生物修复-第九章

确定植物种类
• 根据上述原则，并在广泛调查的基础上，结合原有水生生物种类， 进行恢复先锋物种的选择
优化设计
群落配臵
就是通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落，根据环境 条件和群落特性按一定的比例在空间分布、时间分布方面进行 安排，高效运行，达到恢复目标，即净化水质，形成稳定可持 续利用的生态系统
指湖泊不同的受污染水域或湖区上配臵不同的植物群落 依据恢复目标的不同，可分为生态型和经济型植物群落
• 生态型植物群落以水体污染的治理、污水净化、促进生态系统恢 复为主要目标，注重群落的生态效益；其建群物种一般为耐污、 去污能力强、生长快、繁殖能力强、环境效益好的物种 • 经济型植物群落以推动流域经济发展，顺应地方的需求为目的， 注重群落经济效益的发挥；建群物种一般为经济价值较高、有特 殊用途、具一定社会经济效益的物种
水生植被修复的优化设计
优化设计基础
由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植被面积、 类型和分布格局 强烈的风浪扰动能决定水生植物的分布格局和面积 水质和湖水透明度是决定水生植物分布深度和面积的重要 因素 人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因 素 水质保障的营养平衡和生态平衡原则
• 先锋物种的选择 • 群落配臵
优化设计
先锋物种的选择
是指对水生植物生物学特性、特污性、对氮、磷去除能力及光 补偿点的研究的基础上，筛选出几种具一定耐受性的，能适应 湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋植物，同时为水生植物群 落的恢复提供建群物种
物种选择原则
• 适应性原则：对湖泊水文气候条件有良好适应能力 • 本土性原则：优先考虑采用湖内原有物种 • 强净化能力原则：优先考虑对N、P等营养物的去除能力 • 可操作性原则：物种繁殖、竞争能力强，易栽培管理
优化设计基础
由湖盆形态、底质条件和水文条件决定的水生植被面积、类型 和分布格局
健康的水生植被由着生在湖盆上的湿生植物、挺水植物、浮叶植物和 沉水植物所组成，各类水生植物对底质条件和湖水深度有各自的适应 范围 岩石湖岸承受强烈水流或风浪冲刷，因而无法种植水生植物
大部分水生植物同样无法在砾石基质上生长，但砾石质湖滩上栽植芦 苇、茭草等挺水植物是可行的
砂质沉积物和淤泥是任何水生植物都能够适应的，但当受到严重的有 机污染时，有些植物的适宜度就会大大降低 在浪击或风力冲刷比较强烈的浅水区，有时会出现坚硬的黏土质湖底， 几乎没有水生植物能够着生其上
优化设计基础
水深决定了各类水生植物的分布格局和面积
• 水深是由湖盆和水位决定的
• 湿生植物只能够生长在季节性显露的滩地上 • 挺水植物的分布上限可以高出最高水位线，分布下 限可以达到最低水位线下1m左右 • 浮叶植物的最大适应水深一般在3m左右 • 沉水植物则可达10m左右的深度
莲、芡、水车前等阔叶植物只能生长在湖湾深处或挺水植 物群落之间接近于静水的环境中
优化设计基础
水质和湖水透明度是决定水生植物分布深度和面积的重 要因素
湖水有机污染比较严重时种植沉水植物难度比较大 如果有机污染问题得不到解决，恢复水生植被只能以挺水 植物为主、浮叶植物为辅，植被面积会受到严格限制 湖水透明度比较低时限制沉水植物和浮叶植物的分布深度
水生植被修复包括人工强化自然修复与人工重建水生植被
人工强化自然修复是指通过对湖泊环境的调控来促进湖泊水生 植被的自然恢复
人工重建水生植被则是对已经丧失了自动恢复水生植被能力的 湖泊，通过生态工程途径重建水生植被 重建水生植被绝非简单的“栽种水草”，也并非要恢复遭受破 坏前的原始水生植被，而是在已经改变了的湖泊环境条件基础 上，根据湖泊生态功能的现实需要，依据系统的生态型和群落 生态学理论，重新设计和建设全新的能够稳定生产的水生植被 和以水生植被为核心的湖泊良性生态 水生植被的建设需要比较长的时间，有时重建水生植被还需改 造环境，创建适合水生植物生长的生态环境条件
优化设计基础
强烈的风浪扰动能决定水生植物的分布格局和面积
