文/谢亿平
摘 要:为了保障滴水湖水质的稳定性和生态系统的健康,充分利用滴水湖现有水系和地形等自然资源,围绕“水质达标、生境修复、生态健康”三大目标,主要采取“入湖污染削减、湖滨缓冲净化、湖区生物控藻”等生态措施,旨在抑制藻类过度生长,促进水质稳定提升,构建一个高效的滴水湖净水生态管理体系。
关键词:生态系统;生态措施;生物控藻;净水生态管理
由于人类活动的频繁干扰以及部分自然因素的影响,水体中氮(N)、磷(P)等营养元素过量积累,导致富营养化现象日益严重,这已成为全球范围内普遍存在的环境问题之一。研究表明,通过水生植物修复与生物修复技术的集成耦合,能够有效控制水体富营养化,并构建净水生态管理体系。基于此,本文将水生植物、水生动物以及生物质焦进行优化组合,构建水生生物净水系统,旨在为人工景观水体的净化以及受污染水体生态系统的恢复提供技术支撑与理论依据。
1滴水湖净水生态调研与分析方法
根据滴水湖水系环境生态特征和生态调查取样点设置原则,参照《湖泊生态调查观测分析》《水域生态系统观测规范》等规范,利用谷歌地图的高清卫星图像,在滴水湖设置36个采样点。其中3号和8号点为深水区滴水湖湖区采样点位,站点12~18为主要出入湖口(“七射”)采样点位,19~36为周边水系(“四涟七射”)采样点位。在鱼类传统网具和环境DNA的调查中,采用沿岸采样与湖心采样相结合的方式,共设置5个采样站点。
1.1水质理化指标调查
水质理化指标调查包括:湖区及周边水系水理化条件调查、水体透明度空间格局调查。使用YSI EXO2(美国)设备测定水体的pH值、水温、溶解氧含量、电导率、盐度和氧化还原电位等多项理化指标;水体透明度采用赛氏盘现场测定;对于其他水质指标,则通过采集水样并冷藏运输至实验室进行测定。
表1 实验室水质测定方法
测定指标 | 测定标准 | 测定方法 |
总氮 | GB 11894-89 | 碱性过硫酸钾紫外分光光度法 |
硝酸氮 | GB 7480-87 | 酚二磺酸分光光度法 |
亚硝氮 | GB 7493-87 | 分光光度法 |
氨氮 | HJ 535-2009 | 奈氏试剂法 |
总磷 | GB 11893-89 | 钼酸铵分光光度法 |
磷酸盐 | GB/T 8538-1995 | 磷钼蓝比色法 |
化学需氧量 | GB 11914-89 | 高锰酸盐法 |
叶绿素a | SL 88-2012 | 丙酮-分光光度法 |
水体悬浮物 | GB/T 11901-1989 | 滤膜称重法 |
1.2浮游植物调查
为了定量分析浮游植物,从0.5m和1.5m的水深处采集水样进行混合(超过5m水体分层采样)。混合后的水样量为1L,随后加入1~15mL鲁哥氏液进行固定,沉淀48小时后,将样品浓缩并定容至30~50mL。
在光学显微镜下使用0.1mL帕默尔浮游藻类计数框进行计数,每瓶样品观察100个视野,并对每瓶样品计数两次,取其平均数。计算误差需小于15%。最后,将计数结果换算为每升水样中的总细胞数。
2水质理化指标调查结果分析
2.1水体总氮变化
2023年,滴水湖及周围水系的总氮浓度较高,尽管湖区和入湖口的总氮浓度略低于周围水系,但其仍处于Ⅲ类到Ⅴ类水之间。入湖口的空间分布特征显示,St14(黄日港)的总氮含量最高,其次为St15(绿丽港)。湖区与入湖口平台的水质为Ⅳ类水,而St14(黄日港)长期处于Ⅴ类水,且有三个月达到劣Ⅴ类,在周围水系的监测点位中,St23的总氮含量最高,这主要是由于该点位处于居民生活区,周边的商业活动会导致总氮的污染。
2.2水体氨氮变化
