农村坑塘水生态净化系统浅析

芦 超，刘钦超，郑灿堂

（1.泰安市水利勘测设计研究院，山东 泰安 271000；2.山东领成勘测设计有限公司，山东 泰安 271000）

目前，全国正在以县为单元统筹实施的水系连通和农村水系综合整治试点项目，是以河流水系为脉络，以农村为节点（农村坑塘）。农村坑塘水生态综合整治的主要目标是恢复或重建水生态净化系统，以达到水体能够自然净化的目的；在此基础上，兼顾景观效应。

1 坑塘静水生态系统

1.1 静水生态系统的理念

无论是天然形成的坑塘，还是人工开挖而成的坑塘，其实质都是湿地的一种类型，属于静水生态系统，也就是不流动或流动缓慢的水体形成的生态系统，因此也可称其为缓流生态系统（如湖泊、水库、坑塘、沼泽等）。静水生态系统由生物和非生物无机环境两大部分组成。

1.2 生物的类型

1）生产者。生产者系指能够把简单的无机物制造成有机物的自养型生物；它们能够在无机环境中生长繁殖、利用二氧化碳或碳酸盐为碳源，铵盐或硝酸盐为氮源来合成细菌体的微生物，也是消费者和分解者的能量与物质的源泉。

2）消费者。消费者系指自己不能用无机物制造有机物，而是直接或间接利用生产者所制造的有机物质为食物和能量来源的异养生物，主要指动物，也包括某些寄生的菌类和生物病毒等。

3）分解者。分解者皆为异养生物，主要指细菌、真菌、放线菌等具有分解能力的微生物、原生动物和腐食性动物等。它们能够把死亡生物的各种复杂的有机物质逐步分解为简单的化合物和无机物，释放到环境中，成为可供生产者和消费者再一次吸收利用的有机物和无机物，并最终以无机物的形式还原到环境中，所以又称其为还原者，它们本身也是许多动物的直接食物。

4）有机物碎屑。有机物碎屑系指未被全部摄食或完全消化掉的残余食物，浮游植物光合作用过程中产生的部分低分子有机物，生物代谢活动产生的分泌物、排泄物和废弃物，水生物尸体以及陆地生态系统输入的有机物等。

1.3 非生物无机环境

静水生态系统的非生物无机环境（简称生境）是组成生态系统的非生物部分，它们为生物群落提供物质和能量（阳光、空气、水、无机盐、有机质、基质等）。阳光是生态系统能量的直接来源，空气、水、无机盐以及有机质都是生物存活繁衍不可或缺的物质基础。生境条件的优劣直接决定着生态系统及其生物群落的丰富程度。

2 生态演替式水体净化系统

目前，农村坑塘水生态系统多数都遭到了不同程度的破坏，生物链短缺，群落多样性匮乏，坑塘水生态综合整治的主要目标就是要根据生物链的缺损程度，完善、恢复或新建由“生产者——消费者——分解者”组成的近似自然的全系列静水生态系统，以利用水生动植物不断吸收水体中的营养盐分，利用微生物将有害物质转化为无害物质，在无限次物质能量间循环往复转换的过程中，降低污染水体中营养盐分的含量，通过将水生动植物收割捕捞出水，把氮（N）、磷（P）等营养物质移出水体，使其逐渐呈现贫营养化状态，最终实现水体净化的目的。

上述这种利用“微生物、水生植物、水生动物”三者间的生命活动，来转化、转移、降解污染物以净化水体的过程，其实质就是利用“水生生物群落间生态演替”的形式来净化水体的过程。

3 坑塘静水生态系统的类型

3.1 水体微生物生态系统

水体微生物生态系统系指在一定时间和空间范围内由微生物群落与它们所在的水体环境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。农村坑塘处于人口比较密集的地区，通常流入了大量的人畜排泄物、生活污水、农田面源污染水和乡镇企业废水，使得水体有机物含量大增，据有关资料介绍，有的坑塘微生物的数量可高达107～108 个/mL，这些微生物大多数是腐生型细菌和原生动物。

坑塘水体微生物生态系统的恢复或重建，须根据实际生态环境，结合微生物的生活特性，设置相应的微生物群落，方能够消减水体中相应的污染物，使其净化清澈。

常用的净水微生物：一是有絮凝作用的微生物，如芽孢杆菌、产气杆菌、产碱杆菌、黄杆杆菌等，可以将水体中的有机物碎屑结合成絮状体，以使重金属离子沉淀，被过滤器截流而移出系统外，净化水体；二是具有去除水中的碳、氮、磷系列化合物能力的微生物，如芽孢杆菌、碱杆菌属、假单胞菌、黄杆菌等复合菌，它们还具有转化硫、铁、汞、砷等有害物质的能力；三是能够起反硝化作用的微生物，如芽孢杆菌、短杆菌、假单胞菌等都是好氧细菌和兼厌氧细菌，它们以分子氧作为最终电子载体，在供氧不充分的时间与空间，可以利用硝酸盐为最终电子载体，起反硝化作用。

3.2 沉水植物系统

沉水植物的植株全部或大部分没于水中，是水生物群落多样性赖以维持的基础，对水质具有很强的净化作用，是水域健康环境效应优劣与否的指示性植物，所以，沉水植物群落恢复或重建的优劣，是决定水生态修复效果的关键所在。

