河道整治中水生生态系统的构建

河道整治中水生生态系统

的构建

目录

1概述 (3)

1.1水生生态系统 (3)

1.2围隔 (3)

1.3生物操纵法 (3)

1.3.1定义 (3)

1.3.2生物操纵基本原理 (4)

1.3.3生物操纵理论发展综述 (4)

1.3.4生物操纵运用进展 (5)

1.4设计原则 (6)

1.5环境现状调查 (6)

1.6应用限制 (6)

1.7预处理 (7)

2水生生态系统构建 (7)

2.1围隔结构组成 (7)

2.2设计要求 (8)

2.3水生生态系统结构设计 (9)

3运行管理措施 (10)

3.1日常维护 (10)

3.2水质及生态系统结构维护 (10)

河道整治中水生生态系统的构建

1概述

1.1水生生态系统

是地球表面各类水域生态系统的总称。水生生态系统中栖息着自养生物（藻类、水草等）、异养生物（各种无脊椎和脊椎动物）和分解者生物（各种微生物）群落。各种生物群落及其与水环境之间相互作用，维持着特定的物质循环与能量流动，构成了完整的生态单元。

1.2围隔

用塑料薄膜等材料在水体中围出具有一定体积、内含现场水、泥和各种生物群落的可控生态单元。

1.3生物操纵法

1.3.1定义

生物操纵法分经典的和非经典的生物操纵2种。

经典的生物操作法，就是通过改变捕食者(鱼类)的种类组成或多度来操纵植食性的浮游动物群落的结构，促进滤食效率高的植食性大型浮游动物，特别是枝角类种群的发展，进而降低藻类生物量，可提高水的透明度，改善水质。主要运用于小型的、封闭的、且浮游植物群落不是由水华蓝藻而是由绿球藻、小型硅藻和包括隐藻在内的鞭毛藻等组成的浅水水体。由于水体中的浮游动物普遍存在且存在时间较长，与浮游植物具有同步性，春末的“清水期”表现出了自然的生物操纵作用；并且浮游动物种群变化迅速，对藻类水华的突然爆发具有针对性。

非经典性的生物操纵法是以滤食性鱼类为基础的，通过控制凶猛鱼类或放养食浮游生物的滤食性鱼类（鲢、鳙）来直接取食藻类特别是蓝藻水华的生物操纵。

1.3.2生物操纵基本原理

生物操纵也称食物网操控，其基本原理是通过对水生生物群及其栖息地的一系列调节，以改变水生生态系统中营养级间相互作用，最终促使浮游植物生物量下降。

1.3.3生物操纵理论发展综述

国外对水体富营养化研究已有数十年研究历史。长期实践形成了截污+生态恢复的治理策略。大量现象表明，对于浅水湖泊来说，单独截污措施并不能使污染水体富营养化状况显著改善，原因是沉积物中的氮磷营养元素会释放到水体，使得藻型浊水稳态得以维持。而大型水体进行底泥疏浚成本太高，而且疏浚过程打破泥水界面平衡，有时反而加重水体的富营养程度。早在上世纪六十年代，Hrbacek等(1961)发现鱼类群落结构变化对水质和营养水平有显著影响，提出浮游植物的生物量不仅与营养物质负荷有关，而且取决于鱼，鱼的存在将会减少浮游动物的数量，转而引起浮游植物生物量的增加。

Shapiro等在1975年正式提出生物操纵方法的理念，即增加肉食性鱼类，通过捕食作用减少浮游生物食性鱼类，操纵植食性的浮游动物群落结构，促进大型滤食性浮游动物种群得以增长，特别是枝角类种群的发展，从而促进其对浮游植物的摄食，降低水体浮游植物密度，增加透明度和溶氧，使沉水植被得以恢复，从而加速水体从藻型稳态向草型清水稳态转换，恢复健康的水生态系统。这种方法也被称作食物网操纵。具体方法为减少50％～100％的浮游生物食性鱼类或者高密度放养肉食性鱼类来减少浮游生物食性鱼类。具体操作多有化学方法(如鱼藤酮)毒杀、电捕、选择性网捕、垂钓、增加鱼食性鱼类控制或清除以浮游生物和底栖生物为食的鱼类来促进大型浮游动物发展。

1985年，生物操纵理论又有了新的发展，Carpenter等提出了营养级联反应，这一观点是对生物操纵理论的有利补充，它引入了营养物质的作用，认为综合生态系统是由营养物质和高级捕食者共同调节的。这一学说的主要观点是，某一营养级的生产力由其捕食者的生物量限定；食物网顶端生物静群的变化，通过体型大小的选择性捕食，在营养级中自上向下传递，对初级生产力产生较大影响。

