城市黑臭河道富营养化次生灾害形成机制及其控制对策思考
2015-02-24曹承进陈振楼黄民生
曹承进， 陈振楼， 黄民生
(1. 华东师范大学 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室， 上海 200062；
2. 华东师范大学 生态与环境科学学院， 上海 200062； 3. 华东师范大学 地理科学学院， 上海 200062)
城市黑臭河道富营养化次生灾害形成机制及其控制对策思考
曹承进1,2，陈振楼3，黄民生1,2
(1. 华东师范大学 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室， 上海200062；
2. 华东师范大学 生态与环境科学学院， 上海200062； 3. 华东师范大学 地理科学学院， 上海200062)
摘要：对城市河道黑臭污染的形成及其治理、富营养化次生灾害表现形式、形成机制以及预防和控制对策等方面进行了总结和研究.结果表明，随着城市黑臭河道相应污染治理工程、措施的实施，河道水体污染负荷得到了大大消减、水质得到了一定的改善、黑臭也逐步好转，但营养盐仍处于相对较高的水平，且可被植物直接利用吸收的营养盐储备充足，同时，黑臭污染的治理使得受损的河道生态系统得到了一定的恢复和重建，当外界环境条件适宜时，极易引起水华暴发、浮萍泛滥、水葫芦“疯”长、水生植物生物量激增等富营养化次生灾害.对于城市黑臭河道治理后富营养化次生灾害的预防和控制必须以城市黑臭河道污染治理为基础，将其纳入到河道污染整治整体规划中.综合运用上/下行效应理论，应从外源控制、内源治理和修复、整体生态系统恢复等角度进行系统预防和控制.同时也应厘清思路，认识到城市黑臭河道富营养化及其次生灾害的形成是城市黑臭河道污染治理过程中的必经阶段，城市河道水环境治理应从当前的“黑臭等重污染治理”向“氮磷营养盐控制”转变.
关键词：城市黑臭河道；富营养化；水华；形成机制；对策思考
第一作者：曹承进，男，博士，讲师，主要研究方向水体污染控制与修复，城市水资源与水环境.
E-mail：caochengqiao@126.com.
0引言
近三十年来，我国经济发展和城市化进程突飞猛进，然而环保治理力度却跟不上城建发展的规模和速度，城市污水收集管网建设严重滞后，各种污染物通过污水直排和雨水径流形式进入城市内河，导致水体发黑发臭，尤其在东部滨海平原河网水系的沿海大中城市，河道沿岸具有污染源排污点多、布局分散的特点，很难集中进行污染物集中收集和处理，河道黑臭污染问题相当突出[1,2].据统计我国80%以上的城市河道受到了污染，其中很多甚至出现了季节性和常年性水体黑臭现象[1-4]，黑臭河道具有很多危害，如影响居民生活,危害人体健康,破坏河流生态系统,损害城市景观等[4].因此，控制城市河道水体污染、整治河道黑臭已经刻不容缓.
目前，我国很多城市根据自身的特点，已开展了很多污染河道整治工程，包括外源污染控制、内源污染治理、人工强化净化和生态修复等[4-8]，通过相应治理工程、措施的实施，很多城市河道的水污染得到了控制，水环境也有了很大改善，水生态系统也得到了一定的恢复[4,9-12].但随之而来的富营养化问题却逐步凸显出来，造成城市河道水体水质恶化、生态系统和水功能破坏等严重危害.特别是在气温逐步回升的春夏之际，部分河段在部分时间内甚至多次出现水生植物、浮游植物等生物量激增，暴发严重的水华、浮萍泛滥、水葫芦“疯”长等富营养化次生灾害，这些都是在城市污染河道治理中出现的新的环境问题.城市河道治理后出现的水体富营养化及其次生灾害问题已严重影响了我国城市河道污染深化治理及治理后水环境功能综合提升的效果，引起了当地市民和各级政府部门的广泛关注[13-15].目前，关于这种从高污染负荷(黑臭)到富营养化及其次生灾害暴发的形成机制、预防和控制对策研究，还未见有相关报道，还缺乏应有的认识.本文通过“十一五”期间开展的有关城市河道富营养化的系列研究项目所获得的一些新的认识，结合国内外文献的搜集与整理，试图就当前城市黑臭河道污染治理后出现的富营养化及其次生灾害问题加以总结，为我国城市河道污染深化治理及治理后水环境功能综合提升提供技术指导.
1城市黑臭河道富营养化次生灾害表现形式
城市黑臭河道发生的水体富营养化在造成其水体水质恶化、生态系统和水功能破坏等危害的同时，经常伴随着水华暴发、浮萍泛滥、水葫芦“疯”长、沉水或挺水植物生物量激增等次生灾害发生[2,9,10,16,17].
