水生态修复,只是种种水草这么简单?
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| 2018年5月,太湖 · 贡湖湾湿地,生态修复区和未修复区 

在水生态修复工作中,恢复水生植物尤其是恢复沉水植物被广泛认为是水体富营养化治理的有效途径。实践表明,有沉水植物生长的区域,水体大多清澈;缺少沉水植被的水体,则往往浑浊或长藻,水底荒漠化,甚至黑或臭。

不过这也很容易让外界产生一种理解,即水生态修复就是种水草(沉水植物),甚至业内一些水环境综合整治的EPC/PPP项目中,水生态内容有时会被直接归为绿化工程。毕竟,水生态修复呈现给大家的,也就是种了种水草,撒了撒药/微生物,水就逐渐清了。

水生态修复,真的只是种种水草这么简单么?

实际上,很多初次接手水治理项目的负责人发现,种水草这件事看似简单,但让种下去的水草存活,挺不简单!水草活了之后,怎么保持整个生态系统相对稳定,还有点难!

如果用绿化的思维,栽植一棵树,要看土壤,要定埋深,还要控水、保湿、遮荫、施肥等。这些工作,目的是给树苗创造一个良好的外部生存空间。同样道理,水草种植,也应看底质、水深、温度、流态、污染程度等,明确好外部条件。

种活一棵树或许容易,种出一片树林可能也不难,但要打造一整个森林生态系统,形成调节气候、涵养水源、防风固沙等功能,则是另外一回事。它并非简单的1+1等于几的问题,而是牵扯了生物与环境、生物与生物之间的能量转换、物质循环,强调的是一种动态平衡。

简单来说,生态系统是一个活的生命体。

水生态修复也是如此。这是项技术活,有它自己的运作体系和科学机制,必须具备科学、系统的思维。太多的经验教训告诉我们,简单地把水生态修复等同于种水草,出现的最终结果,可能只会以水草死亡、系统崩溃、重返污染告终。

单单是水草种植这件事,如果忽略了水草生长所需要的基本条件及维持一个草型生态系统所必需的外部环境,就很难成功。

研究表明,在水污染所导致的水生植物消亡的机制没有搞清以前,在水生植物种植成功与否的原因不能予以明确的情况下,把工作的重点放在水生植物种植本身,是非常盲目的。

对于河道、湖泊水生植物恢复和生态修复,首先需要做的是研究水生植物生长所需要的环境,以及维持一个草型生态系统所需要的外部条件。这也是今天我们探讨的要点。只有知道了这些,种水草这项工作才可能变得相对简单起来。

| 九寨沟 · 水下植物群落 

就现有的认知而言,影响沉水植物恢复的主要因素包括物理环境(如风浪、光照、透明度、悬浮物浓度等 )、化学环境 (如营养盐浓度,氨氮浓度,根部的氧化还原环境强弱等 )以及生物环境 (如鱼的牧食,浮游植物浓度和有无水华等 )。

有些环境条件是根本性的,决定了某一水域能否生长沉水植物,如风浪的影响、底质的条件等。除此以外,一般来讲,决定沉水植物能否生长最主要的条件是营养盐浓度。

研究表明, 在氮磷营养盐浓度很高的条件下, 附着在沉水植物叶、茎上的附着生物的生物量也会大量增加, 水体透明度降低,并对水生植物光合作用产生遏制作用, 最终使得水生植物完全消亡(秦伯强等,2006a)。

当草型生态系统在高营养状态下逐渐崩溃,更有竞争力的浮游植物就会取而代之,形成优势的生态系统,这就是我们通常所看到的蓝藻水华。

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| 浙江绍兴安昌古镇 · 蓝藻肆虐 

根据荷兰Veluwe湖的观测结果,要恢复水生植物(尤其是沉水植物),营养盐需要降低到比水生植物消亡时的临界浓度还要低。

这也就意味着,对于富营养化水域,直接利用水生植物的种植(尤其是沉水植物 )来净化水质是不现实的。即使种下去,水生植物也难以存活。因此,必须先改善外部环境,创造适宜水生植物生长的条件。

