谈谈几个与水环境生态治理有关的问题

人工浮岛1 

人工浮岛2 

　　水是生命的源泉，是生物体的组成成分和生物体内各种生命过程的介质；水也是生态系统和自然环境的组分和媒介物，通过水运动的作用，促使与保障其他一些物质在生态系统中运动，参与地表物质和能量的迁移、转化和循环，因而水也是自然生态环境的形成和发展的重要物质，人类赖以生存和发展的主要资源。有了水，生命才会繁衍；有了水，生命才会充满灵气。

　　对于园林景区而言，水，又是景区的灵魂，是景区赖以高贵的根本。 “水令人远，景得水而活” 水是园林中最为活跃、最具魅力的造园元素之一。园林因水而生动，因水而活泼，因水而更加生机盎然。但所有水的作用和功能都必须以清洁的水质为前提。一旦水体受到了污染，即水的功能和作用就会受到限制或消失。目前我国在水环境方面所存在的问题非常严峻，引起各级地方政府和有关部门的高度重视，也采取了很多治理措施。本文仅就生态治理的有关问题谈谈粗浅的看法。

　　1　几个生态学名词的含义

　　生态系统——是在一定时间和空间范围内，植物、动物、真菌、微生物群落与其非生命环境，通过能量流动和物质循环而形成的相互作用，相互依存的动态复合体。为生态学的结构和功能的一级单位。

　　生态系统环境——存在于生态系统外部与系统发生作用的各种因子的总称。是为系统提供输入的或接受系统输出的环境。生态系统是开放系统，所以环境的属性、状态和变化都对系统产生影响。

　　食物链——由生产者和各级消费者组成的能量运转序列，是生物之间食物关系的体现。

　　食物网——根据能量利用关系，不同的食物链彼此相互连结而形成复杂的网络结构。形象地反映了生态系统内各生物有机体间的营养位置和相互关系。

　　生态工程——模拟自然生态的整体、协同、循环、自生原理，并运用系统工程方法去分析、设计、规划和调控人工生态系统的结构要素、工艺流程、信息反馈关系及控制机构，疏通物质、能量、信息流通渠道，开拓未被有效利用的生态位，使人与自然双双受益的系统工程技术。

　　生态承载力——指一定条件下生态系统为人类活动和生物生存所能持续提供的最大生态服务能力，特别是资源与环境的最大供容能力。

　　生态恢复——在生态学原理指导下，通过生物的、物理的、化学的和工程的多种措施，优化组合，在恢复被破坏生态系统结构和功能的过程中，充分发挥生态系统本身的自组织作用，自我恢复功能，最终达到人与自然和谐相处，人口、资源、环境协调发展。

　　生态修复——在生态学原理指导下，以生物修复为主，结合各种物理、化学和工程措施，通过优化组合，达到最佳效果和最低消耗的综合性环境污染防治方法。它不同于生态恢复是其直接目标为治理污染的环境。

　　修复——部分地返回到生态系统受到干扰前的结构和功能。

　　自然化——遵循自然法则，把属于自然的地方还给自然，让自然与人类共存共荣;尽可能不改变或少改变生物赖以生息和生长的良好环境。
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　　2　水环境恶化的主要原因

　　2.1　营养盐、有机质等的输入与输出不平衡，输入大于输出，造成营养盐、有机质在水体中不断积累并滞留。

　　2.2　水体生态系统的结构和功能失调，水生动植物、微生物的结构、比量失谐，水域中的营养盐、有机质的迁移、转化和输出途径不畅、某些环节中断或量不协调。

　　2.3　社会行为在经济和生态关系上的冲突和失调

　　自然与人类活动对于生态系统工程造成的压力，生态学中称为胁迫。包括水资源过度开发利用、经济快速发展带来的水污染、不适当地引入外来物种、不适当的水利工程等。绝大多数的水体是受人类活动与社会行为影响的社会-经济-自然复合生态系统。社会行为在局部和整体关系上的短见和调控机制上的缺损，在经济和生态关系上的冲突和失调，将削弱或破坏物质代谢链网中某个或某些环节间的协调比量和物质代谢过程，促使水体生态系统结构和功能关系上的错位和失谐，这是水环境恶化的重要原因。 

