生态学原理在昆山河湖治理中的应用

2020-07-17吴秋菊

环境与发展 2020年6期

摘要：近二三十年来，随着昆山城镇化程度的迅速提高，城市河湖水质状况经历过不同程度的下降过程。本文就生态学原理在昆山河湖治理中的应用进行分析阐述，包括水体自然形态的通畅、水生生态系统修复、湖滨带生态系统修复和“海绵城市”理念的应用等，并提出几点思考。

关键字：生态学原理;河湖治理;生态修复

中图分类号：X171.4 文献标识码：A 文章编号：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

隨着社会经济快速发展、城市人口的迅速膨胀，城市基础设施建设步伐相对滞后，河湖水质因此而下降，如何有效治理河流、湖泊水环境，使之在较长一段时间内维持稳定效果而不复“病态”，已经成为现代城市发展中不得不直面的一个议题。纵观多年河湖治理历程，生态学原理已延伸到方方面面，从单一简易到科学完善的治理案例，生态学理论与实际应用以逐步生动的形象呈现在大家面前。下面，笔者将从生态学角度对河湖治理的思考做梳理探讨。

1 城市河湖水体污染原因

城市河流作为城市生态系统的重要组成部分，在城市的生产和发展中，不仅具有提供水源、防洪排涝、交通航运、调节气候的作用，还丰富了城市景观和物种的多样性。

近年来，昆山社会经济快速发展，人口集聚增长，城市化进程加快，随之而来的是大量生活污水和工业废水的产生，外源污染物进入后，河湖水体无法完成输出、转移和净化作用，致使污染物严重积累并恶性循环;另一方面，含有大量有机物、氮、磷等污染物质的底泥沉积形成内源污染，多方面因素造成了城镇河湖污染和生态系统失衡，湖泊富营养化现象和城镇河道黑臭问题时有发生。

1.1 水体生态结构破坏

由于复杂的地形、土壤结构及地球运转的作用，自然状态下，河流总是蜿蜒前行，因此，河流拥有了更大的流量，夏季洪水来临时不易泛滥;同时由于流程的拉长，单位河段的流量相对减少，河水对坡岸地冲击力随之减弱，起到了保护河床的作用。然而，历史上河道的裁弯取直及围湖造田等开发建设活动，大大破坏了河湖的生态结构。河道裁弯取直使流速加大，水生生物流动过快。湖岸带是水生生物的繁殖栖息场所，也是过滤入河污水和净化水质的重要场所，由于水生生物量减少、湖泊沿岸的湖滨带生态系统破坏及功能丧失，最终导致了河湖的自净能力减弱、水质趋于恶化。

1.2 外源营养物质过量输入

现代城镇河湖水体污染多为水体中营养盐过量引起的富营养化。城市生活污水、工业尾水及种植业肥料施用，各类污染物最终流向河湖并富集，外加城镇河道闭塞、断头浜及石驳岸防护，阻碍了水体的流通和自净过程，且这部分外源输入终将累积转化为内源性污染，水质恶化是可想而知的。

1.3 河湖生态系统失衡

随着社会经济的发展、城镇化进程的加快、人口规模的不断扩大，城市与河道之间的和谐逐渐被打破。工、农业废水和生活污水的排放、河道取直、河岸带征用、修建闸门等一系列人为活动直接或间接造成了河道水体恶化，水体自净能力遭到破坏，生态系统稳定性随即丧失。

2 生态学原理在河湖水体治理中的应用

所谓生态系统，是在一定的地域内，生物与环境通过不断的物质循环和能量流动，互相作用、互相依存而形成的统一整体。按照不同的分类方式和规模细分，生态系统可谓类型众多、大小不一，海洋生态系统、草原生态系统.....甚至一条河流、一个池塘都属于生态系统。

相对自然生态系统而言，城市生态系统是一个人类起主导作用的非自律的生态系统[1]，城市中的一切都是人类活动的产物，城市生态系统所需求的大部分能量和物质，都需要从其他生态系统（如农田生态系统、森林生态系统）中获取。同时，城市中人类在生产活动和日常生活中所产生的大量废物，必须输送到其他生态系统中去，因此，人类活动对城市生态系统的运行起着决定性作用。

2.1 水体自然形态的通畅

对照城市河流生态系统健康评价体系，河流生态系统可以用水质、水量、河岸带、物理结构与生物体5个要素来表述，这5个要素相辅相成完成不同的河流生态过程，发挥不同的功能，有机组成完整的河流生态系统[2]。河道物理结构的变化是人类活动的产物，直接影响水体同河岸的交换能力、动物栖息与洄游活动、稳固及连通程度。我市近几年来实施的西部引清、活水畅流工程，对提高老城区圩内河道水体自净能力和提升河道整体水质起了相当重要的保障作用。针对我市重点关注的吴淞江断面水质提升问题，拟将实施的吴淞江流域活水引清工程，即通过将淀山湖的优质水源引向吴淞江，促进河水涌动，从而改善周边千灯镇区内的河道水环境质量，最终促进吴淞江流域水环境质量根本好转。

