城市景觀水體水質改善的生態(tài)修復效果研究

韓璐

摘要 以上海曲陽公園中心湖水體為研究對象，通過分析其污染成因、污染狀況和湖體水質，結合水質改善及景觀功能定位，確定中心湖生態(tài)修復技術。通過對湖底的生境營造及對水生植物系統、水生動物系統及微生態(tài)系統的修復，使水體具備自我凈化能力，并維持水中湖生態(tài)系統的平衡。研究結果表明，水生態(tài)系統建成1年后，中心湖水體透明度、化學需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）等指標均較構建前有顯著改善。該研究結果對城市景觀水體的水質改善、生態(tài)建設和后期管理均具有一定的指導性意義。

關鍵詞 城市景觀水體；水質改善方法；生態(tài)修復；曲陽公園

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0068-04

Effect of Ecological Restoration on Water Quality Improvement of Urban Landscape Water—Taking Central Lake of Shanghai Quyang Park as an Example

HAN Lu

（Shanghai Water Source Construction Development Co. Ltd.， Shanghai 200092）

Abstract Taking Central Lake water of Shanghai Quyang Park as the research object， through analyzing the causes of pollution， pollution and lake water quality， combined with the improvement of water quality and landscape function， the ecological restoration technology of central lake was determined. By creating a lake habitat for aquatic plants and systems， aquatic systems and micro-ecosystem restoration， water bodies have the ability to self-purification， and maintain the balance of aquatic ecosystems. The results showed that aquatic ecosystems completed after one year， the central water transparency， chemical oxygen demand （COD）， ammonia nitrogen （NH3-N）， total phosphorus （TP）， etc. than before to build a significant improvement. The results of this study have some guiding significance for the improvement of the water quality， ecological construction and later management of the urban landscape water.

Key words Urban landscape water；Water quality improvement method；Ecological restoration；Quyang Park

自20世紀80年代以來，隨著經濟的迅猛發(fā)展，人口的急劇膨脹，城市各種景觀水體的納污量大幅增加。多年來，大量工業(yè)廢水、生活污水未經處理嚴重超標直接排入水體，使得水體水質變差，呈現富營養(yǎng)化狀態(tài)。雖然近幾年已做出努力，但水質改善仍然有限，而且處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

公園水體作為城市水生態(tài)環(huán)境的主要組成部分，對人們的生活發(fā)揮著重要作用。它不僅能美化居住環(huán)境，還可以改善局部小氣候，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。

城市水體污染主要是污染源的侵入，如天然降雨、大氣中的揚塵、生活垃圾的侵入，長期積累的水底淤泥及淤泥釋放的有害物質。加上水體溶解氧過低，缺少水生動、植物生存的環(huán)境，使水體逐漸失去自凈能力，底泥不斷釋放分解為氮、磷等營養(yǎng)鹽，導致水體富營養(yǎng)化，水體逐漸變綠，藻類瘋長，最終導致“水華”現象。

曲陽公園中心湖由于之前開放了釣魚項目，大量的殘餌落入水底；水面的落葉及垃圾由于未及時打撈，最終也沉積在水底。殘餌及落葉、垃圾在水底不斷腐敗，釋放出大量氮、磷營養(yǎng)物質，導致水體富營養(yǎng)化情況不斷加劇[1]，致使中心湖幾乎每年都會出現藍藻水華暴發(fā)的現象。筆者以上海曲陽公園中心湖水體為研究對象，研究了水質生態(tài)修復技術，以期為城市景觀水體的水質改善及管理提供借鑒。

1 城市景觀水體水質改善方法概述

1.1 曝氣復氧技術

曝氣復氧技術是根據水體受到污染后缺氧的特點，人工向水體中充入空氣，加速水體復氧過程，提高水體的溶解氧水平，為微生物繁殖提供基本生存條件，促進上下層水體的混合，使水體保持好氧狀態(tài)，同時抑制底泥氮、磷的釋放，防止水體黑臭，使水體中的污染物質得以凈化，從而改善水質[2]。

1.2 生物膜法處理技術

生物膜法是指以天然材料（如礫石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一層特殊的生物膜。生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強對污染物的降解作用，使水體在生物降解、物理吸附、沉降、過濾等作用下得到凈化。

1.3 生態(tài)浮床技術

生態(tài)浮床技術是以高分子材料為載體和基質種植水生植物，通過植物在生長過程中對水體中N、P等植物必需元素的吸收利用及植物根系和浮床基質等對水體中懸浮物的吸附作用，富集水體中的有害物質。

