摘要:近二三十年來,隨著昆山城鎮(zhèn)化程度的迅速提高,城市河湖水質(zhì)狀況經(jīng)歷過不同程度的下降過程。本文就生態(tài)學(xué)原理在昆山河湖治理中的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述,包括水體自然形態(tài)的通暢、水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和“海綿城市”理念的應(yīng)用等,并提出幾點(diǎn)思考。
關(guān)鍵字:生態(tài)學(xué)原理;河湖治理;生態(tài)修復(fù)
中圖分類號(hào):X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-672X(2020)06-0-03
DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.107
On the application of ecological principles in the management of river and lake in Kunshan city
Wu Qiuju
(Suzhou Kunshan Ecological Environment Bureau,Kunshan Jiangsu 215300,China)
Abstract:In the past 20 or 30 years,with the rapid improvement of the urbanization degree of Kunshan,the water quality of urban rivers and lakes has experienced different degrees of decline.In this paper,the application of ecological principles in the management of Kunshan river and lake is analyzed,including the patency of natural water body,the restoration of aquatic ecosystem,the restoration of lakeside ecosystem and the application of the concept of “sponge city”,and some views are put forward.
Key words:Principles of ecology;River and lake management;Ecological restoration
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市人口的迅速膨脹,城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐相對(duì)滯后,河湖水質(zhì)因此而下降,如何有效治理河流、湖泊水環(huán)境,使之在較長一段時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定效果而不復(fù)“病態(tài)”,已經(jīng)成為現(xiàn)代城市發(fā)展中不得不直面的一個(gè)議題。縱觀多年河湖治理歷程,生態(tài)學(xué)原理已延伸到方方面面,從單一簡易到科學(xué)完善的治理案例,生態(tài)學(xué)理論與實(shí)際應(yīng)用以逐步生動(dòng)的形象呈現(xiàn)在大家面前。下面,筆者將從生態(tài)學(xué)角度對(duì)河湖治理的思考做梳理探討。
1 城市河湖水體污染原因
城市河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在城市的生產(chǎn)和發(fā)展中,不僅具有提供水源、防洪排澇、交通航運(yùn)、調(diào)節(jié)氣候的作用,還豐富了城市景觀和物種的多樣性。
近年來,昆山社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人口集聚增長,城市化進(jìn)程加快,隨之而來的是大量生活污水和工業(yè)廢水的產(chǎn)生,外源污染物進(jìn)入后,河湖水體無法完成輸出、轉(zhuǎn)移和凈化作用,致使污染物嚴(yán)重積累并惡性循環(huán);另一方面,含有大量有機(jī)物、氮、磷等污染物質(zhì)的底泥沉積形成內(nèi)源污染,多方面因素造成了城鎮(zhèn)河湖污染和生態(tài)系統(tǒng)失衡,湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象和城鎮(zhèn)河道黑臭問題時(shí)有發(fā)生。
1.1 水體生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞
