河流生态修复技术

河流生态修复技术摘要：在河流生态系统普遍遭受严重破坏的今天，河流生态修复成为研究的热点。本文在广泛查阅国内外河流生态修复资料的基础上，分析人类活动在传统水利工程、污染物排放、过量引水及农渔业活动方面对河流生态系统的胁迫作用。本文对河流系统及河流生态修复进行了探讨，对不同的河流生态修复技术进行了归类分析。简要介绍了水域生态修复技术：水生生物群落恢复技术、生态浮岛技术、曝气增氧技术、微生物修复技术；河流水陆交错带植被修复技术；生态护岸技术等。关键词：河流；生态修复；生态修复技术TheRiverEcologicalRestorationTechnologyAbstract:Theecologicalrestorationofriverecosystemhasbecomearesearchhotspotbecausetheriverecosystemsweregenerallyseverelydamaged.Onthebasisofbroadaccesstotheinformationofthedomesticandinternationalecologicalrestoration,thestressoftheriverecosystemwhichwasforcedbyhumanactivitiesinthetraditionalwaterconservancyproject,pollutantemissions,excessivediversionofwaterprojectandfishingactivitiesalsowasanalyzed.Investigateoftheriversystemsandriverecologicalrestoration.Theadaptabilityofdifferentriverecologicalrestorationtechnologieswereclassifiedandanalyzed.Watersofecologicalrestorationtechnologyismade,suchasaquaticcommunityrecoverytechniques,ecologicalfloatingbedtechnology,aerationtechnology,microbialremediation;Riverscrisscrossecologicalrestorationtechnologyofwaterbank,suchasvegetationrestorationtechnology;ecologicalrevetmenttechnologyetc.Keywords：river；ecologicalrestoration；ecologicalrestorationtechnologies引言水环境污染和水资源短缺是当今全球淡水资源面临的两大危机。河流是我国水环境的重要组成部分，是人们生活生产的水资源基础，在社会发展中发挥着巨大的作用，水环境质量的好坏直接制约地区乃至全国整个国家经济的持续发展[1]。近年来，随着我国人口的增加和社会经济的快速发展，一方面，城市污水处理设施的建设严重滞后于工业化和城镇化的进程，导致大量未经处理的工业废水和生活污水排入自然水体；另一方面，农业生产中过量施用农药化肥，导致更为广泛的非点源污染不断汇人自然水体；此外，为了过度追求经济利益，自然河流不断被人为渠道化、直线化以及硬质化，导致自然河流的自净能力和纳污能力减弱。以上一系列的人为活动均导致了水体环境的严重污染，河道生态功能不断退化，使水资源的可持续发展受到严重影响。因此，保护和改善河流水资源的整体质量，保护河流生态系统的良性循环，是保证并促进社会可持续发展的关键问题之一。河流生态修复是指利用生态系统原理，采取各种方法修复受损伤的水体生态系统的生物群体及结构，重建健康的水生生态系统，修复和强化水体生态系统的主要功能，并能使生态系统实现整体协调、自我维持、自我演替的良性循环[2]。