大型浅水湖泊，水生植物主要分布在风浪比较小的河口、 湖湾和沿岸带，在开阔湖面上水生植物无法生长，主要原 因是风浪能造成水生植物的严重机械损伤，或者在坚硬的 湖底上没有水生植物着生的沉积物 芦苇等挺水植物抗御风浪能力比较强，可以在有底质条件 的迎风岸生长 有些沉水植物也有较强的适应风浪能力，往往分布在水生 植被的外沿
营养平衡在地面水水质标准中对氮、磷浓度（cN、c 恢复水生植被的首要目标是要在现有的环境条件下保障所 P） 有明确的要求，当湖水满足这样的氮、磷浓度标准时， 要求的水质，设计水生植被必须优先考虑其在污染净化、 恢复水生植被必须要达到一定规模，以保障水质 湖泊生态系统的磷输入总量和输出总量在湖水磷浓度 营养平衡和生态平衡方面的作用，能够在给定的污染负荷 和控制蓝藻水华，同时又要防止因水生植物过度 小于或等于cP的前提下达到平衡，这就是磷平衡原则; 和水质需求条件下保持湖泊的营养平衡和生态平衡，不发 发展引起沼泽化问题，这就是生态平衡原则 氮平衡比磷平衡复杂一些，多了生物固氮输入项和反 在水生植被设计中首先要适度控制总面积，同时 硝化输出项 生蓝藻水华或者将蓝藻水华控制在不危及水质保障程度上
功能湖泊分类
运动娱乐型湖泊
以水上运动、娱乐为主要功能，多数为城市湖泊或靠近城镇的湖 泊或湖湾，水生植被主要起美化环境的点缀作用
恢复水生植被主要在沿岸带，应充分注意其景观效应，以观赏性 湿生植物和挺水植物为主，辅以少量的浮叶植物
必须保证水面开敞，水下没有水草，因此应防止水生植物的蔓延
• 调蓄型湖泊
• 水源性湖泊
• 运动娱乐型湖泊 • 观光游览型湖泊
功能湖泊分类
调蓄型湖泊
又称过水性湖泊，以蓄洪、泄洪、灌溉为主要功能，因此恢 复水生植被的主要目标是保护堤岸，减轻风浪和水流对湖岸 的侵蚀 此类湖泊吞吐量大，要求水流通畅，最忌讳淤积，不宜大规 模发展水生植被
湖泊水位落差比较大，水质浑浊，不利于沉水植物的生长， 在沿岸带一定宽度范围内恢复挺水植物和湿生植物可以有效 的保护堤岸，但一定要严格限制规模，过度发展将会引起淤 塞、阻滞水流，影响蓄洪和泄洪功能
第二节 富营养化的水生植被修复
湖泊水生植被（aquatic vegetation）由生长在湖泊 浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群 落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落 共同组成，这几类群落均由大型水生植物组成，俗 称水草 水草茂盛则水质清澈、水产丰富、湖泊生态稳定， 水草缺乏则水质混浊、水产贫乏、湖泊生态脆弱 湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合整治的一个重 要环节，在湖泊环境治理中必须重视
观光游览型湖泊
以观光游览为主要功能，要求湖水清澈，自然景色优美 水生植被恢复技术要求最高，实施难度最大 水生植被设计需要渊博的湖泊生态知识和水上园林知识，合理的 布设各类水生植物，形成强大的水质净化能力和和谐的景观效果
优化设计基础
水质保障的营养平衡和生态平衡原则
在污染负荷比较高的情况下，水生植被的水质保护功能显 得尤为重要
• 全湖性控制，即对全湖蓝藻总量进行控制，防止在沿岸带形成蓝藻 聚集，此方式对小型湖泊中比较容易实现
• 局部湖区的蓝藻控制，利用围隔技术将需要恢复水生植被的湖区与 大湖面隔离开来，在隔离区内控制蓝藻，大型湖泊中采取此方式
控制技术通常有机械捕捞、生物控制、药物控制等，使用视具体 情况确定
修复水生植被基本条件的创建
水生植物群落的配臵应以湖泊历史上存在过的某营养水平阶段 下的植物群落的结构为模板，适当的引入经济价值较高、有特 殊用途、适应能力强及生态效益好的物种，配臵多种、多层、 高效、稳定的植物群落 人工植物群落的构建主要包括以下两个方面的内容
• 水平空间配臵
• 垂直空间配臵
群落配臵
水平空间配臵
• 在水位稳定的条件下，沉水植物的最大分布水深大约是湖水 透明度的25倍，这主要归因于光限制 • 沿岸带水生植被一旦建立，可以在植被区内保持比较高的透 明度，且在一定程度上提高植被区边沿的湖水透明度
优化设计基础
人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因 素
这里的人类需求是指人类对湖泊或湖区生态功能的界定 依据人类的需求，将湖泊或同一个湖泊的不同湖区按照其 主要生态功能进行分类，湖泊的主导功能决定了水生植被 恢复的需求特性
