、0.90～9.70和0.36～4.30 mg/g;碳氮比、碳磷比和氮磷比范围分别为37.21～188.47、83.18～468.02和1.57～4.90.Spearman秩相关分析表明,10个湖泊的沉水植物氮磷比与湖泊特征和理化参数没有显著相关性,而碳氮比和碳磷比分别与水体总磷和总氮显著负相关.从单一物种来看,总碳、总氮、总磷、碳氮比、碳磷比和氮磷比的最高平均值分别出现在马来眼子菜(368.41 mg/g)、光叶眼子菜(7.60 mg/g)、蓖齿眼子菜(3.26 mg/g)、微齿眼子菜(68.93)、光叶眼子菜(224.57)和光叶眼子菜(4.82)上.综上所述,调查的云南10个高原湖泊普遍磷过剩而氮相对不足,物种多样性下降,蓖齿眼子菜、微齿眼子菜和光叶眼子菜可能更适合作为云南高原富营养化湖泊沉水植物恢复的物种.

武汉东湖水生植被重建及水质改善试验研究

普遍存在的水体富营养化及水生植被衰退引起水生态系统崩溃和水质恶化,受损湖泊进行水生植被(特别是沉水植被)的修复/重建被认为是改善湖泊水质和湖泊生态恢复的重要手段。研究在严重富营养化的东湖水果湖边建立的围隔中开展,采用多种措施对围隔的底质和水质进行适当改善,依据自然湖泊中水生植被分布和植物种类组成的特点,选用14种常见的土著水生植物在该区进行移栽与群落构建。经过水生植被的重建,所移栽的14种水生植物全部存活,并建立起相对稳定的植被群落,而且经过随后4个月的水质监测,发现植被重建后围隔内的水质得到显著改善,尤其是水的色度、透明度和叶绿素含量改善最为明显,与围隔外(即东湖I站)相比,围隔内除NO3-外湖水中的各种营养盐含量以及底泥中TP的含量都不同程度的降低,其中以TPW降幅最大;PCA分析发现构建的植物群落结构主要受水体的TPW、氨氮浓度、电导率、水下消光系数以及底泥的TPS影响;pH、COND、ORP、TPs、DO、碱度、Kd、PO43-、NO3-、TPW和DIC这些主要的环境梯度对构建的水生植物群落中各层片上的各种优势物种体内TN、TP含量影响最大。总而言之,本研究实现了水体从"浊水态"向"清水态"的快速转换。这一结果表明在富营养湖泊中通过建立围隔,采用"化整为零"的策略逐步恢复水生植被是一个可行方案。此外,增加水生植物物种多样性可以增加植被恢复的成效。

富营养化湖泊围隔中重建水生植被及其生态效应

水体富营养化导致水生植被衰退、蓝藻水华暴发、水质恶化和水生生态系统崩溃.恢复水生植被被认为是改善受损水体水质和提高其生态系统稳定性的重要手段.本研究通过构建大型围隔,根据水生植物的耐污程度及其对水质和底质等条件的需求,选取几种适宜的水生植物在围隔内进行移栽与群落构建,并以不移栽水生植物的围隔和围隔外水体作为对照.实验期间(2011年4月至2012年6月),围隔内移栽的几种水生植物全部存活,并建立了相对稳定的群落.同时还跟踪监测了3个处理组的水质情况,结果显示,移栽水生植物的围隔内水质明显优于围隔外,与未移栽水生植物围隔相比,也有很大程度的改善,其中移栽水生植物围隔内水体的总氮、铵态氮、总磷、水下消光系数相比于围隔外水体分别低30.55%、44.09%、36.04%和42.13%,相比于未移栽水生植物围隔内水体分别低5.96%、13.40%、6.70%和7.60%,透明度分别比围隔外水体和未移栽水生植物围隔水体高74.59%和8.70%,浮游植物生物量也大大低于围隔外,而浮游动物生物量却明显高于后者.此外,实验后移栽水生植物围隔内沉积物氮、磷含量及其间隙水总氮、总磷、铵态氮浓度明显低于围隔外和未移栽水生植物围隔.研究表明,在富营养化浅水湖泊中通过建立围隔进行合理的群落配置,进而逐步恢复水生植物是完全可行的,而水生植物恢复后加强对其管理和维护至关重要.

城市富营养化湖泊生态恢复——南京莫愁湖物理生态工程试验

为了探索城市富营养化湖泊生态修复技术,2000年9月在南京市莫愁湖物理生态工程试验区内,开展了隔离外源污染、覆盖底泥和种植水生植物对湖泊水质平均水平和水体脉动强度影响的比较研究．试验结果表明,通过围隔隔离外源污染可在较短时间内迅速改善湖泊TN的平均水平,但难以提高湖泊生态系统的稳定性;通过覆盖底泥控制内源污染难以改善湖泊水质的平均水平,并且难以提高湖泊生态系统的稳定程度;种植水生植物不仅能够全面改善湖泊水质的平均水平,而且可以提高湖泊生态系统的稳定性．此外,富营养化湖泊中,藻类生长与湖水营养盐浓度并不存在正相关的关系．因此,对城市湖泊富营养化的防治,在控制外源污染降低营养盐浓度的同时,应恢复湖泊原有的以水生高等植物为主的生态系统．

杭州西湖水生高等植物的恢复与水生生态修复

在过去的50年,西湖一直被富营养化问题所困扰。迄今为止,采用了各种工程措施进行治理,耗资数亿,但收效不明显。为了进一步解决西湖富营养化问题,提出需要用生态方法去解决生态问题,通过生态学手段,恢复、重建高等水生植物群落,增加水生生物多样性,改善西湖水生生态系统的结构和功能,控制藻类来修复西湖水生生态系统。科学地选择先锋种类组合、消除草食性鱼类的影响、合理地控制水位是西湖水生植被恢复过程中的三个重要措施。

