食藻虫引导的水生态修复技术

1 技术理论
食藻虫控藻引导生态修复系统是一种综合生物治理技术(图1-1)，其核心思想是首先利用食藻虫摄食藻类，降低密度，提高透明度，为水下沉水植被生态修复创造条件；再利用沉水植被为主的水生植物吸收氮磷营养物质，降级富营养化程度；然后逐步引入挺水和浮叶植物、浮游动物、鱼虾类、螺贝类和有益微生物群，通过优化营养结构，构建功能完善的生态系统，增强自身调节能力，巩固和维护生态修复后续自净效果，同时改善美化水下自然景观。

食藻虫是一种常见的低等咸淡水甲壳浮游动物，生存周期是45d，在世界范围内广为分布。经人工驯化改良后，食藻虫比天然个体体积大，摄食能力强，适应藻类爆发的水体环境，能将蓝藻胶团中滤食性鱼类不易消化的胶状物质消化吸收，成为蓝藻的克星。因此，食藻虫在食藻虫控藻引导 生态修复技术中处于核心地位，食藻虫控藻是整个修复 过程的前提和基础，至关重要。藻类被食藻虫摄食后，将藻体有机物质同化，避免了化学药剂或生物制剂控藻后产生的藻体腐化污染问题。经过食藻虫控藻后，水体清澈，补偿深度加大，为水生植物生长创造了适宜条件。需特别指出的是，食藻虫的使用不会造成生态安全问题。首先，食藻虫原种在我国分布广泛，并不是外来种，不存在生物入侵问题；其次，在生态修复后期，当水体富营养程度下降导致蓝藻无法大量繁殖后，食藻虫也将因得不到足够食物难以维持种群增长，生物量必然下降；同时，生物多样性恢复后，水生昆虫和一些鱼类成为食藻虫的天敌，能抑制食藻虫种群。
高等水生植物按形态可分为挺水植物、浮叶植物和沉水植物。 挺水植物和浮叶植物主要从底泥中吸取氮磷营养物质和从空气中吸收二氧化碳作为光合作用的原料，产生的氧气直接释放到大气中，对水体富营养化治理作用有限。沉水植物在根系吸收营养的同时，叶面也能直接吸收水中营养物质，光合作用气体也直接与水体交换，有利于改善水体溶氧水平。因此，沉水植物治理效率较优，恢复沉水植被的自净能力应是生态修复的重点。食藻虫控藻引导生态修复系统中水生植被以沉水植物为主，挺水和浮叶植物为辅，且所用物种经过筛选和改良，治理效率更高。
通过食藻虫控藻和水生植被修复，将水体中氮磷营养物质转变为食藻虫和水生植被有机物质后，还需进一步打通后续的氮磷循环和能量流动环节。因此，食藻虫控藻引导生态修复的第三步为重建营养结构完整、生态功能完善、稳定平衡的生态系统，这也是生态修复的最终目标。引入各个营养级的物种，构建食物网，保证物质流和能量流的畅通，通过优化调整，逐渐达到在特定污染胁迫下的生态平衡。
从生态学观点看富营养化产生机理，由于排入水体的氮磷营养物质过多，或者氮磷从水体向高等水生植物生物体转移的通量过小，生态系统中氮磷物质循环在某个环节受阻，从而造成氮磷积累。富余的氮磷便从浮游藻类这个生态系统旁路溢出，从而出现藻类大量繁殖为标志的富营养化现象。藻类对生态位的竞争又恶化了高等水生植物的生存条件，使其生物量进一步减少，形成正反馈。富营养化破坏了生物多样性和营养结构，累积在藻体中的氮磷无法利用，只有被微生物分解返回到水体中。“水体-藻类-微生物”循环模式结构简单，周期缩短，加快了氮磷循环，富营养化愈演愈烈。食藻虫控藻引导生态修复一方面通过种植高等水生植物强化氮磷从水体向生物体转移环节，另一方面通过食藻虫将累积在藻类中的氮磷转移到浮游动物，形成“水体-高等水生植物或藻类-（浮游动物）-滤食性或草食性动物-肉食性动物-微生物”循环模式，使得氮磷循环畅通无阻，并延长了循环途径，富余氮磷通过产品形式输出，因此富营养状态能得到有效治理。

2 实施步骤
食藻虫控藻引导生态修复是一个系统的生态工程，主要实施步骤包括：(1)明确工程实施范围和目标要求；(2)资料收集和现场踏勘；(3)方案拟定和工程设计；(4)食藻虫和沉水植物的适应性驯化；(5)修复现场环境整治；(6)投放食藻虫控藻；(7)水生植物的培育；(8)螺贝类和鱼类的放养；(9)有益微生物群的添加；(10)生态调整；(11)后期监测与维护。
3.工程示范
食藻虫控藻引导生态修复治理彻底、无二次污染、无生态安全隐患、效果稳定、成本低廉、在大多数城市景观水体或天然富营养化水体的水文水质条件下都能适用，已成功应用于湖泊、河流、海湾、城市和别墅住宅小区景观水体的生态修复实践中，取得良好效果。
西溪国家 湿地公园坐落于杭州市区西部，占地面积10.08平方公里，分为东部湿地生态保护培育区、中部湿地生态旅游休闲区和西部湿地生态景观封育区。通过对西溪湿地三期的景观水体取样检测，其水质仅达到《景观娱乐用水水质标准》（GB12941-91）中的C类标准，其透明度仅为0.5m左右，这与以水为灵魂的西溪湿地定位不符，一定程度上影响了西溪湿地的品味。西溪湿地三期工程建设指挥部和杭州西溪国家湿地公园西区经营管理有限公司于2009.12至2010.06对洪氏宗祠南面方塘进行水体生态修复示范，效果稳定达到预期目标，水体主要富营养指标（总氮、总磷、氨氮、COD、叶绿素-a、SS）优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准，清澈见底，透明度达2m以上。
(2) 上海宝山段浦河水下生态修复
段浦河是上海典型的断头浜，淤泥平均深度超过50cm，水生植被破坏，浮游植物大量繁殖，鱼类绝迹，水华频发，水质恶化，河水发黑发臭，两岸居民怨声载道，严重影响周边生态环境。食藻虫控藻引导生态修复区位于宝山区庙行镇商业住宅区长1025米的“J”型老河道，河宽约30米。经过修复，河水清澈见底，形成“水下森林和水下草皮”生态景观，悦目怡人。

4 展望
食藻虫控藻引导 生态修复技术发展了十余年，在天然水体和 景观水体的生态修复方面发挥了积极作用，取得了一些成功的案例。该技术的进一步完善集中在以下方面：(1)采用生物学或基因工程方法，继续对食藻虫和高效水生植物进行选育改良，进一步提高其治理效率；(2)借鉴其他技术成功经验，与先进治理技术手段综合集成，拓展适用范围；(3)深入探讨生态修复机理与规律，研究影响因素与修复效果之间的关系，优化修复条件；(4)形成一套操作规程和行业标准。