由于復(fù)雜的地形、土壤結(jié)構(gòu)及地球運(yùn)轉(zhuǎn)的作用,自然狀態(tài)下,河流總是蜿蜒前行,因此,河流擁有了更大的流量,夏季洪水來臨時(shí)不易泛濫;同時(shí)由于流程的拉長,單位河段的流量相對(duì)減少,河水對(duì)坡岸地沖擊力隨之減弱,起到了保護(hù)河床的作用。然而,歷史上河道的裁彎取直及圍湖造田等開發(fā)建設(shè)活動(dòng),大大破壞了河湖的生態(tài)結(jié)構(gòu)。河道裁彎取直使流速加大,水生生物流動(dòng)過快。湖岸帶是水生生物的繁殖棲息場(chǎng)所,也是過濾入河污水和凈化水質(zhì)的重要場(chǎng)所,由于水生生物量減少、湖泊沿岸的湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)破壞及功能喪失,最終導(dǎo)致了河湖的自凈能力減弱、水質(zhì)趨于惡化。
1.2 外源營養(yǎng)物質(zhì)過量輸入
現(xiàn)代城鎮(zhèn)河湖水體污染多為水體中營養(yǎng)鹽過量引起的富營養(yǎng)化。城市生活污水、工業(yè)尾水及種植業(yè)肥料施用,各類污染物最終流向河湖并富集,外加城鎮(zhèn)河道閉塞、斷頭浜及石駁岸防護(hù),阻礙了水體的流通和自凈過程,且這部分外源輸入終將累積轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性污染,水質(zhì)惡化是可想而知的。
1.3 河湖生態(tài)系統(tǒng)失衡
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快、人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市與河道之間的和諧逐漸被打破。工、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放、河道取直、河岸帶征用、修建閘門等一系列人為活動(dòng)直接或間接造成了河道水體惡化,水體自凈能力遭到破壞,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性隨即喪失。
2 生態(tài)學(xué)原理在河湖水體治理中的應(yīng)用
所謂生態(tài)系統(tǒng),是在一定的地域內(nèi),生物與環(huán)境通過不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),互相作用、互相依存而形成的統(tǒng)一整體。按照不同的分類方式和規(guī)模細(xì)分,生態(tài)系統(tǒng)可謂類型眾多、大小不一,海洋生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng).....甚至一條河流、一個(gè)池塘都屬于生態(tài)系統(tǒng)。
相對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)而言,城市生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)人類起主導(dǎo)作用的非自律的生態(tài)系統(tǒng)[1],城市中的一切都是人類活動(dòng)的產(chǎn)物,城市生態(tài)系統(tǒng)所需求的大部分能量和物質(zhì),都需要從其他生態(tài)系統(tǒng)(如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng))中獲取。同時(shí),城市中人類在生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活中所產(chǎn)生的大量廢物,必須輸送到其他生態(tài)系統(tǒng)中去,因此,人類活動(dòng)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行起著決定性作用。
2.1 水體自然形態(tài)的通暢
對(duì)照城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系,河流生態(tài)系統(tǒng)可以用水質(zhì)、水量、河岸帶、物理結(jié)構(gòu)與生物體5個(gè)要素來表述,這5個(gè)要素相輔相成完成不同的河流生態(tài)過程,發(fā)揮不同的功能,有機(jī)組成完整的河流生態(tài)系統(tǒng)[2]。河道物理結(jié)構(gòu)的變化是人類活動(dòng)的產(chǎn)物,直接影響水體同河岸的交換能力、動(dòng)物棲息與洄游活動(dòng)、穩(wěn)固及連通程度。我市近幾年來實(shí)施的西部引清、活水暢流工程,對(duì)提高老城區(qū)圩內(nèi)河道水體自凈能力和提升河道整體水質(zhì)起了相當(dāng)重要的保障作用。針對(duì)我市重點(diǎn)關(guān)注的吳淞江斷面水質(zhì)提升問題,擬將實(shí)施的吳淞江流域活水引清工程,即通過將淀山湖的優(yōu)質(zhì)水源引向吳淞江,促進(jìn)河水涌動(dòng),從而改善周邊千燈鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)的河道水環(huán)境質(zhì)量,最終促進(jìn)吳淞江流域水環(huán)境質(zhì)量根本好轉(zhuǎn)。
2.2 水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)
