城市公园微水体富营养化生态控制技术——以上海中山公园鸳鸯湖为例

赵玉兰

(上海长宁公园绿化建设发展有限公司，上海 200042)

1 引言

水体是公园重要景观要素，也往往是游人最喜爱的游憩场所。由于公园水体为静止或流动性差的封闭型小型水体，水体交换困难，水环境容量小，水体自净能力差，容易发生富营养化,导致水质恶化[1]。因此，公园水体水质维护一直是公园管理的重要方面。早期城市公园主要通过定期换水、底泥清淤、栽植水生植物等措施，改善水体水质，但多突出景观效果为重点，忽视水体自净、循环能力，往往只有短期效果,且投入较大[2]。因此, 从水体生态修复角度，开展公园水体富营养化防治和水质维护，已经成为城市公园微水体治理的更重要途径和措施[3，4]。

针对综合性公园微景观水体维护的难题，本文通过上海市中山公园鸳鸯湖水体修复实践，探讨水体生态修复技术的综合应用，为城市公园水体水质维护和生态修复提供借鉴。

2 鸳鸯湖现状分析

上海中山公园始建于1914年，面积20 hm2,是我国建园较早，早年最负盛名的公园之一。公园以英式自然造园风格为主，融中国园林艺术之精华，中西合壁，是上海原有景观风格保持最为完整的老公园。鸳鸯湖位于园内后山处，自1958年公园扩建，以人工挖湖筑山而成，围砌湖岸，形成“凹处聚水凸为山”的鸳鸯湖景区，景色清新。鸳鸯湖总面积2350.6 m2，水深1.2～1.5 m，水体流动性差，近似静止水体，水环境容量小，水体自净能力弱。中山公园百年老公园地下管线众多，多处出现雨污水合流排入水体的问题。改造前水体黑臭，属于劣Ⅴ类水，严重影响了公园的景观面貌。因此，水体的好坏至关重要，当前对鸳鸯湖景观水体水质治理和修复刻不容缓。

3 鸳鸯湖水体富营养化原因分析

中山公园作为孤立水体具有先天的不足，而且还受到硬质驳岸、水体流动性、排污设施和底泥等方面，影响了水体的自我净化功能。

3.1 水体流动性弱

鸳鸯湖水面积不大，仅2350.6 m2，与外界的联通主要通过涵管沟通，但淤积严重，补水换水主要依靠雨水，水源不稳定，总体呈封闭静止水体状态，缺乏流动性，甚至出现死水区域，导致污染物聚集不易扩散，水体自净恢复能力差，水体透明可见度仅为0.15～0.30 m。

3.2 硬质驳岸和护坡

出于水体防溢、防渗、防漏的要求，鸳鸯湖原有水体驳岸、护坡主要为混凝土硬质结构和砌石挡墙，水体与岸边植被截然分割，缺乏水陆间的过渡植被；而雨水及养护浇灌的水分往往缺乏植被过滤，携带大量营养物质的地表水直接流入水体，增加水体的营养负荷。

3.3 排污设施不完善

中山公园作为百年老公园，周边为上海重要商业中心，地下管线复杂，存在生活污水渗入公园水体的情形。

3.4 底泥沉积严重

鸳鸯湖周边为茂密的树林，每年大量落叶进入水体，虽然定期进行清理，但因多年未清淤，湖底依然沉积40～60 cm厚度不等的流质状黑臭底泥，经检测，底泥pH值为6.98±0.4，总磷(TP)为22.3±2.6 μg/g，水底沉积物积蓄营养盐的不断释放，也是造成水体富营养化的重要内因。

4 鸳鸯湖生态修复技术

针对中山公园鸳鸯湖的特性，结合水质改善与景观提升目标，分析鸳鸯湖水体污染状况与成因，比较各种水体净化技术的优劣，采用水体生态修复技术。在污染源控制基础上，通过建立土壤-植物系统为核心，重建良好的水生生态系统，并结合底泥清淤、补换水等物理技术，并以化学控制大面积藻类爆发为应急预案，维护公园良好水质[2，6]。

4.1 污染源控制

控制污染源，减少污染物质的输入是水体水质维护的前提[6]，鸳鸯湖水体污染源主要物包括排污、地表径流等外源污染和底泥的内源污染，通过整治外源污染和底泥清淤相结合，控制污染源。

4.1.1 排污截流

通过现场踏勘和排查，发现鸳鸯湖西侧有一处雨污合流管线直排水体，考虑到老公园地下管线复杂及改管线涉及工作面较大，操作性差，采用砌工作井的方式截流改道污染源；同时，通过工作井观测水位，监测水质情况，在水位过高时，及时外排入市政污水管道，拦截污染源。