　　3　生态修复工程应达到的目标

　　水体生态修复工作在我国才刚起步，尚未建立一套完善的设计规范和评估标准。目前对生态治理的理解比较浮浅，甚至片面。有人认为种一些水生植物、投入一些微生物或放养部份水生动物或是增加几处园林水景等就是水域的生态治理，这些虽是生态修复的内容之一，但不是生态修复的目标。生态修复的总目标是可持续发展。水域可持续发展内涵包括：经济的持续增长、资源的永续利用、方法的正确合理、人与自然的调谐、生物间和谐共生、水体活力的维系。

　　⑴调谐好水体中食物链（网）各环节间的比量关系，使水体中的物质流、能量流不至于在某环节上中断或积累，以至造成生态阻滞。

　　⑵根据某一水体的生态承载能力，通过生态工程的治理使营养物质的输入小于输出，并逐渐达到平衡。

　　⑶在生态学原理指导下，充分发挥生态系统本身的自组织作用和自我恢复功能，使水体进入良性循环，最终达到人与自然和谐相处，人口、资源、环境协调发展。

　　4　生态修复工程设计所包含的内容

　　生态工程将水体复合生态系统作为一个整体。不仅考虑某一方面、项目或措施的简单结果，应按社会、经济、自然的具体条件，顾及前因后果的连锁反应，上游与下游的物质（原料、产品和废物等）、能量、信息等的输入、迁移、转化、输出等流动和循环途径和量，将多项目、多种技术、多种措施、多个环节有机组合与优化，协调系统中各环节间的定性和定量的合理关系，联结成相互联系，互利共生的系统，发挥整体功能。 因类、因地制宜地根据具体水体复合生态系统的主次功能和问题，统一规划，统筹兼顾。通过生态设计、生态工程与生态管理，将单一的生物环节、物理环节、经济环节和社会环节组装成一个有强生命力的生命系统，调节系统的主导性与多样性，开放性与自主性，灵活性与稳定性，使生态学的竞争、共生、再生和自生原理得到充分的体现，

　　4.1　通过设计达到 自生、共生和竞争完美结合

　　系统的组织方式有两类，一类为他组织，它是由上而下、由外而内，自始至终有计划集中的严格控制的建立充分组织性的有序结构和发展方式；其结构严密，适应外界环境变化的潜力很小。如机械工程（如机器、钟表等）和建筑工程（如桥梁、房屋、水利工程）等。

　　另一类是自组织，它是一种自发性行为，一种自下而上、由内而外，按最小耗能原理和最大功率原理，分散的控制，自我建立充分组织性的有序结构、生态过程和发展方式；外力并不能对系统直接产生作用，而是作为一诱因，提供系统组分或子系统间匹配的机会，其他过程要由系统通过竞争、协同进化来完成；结构的严密性小、有弹性；适应外部环境变化的潜力大，有一定的自我调节能力。

　　自组织是生物的生存本能，也是生态系统和开放系统与机械系统的区别之一。

　　自组织系统三个主要特征：它是不断同系统外环境交换物质和能量的开放系统；他们都是由大量子系统（或微观单元）所组成的宏观系统；它们都有自己的演变历史和规律，低层次的子系统或元素一旦形成，就会出现原有层次所没有的性质。自组织过程就是子系统之间关系升级的过程。 

　　自我调节指生态系统具有对环境适应和自我调节的潜力。系统一旦形成新的结构和功能，就具有一定的稳定性。这种稳定性体现出系统对变化的环境的适应性。在最有利的时机，主要依赖正反馈机制，加速其发展，在不利条件下能主要依赖负反馈机制，在一定程度上抗击干扰，自我保护，避免危机，自我维持其相对稳定的结构和功能，动态的稳态，促进一个生态系统的可持续发展。但是自我调节的能力并非无限的，生态承载力是其极限。
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　　生态承载力就是自我调节对干扰的承受极限，指自我维持生系统动态的相对稳态、所能承担的对资源与环境干扰潜力，是生态系统的自然属性，内在的自然禀性和特质。

　　生态工程就是要依据某水域的生态承载力来设计，要因地制宜，切忌千篇一律。

　　共生是维持生态系统稳定性的一种负反馈机制。在生态工程中主要是促进与发挥互利共生关系。对偏利共生、偏害共生、寄生等关系，以系统的整体效益为标准，而有所为有所不为，或两利相权取其重，两害相权取其轻来取舍。 