1.1 水华的暴发
水华(水花、藻华)，指淡水池塘、河流、湖泊或水库等相对封闭、水流缓慢的水体受到污染，氮、磷等营养物质大量增加，导致水体达到富营养化或严重富营养化状态，在一定的温度、光照等条件下，某些藻类发生暴发性的繁殖，引起明显的水色变化，并在水面形成或薄或厚的绿色或其他颜色的藻类的漂浮物现象[16-19].也有人认为，不一定产生藻类的漂浮物，只要引起水的颜色变化即为水华现象.水华的发生可以是由于水体中营养物质增加导致的上行效应的结果，也可以是由于控制浮游植物的浮游动物缺失导致的下行效应的结果[20,21]，但在绝大多数情况下，水华的暴发是营养盐增加的结果.中国已有很多水体暴发水华，如太湖、巢湖和滇池等[16,21]，近几年来，在三峡水库支流也多次发现[18,22,23]，国外也有很多记载[16,17,24-27]，绝大部分水体的水华是微囊藻水华[16,19,21].
和传统湖库等水体暴发的水华不同，城市黑臭河道治理后出现的水华暴发等次生灾害并不是营养盐增加的结果，而是这些污染河道经过采取截污清淤、生态重建等措施后，由于污染的消减、水质的改善等，水体黑臭现象逐步好转，但水体仍然相对封闭、氮磷等营养盐含量仍较高，在外界环境条件适宜时，在局部河段部分时间内出现藻类的大量生长和积聚而产生[28](见图1).同时，研究表明：城市黑臭河道治理后出现的水华其优势种主要以耐污性较强的绿藻和硅藻门为主[29]，且水体初级生产力水平较低(chl-a最大值为107.48μg/L)、藻密度也不太高(106ind/L)[28]，水华也以分散状态为主，极难在水面形成大范围堆积.这与传统湖库水体暴发的以蓝藻微囊藻为优势种、藻密度动辄高达107～108ind/L、chl-a最大值高达103～104μg/L、极易形成大范围堆积[16,18,21-23]显著不同.
1.2 浮萍泛滥
浮萍是浮萍科植物紫背浮萍或青萍的全草，在我国各地都是常见的水面浮生植物[30,31].浮萍的增殖方式为无性繁殖，成熟的浮萍产生芽孢，芽孢发育长大后与母体脱离形成幼体，数代相连，生长较快，大约4周内可以繁殖10～20次，适应性强，2～35℃下均能生存[30,32,33].不同品种浮萍对环境温度的要求不尽相同.紫萍、青萍和芜萍为喜热浮萍品种，最适生长温度为35℃，因此这3种浮萍为夏季常见浮萍；少根紫萍为喜温热浮萍品种，最适生长温度为25℃；而稀脉浮萍为喜低温浮萍品种，最适生长温度为10℃[32].浮萍最适合在农田水体生长，其次是生活区水体，工业区水体浮萍较少[32].研究表明，在适宜的环境条件下，浮萍具有非常高的生长速率[33,34]，同时浮萍对污水中的氨、重金属等均具有较高的耐受性[36]，浮萍具有较高的TN、TP、COD、BOD、有机碳和总悬浮物吸收效率[34,37]，能较好地吸收水体中低浓度的重金属和有机物[36,37]，因此，在城市黑臭河道治理后，其水污染得到了有效改善，在气温回升的春夏之际，极易引起浮萍泛滥[14,15](见图1).由于浮萍具有增殖快，易收获，蛋白质含量高， 适合生长的pH值和温度范围较广， 对水体中氮、磷的去除能力强，相比其他水生植物投资少、能耗低等优点[30-32]，因此，目前对于浮萍的研究主要集中在利用其作为污水处理植物应用在水体净化方面，而对于其在富营养化状态下大规模暴发的机理研究较少[38-41].
图1 城市黑臭河道治理后出现的富营养化次生灾害
1.3 水葫芦大规模暴发
水葫芦，又名凤眼莲，属雨久花科凤眼莲属植物[42,43]，喜高温、多湿，适宜生长在富营养化的水体中.水葫芦原产南美，现已成为世界许多国家和地区的一种恶性外来入侵种，被列为世界十大害草之一[44,45].20世纪30年代作为畜禽饲料引入中国后，被推广种植，现广泛分布于国内的大部分地区.对于水葫芦的了解和认识目前仍缺乏一个统一的观点，一些国家和地区为控制和治理水葫芦伤透脑筋[46,47]，而有些国家和研究机构还不断引进和利用水葫芦作为改善水质的一种方式[47,48]，进而导致水葫芦入侵不断加剧，带来更多的生态问题[39,40].对于如何治理和控制水葫芦的入侵，世界各个国家和地区的观点和治理措施也多种多样，存在很大的盲目性，缺乏一个综合的、全面的评价标准和方法[42].
