談談幾個與水環境生態治理有關的問題

人工浮島1 

人工浮島2 

　　水是生命的源泉，是生物體的組成成分和生物體內各種生命過程的介質；水也是生態系統和自然環境的組分和媒介物，通過水運動的作用，促使與保障其他一些物質在生態系統中運動，參與地表物質和能量的遷移、轉化和循環，因而水也是自然生態環境的形成和發展的重要物質，人類賴以生存和發展的主要資源。有了水，生命才會繁衍；有了水，生命才會充滿靈氣。

　　對于園林景區而言，水，又是景區的靈魂，是景區賴以高貴的根本。 “水令人遠，景得水而活” 水是園林中最為活躍、最具魅力的造園元素之一。園林因水而生動，因水而活潑，因水而更加生機盎然。但所有水的作用和功能都必須以清潔的水質為前提。一旦水體受到了污染，即水的功能和作用就會受到限制或消失。目前我國在水環境方面所存在的問題非常嚴峻，引起各級地方政府和有關部門的高度重視，也采取了很多治理措施。本文僅就生態治理的有關問題談談粗淺的看法。

　　1　幾個生態學名詞的含義

　　生態系統——是在一定時間和空間范圍內，植物、動物、真菌、微生物群落與其非生命環境，通過能量流動和物質循環而形成的相互作用，相互依存的動態復合體。為生態學的結構和功能的一級單位。

　　生態系統環境——存在于生態系統外部與系統發生作用的各種因子的總稱。是為系統提供輸入的或接受系統輸出的環境。生態系統是開放系統，所以環境的屬性、狀態和變化都對系統產生影響。

　　食物鏈——由生產者和各級消費者組成的能量運轉序列，是生物之間食物關系的體現。

　　食物網——根據能量利用關系，不同的食物鏈彼此相互連結而形成復雜的網絡結構。形象地反映了生態系統內各生物有機體間的營養位置和相互關系。

　　生態工程——模擬自然生態的整體、協同、循環、自生原理，并運用系統工程方法去分析、設計、規劃和調控人工生態系統的結構要素、工藝流程、信息反饋關系及控制機構，疏通物質、能量、信息流通渠道，開拓未被有效利用的生態位，使人與自然雙雙受益的系統工程技術。

　　生態承載力——指一定條件下生態系統為人類活動和生物生存所能持續提供的最大生態服務能力，特別是資源與環境的最大供容能力。

　　生態恢復——在生態學原理指導下，通過生物的、物理的、化學的和工程的多種措施，優化組合，在恢復被破壞生態系統結構和功能的過程中，充分發揮生態系統本身的自組織作用，自我恢復功能，最終達到人與自然和諧相處，人口、資源、環境協調發展。

　　生態修復——在生態學原理指導下，以生物修復為主，結合各種物理、化學和工程措施，通過優化組合，達到最佳效果和最低消耗的綜合性環境污染防治方法。它不同于生態恢復是其直接目標為治理污染的環境。

　　修復——部分地返回到生態系統受到干擾前的結構和功能。

　　自然化——遵循自然法則，把屬于自然的地方還給自然，讓自然與人類共存共榮;盡可能不改變或少改變生物賴以生息和生長的良好環境。
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　　2　水環境惡化的主要原因

　　2.1　營養鹽、有機質等的輸入與輸出不平衡，輸入大于輸出，造成營養鹽、有機質在水體中不斷積累并滯留。

　　2.2　水體生態系統的結構和功能失調，水生動植物、微生物的結構、比量失諧，水域中的營養鹽、有機質的遷移、轉化和輸出途徑不暢、某些環節中斷或量不協調。

　　2.3　社會行為在經濟和生態關系上的沖突和失調

　　自然與人類活動對于生態系統工程造成的壓力，生態學中稱為脅迫。包括水資源過度開發利用、經濟快速發展帶來的水污染、不適當地引入外來物種、不適當的水利工程等。絕大多數的水體是受人類活動與社會行為影響的社會-經濟-自然復合生態系統。社會行為在局部和整體關系上的短見和調控機制上的缺損，在經濟和生態關系上的沖突和失調，將削弱或破壞物質代謝鏈網中某個或某些環節間的協調比量和物質代謝過程，促使水體生態系統結構和功能關系上的錯位和失諧，這是水環境惡化的重要原因。 