湖口的氨氮含量在6月份达到最高,介于I类到Ⅱ类水之间。到了10月,氨氮在湖区和入湖口的含量均较高,但并未超过Ⅱ类水标准,4月最低,在I类到Ⅱ类水之间。总体上高温季节氨氮含量升高,这与夏季温度升高导致底泥向水体中释放更多的氨氮量有关。入湖口的空间分布特征表现为St14氨氮含量最高,其次为St15。周围水系总体为Ⅱ类,个别点位达到Ⅲ类。在这些点位中,St23氨氮含量最高,与总氮含量空间分布特征一致。
2.3水体总磷变化
近3年湖区总磷浓度呈波动状态,最高值0.28mg/L,最低值为0.02mg/L,为湖泊IV类水。2021~2023年,年平均浓度分别为0.13mg/L、0.09mg/L、0.07mg/L,2023年较前两年浓度略有降低或升高,但总体上仍为湖泊IV类(0.05mg/L),个别月份达到V类,波动性较大。
2.4水体活性磷变化
湖区活性磷平均值为0.0268mg/L,入湖口平均值为0.0280mg/L,周围水系平均值为0.0270mg/L。从平均值来看,湖区<周边河道<入湖口。活性磷在10月份达到了最高值,而11月份的含量则最低。
2.5水体高锰酸盐指数
入湖口的空间分布特征显示,St15区域的高锰酸盐指数含量最高,其次为St14和St13,这一空间分布特点集中在滴水湖水系的西南方向,该地区的居民生活区和商业区占较大比重。周围水系总体为Ⅲ类,个别点位为Ⅳ类。周围水系的点位中,St30高锰酸盐指数含量最高,其次为St34和St36,这些点位处于东北方位的在建工地附近。施工活动和临近生活区会引起有机物污染,导致高锰酸盐指数的升高。
2.6水体叶绿素a指数
在2023年6月和9月,滴水湖的叶绿素a浓度最高,8月最低。九次采样发现湖区的叶绿素a含量平均为10.55 ,表明入湖口处于轻度富营养化状态。周围水系局部地区发生水华,其中河道的叶绿素a含量达到了102.20 ;入湖口的叶绿素a含量最高的是St13,其次为St14,这一区域的居民生活区和商业区较为集中。周围水系的点位中St30叶绿素a含量最高,其次为St20和St22。四涟河道在高温季节,多个月份发生局部性藻类水华现象。
2.7水体溶解氧含量
2023年,滴水湖湖区及入湖口的溶解氧水质总体为I类到Ⅱ类水之间,河道大多为I类水。时间变化趋势显示,12月溶解氧含量最高,而5月最低,这与季节变化、水温等因素相关。周围水系总体为Ⅰ类水,个别点位为Ⅱ类水,这可能与不同区域人类活动强度和污染程度有关。在空间分布上,St13区域的溶解氧含量最高,这与该区域的环境特点和水流动态有关。
2.8水体透明度指标
湖区水体透明度范围为120~290cm,入湖口为98~47cm,周围水系为55~90cm。滴水湖湖区透明度显著优于入湖口和周围河道,但总体呈高温季节低,低温季节高的趋势。滴水湖水体透明度受季节变化、藻类生长以及人类活动等多种因素影响。空间分布上,St8和St12的透明度最高,而St14和St15受到较严重的污染影响。
2.9水体悬浮物指标、综合营养指数
2023年,通过九次采样分析,湖区悬浮物平均值为10.71mg/L,入湖口平均值为12.54mg/L,周围水系平均值为13.69mg/L。滴水湖悬浮物浓度在湖区和入湖口变化较小,而周围水系变化平缓。湖区和入湖口的悬浮物浓度在11月最高,这与11月临港地区连续降雨有关。入湖口St13悬浮物浓度最高,这与该点位附近正在施工有关。在周围水系中,St22点位的悬浮物浓度最高,与附近大量工地活动有关,而悬浮物浓度最低的是St23(靠近绿地东岸涟城)。