由于水葫芦具有发达的根系和旺盛的生长繁殖能力以及超强的耐污能力，对氮、磷元素有很高的耐受性[49-53]，因此，在城市黑臭河道污染治理后，也极易形成“疯”长(见图1).对于水葫芦而言，其生态灾害的源头是上游入侵输入，因此，一般其大规模暴发多发生在较大的开放水域(如黄浦江、苏州河等).多年来，对于城市河道大范围爆发的水葫芦，较多地集中在进行机械或人工打捞方面，而对于其灾害的发生机理还需进一步加强研究，特别是在很多城市黑臭河道开展大规模综合整治的背景下，如何确定其繁殖特性、水流速度及其他水体环境变量以及人类活动等对水葫芦爆发的影响，并评价水葫芦入侵对城市黑臭河道污染治理造成的生态和经济后果，具有重要意义，可以为主管部门提供决策依据[42,43].
1.4 沉水或挺水植物生物量激增
城市黑臭河道污染治理后富营养化的形成还会引起沉水或挺水植物生物量激增等次生灾害.对于传统湖库而言，沉水和挺水植物大量繁殖消亡会导致湖库老化和沼泽化[12,19]；而在城市黑臭河道中，由于水域较小、水动力较差、受人为控制严格，黑臭污染治理后，水体营养盐仍处于较高水平，沉水或挺水植物极易呈现爆发性生长，集中表现为且生物量的激增[2,9,13-15,28,54].
另外，在秋冬季节来临时，大量沉水或挺水植物来不及打捞收割(亦或残留的根系物过多)，会导致其大量腐烂，使得沉积物中的腐殖质大量增加，严重时会导致河道进一步变黑变臭.
图2 城市黑臭河道治理后不同时间出现不同水生植物生物量激增
2城市黑臭河道富营养化次生灾害的形成机制
2.1 主要环境因子
环境因子的变化是影响水体富营养化及其次生灾害暴发的主要内在驱动力[55,56].例如，水体滞留时间延长、气温水温较高以及光照时间较长都能够显著促进富营养化及其次生灾害的暴发[16,19-22,57,58].我国城市黑臭河道所在地区多为亚热带季风气候区，冬夏季风交替显著，随着季风的进退，气候具有明显的季节性变化特点：气温年差和日差较小，且变化稳定，雨量充沛(年降水量一般在1 000 mm以上，主要集中在夏季)，光照丰富，四季分明，冬无严寒，1月平均温普遍在0 ℃以上，夏季较热，7月平均温一般为25 ℃左右，冬夏风向有明显变化.春夏之交有梅雨，7—9月间有热带气旋.全年日照数在1 442～2 264 h之间[19,28].
前期一系列研究表明，城市黑臭河道经过治理后，水体多为中性偏弱碱性(pH为6.0～9.0)；年平均气温17.3～19.4 ℃；水温为9.2～44.3 ℃[28]，pH和水温均处于浮游植物的适宜生长范围内(WT为18～25 ℃；pH为7.0～9.0)[16,18,19]，4—6月份气温、水温升速较快.溶解氧是藻类生长和生物降解有机物不可缺少的条件[16,18,19]，随着河道治理工程的实施，城市黑臭河道水体中溶解氧含量均较治理前有所升高，有些断面在部分时间段甚至处于较高水平(如九山外河和山下河治理后DO最大值分别高达为13.73 mg/L和8.70 mg/L[28,29])，这些都为水体中浮游植物的大量生长提供了有利条件.
随着中国城市化进程的日益加剧，河道的自然空间日益被市政工程所挤占，很多城市内河逐渐被沟渠化、涵闸化，这些不仅导致水质日益恶化，出现季节性或常年性黑臭现象，同时也极大地改变了城市黑臭河道的水文状况.沟渠化、涵闸化的城市河道其流量、流速日益减小，水流常年处于准静止状态(<0.1 m/s)[59-62]，接近甚至低于湖泊型水体的流速；即使在生态调水冲淤期间，城市黑臭河道部分河道由于处于调水盲端，其流速也仍很小[28,59-63].
由此可见，城市河道水体水文水质条件的巨大变化，以及气象气候条件较适宜，已具备诱发富营养化次生灾害的环境要素条件，这为黑臭河道治理后富营养化次生灾害的暴发提供了有利条件.