4.1.2 控制地表径流

鸳鸯湖背靠公园后山，缓坡容易集聚雨水径流，并流入地势低洼的鸳鸯湖，特别是公园游人多，人为践踏严重，出现大面积裸露空秃地面。通过改变游径，除了保留若干湖边的观赏点，游径不再贴近湖边，恢复湖岸植被，原裸露地带栽植覆盖度高的麦冬(Ophiopogonjaponicus)、吉祥草(Reineckeacarnea)、皱叶狗尾草(Setariaplicata)、阔叶山麦冬(Liriopemuscari)等常绿地被，适当保护异型莎草(Cyperusdifformis)、求米草(Oplismenusundulatifolius)、刺果毛茛(Ranunculusmuricatus)、香菇草(Hydrocotylevulgaris)和苎麻(Boehmerianivea)等自生植被，增加地表植被覆盖；同时，栽植垂丝海棠(Malushalliana)、菊花桃(Amygdaluspersica‘Juhuatao’)、锦绣杜鹃(Rhododendron×pulchrum)、瓜子黄杨(Buxussinica)、八角金盘(Fatsiajaponica)等小乔木与灌木复层群落，形成植被截流带，降低地表径流。

同时，周边绿地养护不再喷施药剂和肥料，减少氮、磷等污染物流入。

4.1.3 控制底泥污染源

鸳鸯湖底泥营养负荷较大，需要优先实施底泥沉积物清淤措施，底泥清淤深度为50～80 cm，大幅减少湖底部营养盐的释放；同时，覆土30～50 cm，为水生植被恢复提供适宜生境。

4.1.4 其它污染物的控制

鸳鸯湖靠近公园游乐设施，环后山有健身步道，游客多，通过醒目提示和劝阻游人向水体丢垃圾、喂鱼食等行为，病及时清捞水中树叶等漂浮物和沉淀物，控制外源污染物。

4.2 建立水生植被生态修复系统

通过驳岸的自然化改造、湿生植被重建、曝气增氧等生态修复途径，构建完整的水陆生态系统，提高水体自我净化与维持能力[7]。

4.2.1 水体驳岸的自然化改造

将原有的硬质驳岸进行自然化改造，改变原来水体与陆地截然分开的状况，重塑“可渗透性”的近自然驳岸，打开硬质护坡，在保证驳岸安全防护的前提下，采用自然式草坡、自然景石和湿生植物驳岸相结合，硬质材料选择透水和透气材料，并尽量采取嵌入隐藏式，形成平缓的湖岸种植缓冲带，并适当添加乔灌木种植槽，营造湿生植物良好的生境，丰富景观层次，为植被恢复、野生动物栖息和游憩观赏创造良好生态空间。

4.2.2 湿生植被恢复

水体植被恢复是抑制浮游藻类繁殖，控制水体富营养化的重要保障。鸳鸯湖水体水生植物的选择既要考虑水质净化能力较强，充分发挥湿生植被对水体的净化能力，又需与公园景观相协调，提升水体景观。根据水位的高低和鸳鸯湖地形、驳岸曲折、水面积小的特点，在深水区种植沉水植物，在浅水区小面积片状种植挺水植物。

沉水植物对维护水生态环境至关重要，能起到封固底泥和沉降悬浮物的作用。金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)、苦草(Vallisnerianatans)是上海公园水体的重要沉水植物优势种，生命力强，易繁殖，对水体中的COD、TN和TP净化效果良好，非常适合作为水体生态系统的修复物种，以吸收、转化水中及底泥内的营养物质，亦控制藻类的过度繁殖[8]。在清淤后的湖底，待湖水清澈后进行金鱼藻和苦草移栽定值，定值时间为4月下旬，苦草的株长为60～80 cm，栽植密度为75～80株/m2，金鱼藻的株高为15～25 cm，栽植密度为75～80/m2。苦草和金鱼藻的栽植面积均约为800 m2，占鸳鸯湖面积的68%。

挺水植物生物量大，富集水体氮磷能力强，能丰富水体景观，选择菖蒲(Acoruscalamus)、路易安娜鸢尾(Irishybrids‘Louisiana’)、鸢尾(Iristectorum)、千屈菜(Lythrumsalicaria)、玫红美人蕉(Canna‘TropicalRose’)、花叶水葱(Scirpusvalidus‘Mosaic’)、旱伞草(Cyperusinvolucratus)和梭鱼草(Pontederiacordata)等去除富营养化水体氮磷效果良好的挺水植物[9，10]，在湖岸和浅水区呈丛植和片植相结合，栽植面积约400 m2，水面适当栽植睡莲等浮水植物，并建成3个面积为45 m2的人工生态浮岛，主要配置植物为玫红美人蕉、菖蒲、旱伞草等，形成“挺水—浮水—沉水”立体式水体绿化结构，增强植物对水体富营养化物质的吸收和净化功能，营造净化功能强大、生态景观优美的水体植被系统。

