生態(tài)修復(fù)是指對生態(tài)系統(tǒng)停止人為干擾，以減輕環(huán)境負(fù)荷壓力，依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力與自組織能力使其向有序的方向進行演化，或者利用生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力，輔以人工措施，使遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或向良性循環(huán)方向發(fā)展。生態(tài)修復(fù)主要指致力于那些在自然突變和人類活動活動影響下受到破壞的自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建工作。
隨著流域內(nèi)人類活動的加劇，湖泊的生態(tài)系統(tǒng)受損退化、湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重，藍綠藻水華等災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)服務(wù)功能持續(xù)下降，嚴(yán)重影響了居民的健康及生存，制約了經(jīng)濟的發(fā)展。湖泊生態(tài)系統(tǒng)的破壞的直接原因是人類的活動造成的污染超過了湖泊的自然承載力，污染入湖量超過了湖泊的水環(huán)境容量，湖泊生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，主要體現(xiàn)在三方面：水量失衡、水化學(xué)失衡及水生態(tài)失衡。
(1)水量失衡主要與氣候變化、人涉水產(chǎn)業(yè)的急劇發(fā)展及水資源的不合理利用有關(guān)。水量失衡將直接影響到湖泊的面積及容積，進而影響水環(huán)境容量及承載能力;
(2)水化學(xué)失衡是指N、P等營養(yǎng)物的排入量遠大于湖泊的自凈能力，引起湖泊的地球化學(xué)循環(huán)失衡。
(3)湖泊水生態(tài)系統(tǒng)破壞的體現(xiàn)在富營養(yǎng)化加劇，藍藻水華頻發(fā)。富營養(yǎng)化問題的出現(xiàn)在本質(zhì)上是淡水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)交換和能量流動平衡失調(diào)，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生退化和受損，是生態(tài)元之間的鏈接斷裂或弱化。
2015年，由于《水污染防治行動計劃》(即“水十條”)的頒布，規(guī)劃了我國水環(huán)境治理的路線圖。“水十條”指明，到2020年，全國水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，污染嚴(yán)重水體大幅度減少;到2030年，力爭全國水環(huán)境質(zhì)量總體改善，水生態(tài)系統(tǒng)功能初步恢復(fù);到本世紀(jì)中葉，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善，生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)良性循環(huán)。
我國在“十五”期間，國家“863”項目在太湖與滇池開展了重污染水域的生態(tài)重建與環(huán)保疏浚技術(shù)、水源地水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)、水網(wǎng)地區(qū)湖泊面源污染控制技術(shù)、水體控藻技術(shù)與入湖河流污染綜合整治工程示范研究;同時，開展了“973”計劃項目“湖泊富營養(yǎng)化過程與藍藻水華暴發(fā)機理研究”，深入研究長江流域獨特的淺水湖群背景下入湖生源要素受地球表層特征、氣象因子、生物過程及人類經(jīng)濟活動等要素的驅(qū)動，揭示在流域、湖盆、水生生物三個層次的循環(huán)及其失衡機理，研究藍藻水華的生消動力學(xué)、水生植被的生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換作用以及湖泊-流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)特征與管理。在富營養(yǎng)化調(diào)查、面源污染控制、湖濱帶生態(tài)修復(fù)、水華暴發(fā)機理和控制等方面取得了一定的研究成果，逐步形成了“治湖先控源”的理念及湖泊流域污染治理集成技術(shù)體系。