2.2 营养因子
水体中生物生产所必需的营养元素很多，其中氮、磷是制约湖库水体生物生长的主要因子.由于水质恶化导致的营养物质累积能够促进富营养化次生灾害的暴发[64-67].目前，国际上一般认为当水体中的总氮和总磷分别达到0.2 mg/L和0.02 mg/L时，从营养盐单因子考虑就有可能发生富营养化现象[25-27,67]，上述浓度也成为富营养化发生的营养盐阈值.自然水体中的氮、磷以无机态和有机态等多种形态存在，其中以可被植物直接利用吸收的溶解态无机氮(DIN)和溶解态正磷酸盐为最重要形式[67-69].国内外许多研究表明，磷是淡水生态系统生产力的主要限制因子[64-69].
2.3 生态因子
水体的生态因子是指水体本身的生态条件和水生生态系统的结构，是水体富营养化发生的内在条件和因素[16,19].富营养化一般发生在水域底盆浅平、水深较浅(水深<4.0 m)、容积较小、水域封闭度较大的水体环境里.同时，水生植物的种群和生物量是水体生态系统的核心[16,19,20]，也是富营养化次生灾害暴发的基础生境条件.很多城市黑臭河道位于城市中心地带，多属于平原河网水系，水深较浅(水深<2.0 m)，河道蜿蜒曲折，部分水域河道狭窄细长，而部分水域地势较为平坦，河面相对宽敞；同时河道的沟渠化、涵闸化造成水域封闭度较大、容积较小[28,59-63]，这些都极易导致富营养化次生灾害的发生.另外，随着城市黑臭河道污染的治理，一方面水质得到了好转、水体污染得到了一定的控制，重污染负荷得到了有效遏制，黑臭现象逐步消除，河道水体透明度有了极大的改善，这些为河道水体中水生植物和浮游植物的生长提供了有利条件；另一方面，对于黑臭的治理，一般都伴随着生态系统的重建，包括挺水植物、沉水植物重建，底栖生物恢复等[70-74]，这也为富营养化次生灾害的暴发提供了基础生境条件.
综上所述，从生态因子的角度来看，城市黑臭河道治理后极易暴发富营养化次生灾害，加上在治理过程中次生灾害暴发所需的营养盐始终处于较高水平(远高于富营养化次生灾害暴发的营养盐阈值)，因此，在每年气温回升的4—8月份，极易暴发大规模富营养化次生灾害(水华暴发、浮萍泛滥、水葫芦“疯”长、水生生物激增等).并且一个非常值得关注的问题是，典型的城市黑臭河道富营养化次生灾害的暴发受生物自然生态消长规律、生物抑制等因素影响，呈现周期性的变化趋势：通常5—6月暴发浮萍、7—8月暴发蓝藻、9—10月暴发水葫芦，而对于污染治理和生物重建相对较好的河道，在春夏秋季均能出现挺水植物、沉水植物生物量激增(见图1和图2)[13-15,28,54,70,75].
3城市黑臭河道富营养化次生灾害预防和控制对策
控制富营养化的过程依据不同的思路有不同的操作方法.湖沼学研究表明富营养化及其次生灾害的发生可以是由于水体中营养物质增加导致的上行影响(也叫上行效应)的结果，也可以是由于控制浮游植物的浮游动物缺失导致的下行影响(也叫下行效应)的结果[20].综合考虑“上行影响”和“下行影响”，国内外控制富营养化及其次生灾害暴发的技术和方法主要有以下几个方面.① 生物控制技术： 通过调整水体中生物群落结构从而抑制水体富营养化进程[20,76].② 生物操纵理论： 基于鱼类的“下行效应”，通过调控食物链，即增加肉食性鱼类减少滤食性鱼类或直接捕(毒)杀浮游动物食性鱼类，来调节浮游动物的结构和种群数量，借浮游动物抑制藻类, 强调用浮游动物对藻类的牧食来控制水体中藻的含量，从而改善水质[77,78].③ 非经典的生物操纵理论： 由中国的科学家提出的非经典的生物操纵理论，主要是通过控制凶猛鱼类及调节食浮游生物的滤食性鱼类(如鲢和鳙)数量来直接牧食蓝藻水华的生物操纵方法[79]，目前研究最多的是白鲢和鳙[20,21,79].此外，也可以利用一些能够裂解藻类或限制藻类生长的微小生物(如：病毒、细菌、真菌、放线菌和原生动物等[77,80])作为生物控制试剂来去除水体中多余的藻类[80].对于沟渠化、涵闸化的城市河道而言，生态调水冲淤等水动力学控制技术和方法也可以在较短的时间内改善水体的富营养化[20].另外，控制富营养化和水华的方法还有机械清除、生物曝气增氧[20,21]、植被岸边带技术、纳米杀藻布杀藻技术、改性黏土絮凝技术以及紫外、电场等物理措施等[20].