2.2 水生生态系统修复

生态系统离不开能量流动和物质循环，两者同时进行，彼此依存、不可分割。能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链或食物网流动;能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。生态系统中各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。

城市河道的污染主要由内源污染和外源污染两方面形成。河道的水体修复即是通过工程技术，或辅以人工手段加以强化净化过程，直接或间接地将河道水体中的氮、磷、有机物等污染物质去除，最终使河道生态系统得以恢复。20世纪40年代，德国首先创立了“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，倡导多自然河道的建设[3]，本研究结合昆山河道修复的实际案例，将部分方式，如物理修复、生物修复等梳理列举如下。

2.2.1 物理修复

城市河道治理的物理方法多用人工曝气、底泥疏浚和调水等。河道水体中的溶解氧主要来源于自然复氧和水生植物的光合作用产氧，人工曝气使河道底层水温和溶解氧得到增加，改进氧的传递和扩散，从而提高水体中耗氧微生物的活力，达到改善水质的目的[4]，该法是大多数河道修复技术的常用手段。

底泥疏浚主要在于控制河道内源污染、减轻有机质、氮磷等的污染负荷，缓解水体黑臭和富营养化，增加水体自我净化功能。正是基于这一理论，全市几乎所有河道有计划地实施轮浚，进而改善河道水质和水环境。

调水工程一方面是引入清洁水源稀释污染水体，更大的意义在于改善河道水流的水动力学条件，即增强水体中污染物的扩散、净化以及输出，增强水体的流动性。该方法用于河湖治理初期，快速缓解污染水体的黑臭现象成效显著。

2.2.2 生物修复

生物修复是利用特定的生物（植物、微生物或原生动物）吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施[5]。目前城市污染河道中应用与研究较多的技术有微生物修复技术和人工湿地技术等。

微生物修复技术一般指添加经驯化培养的、能够降解特种有毒有害有机等污染物的菌群，以加快污染物质的降解速率。该技术在有针对性的污染修复领域卓有成效，我市在相对封闭的护城河水体采用食藻虫技术整治方案，辅以沉水水草的种植，取得了显著的治理效果。

人工湿地由于具有水力传导率高、渗透能力强及良好布水系统，污染水体能够均匀流过表面或内部基质的特点，使得基质上的植物、动物以及生物膜能够高效、持续捕获河道水体中的污染物，将其快速吸附、吸收、降解、转化。随着苏州特别排放限值标准即将推行，城镇生活污水处理厂主要排放指标的限制将有较大提升。目前，除去厂区周边环境条件的限制，越来越多的污水处理厂在尾水提标升级中都引进了生态湿地氧化塘的做法，即通过增设人工湿地或氧化塘对出水水质强化处理。湿地内投加不同级配的填料，并种植具有净化尾水功能的耐水植物，一方面能阻截悬浮物流出，另一方面也可起到固磷固氮的作用，可保证出水稳定。

2.2.3 水生植物浮岛技术

生态浮岛技术[6]结合了植物浮床的氮磷去除和景观效果，以及人工湿地对有机物降解的双重优势，是一种新型城市河道生态修复治理的方法。我市老城区的望山河治理，选取鸢尾、香蒲、水葱等水生植物，在河床两侧布设湿地型生态岛，不仅对水体中氮磷物质有较强的去除能力，其特有的耐污、耐寒性，能够不造成二次污染，并保持城市河道的景观价值。

2.3 湖滨带生态系统修复

在景观生态学中，把河流与其附近的土地定义为河流廊道，河流廊道作为一个整体共生系统，发挥着维持生命所必需的重要生态功能[7]，如：养分循环、径流污染物的过滤、吸收并逐渐释放洪水、提供鱼和野生动物的栖息地、补充地下水、保持河流流量等。

但同时，河岸带是处于水陆交界处的生态脆弱带，是异质性最强、最复杂的生态系统之一，在维持区域生物多样性、促进物质与能量交换、抵抗水流侵蚀与渗透、营养物过滤及吸收等方面发挥重要的作用[8]，兼负着廊道、缓冲与护岸等三方面生态功能[9]，对城市河流景观功能、抗灾及生物保护等至关重要。

昆山自“十二五”初期开始，逐年实施澄湖、淀山湖、长白荡、明镜荡等南部水乡“淀泖湖群”湖泊群岸线整治工程，一方面，对湖泊岸线进行修整，进行堤顶道路、堤防绿化、生态景观建设，另一方面，结合公园、古窑址、江南民居等构筑层次，丰富水乡景观风貌，营造出与锦溪古镇相协调的临湖景观，从而达到控制湖泊岸线形态，修复湖泊岸线生态，保护湖泊岸线资源，改善湖泊水质与水环境的整治效果，实现提升片区防洪除涝能力、提升临湖资源综合价值的目的。在此，笔者也呼吁，关注城市河岸带被土地利用侵占、水力干扰机制变迁以及基础设施建设导致的廊道间断等不合理的人类活动干扰，并采取积极行动。