理論上，即使外源污染能完全截除，但沉積物中營養(yǎng)鹽內(nèi)負(fù)荷的存在與釋放，水中的營養(yǎng)鹽依舊存在。實際上，如降水、地表徑流等外源污染也不可能徹底截除。
盡管國內(nèi)外對富營養(yǎng)化的研究通常都應(yīng)用了利比希“最小因子定律”，尋找藻類生長的限制因子，并據(jù)此提出了控制N、P的一系列對策，但應(yīng)該指出的是，該定律只有在嚴(yán)格的穩(wěn)定狀態(tài)下才能應(yīng)用，而實際上失去了水生高等植物，以藻類為優(yōu)勢的水生態(tài)系統(tǒng)并不穩(wěn)定，此外各種生態(tài)因子之間存在替代作用，即當(dāng)一個特定因子處于最小狀態(tài)時，其它處于高濃度或過量的因子可替代特定因子的不足。
事實上，中國富營養(yǎng)化水體中常見的一些藻類優(yōu)勢種，如微囊藻、魚腥藻、束絲藻、顫藻、直鏈藻、隱藻等，它們對營養(yǎng)鹽的耐受性限度往往很寬，在特定的條件下常常形成特定的優(yōu)勢種，當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度較高時優(yōu)勢種種群的快速擴增、集聚便成為“藻華”;由于物種間無時不發(fā)生的競爭關(guān)系，在營養(yǎng)鹽較低而其它理化、生物因子的作用有利時，優(yōu)勢種也能生長繁殖，甚至也形成“藻華”。
我國大多數(shù)湖泊由于長期接受大量的生活污水，其營養(yǎng)濃度通常很高，即使截污后，面源污染仍使其營養(yǎng)鹽濃度維持在較高水平。單純從削減營養(yǎng)鹽角度出發(fā)，其代價相當(dāng)大，更重要的是仍可能達不到預(yù)期的效果。了解與掌握湖泊水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對開辟后續(xù)的市場、把握發(fā)展方向具有重要意義，下面介紹湖泊生態(tài)修復(fù)中常用的技術(shù)，可為湖泊生態(tài)修復(fù)工程的設(shè)計提供技術(shù)參考。
2.湖泊生態(tài)修復(fù)常見的技術(shù)
2.1生物調(diào)控技術(shù)
生物調(diào)控系指通過人為或工程手段，使水體的初級生產(chǎn)力維持在合理的水平范圍內(nèi)，藻型湖泊初級生產(chǎn)力的主要控制方法包括大型水生植物調(diào)控技術(shù)、生物操縱技術(shù)。草型湖泊初級生產(chǎn)力調(diào)控主要包括平衡收割與資源化利用技術(shù)。
2.2 大型水生植物調(diào)控技術(shù)
大型水生植物依其生活型不同可分為浮葉植物、挺水植物、沉水植物及濕生植物。大型水生植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中最主要的生產(chǎn)者，也是將光能轉(zhuǎn)化為有機能的實現(xiàn)者，是食物鏈能量的最主要來源。大型水生植物能夠顯著的影響水中的溶解氧、pH、無機碳及藻類對N、P的利用率，同時對水生態(tài)系統(tǒng)的演替及水生動物群落的穩(wěn)定都起著重要的作用。利用不同的水生植物，研發(fā)出了多種水生植物調(diào)控技術(shù)，比如以浮葉植物為主的植物濾床技術(shù)、以挺水植物為主的浮床、浮島技術(shù)及大型沉水植物群落控藻技術(shù)。
2.3 植物浮床或浮島調(diào)控技術(shù)
浮床或浮島由基板、水生植物及錨組成，主要由植物、根際微生物的協(xié)同作用吸收轉(zhuǎn)化水體的營養(yǎng)物質(zhì)、抑制藻類的生長，如圖1所示。