生態(tài)系統(tǒng)離不開能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán),兩者同時(shí)進(jìn)行,彼此依存、不可分割。能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放,都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程。物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈或食物網(wǎng)流動(dòng);能量作為動(dòng)力,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無機(jī)環(huán)境之間循環(huán)往返。生態(tài)系統(tǒng)中各種組成成分,正是通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán),才能夠緊密地聯(lián)系在一起,形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。
城市河道的污染主要由內(nèi)源污染和外源污染兩方面形成。河道的水體修復(fù)即是通過工程技術(shù),或輔以人工手段加以強(qiáng)化凈化過程,直接或間接地將河道水體中的氮、磷、有機(jī)物等污染物質(zhì)去除,最終使河道生態(tài)系統(tǒng)得以恢復(fù)。20世紀(jì)40年代,德國首先創(chuàng)立了“近自然河道治理工程”,并提出了河道的整治需要符合植物化和生命化的原理,倡導(dǎo)多自然河道的建設(shè)[3],本研究結(jié)合昆山河道修復(fù)的實(shí)際案例,將部分方式,如物理修復(fù)、生物修復(fù)等梳理列舉如下。
2.2.1 物理修復(fù)
城市河道治理的物理方法多用人工曝氣、底泥疏浚和調(diào)水等。河道水體中的溶解氧主要來源于自然復(fù)氧和水生植物的光合作用產(chǎn)氧,人工曝氣使河道底層水溫和溶解氧得到增加,改進(jìn)氧的傳遞和擴(kuò)散,從而提高水體中耗氧微生物的活力,達(dá)到改善水質(zhì)的目的[4],該法是大多數(shù)河道修復(fù)技術(shù)的常用手段。
底泥疏浚主要在于控制河道內(nèi)源污染、減輕有機(jī)質(zhì)、氮磷等的污染負(fù)荷,緩解水體黑臭和富營養(yǎng)化,增加水體自我凈化功能。正是基于這一理論,全市幾乎所有河道有計(jì)劃地實(shí)施輪浚,進(jìn)而改善河道水質(zhì)和水環(huán)境。
調(diào)水工程一方面是引入清潔水源稀釋污染水體,更大的意義在于改善河道水流的水動(dòng)力學(xué)條件,即增強(qiáng)水體中污染物的擴(kuò)散、凈化以及輸出,增強(qiáng)水體的流動(dòng)性。該方法用于河湖治理初期,快速緩解污染水體的黑臭現(xiàn)象成效顯著。
2.2.2 生物修復(fù)
生物修復(fù)是利用特定的生物(植物、微生物或原生動(dòng)物)吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物,實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施[5]。目前城市污染河道中應(yīng)用與研究較多的技術(shù)有微生物修復(fù)技術(shù)和人工濕地技術(shù)等。
微生物修復(fù)技術(shù)一般指添加經(jīng)馴化培養(yǎng)的、能夠降解特種有毒有害有機(jī)等污染物的菌群,以加快污染物質(zhì)的降解速率。該技術(shù)在有針對(duì)性的污染修復(fù)領(lǐng)域卓有成效,我市在相對(duì)封閉的護(hù)城河水體采用食藻蟲技術(shù)整治方案,輔以沉水水草的種植,取得了顯著的治理效果。
人工濕地由于具有水力傳導(dǎo)率高、滲透能力強(qiáng)及良好布水系統(tǒng),污染水體能夠均勻流過表面或內(nèi)部基質(zhì)的特點(diǎn),使得基質(zhì)上的植物、動(dòng)物以及生物膜能夠高效、持續(xù)捕獲河道水體中的污染物,將其快速吸附、吸收、降解、轉(zhuǎn)化。隨著蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)即將推行,城鎮(zhèn)生活污水處理廠主要排放指標(biāo)的限制將有較大提升。目前,除去廠區(qū)周邊環(huán)境條件的限制,越來越多的污水處理廠在尾水提標(biāo)升級(jí)中都引進(jìn)了生態(tài)濕地氧化塘的做法,即通過增設(shè)人工濕地或氧化塘對(duì)出水水質(zhì)強(qiáng)化處理。濕地內(nèi)投加不同級(jí)配的填料,并種植具有凈化尾水功能的耐水植物,一方面能阻截懸浮物流出,另一方面也可起到固磷固氮的作用,可保證出水穩(wěn)定。
2.2.3 水生植物浮島技術(shù)
生態(tài)浮島技術(shù)[6]結(jié)合了植物浮床的氮磷去除和景觀效果,以及人工濕地對(duì)有機(jī)物降解的雙重優(yōu)勢(shì),是一種新型城市河道生態(tài)修復(fù)治理的方法。我市老城區(qū)的望山河治理,選取鳶尾、香蒲、水蔥等水生植物,在河床兩側(cè)布設(shè)濕地型生態(tài)島,不僅對(duì)水體中氮磷物質(zhì)有較強(qiáng)的去除能力,其特有的耐污、耐寒性,能夠不造成二次污染,并保持城市河道的景觀價(jià)值。
2.3 湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)