4.3 水体更新与曝气增氧

保证水体流动性是控制富营养化的重要途径，鸳鸯湖与毗邻河道(苏州河)不连通，无法进行水体交换，水体更新只能通过定期抽排原有水体，适当回灌作为水源的补充。补充水须经过脱氮、除磷，以及去除水中的悬浮物和胶体杂质，保证水源清洁以及水位适当，从而更新、加快水体交换，减少营养盐的滞留。

同时，结合公园水体造景，利用水下增氧泵和喷泉，加快鸳鸯湖水体流动，期对水体曝气充氧，提高氧气交换速度，促进水体有机质的氧化分解，加速水体净化。

5 水质控制效果与分析

鸳鸯湖水体修复改造工程于2019年5月完成，并在改造实施前的2019年4月对水质进行检测，测定项目和方法参照地表水环境质量国家标准(GB 3838-2002)。从表1可见，鸳鸯湖改造前的水质指标均低于地表水Ⅴ类标准值，属于劣Ⅴ类水。改造后，并经过1年的维护和完善，2020年4月，再次对水质进行检测，从表1可见，鸳鸯湖各项水质环境因子均显著改善，鸳鸯湖水质发生明显变化，水体明显清澈见底。

表1 鸳鸯湖水体改造前后的水体水质指标变化

其中，化学需氧量(COD)从2019年的48.10 mg/L降到21.35 mg/L，降幅55.61%；总氮(TN)从7.32 mg/L降到1.45 mg/L，降幅80.19%；氨氮(NH3-N)从5.30 mg/L降为1.31 mg/L，降幅为75.66%；总磷(TP)从1.07 mg/L降为0.32 mg/L，降幅为70.09%；溶解氧(DO)从1.71 mg/L提高到4.30 mg/L，增幅为60.20%。除了总磷(TP)指标从劣Ⅴ类提高到Ⅴ，其它检测的水质指标均从劣Ⅴ类提高到Ⅳ类，但均未达到地表水Ⅲ类标准值。

6 建议

通过对上海中山公园鸳鸯湖水体的生态修复，水体从劣Ⅴ类提升为Ⅳ类水，明显改善了鸳鸯湖水质，成为百年老公园的靓丽风景。结合鸳鸯湖水体生态修复实践和成效，从污染源头控制和污染物质输出相结合角度，提出对公园微水体的富营养化治理的建议。

6.1 减少污染物质输入

公园多是通过挖湖、堆土、造地形营造而成，公园水体作为公园的低洼地，氮磷等营养物质容易通过暴雨径流和浇灌直接进入水体，尤其是公园植物养护往往施用化肥和农药，地表径流携带的营养物含量较高。因此，减少地表径流，管控面源污染，减少污染物质输入，在城市公园微水体水质控制中至关重要。可以增加湖体周边植被覆盖，特别是结合海绵城市建设，增加植草沟、雨水花园、旱溪等生物滞留设施，优化生态驳岸，对暴雨和浇灌径流实施小规模的源头控制。

同时，强化公园管理，建立规范作业流程，及时堵住外源污水流入、定期清理淤积底泥，控制内源性污染释放；还要及时清理枯枝落叶等有机物质输入，减少水体营养物质负荷。

6.2 增加污染物质输出

通过恢复重建水体水陆生态系统，利用水生植物特性，恢复和提升水体自净能力。在选择植物时，应注重选用本地物种，增加物种多样性，充分考虑植物的生长季节和生物量。同时，利用人工浮岛、生态操纵等生态措施，增加营养物质的移除。

在具体实践中，水生植被刈割管理至关重要，也是目前容易被忽视的方面。水生植物不仅能吸收固定营养物质，腐烂分解也会释放营养物质，具有污染“源-汇”的特点。合理刈割水生植物，减少植物养分回归。相比一次收割，水生植物多次收割收获的植物生物量和总氮、总磷量较高，根据氮磷吸收量，水生美人蕉、铜钱草、灯芯草的最佳收获时间分别为4月、5月和6月[11]。而沉水植物对磷的释放一般需要10 d，总氮的释放需要28～30 d，沉水植物应在死亡1周之内刈割[12]。因此，除了秋冬季节收割即将枯萎的植株外，其他季节应根据不同植物的生长特性，制定相应收割管理策略，达到高效去除氮磷的目的。