基板的主要材料包括竹片、塑料花盆、生態(tài)磚、PVC管。浮床或浮島中常用的水生植物主要包括美人蕉、再力花、香蒲、菖蒲、蘆葦、千屈菜、鳶尾及黑麥草等，不同的水生植物有不同的種植密度，對于叢生的水生植物因規(guī)格不同而異，規(guī)格大一些的，密度可適當(dāng)小一些，反之則密度大一些，常見的范圍一般為6-25株/m²。
錨主要起固定浮床或浮島的作用。
研究表明，挺水植物的釋氧效果顯著，蘆葦光合作用傳遞氧氣效率高達2.1g/m²·d。蘆葦釋放出的化感物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯可降低銅綠微囊藻的光合作用速率，促進了銅綠微囊藻葉綠素a的降解，可以有效的抑制藻類的生長。
2.4沉水植物調(diào)控技術(shù)
沉水植物是水體自凈生態(tài)系統(tǒng)生物鏈中重要的“生產(chǎn)者”，直接吸收底泥中的氮、磷等營養(yǎng)，利用透入水層的太陽光和水體好氧生化分解有機物過程產(chǎn)生的CO2進行光合作用并向水體復(fù)氧，從而促進水體好氧生化自凈作用;同時沉水植物又為水體其他生物提供生存或附著的場所，提高生物多樣性，促進水體自凈。研究表明沉水植物可以通過對營養(yǎng)物質(zhì)的競爭、改變水體的理化環(huán)境，影響藻類對N、P的利用率，可以有效的抑制藻類的生長。
常用的沉水植物主要包括馬來眼子菜、紅線草、狐尾草、金魚藻、苦草、黑藻、微齒眼子菜、菹草等。沉水植物原則上采取植物帶狀分布方式種植，由河(湖)岸向河中心分布;沉水植物主要采取無性繁殖植株種植。金魚藻、狐尾草、苦草、黑藻、馬來眼子菜和微齒眼子菜采取無性繁殖植株移栽方法，菹草則采取播種生殖芽體的方法。在實際應(yīng)用沉水植物中，有兩點需要特別注意：
(1)必須根據(jù)不同植物的生長特點進行合理搭配，使水生植物的覆蓋率始終維持在一較高的水平。因為水體中的大型水生植物和藻類生長于同一生態(tài)空間，二者在光照、營養(yǎng)鹽等方面存在著激烈的生態(tài)競爭，互相影響，互相制約。只有一定的覆蓋率才能保證水生植物的競爭優(yōu)勢，從而抑止藻類的生長。
(2)在水生植物群落恢復(fù)后，必須應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定化管理技術(shù)進行維護管理。水生植物死亡后，其分解腐敗過程將嚴(yán)重影響水質(zhì)，因此必須定期進行收割管理。
2.5生物操縱調(diào)控技術(shù)
生物操縱調(diào)控技術(shù)包括經(jīng)典生物操縱技術(shù)與非經(jīng)典生物操縱技術(shù)。
(1)經(jīng)典的生物操縱技術(shù)指通過控制牧食浮游動物的魚類，來提高浮游動物的數(shù)量，進而控制藻類生物量的方法，即上行效應(yīng)。浮游動物只能控制細菌和小型藻類等，可以起到提高水體透明度的作用，而對于絲狀藻和大型藻類如微囊藻的水華，則是無能為力的。
(2)非經(jīng)典生物操縱認(rèn)為可用食浮游生物的魚類直接控制微囊藻水。鏈、鳙魚能濾食10μm至數(shù)個毫米的浮游植物，而枝角類僅能濾食40μm以下的較小浮游植物與枝角類相比，鰱、鳙魚可有效地攝取形成水華的群體藍藻、有效控制大型藍藻。
2.6 湖濱濕地修復(fù)調(diào)控技術(shù)
湖濱帶是水陸生態(tài)交錯帶的一種類型，是健康湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。狹義的湖濱帶是指護堤外1-2km范圍內(nèi)淺灘及淺水區(qū)域。隨著對湖濱帶的認(rèn)識的不斷的加深，湖濱帶不僅包括堤外1-2km范圍內(nèi)的淺灘及淺水區(qū)，還包括湖內(nèi)的敞水區(qū)及沿岸帶濕地系統(tǒng)。
湖濱帶的理化環(huán)境(光照、氧氣及營養(yǎng)條件)，生物種群及數(shù)量極為豐富，是湖泊最主要的生產(chǎn)地帶之一。湖濱帶是水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)間的過渡帶或生態(tài)交錯區(qū)。湖濱濕地在涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、促淤造地、維持生物多樣性、生態(tài)平衡、生態(tài)旅游以及緩解污染等方面均有十分重要的作用。同時湖濱帶也是受人類干擾最大的區(qū)域，由于長期以來人類的劇烈活動(如圍湖造田、破壞植被、圍湖養(yǎng)殖、過度旅游開發(fā))，使湖濱帶嚴(yán)重的受退化損，嚴(yán)重的威脅了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康。因此湖濱帶的修復(fù)，對于湖泊系統(tǒng)的水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)具有著重要的意義。