蠡湖水环境综合整治工程实施前后水质及水生态差异

为探讨水环境综合治理工程措施对蠡湖水生态环境的改善效果,对工程实施前后蠡湖水生态环境的变化及趋势进行了分析.结果表明,水环境综合治理工程实施后,蠡湖水质明显好转,水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(CODMn)和ρ(Chla)年均值显著下降(P<0.01),ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chla)分别由综合治理前(1992—2002年平均值)的5.77、0.19 mg/L和59.90μg/L降至综合治理后的3.13、0.13 mg/L和27.12μg/L,ρ(CODMn)则由7.09 mg/L降至5.00 mg/L以下;表层沉积物中w(OM)、w(TN)和w(TP)分别由2001年的40.40、1.19、2.61 g/kg降至2012年的19.60、1.16、0.59 g/kg;2012年生态修复工程区内初步形成了一个水生植物较为完整的生态系统.综合整治后,水质改善效果明显,但部分水体感观指标〔如ρ(TSS)、SD(透明度)〕改善效果不明显,底栖动物优势种群仍为耐污种,生态系统完全恢复还需时日.因此,有必要进一步开展以提高透明度、恢复沉水植物为核心的生态优化调控,促进蠡湖由藻型浊水稳态向草型清水稳态转变.

富营养水体中3种沉水植物的生长竞争及其净化效果

研究苦草、黑藻和马来眼子菜3种沉水植物在太湖富营养化水体中的生长竞争状况及其对水体的净化效果.结果表明:3种沉水植物短期内可以在混合种群中共存,但竞争优势差别明显.黑藻具有在水中形成上位冠层、根系发达的特性,与苦草、马来眼子菜相比在占领水体上层空间、获取光照和吸收营养方面优势明显,表现出较强的竞争优势;马来眼子菜与苦草之间的竞争不明显,其占据水面面积大,获取光照多,苦草则主要占据水体下层空间,地下部分发达,混种时两者生物量相当.它们对水体中总氮、总磷和藻类叶绿素a的降低作用明显,单种时以黑藻对总氮、总磷的去除率最高,苦草对藻类叶绿素a的降低效果最好;混种时以苦草+黑藻组对总氮去除率最高,以苦草+黑藻+马来眼子菜组对总磷去除率最高.

月湖底栖动物的空间格局及其对水草可恢复区的指示

底质适宜是富营养湖泊恢复沉水植物（水草）的重要前提。大型底栖动物可综合指示底质的污染程度，于2002-2003年在武汉月湖开展了底栖动物水平分布对水草可恢复区指示作用的研究。首先通过月湖底栖动物与环境的相关分析，选择颤蚓科寡毛类作为底质营养状况的指示类群，然后利用同类湖泊群颤蚓与水草数据分析阈值，初步确定颤蚓密度≤100ind／m^2的底质适合水草生长，最后绘制月湖颤蚓分布的水平等值线，显示水草恢复的合适区域。在此基础上构建了应用底栖动物空间格局指示水草恢复区的技术原理框架。

太湖湖滨带生态系统退化原因以及恢复与重建设想

太湖湖滨带的生态系统由于受人类强烈活动的影响受到损坏 ,其改善水环境的功能被削弱 ,太湖湖滨带的生态修复显得非常必要和迫切。为此 ,在对湖滨带水环境恶化及生态退化原因分析的基础上 ,提出了太湖湖滨带生态修复的一些设想及对湖滨带尽快进行生态修复的详细规划 ,并建议尽早进行实际操作。

水生维管束植物在湖泊富营养化生态修复中的应用

对水生植物的分类和应用以及水生维管束植物控制湖泊富营养化的机理及其应用技术途径等进行了系统分析。提出今后水生维管束植物研究的重点,认为应根据实际情况合理使用水生植物,适时收获,防止二次污染,增强利用水生植物在控制大面积湖泊污染技术的实用性。

太湖梅梁湾水源地通过生态修复净化水质的试验

通过在太湖实施的试验研究,发现富营养化水体营养盐浓度的增加会导致附着在水生植物上的附着生物增加,对水生植物(主要是沉水植物)的光合作用造成胁迫,从而说明草型湖泊生态系统的恢复,首先必须降低营养盐浓度,因此,通过恢复水生植物来净化水质是不现实的。与营养盐浓度相比,风浪、光照、鱼的牧食等都不是根本的影响因素。根据调查,示范区夏季盛行偏南风,吹程长,风浪较大,导致沉积物悬浮,影响水环境质量,而蓝藻水华易于在此堆积,这些都是影响该水域水质的主要因素。为此,在生态净化方面,以恢复漂浮植物和浮叶植物为主来净化水质,在工程净化措施方面,提出了消浪和控藻等工程措施,以及布设人工介质(渔网)富集附着生物来净化水质等措施。经过3年的实施,示范区的水质改善已经取得初步成效。

富营养化浅水湖泊沉水水生植被的衰退与恢复

对国外近年来有关富营养化浅水湖泊的退化与恢复方面的研究进展以及生物操纵作用作了述评．对有关富营养化湖泊沉水植被衰退的有代表性的3种假说也作了介绍．根据“八五”期间武汉东湖水生植被重建的研究工作和多年积累的湖泊水生植被调查资料，提出了长江中下游浅湖富营养化过程中沉水植技演替的模式．