“清水态”生态系统构建技术在景观湖中的应用——以武汉园博园楚水景观湖为例

“清水态”生态系统构建技术在景观湖中的应用——以武汉园博园楚水景观湖为例

王景丽

武汉市三楚建设监理有限责任公司 湖北省武汉市 430010

摘要：随着生态文明建设的推进，水生态文明建设受到广泛关注。特别是在城市景观营建过程中，如何对景观湖水进行处理，提升水质和景观效果成为一个关注的焦点。本文以武汉园博园楚水景观湖为例，对景观湖“清水态”生态系统架构，净化引水水质，建立完整的水生态系统，保持水质，避免水体的富营养化方面进行了实践探索，提出了一套完整的“清水态”生态系统构建技术路线。

关键词：清水态 生态系统构建 景观湖 水生态

湖泊水环境是城市重要的开放空间，也是构成城市公共空间的主要区域、形成城市景观的重要地段，展示城市形象的窗口。国内外的研究表明，富营养化浅水湖泊存在两种稳定状态：以浮游植物占优势的“浊水态”和以大型水生植物占优势的“清水态”。“浊水态”生态系统具有浮游植物生物量大、种类少，常出现水华，水体透明度低，浮游动物小型化，大型底栖动物稀少，常缺少大型沉水植物，生物多样性低，湖泊沉积物易再悬浮等特点。“清水态”生态系统则浮游植物生物量小，种类较丰富、不出现水华，浮游动物个体较大，大型底栖动物较丰富，自净能力较强，水体透明度高，较清澈、水质较好。

目前很多景观营建工程中的水体多为富营养化的“浊水态”。并且这种“浊水态”系统相对稳定，维持能力强，没有人工干预，“浊水”稳定状态难以打破，水质在相当长的一个时期内无法得到改善，严重影响景观效果和观赏价值。要想尽快恢复或优化这类湖泊生态系统，实现湖泊水质的显著改善，必须打破这类“浊水态”生态系统的稳定性，驱动湖泊生态系统向“清水态”生态系统的良性演替。

1．项目背景

第十届中国（武汉）国际园林博览会，由国家住建部和湖北省人民政府主办。武汉市人民政府和湖北省住建厅，中国风景园林学会，中国公园协会等单位承办。是我国园林界层次最高的国际性盛会，会期8个月。会址位于武汉市城郊结合部，处于建设中的张公堤城市森林公园核心区。通过“北掇山，南理水，中织补”等手法，构建山水“十”字双轴，打造“荆山”、“楚水”两大地标性的生态景区。园内建设国际园林艺术中心、长江文明馆、东部服务区、西部服务区四大主体建筑，运用环保科学技术，彻底解决780亩金口垃圾填埋场所引起的渗滤液与填埋气等环境污染问题，本届园博会有82个城市和地区参展，展园面积达17万平方米，4个大师园、9个创意园以及企业园、国际园、展园数量达到

110余个。

自2015年9月25日开幕以来，受到国内外各界的广泛关注，开园至今游客人数累计突破百万人次。游客量日高峰达到7.8万人次，得到了来自全球19个大城市的政府官员和专家的集体点赞，2015年11月园博生态治理项目在巴黎荣获由C40组织颁发的年度国际奖项——最佳固体废弃物治理奖。堪称“全球环保样本”。本届园博会的主题为“生态园博，绿色生活”，生态是园博建设的重中之中。但主湖区深绿的湖水及溪流内黄浊的水质现状距园博园对楚水水质的要求还有很大差距，成为整个园博园景观的短板，严重影响了武汉园博园的整体形象，迫切需要开展生态系统的综合优化与调整，打破楚水“浊水态”生态系统的稳定性，驱动楚水水生态系统向“清水态”生态系统的良性演替，以尽快满足生态园博对楚水水质的要求。

2.现状及问题分析

楚水水系是园博园重要组分，水源主要来自金银湖水系的银湖及自然降水。引水净化系统为：来自金银湖水系银湖的湖水通过泵站抽提进入近6千平方米的杉杉湿地，初步净化后再通过动力提升到高30米的荆山之顶，后顺势而下，在重力作用下，经10处连续跌水，最后注入楚水。主湖区湖水通过位于长江文明馆东侧“STCC”（标准组合碳系材料生物滤池污水处理及深度净化）技术工艺初步净化后经泵房再次被送往400米之外的荆山之顶，最后经瀑布跌水景观及花溪，再返回主湖区。

图2-1 园博园初次蓄水情况

楚水水域面积58000m²，平均深度1.7m。根据现场调查，目前园内水体浑浊发绿，水面覆盖着一层油膜，水生植物群落结构缺乏层次感，尤其是大型沉水植物群落结构单一，只有少量金鱼藻群落，并且部分植株已经冒出水面，水面景观效果较差；小型浮游动物生物量较高，缺乏大型枝角类浮游动物，水生态系统结构脆弱，易引发蓝藻水华现象。