在景觀生態(tài)學(xué)中,把河流與其附近的土地定義為河流廊道,河流廊道作為一個(gè)整體共生系統(tǒng),發(fā)揮著維持生命所必需的重要生態(tài)功能[7],如:養(yǎng)分循環(huán)、徑流污染物的過濾、吸收并逐漸釋放洪水、提供魚和野生動(dòng)物的棲息地、補(bǔ)充地下水、保持河流流量等。
但同時(shí),河岸帶是處于水陸交界處的生態(tài)脆弱帶,是異質(zhì)性最強(qiáng)、最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一,在維持區(qū)域生物多樣性、促進(jìn)物質(zhì)與能量交換、抵抗水流侵蝕與滲透、營養(yǎng)物過濾及吸收等方面發(fā)揮重要的作用[8],兼負(fù)著廊道、緩沖與護(hù)岸等三方面生態(tài)功能[9],對(duì)城市河流景觀功能、抗災(zāi)及生物保護(hù)等至關(guān)重要。
昆山自“十二五”初期開始,逐年實(shí)施澄湖、淀山湖、長白蕩、明鏡蕩等南部水鄉(xiāng)“淀泖湖群”湖泊群岸線整治工程,一方面,對(duì)湖泊岸線進(jìn)行修整,進(jìn)行堤頂?shù)缆?、堤防綠化、生態(tài)景觀建設(shè),另一方面,結(jié)合公園、古窯址、江南民居等構(gòu)筑層次,豐富水鄉(xiāng)景觀風(fēng)貌,營造出與錦溪古鎮(zhèn)相協(xié)調(diào)的臨湖景觀,從而達(dá)到控制湖泊岸線形態(tài),修復(fù)湖泊岸線生態(tài),保護(hù)湖泊岸線資源,改善湖泊水質(zhì)與水環(huán)境的整治效果,實(shí)現(xiàn)提升片區(qū)防洪除澇能力、提升臨湖資源綜合價(jià)值的目的。在此,筆者也呼吁,關(guān)注城市河岸帶被土地利用侵占、水力干擾機(jī)制變遷以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致的廊道間斷等不合理的人類活動(dòng)干擾,并采取積極行動(dòng)。
2.4 “海綿城市”理念的應(yīng)用
“海綿城市”[10]理念的引入,最初用于城市給排水系統(tǒng)的改造與規(guī)劃,它遵循自排與強(qiáng)排相結(jié)合的原則,扭轉(zhuǎn)了現(xiàn)狀分散、自排,不能完全適應(yīng)近年來防汛排澇要求的雨水排放格局,與此同時(shí),也是對(duì)初期降水實(shí)施氮、磷、有機(jī)物等攔截的有效手段。昆山高度重視城市發(fā)展的可持續(xù)和宜居性。2010年,昆山在城市建設(shè)中開始探索應(yīng)用澳洲水敏型城市設(shè)計(jì)技術(shù);2014年1月,與澳大利亞國家水敏型城市技術(shù)研究中心簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議;2016年5月,成為江蘇省首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市,劃定了共計(jì)38km2的示范區(qū),引領(lǐng)帶動(dòng)全市科學(xué)建設(shè)海綿城市。全市海綿試點(diǎn)項(xiàng)目涉及公園綠地、城市公建、住宅小區(qū)、道路建設(shè)等多個(gè)類別,與水源地保護(hù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、城市文化、公眾教育、市民公益等多方面的結(jié)合都有極大的示范效應(yīng)。中環(huán)路海綿化改造、江南理想小區(qū)與康居公園、昆山杜克大學(xué)等項(xiàng)目成果入選全國《海綿城市建設(shè)典型案例》,為探索建設(shè)海綿項(xiàng)目運(yùn)營模式與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑、全面推廣海綿城市建設(shè)開創(chuàng)了良好的局面。
3 小結(jié)與討論
3.1 生態(tài)學(xué)原理對(duì)城市河湖水體污染識(shí)別的重要性
協(xié)調(diào)與平衡原理是基本生態(tài)學(xué)原理,指生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)(強(qiáng)調(diào)生物要和環(huán)境相適應(yīng))以及環(huán)境對(duì)生物的承載力(即種群數(shù)量與環(huán)境的負(fù)載能力要平衡)。本研究通篇未列舉傳統(tǒng)河湖治理研究中必定會(huì)涉及的水體各污染物指標(biāo)的濃度數(shù)值,更沒有河道、湖泊治理修復(fù)的工程參數(shù)要點(diǎn),僅是從生態(tài)學(xué)這個(gè)自然科學(xué)角度,縱觀昆山多年來水環(huán)境治理的實(shí)際,梳理歸納各項(xiàng)整治技術(shù)的理論支持,以期從實(shí)踐中探索經(jīng)驗(yàn)進(jìn)而利于后續(xù)整治工作更好地實(shí)施。
