概括
我国大部分湖泊长期接收大量生活污水，因此其营养盐浓度通常很高。 即使截污后，面源污染仍使营养盐浓度维持在较高水平。 单纯从减少营养盐的角度出发，成本相当高，更重要的是，可能仍然达不到预期的效果。 因此，湖泊治理应从生态系统整体出发，运用生态学原理，在控制外部污染的同时，注重湖泊生态系统的恢复，做到标本兼治。 湖泊生态系统修复的核心是食物链和食物网。 前期关键是控制湖泊初级生产力，使其维持在一定的合理水平。 后期要辅以科学的维护和管理。
1 简介
生态修复是指停止人类对生态系统的干扰，减轻环境负荷压力，依靠生态系统的自我调节和自组织能力，使生态系统向有序方向演化，或者利用生态系统的自我修复能力，并辅以生态系统的修复。采取人工措施逐步恢复受损的生态系统或良性循环发展。 生态恢复主要是指对因自然突变和人类活动而受损的自然生态系统进行恢复和重建。
随着流域人类活动的加剧，湖泊生态系统遭到破坏和退化，湖泊富营养化严重，蓝藻水华等灾害频发，生态服务功能持续下降，严重影响健康。影响居民生存，制约经济发展。 湖泊生态系统遭到破坏的直接原因是人类活动造成的污染超过了湖泊的自然承载能力，入湖污染量超过了湖泊的水环境容量。 湖泊生态系统遭到严重破坏，主要体现在水量失衡、水化学失衡和水生态失衡三个方面。
（1）水失衡主要与气候变化、人类相关水产业的快速发展以及水资源的不合理利用有关。 水量失衡会直接影响湖泊的面积和体积，进而影响水环境容量和承载能力；
（2）水化学失衡是指N、P等营养盐的排放量远大于湖泊的自净能力，造成湖泊地球化学循环的失衡。
（3）湖泊水体生态系统遭到破坏，表现为富营养化加剧、蓝藻水华频繁发生。 富营养化问题的出现本质上是淡水生态系统物质交换和能量流动的失衡，湖泊生态系统结构和功能的退化和破坏，生态要素之间联系的断裂或减弱。
2015年，由于《水污染防治行动计划》（即“十项水措施”）的颁布，规划了我国水环境管理的路线图。 “十项水措施”明确，到2020年，全国水环境质量阶段性改善，严重污染水体明显减少； 到2030年，力争全国水环境质量全面改善，水生态系统功能初步恢复。 到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。
我国“十一五”期间，国家“863”项目开展重污染水域生态重建与环保疏浚技术、水源地水质改善与生态修复技术、面源污染水网区域湖泊治理技术、太湖、滇池水体污染治理技术。 入湖河流藻类控制技术及污染综合治理示范研究； 同时开展“973”计划项目“湖泊富营养化与蓝藻水华爆发机理研究”，对长江流域特有的浅水湖泊进行深入研究。 湖相物源因素受地表特征、气象因素、生物过程和人类经济活动等因素驱动。 揭示流域、湖盆和水生生物三个层面的循环和失衡机制，研究蓝藻水华的产生和消耗动态。 、水生植被生态系统功能与稳态转变、湖泊流域复合生态系统特征与管理。 在富营养化调查、面源污染控制、湖滨生态修复、藻华爆发机理与控制等方面取得了一定的研究成果，逐步形成了“湖泊治理从源头控制”的理念和湖流域综合技术污染控制系统。
理论上，即使能完全隔绝外部污染，由于底泥内部营养负荷的存在和释放，水中的营养盐仍然会存在。 事实上，降水、地表径流等外来污染是不可能完全拦截的。
虽然国内外关于富营养化的研究通常应用李比希的“最小因子定律”来寻找藻类生长的限制因素，并据此提出一系列控制N和P的对策，但需要指出的是，该定律只能是在严格稳定的状态下应用，事实上，如果不损失水生高等植物，以藻类为优势的水生生态系统就不稳定。 此外，各种生态因子之间存在替代效应，即当某一特定因子处于最低状态时，其他高浓度或过量的因子可以替代该特定因子的不足。
事实上，我国富营养化水体中常见的一些优势藻类，如微囊藻、鱼腥藻、注射藻、振荡藻、菌株藻、隐藻等，对营养物质的耐受性往往有限。 它的范围很广，在一定条件下，往往会形成特定的优势种。 当营养盐浓度较高时，优势种种群迅速扩张、聚集，形成“藻华”。 当营养物质较低且其他物理、化学和生物因素有利时，优势物种可以生长繁殖，甚至形成“藻华”。
