水专项研究成果助力滇池生态修复

2018年12月27日 15:01环保工程来源:http://www.hb114.cc

“十一五”和“十二五”期间滇池治理加速,水质企稳向好,滇池由污染治理型湖泊向生态修复型湖泊转变,迫切需要规模化生态修复技术的支撑。“十一五”期间,中国科学院水生生物研究所(以下简称“中科院水生所”)牵头多家单位对滇池水生态系统退化成因开展深入研究,提出了滇池生态系统分区分步治理的思路。

“十二五” 期间,项目以草海生态修复为目标,以改善生境、恢复水草、构建草型清水态为主线,开展湖滨带植被扩增保育、水生植被处理低污染水、草型清水态构建与维持等关键技术的研究,突破草海生态修复的制约瓶颈及技术难题,重点研发湖滨带修复、低污染水净化、透明度提高等生境改善技术。在此基础上恢复沉水植物,构建草型清水态,在地方相关工程的配套支撑下,在滇池大泊口 0.57 km2及外草海6 km2开展规模化生态修复工程示范,示范区水质和自然生态景观得到明显改善,水生植被盖度达40%以上,总氮、总磷下降30%以上,为滇池水生态系统的修复提供了有力支撑。

“十二五”期间,中科院水生所牵头,联合云南省环境科学研究院、中国科学院武汉植物园、昆明市滇池生态研究所和中国科学院测量与地球物理研究所,承担国家水体污染控制与治理重大科技专项——滇池项目第五课题“滇池草海水生态规模化修复关键技术与工程示范”的研究任务。

针对草海水体透明度低、营养盐负荷较高、蓝藻水华频发等制约草海生态修复的难题,课题组系统开展了湖滨带植被扩增保育、水生植被处理低污染水、草型清水态构建与维持等关键技术的研究,通过中试工程技术研发、技术集成、工程示范等多个环节,形成了生境改善—水草恢复—浊清转换为核心的高原浅水富营养化湖泊规模化生态修复成套技术,支撑草海实现规模化生态修复,开创了高原浅水富营养化湖泊规模化修复新模式。

奠定草海开展规模化

生态修复的科学基础

项目明确了滇池草海沉水植物恢复和草型清水态构建维持的关键环境参数,奠定了草海开展规模化生态修复的科学基础。

草海恢复沉水植物的主要限制因子是水体透明度,控制水体叶绿素a低于50 μg/L,透明度达到55 cm以上,可以实现草海沉水植被的快速扩增。沉水植被扩增的适宜种群规模为10%~20%,植被盖度达40%以上时,可以构建草型清水态;植被盖度为40%~70%时,可以维持草型清水态;盖度大于70%时,进行生物量控制。

草海现有种子库的组成、丰度和分布为草海沉水植被的规模化自然恢复奠定了重要基础,在无水位调控措施情况下,其自然恢复取决于透明度:透明度85 cm以上,不需进行水位调控;透明度为50cm~85cm,结合生态水位调控措施也可实现自然恢复;透明度小于50 cm时,水位调控作用甚微。

在种子库缺乏的局部区域,在不同水深和透明度梯度上恢复不同的沉水植被类型,在浅水区(≤1.8 m,透明度60 cm)恢复以“地毯型”为主的沉水植被,在深水区(>1.8 m)恢复以“天蓬型”为主的沉水植被。

开创高原浅水富营养化湖泊规模化修复新模式

项目形成了“生境改善-水草恢复-浊清转换”的成套技术体系,在滇池草海成功实现规模化生态修复,开创了高原浅水富营养化湖泊规模化修复新模式。

针对滇池草海生境条件制约沉水植被恢复的现状,在技术研发上聚焦于解除规模化修复的主要限制因子,突破制约瓶颈。研发并集成了湖滨带稳定与植被扩增、水生植被处理低污染水、草型清水态构建维持 3 项关键技术,形成了“生境改善-水草恢复-浊清转换”成套技术体系,支撑草海实现规模化生态修复。

修复新模式重点体现在规模化。

一是生境改善的规模化。湖滨带稳定与植被扩增技术可以满足防洪要求,能有效提升湖滨带功能,可以规模化实施;水生植被处理低污染水技术能有效净化污水处理厂尾水,可在河道、入湖河口湿地及湖区规模化实施;微滤除藻与生物控藻联用能快速提高水体透明度,可规模化实施(单台3万m3/d 微滤除藻设备服务面积达0.3 km2);引水换水和水位调控条件具备时,可优先作为规模化措施。

二是沉水植被恢复的规模化。在主湖区,适宜的透明度和生态水位可以激活种子库,促进沉水植被的规模化自然恢复;在种子库缺乏的局部区域,进行人工引种,实现沉水植被的规模化人工恢复。