近年来，人们的生态环保意识不断提高，河流的水质改善也巳经取得了一定成效，河流的综合性治理即生态修复的开展已成趋势[3]。国内外学者开展了大量河流生态修复的研究与实践。本文在对国内外河流生态修复研究梳理的基础上，归纳总结了一些常用的河流生态修复技术。1人类活动对河流生态系统的影响人类活动对河流生态系统的影响使其整体性、连续性等特点遭到破坏，往往造成河流生态环境的恶化，生物多样性减少，生态服务功能降低，甚至造成不可逆的生态退化。这种胁迫主要有传统水利工程对河流生态系统的胁迫、污染物的排放对河流的污染、引水量过大、沿河农业、渔业生产对河流生态系统的胁迫等。1.1传统水利工程对河流生态系统的影响传统水利工程（大坝、河道硬化等）的修建对河流原有的水文条件、河流地貌以及河流的水力特性造成严重的影响，破坏了河流生态系统本身的特性，从而造成了其对河流生态系统的胁迫。例如大坝的修建，将河流分割开来，破坏了河流的连续性，使河流上游形成高位水头、下游流量减少，中断了大坝上下游能量、物质和信息的传递，造成河流原有生境的改变，而生物群落和生境具有统一性，导致河流生物群落的栖息和迁徙规律受到影响[4]，最终使生物群落的多样性降低。再如河道硬化整治，由于对河道采取截弯取直和大量采用混凝土等硬质材料，一方面改变了河流地貌和河流的水力特性，破坏了河流的开放性和多样性，使原来蜿蜒的河道变得顺直，河水流速加快，阻碍了河流与河岸之间的交换、地表水与地下水之间的联系，改变了水域生态系统的结构和功能[5]，造成生物多样性减少和生态退化；另一方面，致使河流原有景观遭到破坏，河道形状几何规则化，变得十分单调，降低了河流生态系统的景观服务功能。1.2污染物排放对河流的污染人类在生产、生活过程中向河流排入大量污染物质，如果其数量超过河流生态系统的自净能力，将导致水质变坏（如水体富营养化、水体中含有大量的悬浮颗粒物等），直接对河流生态系统造成破坏（如水生生物大量死亡等），降低其淡水供应等生态服务功能。另外，由人类活动引起的硫化气体的大量排放，导致酸雨的形成，也会间接造成河流水质的恶化。1.3引水量过大随着社会的发展，工农业以及人类的生活引用了大量的河水，但是每条河流的循环水量是有限的[6]。无限制的引用河水，使河流生态系统的水量低于生态需水量的下限，将导致原有河流生态系统结构的破坏，生态服务功能的退化，生物多样性减少，甚至造成河水干涸，整个河流生态系统的彻底毁灭。1.4沿河的农、渔业活动对河流生态系统的影响沿河的农业活动对河流生态系统的胁迫主要表现在对河滩的开垦和耕作。由于土地肥沃，人们加大了对河滩、湖岸、河边湿地的开垦。大量的开垦造田使河滩、湖岸及河边湿地原有的天然植被受到严重破坏，水文条件、河流地貌及水力特性均随之发生改变，导致河滩、湖岸土地以及河滩湿地的退化，减少河滩本来拥有的丰富的生物多样性，降低其生态系统服务功能（如河滩湿地对河流水质的净化作用等）。此外，河滩的开垦还会造成水土流失，在河滩田地中大量使用农药、化肥，会对河流水质造成新的污染。而渔业活动则会造成河流中的经济鱼种受到过分的捕捞，破坏了原有的食物链，导致河流生态系统的完整性受损。2河流水域水体生态修复技术河流水体生态系统具有自净能力，但当污染物的数量超过其自净容量时，将造成河流生态系统结构的破坏，功能受阻，致使河流生态平衡失调。此时，必须实施污染物综合治理的方法和措施，消除污染物的影响，修复河流水生态系统。2.1人工湿地技术人工湿地是一种简便有效的生态工程型污水处理技术，具有广阔的应用前景。此技术由于运行简便、管理费用低、无二次污染等优点而得到广泛应用[7]。植物是人工湿地系统的重要组成部分，在其中起着非常重要的作用。湿地植物在生长发育的过程中，所必需的N、P等营养元素都是从水中直接吸收的，经过一系列同化和异化作用而被转化成植物体内的组分，最后通过植物的收割而从人工湿地系统中去除。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物（如芦苇、香蒲等）组成，形成基质植物微生物生态系统，利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理、化学及生物过程实现对污水的净化。