沉水植物净化水质的机理：一是直接吸收水体中的氮（N）、磷（P）等营养盐以及重金属类物质，减少污染物的含量；二是与附着在植物体表面的微生物形成生物膜系统，净化水质；三是同生态位竞争，释放生物因子，以此抑制藻类生长；四是能够加强光合作用，以使水中有机质絮凝，形成气浮效应，迅速氧化分解，由此降低五日生化需氧量（BOD5）和化学需氧量（COD）。

根据有关试验成果，沉水植物按去除总氮（TN）净化速率排序为：伊乐藻>苦草>狐尾藻>篦齿眼子菜>金鱼藻>菹草>轮藻。

3.3 湿地景观植物系统

此处的湿地，系指浅层积水以及陆域与水域的交汇地带。湿地景观植物系统由挺水植物、浮叶植物和漂浮植物构成。

1）挺水植物。挺水植物大多数有茎叶之分，茎叶耸立水面之上，形体高大，直立挺拔，花色艳丽；下部或基部沉于水中，庞大的根系或地茎在底泥中生长，可以从底泥中吸取营养元素，降低营养元素含量。有关试验成果表明，挺水植物对污水中总氮（TN）和总磷（TP）的去除效果比较好，按净化速率依次排序如下。

去除总氮（TN）净化速率：菖蒲>水葱>花叶水葱>野慈姑>慈姑>芦苇>菰>千屈菜>黄菖蒲>泽泻>花叶菖蒲>小香蒲；去除总磷（TP）净化速率：千屈菜>野慈姑>慈姑>黄菖蒲>芦苇>菰>菖蒲>花叶菖蒲>泽泻>水葱>花叶水葱>小香蒲。

挺水植物沿水岸带设置，在净化水质、阻挡水土流失，拦截外源污染的同时，还是多种生物的栖息地；如果与各种生态岸坡、乡村特色建筑或历史文化设施搭配，就会形成水天一色、苍翠欲滴、雅俗共赏、人与自然和谐相处的生态景观。

应该注意的是，挺水植物需要定期收割，以防止冬天枯萎后沉于水底，造成二次污染。

2）浮叶植物。浮叶植物系指根系生长在水下底泥中，茎在水中，而叶片浮在水面上的植物。该类植物叶柄可以伸得很长，以适应变化较大的水深，能够在0.5～3.0 m 深的的浅水区生长。它们的根系能够吸收水中的汞、铅、苯酚等有毒物质，茎叶还可以过滤水中的微生物，是良好的水体净化植物，如王莲、睡莲、芡实、菱角、萍蓬草、荇菜、莼菜等。适量配植浮叶植物不但能够增添水体景观效果，而且很多浮叶植物还具有较高的经济价值。

3）漂浮植物。漂浮植物又称完全漂浮植物，其根系不着生在底泥中，整个植株均漂浮在水面上。该类植物的根系一般不发达，但其通气组织很发达，有的还具有膨大的叶柄（即气囊），以保证与空气间的气体交换。漂浮植物既能够吸收水里的营养物质，又能够遮蔽入水的阳光，因此能够抑制水体中藻类的生长，是良好的水体净化植物，如水葫芦、浮萍、满江红、槐叶萍、凤眼莲等。

水生植物净化水体能力的顺序：漂浮植物＞浮叶植物＞挺水植物。

3.4 水生动物系统

无论是流动的水体还是静止的水体，都有一个自然净化的过程。污水流入水体后，首先发生的是混合稀释与固体物质的沉淀，沉淀在水底的有机物（污泥）因消化而分解。除了污染物的直接氧化（与水中的溶解氧化合）作用外，其余任何自然水体的净化过程都须在水生生物的直接参与下才能完成。

污染物首先被分解者（细菌、真菌、放线菌等）作为营养物摄取，并把各种复杂的有机污染物转化为简单的化合物，最终产生无机物、水和二氧化碳，释放到环境中。细菌、真菌、放线菌等它们自身及其分解物可供生产者（藻类、漂浮植物等）和消费者（小型浮游动物等）利用和食用。但是，如果藻类过量繁衍又会产生新的有机污染，而水中的浮游动物蜗牛、虾、鱼等正好以藻类为食物，因此它们可以抑制藻类过度繁殖，所以在水生植物净水系统的基础上，还需放养一定种类和数量的水生动物（底栖动物和肉食性鱼类等），完善人工生态系统的食物链，利用水生动物对下行生物群落适当控制，从而降低水体中藻类生物数量，提高水生态系统的稳定性。

有关实验研究结果表明，水蚌、螺类、浮游动物和多种鱼类，它们都能够直接食用吸收营养盐类、有机物碎屑以及浮游植物等，这些水生动物就是一个个生物过滤器，昼夜不停地过滤着水体，净化效果十分显著。

4 结 语

农村坑塘水生态综合整治，应该是上述这种水域全生态系统的整治。水生植物群落和水生动物群落在坑塘生境中各自都有自己的生态位置和生态效应。以水生植物为主、水生动物为辅，根据实际生境情况，采用不同的配置以构成稳定的水生态系统这种生态演替式水体净化的模式，应该成为农村坑塘水生态综合整治的发展方向。