1.4 人工濕地技術

人工濕地技術是利用基質、微生物、植物這個復合生態(tài)系統的物理、化學、生物等多重作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實現對水體的凈化。

1.5 水生態(tài)系統原位修復技術

水生態(tài)系統原位修復是以生態(tài)系統中完整的食物網鏈為基礎，從初級生產者到水體最高消費者，充分利用食物鏈攝取原理和生物間相生相克關系，構建健康的生物群落結構，從而維持生態(tài)系統平衡，使水體水質長期維持較好的狀態(tài)[3]。

1.6 微生物制劑技術

利用微生物的分解還原能力，將復雜有機物降解為簡單無機物，轉變?yōu)榭晒┲参镂绽玫奈镔|，主要用于應急工程，往往與人工濕地技術和植物修復技術聯合使用。

2 曲陽公園概況

曲陽公園地處上海市東北部，東鄰東體育會路，南鄰中山北二路，西鄰中山北一路，北鄰新華一村。公園占地總面積67 337 m2，中心湖面積約7 800 m2，中間有一條堤將整個湖體分為大小二湖，堤中間有橋，二湖相通。湖岸邊水深1.2～1.4 m；大湖中心水深1.6～1.7 m，面積約6 000 m2，原為游船場；小湖面積約1 800 m2，原為釣魚場。

釣魚場曾放養(yǎng)大量鯉科魚類以供垂釣，致使湖體水質一直很差，公園改造前雖已禁止垂釣，同時也進行了清魚工作，但湖中仍有普通食用魚類存活，很多市民還會在岸邊釣魚，未被利用的殘餌沉積到水底，釋放出有機物質，加快了公園水質惡化的進程。曲陽公園中心湖水質惡化進程如圖1所示。

天然雨水及雨水徑流對中心湖水質的影響也不容忽視。空氣中含有的溶解性氣體或懸浮物固體、重金屬以及細菌等會隨雨水降落下來，因此雨水中的化學需氧量（COD）、懸浮物（SS）、總氮（TN）、總磷（TP）、細菌等含量較高（表1）。降雨期間雨水沖洗地面，污染物隨降雨產生的地表徑流流進入湖中[4]。經檢測曲陽公園中心湖水質指標TN、TP、COD、NH3-N含量均超過地表水Ⅴ類水標準值（表2）。

3 曲陽公園中心湖水質改善生態(tài)修復技術

通過分析中心湖污染成因、污染狀況和湖體水質、駁岸等特點，工程選用水生態(tài)系統原位修復技術進行水質的改善。通過構建完整的水環(huán)境生態(tài)系統，使各種群之間相互依存、相互制約，使各種群的數量、類型達到相對穩(wěn)定，使水體處于生態(tài)平衡狀態(tài)。主要包括生境營造、水生植物系統修復、水生動物系統修復及微生態(tài)系統修復等。

3.1 生境營造

由于公園在修復之前，近岸水深為1.0 m，從安全考慮上需對駁岸進行改造。同時，充分考慮水生生物棲息、生活、繁殖等生境要求，對水下地形進行重新整理，以營造出自然生態(tài)模擬環(huán)境，促進生態(tài)系統的良好循環(huán)。

離岸邊3 m內（安全平臺）保證水深為0.5 m，水深1.5 m以淺的區(qū)域為水生植物種植區(qū)。為了營造景觀的多樣性，在岸邊搭建挺水植物種植平臺，水深控制在0.2 m以內，以滿足植物的生長（圖2）。

水生植物的種植采用“淺水栽培—逐步提高水位”的水位調控法。該方法使水生植物的重建或恢復變得更為有效[5]。

3.2 水生態(tài)系統原位修復

3.2.1 水生植物系統修復。

高等水生植物和藻類都是水體生態(tài)系統中的初級生產者，處于同一個營養(yǎng)級，是營養(yǎng)物質和光能利用上的競爭者。種的遺傳特性是決定其競爭能力的內在因素，但營養(yǎng)元素、光照、水深等環(huán)境因子是決定其競爭的重要環(huán)境因素。研究發(fā)現，一些沉水植物可分泌針對藻類生化敏感的物質，殺死藻類或抑制其生長。而且高等水生植物為大型浮游動物提供龐大的棲息表面積，從而撫育出高密度的浮游動物群落，大量捕食浮游藻類，也可以間接地控制藻類的群體數量[6]。因此，如果水體具有發(fā)育良好的高等水生植物就能強烈地抑制藻類的生長。