就城市黑臭河道的污染治理而言，其首要目标是重污染的治理、黑臭的消除，因此，对于在此过程中出现的富营养化次生灾害的预防和控制必须以城市黑臭河道污染治理为基础.首先，基于“上行效应”理论，加大控制氮磷等营养物质的输入，通过污水管网的优化改造、地表径流的调蓄与污染控制等技术手段加大对外源污染的控制力度；同时利用底泥生态疏浚技术、原位覆盖和污染控释技术、底泥生物修复技术等手段对河道内源污染进行治理和修复；另外，利用生态浮床/浮岛技术、水生植物修复技术等对河道水体中的营养物质进行治理.其次，在河道治理后生境恢复过程中，充分考虑“下行效应”的影响，特别注重针对整个生态系统(水生植物、底栖生物、游泳生物和浮游生物等)的恢复和长期保持平衡，特别注意避免只针对水生植物(沉水植物、挺水植物等)的恢复.
图3 温州九山外河河道工程修复与原位多级生态净化
图4 温州九山外河治理前后效果对比
另外也有研究表明，鸭子和草鱼特别喜欢吃浮萍，根本不用人工打捞，散养的鸭子就能把河道中的浮萍消灭掉.此外，也可以通过定期的生态调水冲淤、潮汐作用等水动力学方式对河道水体进行调控，减少黑臭河道富营养化次生灾害的暴发.而对于短期内爆发性的富营养化次生灾害(如浮萍大范围泛滥、水葫芦“疯”长、水生植物生物量激增等)，可以通过机械或人工打捞的物理方法来去除.
4对我国城市河道环境整治与管理的启示
随着国家和地方各级政府对城市重污染河道污染治理的重视，很多城市黑臭河道污染综合整治工程陆续开展，包括国家水体污染控制与治理科技重大专项在内的一系列科研项目也鳞次栉比地展开，城市黑臭河道污染状况必将得到更大的改善，黑臭现象也将逐步好转.然而，由于城市河道的涵闸化、沟渠化仍将持续，这就导致了河道的水文水动力条件仍将继续长时间维持现状：上游来水的流量、流速日益减小，城市河道水体流速大大减缓，水流处于准静止状态(<0.1 m/s).同时，河道的面积、容积、水深、岸线系数、水域的封闭度等与水体富营养化关系最为密切的参数也仍将保持现状.另外，由于水质的改善，水体中抑制藻类生长的有机物质、悬浮颗粒物等含量将急剧减少，透明度也逐步得到好转.加上氮磷营养盐含量仍处于较高水平(仍远高于水体发生富营养化的最低阈值TN=0.2 mg/L；TP=0.02 mg/L).这些都会导致城市黑臭河道污染治理后水体的富营养化趋势更加显著，富营养化次生灾害将更加周期性频繁地暴发，且在较长的一段时间内都将维持现状.我们应该清醒地认识到城市黑臭河道富营养化及其次生灾害的形成是城市黑臭河道污染治理过程中的必经阶段，并不意味着水质的恶化，相反从生态学角度看，恰恰说明重污染黑臭水体水质得到了一定的改善.从治理思路上看，当前的城市河道水环境治理应从当前的“黑臭等重污染治理”向“氮磷营养盐控制”转变.
从管理者角度来看，在制定城市黑臭河道污染治理规划时，应将富营养化及其次生灾害预防和控制也纳入到规划中，在进行“控源→净化→修复”的过程中，不仅仅只关注黑臭等重污染的治理，更应该城市河道水环境深化治理及治理后水环境功能综合提升.同时对治理后的河道应加强管理和维护，及时保障和维护已实施的相关治理技术和措施，定期清除大量滋生的藻华、浮萍、水葫芦等水生植物.
通过一系列举措减少氮磷等营养盐的排放，如新建的污水处理厂严格实施“国家城镇污水处理一级B排放标准”；在农村实施化肥减量、发展精准施肥等现代绿色农业.同时，在污染治理的同时，重新构建或恢复整个城市河道水体生态系统，包括水生植物、底栖生物、游泳生物和浮游生物等；此外，尽可能地沟通城市河道水系，让死水变活水.
[参考文献]
[1]中华人民共和国环境保护部. 2012中国环境状况公报[R]. 北京: 中华人民共和国环境保护部, 2013.
[2]黄民生, 陈振楼. 城市内河污染治理与生态修复——理论、方法与实践[M]. 北京: 科学出版社. 2010.
[3]钱易. 中国水污染控制对策之我见[J]. 环境保护, 2007, 78: 20-23.
[4]钱嫦萍, 王东启, 陈振楼, 等. 生物修复技术在黑臭河道治理中的应用[J]. 水处理技术, 2009, 35(4): 13-17.