湖濱濕地的主要形式有前置庫、河口濕地、沿岸帶濕地系統(tǒng)(生態(tài)駁岸濕地系統(tǒng))等。
前置庫是利用湖濱帶內(nèi)天然的水塘、水庫、廢棄魚塘或礦坑，通過生態(tài)修復(fù)或工程強化的一種效果好、建設(shè)運行費用低的工程措施。前置庫在我國的滇池、太湖、巢湖等湖泊均有成功的案例，為削減流域內(nèi)的污染物起到了重要的作用。
傳統(tǒng)的前置庫主要是對來水中的SS及污染物進行初步的沉淀與凈化，出水自流入湖泊中，凈化效率較低，不能滿足流域污染物削減與總量控制的要求。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展與演化，逐漸形成了多樣式的前置庫系統(tǒng)，如生態(tài)深度凈化塘、曝氣型前置庫、多塘組合系統(tǒng)等。
(1)生態(tài)凈化塘
生態(tài)深度凈化塘主要用于低濃度水的深度凈化措施，凈化塘系統(tǒng)主要設(shè)置于入湖前，對入湖水的水質(zhì)進一步凈化。生態(tài)凈化塘主要是將廢棄的魚塘進行改造，重建或回復(fù)生態(tài)凈化系統(tǒng)，構(gòu)建健康塘系統(tǒng)實物量，大幅提升塘系統(tǒng)的凈化能力及緩沖能力，使其成為入湖前湖泊最有力的屏障。該系統(tǒng)具有凈化效果好，氮磷削減能力強，投資省、運行費用低的特點。
(2)曝氣型前置庫
曝氣型前置庫主要針對來水水質(zhì)有機物濃度高，氮、磷負(fù)荷大的而設(shè)計。我國部分湖泊流域內(nèi)存在大量的生活或工業(yè)污水未經(jīng)處理而直排入湖的情況，短期內(nèi)如果由于經(jīng)濟、技術(shù)等原因限制，不能將污水收集進行集中處理，可采取曝氣型前置庫對來水進行深度處理。曝氣型前置庫對有機物和氨氮的削減能力強，但其一次性投入叫高，運行費用較高，比如太陽能曝氣機或風(fēng)光互補的曝氣方式是曝氣型前置庫的首選。
(3)多塘組合系統(tǒng)
多塘凈化工藝主要利用湖庫邊的自然或人工塘，對水體進行凈化。多塘系統(tǒng)是利用具有不同生態(tài)功能的穩(wěn)定塘處理來水，屬于生物處理工藝，其原理與自然水域的自凈機理相似，利用塘中細菌、藻類、浮游動物、魚類等形成多條食物鏈，構(gòu)成相互依存、相互制約的復(fù)雜生態(tài)體系。
水中的有機物通過微生物的代謝活動而被降解，從而達到凈化水質(zhì)的目的。其中微生物代謝活動所需要的氧由塘表面復(fù)氧以及藻類光合作用復(fù)氧，也可通過人工曝氣供氧。按塘內(nèi)充氧狀況和微生物優(yōu)勢群體，將穩(wěn)定塘分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘。由于使用環(huán)境不同多塘系統(tǒng)的組成也有所不同，典型的多塘工藝如下所示：
我國水生態(tài)領(lǐng)域的市場大幕剛剛拉開，湖泊水體生態(tài)修復(fù)的技術(shù)的需求會越來越大， 對湖泊的治理，應(yīng)從生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，在控制外源污染的同時，應(yīng)注重湖泊生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，做到標(biāo)本兼治。湖泊生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)的核心是食物鏈及食物網(wǎng)，初期階段的關(guān)鍵是控制湖泊的初級生產(chǎn)力，使其維持在一定的合理水平，后期并輔以科學(xué)的管理維護。
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