人工湿地技术从20世纪80年代起，在河流污染治理中逐渐受到重视。目前中国已在很多城市建立了人工湿地系统，水中污染物去除率均超过了50%[8]。2.2水生生物群落恢复技术河流水体生态系统的生物群落恢复包括水生植物恢复、底栖动物恢复、浮游生物恢复、鱼类恢复等。在河流水体污染得到有效控制以及水质得到改善后，生物群落的恢复就变得相对容易，可以通过自然恢复或进行相应的人工强化，必要时可以采用人工重建措施。大型水生植物(包括沉水植物、挺水植物、浮水植物)在水污染治理中可以发挥多种作用。通过自身生长代谢可大量吸收氮、磷等营养物质，植物光合作用增加水体溶解氧，同时，一些物种还可以富集重金属或吸收、降解某些有机污染物。水生植物通过促进微生物的代谢，使水中大部分可生物降解的有机物得到降解，同时抑制藻类的生长，从而控制水体富营养化，利用植物及共存微生物体系去除环境中的污染物[9]。据文献[10-11]研究，通过在水体中种植水生植物，利用植物的吸收、挥发、过滤、降解、稳固等作用，可以将水中有机和无机污染物进行有效的去除，达到净化水质的目的。在河流生态系统中，原生及后生微型动物、底栖动物能够吞食藻类、细菌及部分悬浮状有机物，可防止藻类、细菌过度增殖，加速污染河流水质净化，同时自身又是良好的鱼饵。杂食性鱼类(如鲤鱼、鲫鱼)捕食水中的食物残屑和浮游动物；滤食性鱼类(如鲢、鳙)和草食性鱼类(如草鱼)等的滤食活动及生理代谢，促进了氮磷的释放，有利于浮游植物的大量繁殖，同时能够控制藻类的过度增殖，防止水华。例如田利[12]等人通过在富营养化水体中放养鲢鱼、芦台鮊鱼的试验表明在一定密度下放养滤食性鲢鱼可以有效地起到控制富营养化水体中藻类生长的作用；李传红[13]通过选择在惠州南湖进行鲤鱼围隔实验和去除鱼类的全湖实验，以鲤鱼对南湖底质扰动所造成的沉积物再悬浮为核心，首次较为系统地研究了鲤鱼对湖泊营养盐水平、浮游植物生产力、浮游动物种类组成和数量等方面的生态效应，探讨了底栖性鲤鱼在热带浅水富营养化湖泊生态系统的作用，试验结果表明了鱼类对水体中的TN和TP有一定的去除效果。2.3人工浮岛技术人工浮岛技术最早是在20世纪80年代由德国BESTMAN公司开发，后来又由以日本为代表的国家和地区成功应用到了地表水的污染治理和生态修复上面[14]。人工浮岛技术是利用生态学原理，在受污染河道，用木头、泡沫等轻质材料搭建浮岛，以浮岛作为载体，按照自然规律，在水面上种植高等水生植物，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机制，削减富集水体中的氮、磷及有机质，将水体中的氮、磷以及有机物作为自身营养物质利用，并最终通过对植物体的收获将其带离出水体，从而达到净化水体，适宜多种生物繁衍的栖息环境的目的[15-17]。该技术主要适用于富营养化及有机污染的河流，工程量小，维护简单，处理效果好，避免重复污染，可实现资源持续利用。2.4曝气增氧技术耗氧有机污染物、营养物等消耗水体中大量溶解氧，导致水体复氧来不及补充，水体的溶解氧急剧下降，甚至消耗殆尽，有机物不完全分解和大量有毒物质的释放，使水生生态系统遭到严重破坏，水质恶化，出现水体黑臭现象，无法自行恢复，河流水体失去自净能力。利用人工曝气增氧，能够极大增加河流溶解氧，有助于河流微生物区系由厌氧向好氧转化，加速了好氧微生物的增殖，提高水体中的COD、BOD、N、P等污染物质的好氧降解；另一方面刺激河道藻类生长，并形成河流水体藻类自然复氧机制，消除水体黑臭。人工曝气复氧能保证水体的好氧环境，提高水体中好氧微生物的活性，可达到消除黑臭，减少污染负荷，维持生态净化系统的结构稳定和最大净化功能，促进水生态系统的恢复等目的[l8].国内外采用的人工曝气复氧技术主要有纯氧增氧系统、鼓风机-微孔布气管曝气系统、叶轮吸气推流式曝气器和水下射流曝气等设备。2.5微生