高等水生植物發(fā)育良好有利于創(chuàng)造環(huán)境多樣性，提高湖泊生態(tài)系統的生物多樣性，而生態(tài)系統的多樣性又有助于提高生態(tài)系統的穩(wěn)定性。高等水生植物能夠使沉積物穩(wěn)定，也是植食性浮游動物的避護所。高等水生植物可為降解微生物提供良好的棲息場所，有利于微生物的生存。高等水生植物龐大的根系為細菌提供了多樣性的生境，為微生物的好氧呼吸提供了有利條件。高等水生植物本身又是水生動物的飼料，進一步增加了水生生態(tài)系統食物鏈長度和復雜性，從而形成穩(wěn)定、平衡的生態(tài)系統。

（1）沉水植物凈化。

沉水植物是指植株全部或大部分沉沒于水下的植物。沉水植物的恢復，是水體從“濁態(tài)”向“清態(tài)”轉變的關鍵階段。既是強化處理效果的需要，又是進一步實現水體自恢復的基礎。

根據沉水植物對于TN、NH3-N、TP等的去除效果以及形成的水下景觀，選擇刺苦草（Vallisneria spinulosa S.Z.Yan）、黑藻（Hydrilla verticillata）、馬來眼子菜（Potamogeton malaianus）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）、伊樂藻（Elodea canadensis）[7]為主要種植品種，并將以上夏秋型品種及冬春型品種采取混種的栽種形式，以保證沉水植物群落的穩(wěn)定。

（2）挺水、浮葉植物景觀效果體現。

挺水植物指莖、葉挺出水面的植物，種植在景觀水體岸邊。沿湖岸帶的挺水植物形成的濕地系統不但對水質凈化有著良好的作用，還是多種生物的棲息地，同時搭配周邊景觀，配合駁岸類型；而且對暴雨沖刷所帶來的外源污染具有一定攔截作用。浮葉植物是非常重要的園林水景營造材料，它們不僅具有很高的觀賞價值，還可以起到凈化和改善水質的作用，是城市景觀水體的重要元素。

項目結合周邊景觀選擇水生美人蕉（Canna generalis）、旱傘草（Cyperus alternifolius）、慈姑（Sagittaria sagittifolia）、千屈菜（Lythrum salicaria）、黃菖蒲（Iris pseudacorus）、溪蓀（Iris sibirica）、常綠水生鳶尾（Iris hexagonus Hybrid）、水蔥（Scirpus validus）、梭魚草（Pontederia cordata）、荷花（Nelumbo nucifera）等共計20種挺水植物。適量配置觀賞價值高的浮葉植物如睡蓮（Nymphaea alba）、荇菜（Nymphoides peltatum）、香菇草（Hydrocotyle vulgaris）、水罌粟（Hydrocleys nymphoides），更能增添水體景觀效果，提升水域景觀品質，符合打造生態(tài)水景的意境[8-10]。

3.2.2 水生動物系統修復。

水體水生動物凈化水質的過程是利用肉食性魚類—濾食性魚類—浮游生物—藻類—營養(yǎng)物質的營養(yǎng)級鏈關系所產生的下行效應，達到消減營養(yǎng)物質、凈化水質的目的。水生動物的放養(yǎng)將充分考慮物種的配置結構，科學合理地設計水生動物的放養(yǎng)模式，從而達到生態(tài)系統的良性循環(huán)。

魚類可以通過攝食控制其食物生物種群的數量，并沿食物鏈下傳，影響食物鏈中的各個環(huán)節(jié)，產生所謂的下行效應。肉食性魚類對生態(tài)系統的影響主要通過捕食壓力透過食物鏈來影響整個水生態(tài)系統，其作用表現在隨著食魚性魚類捕食壓力的增加，致使食浮游動物魚類的密度減小，導致浮游動物密度增加，浮游植物數量減小，從而致使水體的葉綠素含量和初級生產力降低，水體的透明度增大。濾食性魚類能濾食大量的大型浮游植物，由于減少了營養(yǎng)鹽的競爭者，浮游植物常利用自身生存對策取得競爭優(yōu)勢而大量繁殖，從而在一定時期內發(fā)展成優(yōu)勢種。由于魚類濾食降低了浮游動物對浮游植物的牧食壓力，而使浮游植物生物量和初級生產力不斷提高。