虽然之前水体进行过预处理，但是生态系统结构比较单一，湖体生态机制不完善，将会给湖体带来很大污染威胁，造成水体水质恶化。

需要重新对水体生态系统构建，形成食物网链复杂的生态结构，建立湖区完善的生态系统，从根源上解决水体水质问题。

3.生态系统构建

3.1设计原理

本设计以清水态水生态系统为模型，以稳态转换理论为依据，通过构建清水态水生态系统构架，运用生物操控手段，构建景观湖清水态、生物多样、稳定的水生态系统，保证景观湖达标水质长效运行。

图3-1 稳态转换理论 图3-2 生物操控

3.2设计原则

1. 方案设计尽可能与工程区湖底底质状况、湖体形态结合、及流域状况，确定生态功能分区；

2. 在生态系统构建中，针对当地的气候、地形条件，以及湖区本底环境特点，选择具有净化能力强、适应能力强的本地水生植物品种；

3. 充分考虑功能与形式的结合，体现低碳、节能、环保的现代设计理念，尽量减少系统维护管理成本；

4. 统筹兼顾水体生态系统构建工程建设、水体景观建设，使其充分配合，达到城市安全、水体清澈、景观充分展现的目的。

3.3设计目标

本项目设计目标：通过构建园博园景区楚水景观湖水生态系统，突出景色优美的近自然生态景观，丰富水生生物物种多样性，控制水体富营养化、保证景观湖水质要求，打造良好的水面及水下景观，形成景观优美、植被茂密的生态环境，最终实现园博园生态与经济双收益。

项目实施后水质达到以下目标：

1）湖区主要水质指标达到地表水Ⅲ类水标准。

2）水体透明度≥120cm，水体清澈、水色正常、水体无异味，水体景观充分展现。

3）水生态系统生物多样性丰富，水生生物多样性高，水生态系统健康、稳定、长效运行。

3.4净化机理

通过构建水生植物群落、底栖动物、鱼类群落等完整的水生态系统结构，增加水体景观功能、将营养物质在水环境中重新分配，从而保持上游来水水质，防止水体富营养化，降低景观湖水质恶化的风险，建立景观湖清水型生态系统。主要工程内容包括：沉水植物群落构建工程、鱼类群落构建工程和底栖动物群落构建工程。

通过沉水植物群落构建和其他生物群落的共同作用，形成完整的水生态系统，控制浮游植物大量发展和水华形成，从而控制水质恶化。

4、生态群落构建

湖区内存在较多草食性鱼类，草食性鱼类的存在会对正在进行施工的沉水植物群落系统造成较大的负面影响。且大量草食性鱼类的存在会对水体造成较大的搅动，影响水体透明度。而湖区补水水源为金银湖湖水，其水体必然存在较多不利于水生动植物生长的物质。进行草食性鱼类的清理和水体病原体消杀，对清水型生态系统的构建是十分必要的。

4.1沉水植物群落构建工程

沉水植物对湖泊中氮、磷等污染物有较高的净化率，可固定沉积物、减少再悬浮，降低湖泊内源负荷；为附着生物包括螺类等提供基质，为浮游动物提供避难所，从而增强生态系统对浮游植物的控制和系统的自净能力；可为降解微生物提供良好的栖息场所，有利于微生物的生存。

1）沉水植物选择原则：

a）工程设计区域符合品种生长特性，针对水质较差区域选择耐污种以及各品种的需光性与水深对应；

b）净化效果好，去污能力强；

c）季节与空间搭配原则；

d）生态安全；

e）容易管理。

2）沉水植物品种选择设计

由于园区生态工程施工期的问题，因此在沉水植物品种选择上兼顾冬季施工，更好进行品种搭配，。

设计原则为：1）四季兼顾，由于沉水植物生长在季节上的差异和成活率的问题，适当搭配冬季品种；2）品种间无化感作用；3）植株形态协调、景观性好，将苦草和微齿眼子菜搭配形成良好的水下森林景观；4）品种生长期互补或常绿，如黑藻为常绿种；5）品种的净化能力，竹叶眼子菜对水体TN和TP的综合去除能力较强。

根据园博园工程区域气候、地质地貌及水质情况，楚水景观湖由于溪流较多，水面较窄，故在各条花溪适当配植矮植株沉水植物品种如苦草等，与驳岸花卉挺水植物交相辉映，形成良好的景观；水面较深且较宽阔处构建植株较高品种黑藻、竹叶眼子菜等。

根据当前楚水景观湖施工条件，选用沉水植物品种可分为冬季种和非冬季种。冬季种有：微齿眼子菜、伊乐藻；非冬季种：竹叶眼子菜、苦草和黑藻。沉水植物群落种植规格为鲜体扦插，植株高度为高度5-30cm。