　　3　生態修復工程應達到的目標

　　水體生態修復工作在我國才剛起步，尚未建立一套完善的設計規范和評估標準。目前對生態治理的理解比較浮淺，甚至片面。有人認為種一些水生植物、投入一些微生物或放養部份水生動物或是增加幾處園林水景等就是水域的生態治理，這些雖是生態修復的內容之一，但不是生態修復的目標。生態修復的總目標是可持續發展。水域可持續發展內涵包括：經濟的持續增長、資源的永續利用、方法的正確合理、人與自然的調諧、生物間和諧共生、水體活力的維系。

　　⑴調諧好水體中食物鏈（網）各環節間的比量關系，使水體中的物質流、能量流不至于在某環節上中斷或積累，以至造成生態阻滯。

　　⑵根據某一水體的生態承載能力，通過生態工程的治理使營養物質的輸入小于輸出，并逐漸達到平衡。

　　⑶在生態學原理指導下，充分發揮生態系統本身的自組織作用和自我恢復功能，使水體進入良性循環，最終達到人與自然和諧相處，人口、資源、環境協調發展。

　　4　生態修復工程設計所包含的內容

　　生態工程將水體復合生態系統作為一個整體。不僅考慮某一方面、項目或措施的簡單結果，應按社會、經濟、自然的具體條件，顧及前因后果的連鎖反應，上游與下游的物質（原料、產品和廢物等）、能量、信息等的輸入、遷移、轉化、輸出等流動和循環途徑和量，將多項目、多種技術、多種措施、多個環節有機組合與優化，協調系統中各環節間的定性和定量的合理關系，聯結成相互聯系，互利共生的系統，發揮整體功能。 因類、因地制宜地根據具體水體復合生態系統的主次功能和問題，統一規劃，統籌兼顧。通過生態設計、生態工程與生態管理，將單一的生物環節、物理環節、經濟環節和社會環節組裝成一個有強生命力的生命系統，調節系統的主導性與多樣性，開放性與自主性，靈活性與穩定性，使生態學的競爭、共生、再生和自生原理得到充分的體現，

　　4.1　通過設計達到 自生、共生和競爭完美結合

　　系統的組織方式有兩類，一類為他組織，它是由上而下、由外而內，自始至終有計劃集中的嚴格控制的建立充分組織性的有序結構和發展方式；其結構嚴密，適應外界環境變化的潛力很小。如機械工程（如機器、鐘表等）和建筑工程（如橋梁、房屋、水利工程）等。

　　另一類是自組織，它是一種自發性行為，一種自下而上、由內而外，按最小耗能原理和最大功率原理，分散的控制，自我建立充分組織性的有序結構、生態過程和發展方式；外力并不能對系統直接產生作用，而是作為一誘因，提供系統組分或子系統間匹配的機會，其他過程要由系統通過競爭、協同進化來完成；結構的嚴密性小、有彈性；適應外部環境變化的潛力大，有一定的自我調節能力。

　　自組織是生物的生存本能，也是生態系統和開放系統與機械系統的區別之一。

　　自組織系統三個主要特征：它是不斷同系統外環境交換物質和能量的開放系統；他們都是由大量子系統（或微觀單元）所組成的宏觀系統；它們都有自己的演變歷史和規律，低層次的子系統或元素一旦形成，就會出現原有層次所沒有的性質。自組織過程就是子系統之間關系升級的過程。 

　　自我調節指生態系統具有對環境適應和自我調節的潛力。系統一旦形成新的結構和功能，就具有一定的穩定性。這種穩定性體現出系統對變化的環境的適應性。在最有利的時機，主要依賴正反饋機制，加速其發展，在不利條件下能主要依賴負反饋機制，在一定程度上抗擊干擾，自我保護，避免危機，自我維持其相對穩定的結構和功能，動態的穩態，促進一個生態系統的可持續發展。但是自我調節的能力并非無限的，生態承載力是其極限。
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　　生態承載力就是自我調節對干擾的承受極限，指自我維持生系統動態的相對穩態、所能承擔的對資源與環境干擾潛力，是生態系統的自然屬性，內在的自然稟性和特質。

　　生態工程就是要依據某水域的生態承載力來設計，要因地制宜，切忌千篇一律。

　　共生是維持生態系統穩定性的一種負反饋機制。在生態工程中主要是促進與發揮互利共生關系。對偏利共生、偏害共生、寄生等關系，以系統的整體效益為標準，而有所為有所不為，或兩利相權取其重，兩害相權取其輕來取舍。 