[5]陈吉宁. 城市水系统的综合管理: 机遇与挑战[J]. 中国建设信息, 2005, 7(S): 34-381.
[6]董哲仁. 河流健康的诠释[J]. 水利水电快报, 2007, 28(11): 17-19.
[7]徐祖信. 河流污染治理技术与实践[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2003.
[8]王超, 王沛芳. 城市水生态系统建设与管理[M]. 北京:科学出版社, 2004.
[9]黄民生, 徐亚同, 戚仁海. 苏州河污染支流——绥宁河生物修复试验研究[J]. 上海环境科学, 2003, 22(60): 384-389.
[10]黄燕, 黄民生, 徐亚同, 等. 上海城市河道治理工程简介[J]. 环境工程, 2007, 25(2): 85-88.
[11]LI H B, DU L N, ZOU Y, et al. Eco-remediation of branch river in plain river-net at estuary area [J]. Procedia Environmental Sciences, 2011(10): 1085-1091.
[12]申欢, 孙亚军, 胡洪营, 等. 滞留型城市景观河道的污染治理[J]. 中国给水排水, 2006, 22(20): 66-68.
[13]东方早报. 水葫芦疯狂上海四道防线围堵[EB/OL].[2013-10-17].http://www.dfdaily.com/html/3/2013/10/17/1079524.shtml.
[14]人民网. 浮萍泛滥成河道绿色杀手[EB/OL].[2011-07-19]. http://wz.people.com.cn/GB/184391/185003/15188859.html.
[15]中国上海. 嘉定打捞清理浮萍解决居民困扰[EB/OL]. [2012-06-12].http://www.shanghai.gov.cn/shanghai/node2314/node2315/node15343/u21ai625348.html.
[16]金相灿, 屠清英. 湖泊富营养化调查规范[M].2版. 北京: 中国环境科学出版社, 1990:114-132, 292-293.
[17]俞志明, 沈志良, 陈亚瞿, 等. 长江口水域富营养化[M]. 北京: 科学出版社. 2011: 1-10.
[18]曹承进, 郑丙辉, 张佳磊, 等. 三峡水库支流大宁河冬、春季水华调查研究[J]. 环境科学, 2009, 30(12): 3471-3480.
[19]金相灿. 中国湖泊环境[M]. 北京: 海洋出版社, 1995.
[20]秦伯强, 杨柳燕, 陈非洲, 等. 湖泊富营养化发生机制与控制技术及其应用[M]. 科学通报, 2006, 51(16): 1857-1865.
[21]秦伯强, 许海, 董百丽. 富营养化湖泊治理的理论与实践[M]. 北京: 高等教育出版社. 2011.
[22]郑丙辉, 曹承进, 张佳磊, 等. 三峡水库支流大宁河水华特征研究[J]. 环境科学, 2009, 30(11): 3218-3216.
[23]CAO C, ZHENG B, CHEN Z, et al. Eutrophication and algal blooms in channel type reservoirs: A novel enclosure experiment by changing light intensity[J]. Journal of Environmental Sciences, 2011, 23(10): 1660-1670.
[24]ROHRLACK T, DITTMANN E, HENNING M, et al. Role of microcystins in poisoning and food ingestion inhibition ofDaphniagaleatacaused by the cyanobacteriumMicrocystisaeruginosa[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1999, 65: 737-739.
[25]SMITH V H. Low nitrogen to phosphorus ratios favors dominance by blue-green algae in lake phytoplankton [J]. Science, 1983, 221: 669-671.
[26]JOBGEN A M, PALM A, MELKONIAN M. Phosphorus removal from eutrophic lakes using periphyton on submerged artificial substrata [J]. Hydrobiologia, 2004, 528 (1-3): 123-142.
[27]XIE L, XIE P, LI S, et al. The low TN: TP ratio, a cause or a result of Microcystis blooms? [J]. Water Research, 2003, 37: 2073-2080.
[28]曹承进. 城市黑臭河道治理共性技术及次生富营养化研究[R]. 上海: 华东师范大学, 2011:172-181.
[29]陈玉辉. 典型城市黑臭河道治理后的富营养化分析与预测研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2013:59-66.
[30]侯文华, 宋关玲, 汪群慧. 浮萍在水体污染治理中的应用[J]. 环境科学研究, 2004, 17(增刊1): 70-73.
[31]沈根祥, 胡宏, 沈东升, 等. 浮萍净化氮磷污水生长条件研究[J]. 农业工程学报, 2004, 20(1):284-287.
[32]吴雪飞, 刘璐嘉, 马晗, 等. 江苏省夏季浮萍种类及其生长水环境调查[J]. 生态与农村环境学报, 2012, 28(5): 554-558.