4.2鱼类群落构建工程

湖区在蓄水后，很多鱼类会逐步建立起种群，尤其是小型鱼类和底栖杂食性鱼类，这对浮游动物会有较大影响，从而不利于浮游植物的控制和清水态湖泊的形成。底栖鱼类还会增加沉积物的再悬浮和营养盐的释放。控制这些鱼类的数量，进行合理的鱼类群落设置，从而构建控制浮游植物能力强、健康的食物网结构，是建立浅态生态系统的重要部分。

图4-1 鱼类群落构建

1）鱼类选择原则

a、岸带鱼类选择原则。岸带是鱼类较丰富的生境，常见的种类包括岸带底层鱼类和岸带上层鱼类。岸带底层鱼类主要包括鲤鱼、鲫鱼等，这些鱼类过多一方面会影响水生植被的发展，还会扰动沉积物，促进沉积物营养盐释放，因此如何控制岸带底层和上层鱼类的数量是敞水区生态构建的主要原则。

b、敞水区鱼类选择原则。在敞水区控制浮游植物的关键因子是浮游动物，尤其是大型枝角类，而小型鱼类是影响大型枝角类形成较大种群的不利因子，因此如何控制小型食浮游动物鱼类的数量是敞水区生态构建的主要原则。

2）鱼类品种设计

根据园区气候、地质地貌、以及武汉大型湖泊鱼类资源状况，选用以下鱼类品种：鳜、乌鳢、黄颡鱼等。鱼类群落构建为楚水景区全湖放养，鱼类放养规格为当季成鱼。

4.3大型底栖动物群落构建工程

大型底栖生物在水生态系统物质循环与流动中具有特殊的地位和作用。

1）大型底栖动物选择原则

a、摄食习性。螺类的牧食活动有效地去除了植物表面的附生生物覆盖层，降低了植物的光照限制及其与附生藻类的营养盐竞争等有害影响，从而促进了水生植物的生长；而水生植物也为螺类提供了牧食产卵的场所及躲避捕食的条件。蚌类的滤食作用可以加快营养循环、促进悬浮物絮凝沉降、有效减少浮游藻类等悬浮物质、提高水体透明度。节肢类的摄食有助于有机碎屑分解，加快营养循环。

b、生态安全。为防止外来物种入侵带来生态灾害，大型底栖动物尽量选取本土品种或外来本土安全品种。

2）大型底栖动物品种设计

根据园区气候、地质地貌、以及调查的湖北省湖泊底栖动物资源状况，选用以下大型底栖动物：腹足类（梨形环棱螺、铜锈环棱螺）。大型底栖动物构建区域为楚水景区全湖放养，底栖动物放养规格均为1龄。

5.水质与水生生物指标监测

水质与水生生物指标监测是工程实施的重要组成部分，通过水质与水生生物指标监测数据，可以了解水体的基本情况，从而建立水环境的评估与决策模型，分析和掌握污染物在水体中稀释扩散和自净化过程与平衡关系，及时调整工程建设与管理实施方案。

本工程设置3个采样点，监测的指标主要包括水质、底泥及生物指标三大类，水质指标包括：总氮、总磷、磷酸盐、硝酸盐、氨氮、叶绿素、pH、水温、溶解氧、电导率、浊度、色度、透明度等；底泥指标包括：沉积物全氮、全磷、有机物；生物指标包括：浮游动植物定性与定量。水生植物定性与定量（盖度）全湖监测。水质指标监测频率为1次/月，底泥、生物指标1次/季度。

6、结语

通过前期周密调研与考察、水质检测与分析、底泥检测与分析，地形测量、方案设计及后期施工，从完工效果来看园博园景观湖生态系统构建从水质、透度、生物多样性三个方面均达到了既定的设计目标。

因本工程景观湖为新建湖泊，湖泊的生态系统结构的形成是缓慢的，在完成水生高等植被的构建、食物网和底栖群落构建等工程后，初期系统还不够稳定，必须予以群落结构优化调整，使各种群之间，及与周边环境协调发展、有机融合后才能形成稳定的清水态生态系统，以长久保持水质清澈。在系统优化调整过程中，通过对系统中各个要素的连续监测来分析影响生态系统正常运行的内外因素，同时优化水生高等植被结构、食物网结构和底栖生态系统结构，统筹协调生态系统各营养级，最终建立稳定、长效的湖泊清水态生态系统。

参考文献

[1] 李霞.生态型水环境治理技术[J].化工设计通讯，2018，44（12）：211.

[2] 李茶青;何文学;魏恩甲.全新的水污染治理思路探讨.水利发展研究 ，2014（9）：24.25

[3]刘礼祥;刘真;章北平;等.人工湿地在非点源水污染控制中的应用 .华中科技大学学报（城市科学版），2014，21（1）：40～43

作者简介：

王景丽：女，1981年出生，湖北洪湖人，风景园林硕士，高级工程师，国家注册监理工程师。担任第十届中国（武汉）园林博览会建设项目总监代表，第二届湖北省（荆州）园林博览会建设项目总监。理论实践经验丰富，先担任武汉市三楚建设监理有限责任公司总监办副部长。

3