　　竞争是促进生态系统演化的一种正反馈机制，如水草与藻类对水体中营养盐的竞争，水草与水草种群间的竞争；有益微生物与有害微生物种群间的竞争等。

　　自生、共生和竞争机制的完美结合是城市生态工程的一重要原则，水体中的藻类、水草、鱼类、底栖动物、微生物、菌类等多种生物共同生存于同一个水体中，如何量化它们之间的比量关系，即是生态设计的主要内容。

　　4.2　针对富营养化的主要原因是有机质和营养盐的生态阻滞，其对策之一应是多途径的增支节收。

　　4.2.1　造成生态阻滞物质的节收

　　水体中的有机物、营养盐等污染物的来源主要有流域内工业及生活废水、农田地表径流、畜牧业的废水、城镇区地表径流、和水土流失等点、面源污染。要因地因类制宜，按实际的具体情况，从源头上分别控制污染源，多途径减少进入水中的污染物总量。
　　①加强工业废水和生活污水回收、回用、推行减量化、资源化；
　　②降低农业施肥的流失量；
　　③粪便资源化与综合利用；
　　④垃圾的减量化、无害化、资源化、产业化、系统化；
　　⑤恢复或增加沿岸带植物及采用生态护坎技术，增强拦截进入水体的污染物的量；
　　⑥控制天然水体中水产养殖的投饲人工饲料量；
　　⑦降低旅游业带来的人为污染。

　　4.2.2　造成生态阻滞物质的增支

　　多途径增加湖中有机质、营养盐等污染物的迁移、转化和输出的途径和量。
　　①增加水体水的交换量,提高稀释、冲污能力；
　　②合理放养与增殖一些食藻的经济动物，增加营养盐等的迁移、转化、利用和输出途径和量，
　　③恢复或增加湖中水生植物并及时把多余的水草从水体中移出，或者调谐好食物链（网）各环节间的比量，（例如放入适量的草食性鱼类）使之系统能自行运转与平衡。
　　④清淤挖泥，增加积存的有机质、营养盐的输出量，减少内源污染。

　　4.3　调谐好生产者、消费者、分解者的种类、数量、比例及相互关系

　　组成水生态系统应有三大部份；即是水中的生产者、水中的消费者和水中的分解者，三者缺一不可。尤其是水中的分解者，既是联系生产者和消费者之间的纽带，又是水中的环保卫士，在水生态系统中起着举足轻重的作用。但由于微生物分为有益微生物和有害微生物，所以在使用时应严格防止把有害微生物带入水体。通过人为的干预使之能达到抑制有害微生物的生长繁殖，而有利于有益微生物的生长与繁殖，创建良性微生态环境。

　　4.4　采用先进的环保设备（如气浮、过滤、超声波等）直接去除水体中的藻类和悬浮物

　　4.5　人工湿地的应用

　　4.6　浮岛技术的应用

　　人工浮岛不仅能通过浮岛上的植物直接吸收水体中的营养盐，而且在水面造成一定面积的遮光区，使该区域内的藻类不能进行光合作用，达到抑制藻类增殖的目的。同时浮岛又是组成水面景观带的重要手段，因此在生态设计中是一项常用的技术。

　　4.7　生态系统的管理和维护

　　加强生态系统的后期管理是维持生态工程效果的重要一环，也是生态工程有别于其它工程的重要方面。任何生物都有其固有的生命周期，对于枯萎、死亡、过量的植物需要移出；自行过量增殖的动物需要捕捞；竞争力相对较弱的生物需要重点养护等等，生态工程如果不加强后期管理，将会前功尽弃。

　　从二十世纪九十年代起，水生态与水环境问题已经成为《世界水论坛会议》、《国际大坝会议》、《国际水利学会议》等一系列国际学术会议的核心议题。在生态修复技术方面国外已有许多成功的经验和较为先进的技术。但目前国内仍处于起步和技术探索阶段。一般情况下，水环境治理的倾向是注重园林景观效果较多，对水域生态整体恢复考虑较少；在对生态治理的目标、手段、方法、内容、规范、标准等等方面还没有统一的标准。

　　然而水域生态修复技术能充分发挥其自我修复能力，体现了“人水和谐”的先进理念，相信不久将成为水环境治理与保护的重要手段和措施。
人类必须善待环境，环境才能厚待人类。运用生态学的规律，以生物防治、综合治理的方法，一定能达到天人合一，人与自然和谐的目的；必将会创建出一个天兰、山青、水秀、地绿的、理想的人类生存空间。