[33]RAHMANI G N H, STEMBERG S P K. Bioremoval of lead from water using lemna minor [J].Bioresource Technology,1999,70(3): 225-230.
[34]种云霄, 胡洪营, 钱易. 环境及营养条件对稀脉浮萍和紫背浮萍氮磷含量的影响[J]. 环境科学, 2005, 26(5): 67-71.
[35]REDDY K R, DEBUSK T A. State of the art of utilization of aquatic plants in water pollution control[J]. Water Science and Technology, 1987, 19(10): 61-79.
[36]CAICEDO J R, VAN DER STEEN N P, ARCE O, et al. Effect of total ammonia nitrogen concentration and pH on growth rates of duckweed (Spirodelapolyrrihza) [J]. Water Research, 2003, 34(15): 3829-3835.
[37]ELSHAFAI S A, ELGOHARY F A, NASR F A, et al. Nutrient recovery from domestic wastewater using a UASB-duckweed ponds system[J]. Bioresource Technology, 2007, 98(4): 798-807.
[38]SMITH M D, MOELYOWATI I. Duckweed based wastewater treatment (DWWT): Design guide line for hot climates[J]. Water Science and Technology, 2001, 43(11): 291-299.
[39]VERMAAT J E, HANIF M K. Performance of common duckweed species (Lemnaceae) and the waterfernAzollafiliculoideson different types of waste water[J]. Water Research, 1998, 32: 2569-2576.
[40]GABRIEL B, LAURA C, ANA F. Impacts of composite wastewater on a Pampean stream (Argentina) and phytoremediation alternative withSpirodelaintermediaKoch (Lemnaceae) growing in batch reactors[J].Journal of Environmental Management, 2013, 115: 53-59.
[41]SHERWOOD C, REED R W, CRITES E, et al. Natural Systems for Waste Management and Treatment[M]. New York: Mcgraw-Hill Inc, 1995: 134-181.
[42]杨凤辉, 马涛, 陈家宽, 等. 上海黄浦江凤眼莲灾害的发生机理及控制对策初探[J], 复旦学报:自然科学版2002, 41(6): 599-603.
[43]乐毅全, 郑师章. 凤眼莲根际细菌趋化性研究[J] . 复旦学报:自然科学版, 1990, 29(3): 313- 318.
[44]MOONEY H A. Species without frontiers [J]. Nature, 1999, 397: 665- 666.
[45]MILNER-GULLAND E J. Knowing the value of nature [J]. Nature, 2001, 410: 751-752.
[46]高雷, 李博. 入侵植物凤眼莲研究现状及存在的问题[J]. 植物生态学报, 2004, 28(6): 735-752.
[47]PUSHPA G S, JOHN C V. Does water hyacinth (Eichhorniacrassipes) compensate for simulated defoliation? Implications for effective biocontrol[J]. Biological Control, 2010, 54(1): 35-40.
[48]KUMARIA M, TRIPATHIB B D. Effect of aeration and mixed culture ofEichhorniacrassipesand Salvinianatanson removal of wastewater pollutants[J] .Ecological Engineering, 2014, 62: 48-53.
[49]胡长伟, 孙占东, 李建龙, 等.凤眼莲在城市重污染河道修复中的应用[J].环境工程学报,2007,1(12): 51-56.
[50]SINHA A K, SINHA R K. Sew age management by aquatic weeds ( water hyacinth and duckweed): Economically viable and ecologically sustainable biomechanical technology[J]. Environ Educ Inf, 2000, 19: 215-226.
[51]SAJNSLAK A, BULC T G , VRHOVSEK D. Comparison of nutrient cycling in a surface flow constructed wetland and in a facultative pond treating secondary effluent[J]. Water Sci Technol, 2005, 51: 291-298.
[52]谢心义, 张艳茹, 郎业广, 等. 凤眼莲净化污水试验研究[J]. 环境科学, 1984, 5(3): 15-18
[53]孙文浩, 俞子文, 余叔文. 城市富营养化水域的生物治理和凤眼莲抑制藻类生长的机理[J]. 环境科学学报, 1989, 9(2): 188-195
[54]黄民生, 徐亚同, 陈邦林, 等.丽娃河环境治理与生态恢复工程[J]. 净水技术,2005, 24(6): 56-59.
[55]JONES G J, POPLAWSKI W. Understanding and management of cyanobacterial blooms in sub-tropical reservoirs of Queensland, Australia[J]. Water Science and Technology, 1998,37(2), 161-168.