底棲動物是水生態(tài)系統的重要組成部分，它在水生態(tài)系統中起著多種作用，除了加速水底碎屑的分解、調節(jié)泥水界面的物質交換及促進水體的自凈等作用外，還是水生態(tài)系統食物鏈的重要環(huán)節(jié)。底棲動物攝食其他小型無脊椎動物、底棲藻類和有機碎屑等，本身又可被魚類所食。由于底棲動物對不同的生物和非生物因子有著不同的敏感度，群落結構的變化易受外界環(huán)境的干擾，且這種變化趨勢經?？梢员活A測，因此，底棲動物中的許多種類已作為重要指示生物。

3.2.3 微生態(tài)系統修復。

水體中的微生物是水生態(tài)平衡的關鍵環(huán)節(jié)。微生物在生態(tài)系統中作為還原者，把綠色植物產生的能量通過食物鏈進行傳遞，它們在自然界大量而廣泛的存在，是生態(tài)系統的重要組成之一。它們能將自然界中動、植物的尸體及殘骸分解，將一些有害的污染物質加以吸收和轉化，成為無毒害或毒害較小的無機營養(yǎng)元素。微生物也可以調整或維持水生動物腸道內的微生態(tài)平衡，從而達到防治疾病、促進其健康生長的目的。

4 水質凈化效果

據研究，該項目中水生植物的凈化能力從大到小依次為沉水植物、浮葉植物、挺水植物。其中，沉水植物對COD的去除效果不顯著，去除效果相對較好的為黑藻；對TN去除效果較好的也是黑藻，其次是伊樂藻；對TP去除效果較好的是刺苦草，其次是馬來眼子菜；對水體中NH3-N去除效果較好的也是馬來眼子菜，其次是金魚藻[11-12]。

通過觀測完工1年后水生動植物的生長情況，可粗略計算生態(tài)系統的固氮、磷的能力，結果見表3。

自然降水及徑流雨水進入湖體的含氮量為49.63 kg，含磷量0.91 kg。由表3可知，經過生態(tài)修復后中心湖水生生態(tài)系統固氮、磷的量遠大于進入湖體污染物的量。

2015年8—12月的9次檢測數據表明，沉水植物可有效控制COD、NH3-N、TP含量，若維護得當，曲陽公園中心湖重要指標可長期穩(wěn)定在地表水Ⅲ類水平（表4）。

參考文獻

[1] 李宏祥.豫園荷花池換水前后水質對比及其惡化原因探討[J].上海水務，2006，22（3）：15-18.

[2] 郭迎慶.城市景觀水體的污染控制和修復技術[J].環(huán)境科學與技術，2005，28（S1）：148-150.

[3] 陳超，梁卓，李小燕，等.生態(tài)修復在景觀水體治理中的應用[J].安徽農學通報，2010，16（1）：136-138.

[4] 王和意.上海城市降雨徑流污染過程及管理措施研究[D].上海：華東師范大學，2005.

[5] 李敦海，楊劭，方濤，等.水位調控法恢復富營養(yǎng)化水體沉水植物技術研究：以無錫五里湖為例[J].環(huán)境科學與技術，2008，31（12）：59-62.

[6] 曾愛平，劉洪見，施于文.不同沉水植物水質改善效應研究[J].浙江農業(yè)科學，2009，1（5）：1000-1003.

[7] 陸露璐，黎明，劉德啟，等.影響富營養(yǎng)化水體沉水植物修復的生態(tài)因子探討[J].四川環(huán)境，2007，26（3）：30-33.

[8] 唐麗紅，馬明睿，韓華，等.上海市景觀水體水生植物現狀及配置評價[J].生態(tài)學雜志，2013，32（3）：563-570.

[9] 李偉.長沙市城市水體園林植物配置研究[D].長沙：湖南農業(yè)大學，2007.

[10] 田志平，羅建讓.水生植物在園林中的應用[J].西北林學院學報，2007，22（6）：180-182.

[11] 劉建偉，周曉，呂臣，等.三種挺水植物對富營養(yǎng)化景觀水體的凈化效果[J].濕地科學，2015，13（1）：7-12.

[12] 田琦，王沛芳，歐陽萍，等.5種沉水植物對富營養(yǎng)化水體的凈化能力研究[J].水資源保護，2009，25（1）：14-17.