1986年，McQueen等提出了上行-下行理论，综合了资源的影响(营养物质-浮游植物-浮游动物-鱼类的上行作用)和捕食者(鱼类种群生物量和组成变动的下行作用)。。该理论认为，营养物质决定最大可达生物量，但实际的生物量取决于上行力与下行力共同决定，而非营养物质单独决定的。

1.3.4生物操纵运用进展

经典生物操纵已经在北美、欧洲、大洋洲的富营养水体进行了多年大量应用实践。基于对欧美生物操纵案例分析，Sierp等总结出经典生物操纵技术易于成功的条件：水体透明度冬春季节交替明显、面积不宜过大以防风浪扰动大、浅水水体(平均水深<3m)、磷80～150μg／L、有大型滤食性浮游动物如枝角类大型溞属Daphnia、鱼类现存量50～100kg/ha、避免高浓度蓝藻水华

(<80000cells/mL)、沉水植被后期能恢复到水体总面积的25％以上。并且，他同时指出，这些条件与欧美的气候条件、鱼类、滤食性浮游动物的种类特点密切相关，在其他地区可能会因地而异。

近二十多年来，我国对湖泊富营养化治理研究也积累了不少研究资料。特别是近年来随着国家水污染治理专项研究的开展，我国湖泊富营养化治理形成了在流域规模上控源(内源、外源)+水生态恢复的思路。但在水生态恢复研究方面，由于我国湖泊以微囊藻为主的蓝藻水华比较严重，考虑到经典生物操纵中大型滤食性浮游动物对微囊藻等大型浮游植物摄食作用弱，因此经典生物操纵方法的研究没有受到重视。上世纪九十年代，针对我国的水污染特点，中科院水生所刘健康、谢平为主的科学家提出了广受关注的“非经典生物操纵”理论，即利用我国特有的鲢、鳙滤食性鱼类直接摄食水华藻，达到控制水华的目的。

非经典生物操纵的实践效果来看，即有成功的，也有不明显的。由此带来一些质疑，比如鲢、鳙等滤食性鱼类同时摄食大型滤食性浮游动物、其排泄物会加速营养返回水体、以及造成浮游植物小型化而Chla和氮磷下降不明显等，且不容忽视的是，非经典生物操纵最关键的条件是，滤食性鱼类的生物量必须达到50g/m3才有效果，这在许多湖泊中是很难达到的，对于某些湖泊来说，大量放养鲢鳙甚至会成为入侵种，对当地的土著鱼类种群构成威胁。非经典生物操纵的提出者谢平教授等强调，这种措施只适合用于较大个体浮游植物种类

（如微囊藻、丝状蓝藻）的控制，而对小型浮游植物的控制并不有效。

实践结果表明，生物操纵技术的实施能增加水体透明度、降低浮游植物密度、增加下层水体溶氧、增加生物多样性，使水体恢复健康生态系统，已成为富营养化浅水湖泊生态恢复的核心理论和有效措施，获得广泛认同，并且其应用范围和条件也在进一步扩展。

1.4设计原则

水生生态系统构建设计应遵循以下原则：

（1）利用围隔，控制水生生态系统构建范围；

（2）所构建的水生生态系统结构不应过于复杂；

（3）结合其他水环境生态修复工程；

（4）维护简单，费用低。

1.5环境现状调查

由于生物操纵具有一定的特殊性，因此设计前应充分掌握项目所在地的地理位置、气温、降雨量、日照、风速、无霜期、水文、水温、水质、水功能区划、水生生态现状等资料，同时应注意项目涉及水体是否具有防洪、灌溉、航运、水产、旅游等功能。

1.6应用限制

相比利用物理和化学方法技术净化水体，生物操纵法具有经济方便、能耗低的特点，且收效显著、环保效益好等特点，但仍有以下限制：

（1）主要应用于富营养化浅水湖泊，河流中应用较少，有热分层的深水湖泊中应用效果不明显。

（2）一般条件下，水体中TP浓度应低于0.25mg/L，在N元素为水体营养限制因素时，TP浓度应低于0.79mg/L；水体中TN浓

度适应范围一般为2.0～15.0mg/L。

（3）时间每年3～6月份，水温15～23℃条件下效果较好。

（4）如水体水华藻类为蓝藻，则生物操纵难以成功。

由于水生生态系统具有复杂性，单纯利用生物操纵难以长期、显著地达到