1.3.1　生物-生态修复集成技术进展

生物修复是一项投资少，效益高，发展潜力大的新兴技术。从1989年美国阿拉斯加原油溢油事故治理开始，生物修复只有几十年历史。它是一种利用特定生物特别是微生物对水体污染物的吸收、转化或降解，达到减少或消除水体污染，恢复水体生态功能的生物措施。由于自然生物修复是完全依靠自然的修复过程，这对多数生态遭到破坏的受污染水体来说，是远远不够的，必须采用人工的生物修复技术，主要有原位生物修复技术和异位生物修复技术。对于受污染的公园、湖泊水体来说，适宜采用原位生物修复技术。这里主要介绍水生植物修复技术、水生动物的适当放养、微生物技术、微生物生态技术、人工湿地系统和岸边带生态重建。

（1）水生植物修复技术

水生植物和藻类是湖泊生态系统的两大初级生产者。水生植物与藻类竞争营养、光照和生态位，具有较大的竞争优势，还能分泌出某些尚不知的他感物质，直接干扰藻类的生长，水生植物修复对富营养化水体来说具有极其重大的意义。它具有低投资、低能耗、有助于重建和恢复良好水生态系统等优点，日益受到人们的关注。

水生植物净化作用表现在两个方面：一方面植物的根、茎和叶吸收污染物质，另一方面根、茎、叶表面附着的微生物转化污染物质。水生植物可分为挺水植物、浮水植物和沉水植物等，不同种类的水生植物，其净化功能也存在差异。挺水植物吸收水体中污染物的主要部分是根，能从底泥中吸收营养元素，降低底泥中营养物含量，并且可通过水流阻尼作用，使悬浮物沉降，还有与其共生的生物群落共同净化水质的作用。挺水植物有很强的适应性和抗逆性，生产快，产量高，并能带来一定经济效益。常见的挺水植物有香蒲、菱白、芦苇、水葱等。需要注意的是，由于挺水植物生长较快，应对其定时收割，防止其死亡后沉积于水底，造成二次污染。浮水植物吸收污染物的主要部分是根和茎，叶处于次要位置。浮水植物大多数为喜温植物，夏季生长迅速，耐污性强，对水质有很好的净化作用，也有一定的经济价值，但扩展能力较强，易泛滥。常见的种类有凤眼莲、浮萍、睡莲等。沉水植物完全沉没于水中，部分根扎于水底，部分根悬浮于水中，其根、茎、叶对水体污染物都能发挥较好的吸收作用，而且四季常绿，是净化水体较为理想的水生植物。其种类繁多，但一般指淡水植物，常见的有金鱼藻、苦草、伊乐藻、眼子菜等。吴振斌等利用富营养浅水湖泊——武汉东湖中建立的大型实验围隔系统，对沉水植物的水质净化作用进行现场实验，结果表明重建后的沉水植物可显著改善水质。需要注意的是，尽管我国绝大多数湖泊为藻性响应型湖泊，但也要防止水生植物过度生长与发展，导致湖泊沼泽化。

（2）水生动物的适当放养

在水体中适当放养蚌类、鱼类、螺蛳等水生动物，延长食物链，可以提高生物净化效果。蚌能不断滤水，将水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食、转化。螺蛳主要摄食固着藻类，并能分泌促絮凝物质，使水中的悬浮物质絮凝，作为其食物，使水变清。值得注意的是，红鲤不宜投放，因为它会摄食螺蛳，影响螺蛳对水质的净化功能。草鱼在水草发展未充分时不宜投放，以免破坏水生植被。还可以在水体中适时投放鲫鱼、鲤鱼等杂食性鱼类和鲈鱼等肉食性鱼类，通过食物链的作用，调控底栖动物和其他鱼类数量的增长。还可在水面放养鸭子、鸳鸯等，既可调控水草和放养水生动物数量的增长，又能丰富水面的景观。