　　競爭是促進生態系統演化的一種正反饋機制，如水草與藻類對水體中營養鹽的競爭，水草與水草種群間的競爭；有益微生物與有害微生物種群間的競爭等。

　　自生、共生和競爭機制的完美結合是城市生態工程的一重要原則，水體中的藻類、水草、魚類、底棲動物、微生物、菌類等多種生物共同生存于同一個水體中，如何量化它們之間的比量關系，即是生態設計的主要內容。

　　4.2　針對富營養化的主要原因是有機質和營養鹽的生態阻滯，其對策之一應是多途徑的增支節收。

　　4.2.1　造成生態阻滯物質的節收

　　水體中的有機物、營養鹽等污染物的來源主要有流域內工業及生活廢水、農田地表徑流、畜牧業的廢水、城鎮區地表徑流、和水土流失等點、面源污染。要因地因類制宜，按實際的具體情況，從源頭上分別控制污染源，多途徑減少進入水中的污染物總量。
　　①加強工業廢水和生活污水回收、回用、推行減量化、資源化；
　　②降低農業施肥的流失量；
　　③糞便資源化與綜合利用；
　　④垃圾的減量化、無害化、資源化、產業化、系統化；
　　⑤恢復或增加沿岸帶植物及采用生態護坎技術，增強攔截進入水體的污染物的量；
　　⑥控制天然水體中水產養殖的投飼人工飼料量；
　　⑦降低旅游業帶來的人為污染。

　　4.2.2　造成生態阻滯物質的增支

　　多途徑增加湖中有機質、營養鹽等污染物的遷移、轉化和輸出的途徑和量。
　　①增加水體水的交換量,提高稀釋、沖污能力；
　　②合理放養與增殖一些食藻的經濟動物，增加營養鹽等的遷移、轉化、利用和輸出途徑和量，
　　③恢復或增加湖中水生植物并及時把多余的水草從水體中移出，或者調諧好食物鏈（網）各環節間的比量，（例如放入適量的草食性魚類）使之系統能自行運轉與平衡。
　　④清淤挖泥，增加積存的有機質、營養鹽的輸出量，減少內源污染。

　　4.3　調諧好生產者、消費者、分解者的種類、數量、比例及相互關系

　　組成水生態系統應有三大部份；即是水中的生產者、水中的消費者和水中的分解者，三者缺一不可。尤其是水中的分解者，既是聯系生產者和消費者之間的紐帶，又是水中的環保衛士，在水生態系統中起著舉足輕重的作用。但由于微生物分為有益微生物和有害微生物，所以在使用時應嚴格防止把有害微生物帶入水體。通過人為的干預使之能達到抑制有害微生物的生長繁殖，而有利于有益微生物的生長與繁殖，創建良性微生態環境。

　　4.4　采用先進的環保設備（如氣浮、過濾、超聲波等）直接去除水體中的藻類和懸浮物

　　4.5　人工濕地的應用

　　4.6　浮島技術的應用

　　人工浮島不僅能通過浮島上的植物直接吸收水體中的營養鹽，而且在水面造成一定面積的遮光區，使該區域內的藻類不能進行光合作用，達到抑制藻類增殖的目的。同時浮島又是組成水面景觀帶的重要手段，因此在生態設計中是一項常用的技術。

　　4.7　生態系統的管理和維護

　　加強生態系統的后期管理是維持生態工程效果的重要一環，也是生態工程有別于其它工程的重要方面。任何生物都有其固有的生命周期，對于枯萎、死亡、過量的植物需要移出；自行過量增殖的動物需要捕撈；競爭力相對較弱的生物需要重點養護等等，生態工程如果不加強后期管理，將會前功盡棄。

　　從二十世紀九十年代起，水生態與水環境問題已經成為《世界水論壇會議》、《國際大壩會議》、《國際水利學會議》等一系列國際學術會議的核心議題。在生態修復技術方面國外已有許多成功的經驗和較為先進的技術。但目前國內仍處于起步和技術探索階段。一般情況下，水環境治理的傾向是注重園林景觀效果較多，對水域生態整體恢復考慮較少；在對生態治理的目標、手段、方法、內容、規范、標準等等方面還沒有統一的標準。

　　然而水域生態修復技術能充分發揮其自我修復能力，體現了“人水和諧”的先進理念，相信不久將成為水環境治理與保護的重要手段和措施。
人類必須善待環境，環境才能厚待人類。運用生態學的規律，以生物防治、綜合治理的方法，一定能達到天人合一，人與自然和諧的目的；必將會創建出一個天蘭、山青、水秀、地綠的、理想的人類生存空間。