利用总氮、总磷、透明度、高锰酸盐指数、叶绿素等5项指标,进行加权计算分析,可知:2023年,湖区水体的综合营养化指数范围为41.02~57.78,总体为中营养状态,但其中有3个月呈轻度富营养状态;入湖口范围为42.66~64.5,呈轻度富营养化状态;周围水系的St20指数最高,其次为St30,这主要是由于在建工地排放的污染物较多。
3水系浮游植物群落结构变化
3.1浮游植物物种组成
在滴水湖采样区域4~12月的浮游植物调查中,共鉴定出浮游植物8门302种,其中绿藻门共计114种,硅藻门共计82种,蓝藻门共计53种,三者占总数的82.45%。湖区平均有23种浮游植物,绿藻门和硅藻门占主导地位,占湖区物种总数的73.91%;入湖口平均有38种浮游植物,硅藻门、绿藻门及蓝藻门占84.21%;周围水系平均物种数为36种,绿藻门、蓝藻门以及硅藻门同样占据优势,占周围水系物种总数的84.03%。
3.2浮游植物密度
4~6月随着水温的升高藻类密度呈上升趋势,7、8月份滴水湖近岸浅水区和入湖口水生植物长势较好,特别是滴水湖湖区浮游植物的密度大幅下降,降至2023年最低值113.30×104cells/L,但四涟水系并未受到暴发水生植物的影响,周围水系浮游植物平均生物密度超过108 cells/L,9月份水生植物得到控制,采样日平均水温达到27.5℃,温度适宜藻类生长,因而呈上升趋势,但9月份以后,浮游植物生物密度呈现显著下降趋势。
3.3浮游植物生物量
7、8月份滴水湖湖区的浮游植物生物量下降至2023年最低值,St1八月份生物量降至0.06mg/L。但9月份浮游植物生物量发生反弹,达到全年度最高值,且近盐骨条藻大量生长,湖区浮游植物平均生物量为2.41mg/L,入湖口平均生物量达到5.14mg/L,该月份St13的生物量达到了12.71mg/L。九月份过后水温下降,浮游植物生物量总体呈现降低趋势。
3.4滴水湖浮游植物优势种
利用理化指标与浮游植物丰度的相关性分析发现,水温、高锰酸盐指数、磷和氮含量是影响藻类总生物量(以叶绿素为指标)变化的重要因素,其中磷元素比氮元素影响更大;此外,水体中硅酸盐含量、电导率和盐度的波动,则会对浮游植物群落结构产生显著影响。
4水生态修复建议
(1)修复水生态及实施生物控制措施。在浅水区和静水区种植水生植物,提高富营养化水体营养盐的原位削减能力,并通过定期维护管理,形成抑制浮游植物生长的局部微生境,整体推进滴水湖水系的水生植物保护与恢复。为了保持长效机制的有效性,控制藻类的过度生长和污染,需要跟踪监测滴水湖水系生物类群结构变化,并根据监测结果适时调整与管理。通过恢复生态系统的平衡,例如投放枝角类浮游动物、增加肉食性鱼类、减少杂食性鱼类的数量,建立合适的浮游动物种群,可以对藻类形成摄食压力,从而有效抑制水华藻类的暴发。
(2)加强藻类水华暴发预警监测。加强对藻类的长期监测,分析藻类的季节性和垂直变化,确定主要优势种、水华物种,以及暴发的时间特征。结合水质监测数据,构建水华监测预警综合数据库,以实现对藻类水华的监测和预警。
参考文献
[1]许铭宇,刘雯,谭广文,等.生态净水系统对富营养化园林水体的净化效应研究[J].长江科学院院报,2019,36(4):27-31.
[2]相华,殷旭旺,商书芹,等.城市水生态系统健康评价与修复对策研究[M].中国水利水电出版社,2021.
[3]张敏,孔凡洲,杨锐,等.2019–2021年中国近海有毒有害微藻和藻毒素分布数据集[J].中国科学数据(中英文网络版),2024,9(1):222-234.
(作者单位:上海城投兴港投资建设(集团)有限公司)