（3）微生物技术

利用微生物的代谢作用在污染场所投加成品菌株或筛选驯化的现场菌株，可以迅速提高污染介质中的微生物浓度，在短期内提高污染物生物降解速率。其中投加的微生物可分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。目前较为成熟的投菌技术有两种：①CBS技术是由美国公司开发研制的一种高科技生物修复技术，它能唤醒水体中原有益微生物或激活被抑制的微生物，并使其大量繁殖，进而分解水中有机污染物。它主要包括了由光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌等构成的功能强大的菌团，它利用向水体河道喷洒生物菌团使淤泥脱水，让水与淤泥分离，然后消除有机污染物，消化底泥。②EM技术是20世纪80年代开发成功的一项生物技术，为高效复合微生物菌群的总称。它是一种由酵母菌、放线菌、乳酸菌、光合菌等多种有益微生物经特殊方法培养而成的，在生长过程中，能迅速分解污水中有机物，同时依靠相互间共生繁殖及协同作用，代谢出抗氧化物质，生成稳定而复杂的生态系统，抑制有害微生物生长繁殖，激活水中具有净化功能的水生生物，通过这些生物的结合效应，达到净化与恢复水体的目的。

但是微生物技术也有一定的局限性。尤其投加外来菌种可能造成与土著微生物间的生存竞争，从而影响受污水体中的水生态系统的平衡。

（4）微生物生态技术

主要是通过调节污染物场所微生物的生存状况（如物理、化学及生物学）从而提高土著微生物降解有机污染物的能力。与微生物技术相比，采用无毒且不含外来菌种的制剂已成为目前生物修复研究的一个发展方向。

（5）人工湿地系统

人工湿地系统是一种就地处理模式的污水处理生态技术，其核心部分是由土壤、填料、滤料混合组成填料床，并在床体表面种植处理性能好、耐污性好、适应能力强、根系发达且美观的水生植物，或根据周围景观要求统一设计的绿草、鲜花等作物的生态模块。污水直接流经这样的生态模块内部，通过填料、填料床内部形成的微生物种群和植物三者的综合协调作用来实现对污水的高效净化。植物、微生物和床体填料是构成人工湿地的三个组分，它们在水质净化过程中分别起着不同的关键性作用。绿地上的植物扎根于床体填料中，水从填料间流过，床体填料为绿地植物提供物理支持，而植物根系的生长又将增进或稳定填料床的透水性。并且，选择具有空心管状根茎、适合于绿地生长的植物，还有利于氧通过植物向填料内部的输送和传递，从而为床体内的微生物提供适宜的生长环境。总的来说，人工湿地对水质的净化作用可归结为：悬浮固体被床体填料或植物根系截滤，或沉积到床体底部；有机物质被植物根部或填料表面的微生物分解转化；氨氮在适宜条件下可被硝化细菌转化为硝酸盐；硝酸盐可以被反硝化细菌转化为氮气，释放到大气中，或直接被植物根系吸收；磷被植物吸收或随填料床体内所含有的钙、铁、铝离子生成化合物沉淀，通过沉积或吸附于填料表面而被去除；金属及有毒化学物质等可通过氧化、沉淀以及植物的吸收而被去除；病原体在不适宜的环境中逐渐死亡或被其他生物所摄取。另外，某些植物如宽叶香蒲等能分泌出抗生素物质而将水中的病原体灭活。

人工湿地系统内微生物的好氧氧源主要来自植物的光合作用、根系输氧、土地的呼吸作用及水自流负压吸氧。系统耗能由太阳能、重力势能及生物能等供给，所以运行费用很低。通过人工湿地处理后的污水，其中的COD、BOD5、氨氮、磷等化合物都能有效地得到去除。

（6）岸边带生态重建

岸边带是水、陆之间的过渡和缓冲地带，是水系的重要组成部分。岸边带对拦截径流中的固体颗粒、吸收营养盐、减少入河污染负荷有重要作用。受北方气候季节性波动的影响，岸边带生态系统的变化非常剧烈，因此，研究岸边带生态修复对生态环境保护具有重要意义。

当前，受污染水体的修复技术主要有截污、减污和除污技术。截污主要为了控制外源性污染，从而为控制内源性污染创造有利条件。减污技术是指底泥疏浚技术、水动力循环技术和一些化学修复技术，但这些在某种程度上只能作为辅助性的措施，治标不治本，而生物-生态修复技术才是具有广阔发展空间的技术。尽管它存在一定局限性，却具有投资少，对环境影响小，永久性消除污染物等其他技术无法比拟的优点。由于景观水体是小水域系统，对于一些河流、湖泊的污染治理方法只能吸收借鉴。各种修复技术都有自身优点和缺点。依靠单一技术处理受污染水体往往效果不佳。虽然我国各景观水体污染情况不同，但是根据具体条件，扬长避短，采取以生物-生态为核心多种技术的优化组合方法将成为今后景观水体污染治理的一个较好发展方向。