第八章 污染湖泊的生物修复
1
富营养化的微生物修复
2
3 4
富营养化的水生植被修复
富营养化的生物操纵修复
底泥环境疏浚修复
我国湖泊污染的主要特征是人类经济活动引起的人为富营 养化 从技术上，消除湖泊富营养化的关键在于削减湖泊水体的 氮、磷以及底泥有机碳和氮、磷负荷，消除水体中藻类疯 长的基础，达到降低水体中藻类生物量、提高水体透明度 的目的 技术途径包括消除点源（截流污染源并施行清污分流）、 减少和控制面源污染、机械清淤法、引水冲洗和生物修复 法
应同时考虑生态型和经济学原则，对污染相当严重、水生植物 很难恢复的湖区，应以生态恢复为目标，而对某些污染较轻、 水质较好的湖区，应在生态恢复的同时考虑经济效益
群落配臵
垂直空间配臵
水生植物群落的生长和分布与水深有密切关系，有的植物群落只 能分布在浅水区（挺水植物群落及某些沉水植物群落），有的常 分布在较深水区，因而在进行群落配臵时，还要考虑不同生活型 植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求 群落配臵时从湖岸边至湖心，随水深的加深，分别选用不同生活 型或同一生活型不同生长型的水生植物，物种分布占据不同的空 间生态位，能适应不同水深处的光照条件，以它们作为建群物种 形成群落 在进行群落配臵时，除考虑湖区的水质、水深等条件外，还需考 虑底质因素（如泥沙质还是淤泥质），根据不同植物对底泥的喜 好性在不同的底质上配臵的群落也不同
功能湖泊分类
水源性湖泊
以城镇供水为主要功能，保护水质是恢复水生植被的主要目标， 所以应尽可能的扩大水生植被的面积，并且以沉水植物为主 收割管理条件下，沉水植物不影响水面的开敞度和风浪的搅拌作 用，在光合作用过程中还能向湖水中释放大量的氧气，促进有机 污染物和某些还原性无机物的氧化分解 沉水植物与湖水有较大面积的接触，可以成为“生物膜”的附着 基，提供强大的生物降解能力；沉水植物还可以直接吸收湖水中 的营养盐，其周丛生物还能直接捕食浮游藻类 大多数沉水植物有饲用价值，定期收割利用能创造一定的经济效 益，还能有效的防治二次污染并输出大量的营养盐 倘若缺乏管理，大量的水生植物就会在湖泊内死亡腐烂，有可能 引发严重的水质污染
• 营养平衡原则 • 生态平衡原则
要尽可能缩小挺水植物和浮叶植物的比例，还要 把收获利用和管理列入水生植被恢复计划
水生植被修复的优化设计
优化设计
在营养化湖泊大型水生植物恢复中，物种和群落是恢 复生态系统的主体
恢复物种和群落的选择是恢复成败的关键因素之一 合理优化的群落配臵是提高效率形成稳定可持续利用 生态系统的重要手段
水生植被修复的技术途径
修复水生植被基本条件的创建
蓝藻水华的控制
风浪的控制 沿岸带浅滩环境的创建
修复水生植被基本条件的创建
蓝藻水华的控制
沿岸带是恢复水生植被的核心区，也是蓝藻水华聚集的场所 蓝藻水华能降低湖水透光率，减少水下水生植物利用的光资源； 蓝藻能黏附在水生植物表面，严重妨碍光合作用和物质交换；招 致微生物的大量繁殖，严重时会引起水生植物的腐烂死亡 蓝藻水华的控制可采取两种方式
风浪的控制
采取适当的消浪措施：用水花生网制成大型“浮毯式” 消浪 带比较经济有效，一般在小型湖泊或湖湾比较适用
大型湖泊中风浪比较大的湖区，可以将水花生网制成小型“浮 毯”，将众多的消浪“浮毯”以弹性方式固定在水生植物恢复 区外侧，组成列阵
水深的调控
适当降低水位可以减小水生植被恢复区的湖水深度，改善水下 光照条件，促进水生植物繁殖体的萌发和幼苗的生长 在开始种植沉水植物时，可以将工作区水深控制在1m以内， 有利于沉水植物的成活和群落的发育
水质保障的营养平衡和生态平衡原则优化设计基础由湖盆形态底质条件和水文条件决定的水生植被面积类型和分布格局健康的水生植被由着生在湖盆上的湿生植物挺水植物浮叶植物和沉水植物所组成各类水生植物对底质条件和湖水深度有各自的适应范围大部分水生植物同样无法在砾石基质上生长但砾石质湖滩上栽植芦苇茭草等挺水植物是可行的砂质沉积物和淤泥是任何水生植物都能够适应的但当受到严重的有机污染时有些植物的适宜度就会大大降低在浪击或风力冲刷比较强烈的浅水区有时会出现坚硬的黏土质湖底几乎没有水生植物能够着生其上优化设计基础挺水植物的分布上限可以高出最高水位线分布下限可以达到最低水位线下1m左右沉水植物则可达10m左右的深度优化设计基础