關(guān)于污染的識(shí)別,從協(xié)調(diào)與平衡及生物多樣性理論分析,環(huán)境污染會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)層次的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化。對(duì)生物而言,突然發(fā)生的環(huán)境污染一方面使其在適應(yīng)上產(chǎn)生很大的局限性;另一方面,污染會(huì)改變生物原有的進(jìn)化和適應(yīng)模式,生物多樣性可能會(huì)向著污染主導(dǎo)的條件下發(fā)展,從而偏離其自然或常規(guī)軌道,最終導(dǎo)致生物多樣性在遺傳、種群和生態(tài)系統(tǒng)三個(gè)層次上的降低。從這一角度而言,文中未專門辟出章節(jié)討論的外來物種入侵,也是水體污染治理的一方面,例如水網(wǎng)豐富地區(qū)的福壽螺泛濫問題。從字面上理解,外來物種是增加了生物多樣性;然而,對(duì)于生態(tài)平衡和生物多樣性來講,生物的入侵卻是個(gè)擾亂生態(tài)平衡的過程。最初引進(jìn)物種時(shí),僅僅是進(jìn)入了原產(chǎn)地生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組分,食物網(wǎng)中的一些天敵或者它所控制的物種是沒法引進(jìn)的,于是,單物種的瘋長和泛濫無法控制,直接后果便是對(duì)所引入的生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)多樣性造成危害,水葫蘆也是一個(gè)典型案例。
3.2 生態(tài)學(xué)原理對(duì)城市河湖水體污染治理的指導(dǎo)意義
早期的治河,經(jīng)歷了抽干換水、疏浚清淤[11],到現(xiàn)今控源截污、生態(tài)濕地,尤其近幾年“海綿城市”理念引入和應(yīng)用,可以說是方法的逐漸升華。河道換水、活水沖洗,是快速的“治標(biāo)”之方,但未觸及污染的本源,這種方法注定只能維持短期的效用;干河清淤,對(duì)河湖底泥中沉積的過營養(yǎng)物質(zhì)、污染物清理,從河湖小生態(tài)系統(tǒng)而言,是更為透徹的治理;從水岸共治的理論出發(fā),實(shí)施雨污分流、對(duì)入河排污口的截?cái)?、入河污染物的排放?biāo)準(zhǔn)提升等這些措施是從“物質(zhì)循環(huán)”的源頭遏止了污染的產(chǎn)生,可謂“治本”之法,自然效果來得更徹底;“海綿城市”引入水污染治理,是更具前瞻性的系統(tǒng)工程理念,從小處改善城市水系水質(zhì),大到維護(hù)流域水環(huán)境的生態(tài)平衡,待試點(diǎn)成熟,“海綿城市”在探索適合城市當(dāng)前與未來發(fā)展的水環(huán)境治理方案乃至城市給排水格局改造中定將有更長足的發(fā)展[12]。
3.3 生態(tài)學(xué)原理對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的啟示
如今治理河湖措施中引進(jìn)的生態(tài)駁岸、水生植物、湖泊生物放流,乃至食藻蟲技術(shù)都是對(duì)河流、湖泊生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的補(bǔ)充與還原。物種繁多而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),自身具有較高的抵抗力和穩(wěn)定性,可以在有限的資源條件下,產(chǎn)生或容納更多的生物量,提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力。生態(tài)駁岸的“可滲透性”為濕地生物、水生動(dòng)植物、微生物群落建立了良好的生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ),更是岸棲生物與水生生態(tài)系統(tǒng)交流的橋梁。水生植物發(fā)達(dá)根系的扭結(jié)力,起到了很好的固岸護(hù)坡作用,同時(shí),隨著根系的生長蔓延,增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量和持水性,改善了土壤的結(jié)構(gòu)和性能。水生植物一方面進(jìn)行光合作用,固碳釋氧,同時(shí)還吸收水體中氮、磷及重金屬、有機(jī)污染物等諸多“有害”元素,消除污染、凈化水質(zhì),從而改善水體質(zhì)量,恢復(fù)水體生態(tài)功能。合理、適度的水生生物增殖放流有利于補(bǔ)充和恢復(fù)生物資源,改善水體生物種群的結(jié)構(gòu)和功能,進(jìn)而凈化和改善水質(zhì)以及水域的生態(tài)環(huán)境。魚類、貝類等濾食性生物品種,可以濾食水中的藻類和浮游生物,對(duì)夏季湖泊藻類環(huán)境的控制效果很好。同時(shí),水生生物還有“碳匯”的作用。魚類和貝類等可以吸收水中的二氧化碳,進(jìn)而空氣中的二氧化碳就可以分解到水里面去,起到間接減排的作用。
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收稿日期:2020-04-20
作者簡介:吳秋菊(1983-),女,漢族,蘇州市昆山生態(tài)環(huán)境局綜合業(yè)務(wù)科副科長,研究生學(xué)歷,碩士學(xué)位,研究方向?yàn)榻M織編制生態(tài)保護(hù)規(guī)劃、昆山市生態(tài)狀況評(píng)估,指導(dǎo)農(nóng)村生態(tài)示范創(chuàng)建等。