我国大部分湖泊长期接收大量生活污水，其营养盐浓度通常很高。 即使截污后，面源污染仍然使营养盐浓度保持在较高水平。 单从减少营养盐的角度来看，成本相当高，更重要的是，可能仍然达不到预期的效果。 了解和掌握湖泊水生态修复技术对于开拓后续市场、把握发展方向具有重要意义。 下面介绍湖泊生态修复中常用的技术，可以为湖泊生态修复工程的设计提供技术参考。
2 湖泊生态修复常用技术
2.1 生物调控技术
生物调控是指通过人工或工程手段将水体初级生产力维持在合理水平。 藻湖初级生产力的主要控制方法包括大型水生植物调控技术和生物操控技术。 草型湖泊初级生产力调节主要包括平衡采伐和资源利用技术。
2.2 大型水生植物调控技术
大型水生植物按生活形式不同可分为浮叶植物、挺水植物、沉水植物和湿生植物。 大型水生植物是湖泊生态系统中最重要的生产者，也是光能转化为有机能的实现者，是食物链中的主要能量来源。 大型水生植物可显着影响水体中的溶解氧、pH、无机碳以及藻类对N、P的利用率，对水生生态系统的演替和水生动物群落的稳定发挥着重要作用。 利用不同的水生植物，开发了多种水生植物调控技术，如基于浮叶植物的植物滤床技术、基于挺水植物的浮床技术、浮岛技术和大型沉水植物群落控藻技术等。
2.3 植物浮床或浮岛控制技术
浮床或浮岛由基质、水草和锚组成。 植物与根际微生物的协同作用，吸收转化水体中的养分，抑制藻类的生长，如图1所示。
基材主要材料有竹片、塑料花盆、生态砖、PVC管等。 浮床或浮岛常用的水生植物主要有美人蕉、热丽花、香蒲、菖蒲、芦苇、菊花、鸢尾和黑麦草等，不同的水生植物种植密度不同。 对于簇生水生植物，规格各不相同。 它因物种而异。 对于较大尺寸，可适当降低密度。 反之，密度应较高。 常见范围一般为6-25株/平方米。
锚主要起固定浮床或浮岛的作用。
研究表明，挺水植物释氧效果显着，芦苇光合作用的氧传递效率高达2.1g/m²·d。 芦苇释放的化感物质2-甲基乙酰乙酸可以降低铜绿微囊藻的光合作用速率，促进铜绿微囊藻叶绿素a的降解，有效抑制藻类的生长。
图1：浮床（左）或浮岛（右）实景照片
2.4 沉水植物控制技术
沉水植物是水体自净生态系统生物链中重要的“生产者”。 它们直接吸收沉积物中的氮、磷等营养物质，利用穿透水层的阳光和水体中有机物有氧生化分解产生的CO2进行光合作用。 它作用于水体，给水体复氧，从而促进水体的好氧生化自净； 同时，沉水植物为水体中的其他生物提供了生存或附着的场所，提高了生物多样性，促进了水体的自净作用。 研究表明，沉水水生植物可以竞争养分，改变水体的理化环境，影响藻类对N、P的利用率，可以有效抑制藻类的生长。
常用的沉水植物主要有茅膏菜、红线草、狗尾草、金鱼藻、苦草、黑藻、微齿乌贼、杂草等。 沉水植物原则上从河（湖）岸向河心呈带状分布分布； 沉水植物主要作为无性繁殖植物种植。 金鱼草、狐尾草、苦草、黑藻、紫锥菊和紫锥菊采用移栽无性繁殖的方法，而莎草则采用播种繁殖芽的方法。 在沉水植物的实际应用中，有两点需要特别注意：
（1）必须根据不同植物的生长特点进行合理搭配，使水生植物的覆盖率始终保持在较高水平。 由于水体中的大型水生植物和藻类生长在同一生态空间，它们在光照、养分等方面存在激烈的生态竞争，相互影响和制约。 只有一定的覆盖率才能保证水草的竞争优势，从而抑制藻类的生长。
（2）水生植物群落恢复后，必须采用生态系统稳定管理技术进行维护和管理。 水草死亡后，其分解腐败过程会严重影响水质，因此必须定期收获。
2.5 生物操纵技术
生物操纵技术包括经典生物操纵技术和非经典生物操纵技术。
（1）经典生物操控技术是指通过控制以浮游动物为食的鱼类来增加浮游动物数量，从而控制藻类生物量的方法，即向上效应。 浮游动物只能控制细菌和小型藻类，可以提高水体的透明度，但对丝状藻和微囊藻等大型藻类的水华却无能为力。
(2)非经典生物操控认为，微囊藻水体可以直接被食浮游生物的鱼类所控制。 链鱼和鳙鱼可以滤食10微米到几毫米的浮游植物，而枝角类只能滤食40微米以下的较小浮游植物。 与枝角类相比，鲢鳙能有效地摄取形成藻华的浮游植物。 菌落蓝藻，有效控制大型蓝藻。