三是规模化实现浊清转换。在草型清水态构建阶段,项目采用可规模化实施的菹草石芽播种技术和沉水植物定植技术,在不同水深和透明度梯度上恢复不同的沉水植被类型,构建适宜种群类型,优化群落结构。当沉水植被盖度达40%以上时,可以促使草海由藻型浊水态向草型清水态的转变。

在草型清水态维持阶段,重点是管控沉水植被盖度至40%~70%,沉水植被盖度控制与丝状绿藻控制可规模化同步实施,再辅之以规模化重建大型底栖动物群落结构,提高生物多样性,可实现草型清水态的长效运行。

突破滇池生态修复关键技术瓶颈

项目突破了滇池草海水生态规模化修复的关键瓶颈技术,为滇池生态修复提供了技术支持。

湖滨带稳定与植被扩增技术

此项技术的目标是生境改善,提升湖滨带自净能力。针对草海湖滨带结构与功能严重受损及生态系统退化的问题,突破受损湖滨带垂直驳岸生态化处置技术瓶颈,通过优化湖滨带植被结构与功能,提升湖滨带生物多样性保育、水质净化及景观美化等多种生态功能。此项技术由受损湖滨带防浪堤生态化处置技术和湖滨植被扩增保育技术组成,适用于湖泊受损湖滨带地形地貌改造及生态修复工程。

项目采用湖滨带稳定与植被扩增技术,在滇池外草海南部大泊口水域的湖滨带生态修复工程中,完成受损湖滨带垂直驳岸处置示范工程1513 m,完成湖滨带植被扩增保育示范工程2127m,平均宽度50 m,湿地植被盖度达到60%。湖滨带呈现了沉水植物-浮叶植物-湿生乔木-陆生植物的复合湿地植被结构,水质净化效果明显。

水生植被处理低污染水技术

技术目标是削减入湖负荷,支撑草海的生境改善。针对污水处理厂排放的低污染水高氮低碳的特征,利用水生植物吸收氮磷和水生植物释放碳源促进氮循环等特性,研发和集成水生植被高效净化、水生植被优化配置、立体浮床等技术,优化水生植物群落结构及其生态功能,提升对低污染水的处理效率。

在湖滨湿地中,采用水生植被优化配置技术,完善湖滨湿地水生植被结构,通过合理配置挺水植物-浮叶植物-沉水植物,避免单一类型水生植物季节性生长的缺陷。同时通过布水方式优化,提升湖滨湿地的脱氮功能;在低污染水流经湖区,采用沉水植被恢复技术,促进自然恢复。

采用水生植被处理低污染水技术,在船房河北岸湖滨带植被扩增与保育工程(面积0.025km2)、船房河闸口围堰引水至永昌湿地应急工程(面积0.15 km2)和草海低污染水深度净化区(面积0.35 km2),通过对水生植物的合理配置,提升湿地对低污染水的净化功能,改善滇池草海水质。第三方监测报告显示:船房河北岸湖滨带植被扩增与保育工程的植被覆盖度为54.35%,总氮削减率为67.38%,出水总磷浓度总体优于Ⅲ 类;船房河闸口围堰引水至永昌湿地应急工程的植被覆盖度为54.08%,总氮削减率为82.38%,总磷含量均维持在较低水平;草海低污染水深度净化区植被覆盖度为45%,总氮下降37.9%,总磷下降37.4%。

草型清水态构建与维持技术

技术目标是恢复沉水植被,驱动浊清转换,实现草海草型清水态的构建与维持。针对水体透明度低、蓝藻水华频繁暴发的难题,在清水态构建期,重点研发水体透明度快速提高、生态水位适度调控、沉水植物自然恢复和人工恢复技术;同时针对清水态构建后系统尚不稳定,丝状藻滋生、水生生物多样性低和局部沉水植物生物量大的问题,研发了丝状绿藻控制、水生生物群落优化调控、沉水植物生物量控制等技术,使系统中物质和能量合理流动,使清水态趋于稳定运行。

采用清水态构建与维持技术,在0.57 km2大泊口水域及6 km2外草海进行技术设计及工程示范。示范区监测结果表明,大泊口水体总氮从实施前的4.09 mg/L下降至1.48 mg/L,削减率达63.8%,总磷从实施前的0.219 mg/L下降至0.082 mg/L,削减率达62.6%,改善效果远超预期目标。生态修复工程实施后,植被覆盖度达到43%。各植物类型中挺水植物、浮叶植物及沉水植物的覆盖面积相对比例均明显增加,修复效果明显。在6 km2外草海水域,示范工程实施后沉水植被覆盖度达43%,在沉水植被生长期,水体清澈,水质改善效果明显。示范区的TN下降39%、TP下降36%。

编辑:yunying01
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