2.4 “海绵城市”理念的应用

“海绵城市”[10]理念的引入，最初用于城市给排水系统的改造与规划，它遵循自排与强排相结合的原则，扭转了现状分散、自排，不能完全适应近年来防汛排涝要求的雨水排放格局，与此同时，也是对初期降水实施氮、磷、有机物等拦截的有效手段。昆山高度重视城市发展的可持续和宜居性。2010年，昆山在城市建设中开始探索应用澳洲水敏型城市设计技术;2014年1月，与澳大利亚国家水敏型城市技术研究中心签署战略合作协议;2016年5月，成为江苏省首批海绵城市建设试点城市，划定了共计38km2的示范区，引领带动全市科学建设海绵城市。全市海绵试点项目涉及公园绿地、城市公建、住宅小区、道路建设等多个类别，与水源地保护、农业产业、城市文化、公众教育、市民公益等多方面的结合都有极大的示范效應。中环路海绵化改造、江南理想小区与康居公园、昆山杜克大学等项目成果入选全国《海绵城市建设典型案例》，为探索建设海绵项目运营模式与产业化发展路径、全面推广海绵城市建设开创了良好的局面。

3 小结与讨论

3.1 生态学原理对城市河湖水体污染识别的重要性

协调与平衡原理是基本生态学原理，指生物与环境的协调（强调生物要和环境相适应）以及环境对生物的承载力（即种群数量与环境的负载能力要平衡）。本研究通篇未列举传统河湖治理研究中必定会涉及的水体各污染物指标的浓度数值，更没有河道、湖泊治理修复的工程参数要点，仅是从生态学这个自然科学角度，纵观昆山多年来水环境治理的实际，梳理归纳各项整治技术的理论支持，以期从实践中探索经验进而利于后续整治工作更好地实施。

关于污染的识别，从协调与平衡及生物多样性理论分析，环境污染会影响生态系统各个层次的结构、功能和动态发展，进而导致生态系统退化。对生物而言，突然发生的环境污染一方面使其在适应上产生很大的局限性;另一方面，污染会改变生物原有的进化和适应模式，生物多样性可能会向着污染主导的条件下发展，从而偏离其自然或常规轨道，最终导致生物多样性在遗传、种群和生态系统三个层次上的降低。从这一角度而言，文中未专门辟出章节讨论的外来物种入侵，也是水体污染治理的一方面，例如水网丰富地区的福寿螺泛滥问题。从字面上理解，外来物种是增加了生物多样性;然而，对于生态平衡和生物多样性来讲，生物的入侵却是个扰乱生态平衡的过程。最初引进物种时，仅仅是进入了原产地生态系统的一个组分，食物网中的一些天敌或者它所控制的物种是没法引进的，于是，单物种的疯长和泛滥无法控制，直接后果便是对所引入的生态系统的生态多样性造成危害，水葫芦也是一个典型案例。

3.2 生态学原理对城市河湖水体污染治理的指导意义

早期的治河，经历了抽干换水、疏浚清淤[11]，到现今控源截污、生态湿地，尤其近几年“海绵城市”理念引入和应用，可以说是方法的逐渐升华。河道换水、活水冲洗，是快速的“治标”之方，但未触及污染的本源，这种方法注定只能維持短期的效用;干河清淤，对河湖底泥中沉积的过营养物质、污染物清理，从河湖小生态系统而言，是更为透彻的治理;从水岸共治的理论出发，实施雨污分流、对入河排污口的截断、入河污染物的排放标准提升等这些措施是从“物质循环”的源头遏止了污染的产生，可谓“治本”之法，自然效果来得更彻底;“海绵城市”引入水污染治理，是更具前瞻性的系统工程理念，从小处改善城市水系水质，大到维护流域水环境的生态平衡，待试点成熟，“海绵城市”在探索适合城市当前与未来发展的水环境治理方案乃至城市给排水格局改造中定将有更长足的发展[12]。

3.3 生态学原理对城市生态系统统筹协调的启示

如今治理河湖措施中引进的生态驳岸、水生植物、湖泊生物放流，乃至食藻虫技术都是对河流、湖泊生态系统生物多样性的补充与还原。物种繁多而复杂的生态系统，自身具有较高的抵抗力和稳定性，可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统的生产力。生态驳岸的“可渗透性”为湿地生物、水生动植物、微生物群落建立了良好的生态系统基础，更是岸栖生物与水生生态系统交流的桥梁。水生植物发达根系的扭结力，起到了很好的固岸护坡作用，同时，随着根系的生长蔓延，增加了土壤中有机质的含量和持水性，改善了土壤的结构和性能。水生植物一方面进行光合作用，固碳释氧，同时还吸收水体中氮、磷及重金属、有机污染物等诸多“有害”元素，消除污染、净化水质，从而改善水体质量，恢复水体生态功能。合理、适度的水生生物增殖放流有利于补充和恢复生物资源，改善水体生物种群的结构和功能，进而净化和改善水质以及水域的生态环境。鱼类、贝类等滤食性生物品种，可以滤食水中的藻类和浮游生物，对夏季湖泊藻类环境的控制效果很好。同时，水生生物还有“碳汇”的作用。鱼类和贝类等可以吸收水中的二氧化碳，进而空气中的二氧化碳就可以分解到水里面去，起到间接减排的作用。

参考文献

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