2.6 湖滨湿地恢复与治理技术
湖滨带是水陆交错带类型，是健康湖泊生态系统的重要组成部分。 狭义的湖滨带是指护堤外1-2公里范围内的浅滩和浅水区域。 随着对湖滨区认识的不断深入，湖滨区不仅包括堤外1-2km范围内的浅滩和浅水区，还包括湖内的开阔水域和滨海湿地系统。
湖滨地带的物理化学环境（光、氧、营养条件）极其丰富，生物种群和数量极其丰富，是湖泊最重要的生产区之一。 湖岸带是水生和陆地生态系统之间的过渡带或交错带。 湖滨湿地在涵养水源、蓄洪防旱、促进土地复垦、维护生物多样性、生态平衡、生态旅游、减轻污染等方面发挥着十分重要的作用。 同时，湖滨地带也是受人类干扰最严重的区域。 由于长期的人类暴力活动（如围湖造田、破坏植被、湖区养殖、过度旅游开发等），湖滨地带严重退化，严重威胁着湖泊。 生态系统健康。 因此，湖滨地带的恢复对于湖泊系统水质改善和生态恢复具有重要意义。
湖滨湿地主要形态有水库前、河口湿地、滨海湿地系统（生态护岸湿地系统）等。
前端水库是利用湖滨地区的天然池塘、水库、废弃鱼塘或矿井，通过生态修复或工程加固，采取的效果好、建设运行成本低的工程措施。 我国在滇池、太湖、巢湖等湖泊都有前端水库的成功案例，为流域污染物减排发挥了重要作用。
传统的前端水库主要对进水中的SS和污染物进行初步沉淀和净化。 污水自动流入湖中。 净化效率低，不能满足流域污染物减排和总量控制的要求。 随着这项技术的不断发展和演变，逐渐形成了各种类型的预蓄系统，如生态深度净化池、曝气式预蓄、多池组合系统等。
(1)生态净化池
生态深度净化池主要用于低浓度水体的深度净化措施。 净化池系统主要在入湖前设置，进一步净化入湖水的水质。 生态净化塘主要对废弃鱼塘进行改造，重建或恢复生态净化系统，构建健康的池塘系统，大大提高池塘系统的净化能力和缓冲能力，使其成为入湖前最有力的屏障。 该系统具有净化效果好、脱氮除磷能力强、投资少、运行成本低等特点。
(2)曝气式预库
曝气式前端蓄水主要针对有机物浓度高、氮磷负荷大的进水而设计。 在我国一些湖流域，大量生活或工业污水未经处理直接排入湖中。 若因经济、技术等原因短期内无法将污水收集集中处理，可采用曝气预库。 对进水进行深度处理。 曝气式前端存储降低有机物和氨氮的能力较强，但其一次性投资较高，运行成本较高。 例如，太阳能曝气机或风光互补曝气方式是曝气式前端库的首选。
(3)多池组合系统
多塘净化工艺主要利用湖边的天然或人工池塘净化水体。 多池系统利用具有不同生态功能的稳定池塘来处理来水。 这是一个生物处理过程。 其原理与天然水体的自净机制类似。 它利用池塘中的细菌、藻类、浮游动物、鱼类等形成多重食物链。 一个相互依存、相互制约的复杂生态系统。
通过微生物的代谢活动降解水中的有机物，从而达到净化水质的目的。 其中，微生物代谢活动所需的氧气通过池塘表面和藻类光合作用进行复氧，也可以通过人工增氧来供氧。 根据池塘充氧状况和微生物优势类群，稳定池塘分为好氧池塘、兼性池塘、厌氧池塘和曝气池塘。 由于不同环境下多塘系统的组成不同，典型的多塘流程如下：
图4 多池系统简化工艺流程图
三、总结
我国水生态领域市场刚刚打开，湖泊水生态修复技术的需求将会越来越大。 湖泊治理要从生态系统整体出发，运用生态学原理，在控制外源污染的同时，注重湖泊生态系统的恢复，标本兼治。 湖泊生态系统修复的核心是食物链和食物网。 前期关键是控制湖泊初级生产力，使其维持在一定的合理水平。 后期将辅以科学管理和维护。
智和环境（北京）有限公司（简称：智和环境）以县域环境治理为核心定位，是中关村上市公司协会战略合作伙伴和重点支持企业，专注于生态环境治理领域。 、市政、工业领域。 拥有固废资源管理、生态环境修复、环境综合治理三大领域技术，以及全生命周期产业整合和智慧服务能力。
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