怎么创造?最主要的就是先期进行控藻。

目前比较常见的控藻技术,按照常见的物理、化学、生物“三大门派”分,物理法最直接,化学法见效最快,生物法是趋势。

物理法中,又包括了机械/人工除藻、黏土除藻、遮光除藻。其中黏土除藻是最有前景的技术。1997年《Nature》上就发表一篇文章,指出黏土除藻可能是治理藻华最有发展前途的方法。但是就目前来看,黏土除藻技术在海洋生态系统的治理应用较多。

2010年左右,中科院湖泊所和中科院生态研究中心利用黏土除藻技术对淡水生态系统(太湖梅梁湾)进行了实验,发现黏土除藻效率很高,4h除藻效率可达85%以上(实验室数据),同时对TN、TP的净化效果也达到了70%、80%。

但是,实验也发现黏土除藻后存在营养盐释放等问题,无法防治沉积物和藻细胞的泛起和营养盐的释放,存在一定的二次污染。但是,这并不影响该技术作为一种非常高效的应急除藻技术。

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| 黏土除藻能力实验结果(张木兰等) 

化学方法中,最流行的方法是使用杀菌灭藻剂,目前市面上相关除藻制剂较多,这里不再赘述。化学除藻虽然能做到1~3天甚至当天见效,但其对环境影响较大,容易对水生动物、微生物造成不可逆的伤害,还会带来意想不到的次生污染。

目前国家层面管控严格,2018年山东潍坊耗资4700万撒药治污,被生态环境部作为负面典型,全国通报批评;就连贵州用絮凝剂治水(传送门),也被点名。

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| 2018年11月,山东潍坊“撒药治污”被通报 

生物方法中,又可分为鱼类控藻、植物克藻、以藻治藻、生物控制试剂、微生物絮凝除藻等。其中,鱼类控藻是应用较广的技术,主要通过投放鲢、鳙等滤食性鱼类直接食藻。但是,现在越来越多的研究认为,鱼类并不能真正控藻。藻类在被鱼类摄食之后,还会随着代谢活动重新排入水体(传送门)

植物克藻主要是通过耐污型较好的植物与藻类竞争,形成相生相克。这样的植物一般是浮叶植物,如水葫芦、水花生、满江红等,但是其又会带来生物入侵问题,难以控制,后期清理这些易泛滥的浮叶植物也是一项头疼事。

以藻治藻是指通过易控制的藻类来竞争水体营养,抑制水华发生,机制和植物克藻相近。常用的藻类为水网藻,体长可达2~3m,其对水体N、P污染物的去除率也均在70%以上。

生物控制试剂包括病毒、细菌、真菌、放线菌和原生动物等。通过这些生物的裂变或摄食来控藻。如寄生在蓝藻内部的肌病毒科、短尾病毒科,可以裂解蓝绿藻,被人们用来消除水华。细菌、真菌、放线菌这些生物控制制剂主要通过释放酶或者抗生素作用于蓝藻,达到裂解藻类的目的。此外,一些原生动物如水溞(俗称红虫)、变形虫、鞭毛虫等能够直接摄食蓝藻,也被用于水治理工作中。

微生物絮凝剂是一种由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。利用光合菌、放线菌等微生物产生的多肽、酯类、糖蛋白、纤维素等作为絮凝剂,可以对包括蓝藻在内的大多数藻类产生絮凝作用,并且对环境无二次污染。该技术也被认为是生物控藻技术的主要发展方向。 

写在后面

山水林田湖草是完整的生命体。所谓的水生态修复,修的是受损的生态要素,复原的是自然状态下健康的生态系统,其核心在于重塑平衡。从生物群落自身之间的相生相克,到生物与环境之间的相互影响,三分靠“人治”,六分靠“自养”,一分听“天命”。


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