[56]CATHERINE L , MICHELE A B , DAVID T R, et al. Predicting the vulnerability of reservoirs to poor water quality and cyanobacterial blooms[J]. Water Research, 2010, 44, 4487-4496.
[57]HARRIS G P. Biogeochemistry of nitrogen and phosphorus in Australian catchments, rivers and estuaries: effects of land use and flow regulation and comparisons with global patterns[J]. Marine and Freshwater Research, 2001,52 (1), 139-149.
[58]THOMANN R V, MUELLER J A. Principle of Surface Water Quality Modeling and Control [M]. New York: Haper& ROV, 1987.
[59]温州市温瑞塘河管委会. 温州市区生态环境功能区规划[R].浙江温州：[出版者不祥]， 2008a.
[60]温州市温瑞塘河管委会. 温州市城市污水专项规划(1、2、3) [R]. 浙江温州：[出版者不祥]，2008b.
[61]温州市温瑞塘河管委会. 温瑞塘河流历史文化资料汇编[R]. 浙江温州：[出版者不祥]，2008c.
[62]温州市温瑞塘河管委会. 温州市温瑞塘河现有调水工程上游河段控沙方案研究[R]. 浙江温州：[出版者不祥]，2008d.
[63]温州市统计局. 温州统计年鉴(2010版)[M]. 北京: 中国统计出版社, 2010.
[64]ANDERSON D M.Turning back the harmful red tide[J]. Nature, 1997,388:513-514.
[65]ANDERSON D M , GLIBERT P M , BURKHOLDER J M. Harmful algal blooms andeutrophication: Nutrient sources, composition and consequences[J]. Estuaries, 2002, 25:562-584.
[66]BURKHOLDER J M , GLIBERT P M , SKELTON H M. Mixotrophy, a major mode ofnutrition for harmful algal species[J]. Harmful Algae, 2008(8): 77-93.
[67]HEISLER J , GLIBERT P M , BURKHOLDER J M , et al. Eutrophication and harmful algal blooms: A scientific consensus[J]. Harmful Algae, 2008(8): 3-13.
[68]CARLSON C A. Production and removal processes [M]//HANSELL D A , CARLSON C A. Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. San Diego, CA :Academic Press, 2002: 91-151.
[69]GLIBERT P M , BURKHOLDER J M. The complex relationships between increasingfertilization of the Earth, coastal eutrophication, and HAB proliferation[M]//GRANÉLI E , TURNER J. The Ecology of Harmful Algae. New York : Springer-Verlag ,2006: 341-354.
[70]黄民生,曹承进.城市河道污染控制——水质改善与生态修复[J].建设科技,2011,19: 43-45.
[71]赵丰, 张勇, 黄民生,等. 水生植物浮床对城市污染水体的净化效果研究[J]. 华东师范大学:自然科学版, 2011, 11(6): 57-64.
[72]程庆霖,何岩, 黄民生. 城市黑臭河道治理方法的研究进展[J]. 上海化工, 2011, 36(2): 25-31.
[73]赵丰,宋英伟, 黄民生, 等. 城市景观河道生境改善技术研究与应用进展[J]. 净水技术2008,27(4):16-18.
[74]黄民生, 徐亚同, 戚仁海. 苏州河污染支流——绥宁河生物修复试验研究[J]. 上海环境科学, 2003, 22(6): 384-389.
[75]徐亚同, 何国富, 黄民生,等. 梦清园景观水体生态净化系统示范工程研究[J]. 华东师范大学:自然科学版,2006, 11(6): 84-90.
[76]JOBGEN A M, PALM A, MELKONIAN M. Phosphorus removal from eutrophic lakes using periphyton on submerged artificial substrata [J]. Hydrobiologia, 2004, 528 (1-3): 123-142.
[77]SHAPIRO J, LAMARRA V, LYNCH M. Biomanipulation: an ecosystem approach to lake restoration[C]//BREZONIK P L, FOX J L. Proceedings of a symposium on water quality management through biological control. USA University Florida Gainesville, 1975: 85-69.
[78]DRENNER R, HAMBRIGHT D. Review: Biomanipulation of fish assemblages as a lake restoration technique [J]. Arch Hydrobiol , 1999, 146: 129-165.
[79]XIE P, LIU J K. Practical success of biomanipulation using filterfeeding fish to control cyanobacterial blooms [J]. The Scientific World, 2001(1): 337-356.
[80]SIGEE D C, GLENN R, ANFREWS M J, et al. Biological control of cyanobacteria: Principles and possibilities [J]. Hydrobiologia, 395/396: 161-172.
(责任编辑张晶)
Study on formation mechanism, and control and preventive measures of eutrophication secondary disasters in urban malodorous-back river
CAO Cheng-jin1,2,CHEN Zhen-lou3,HUANG Min-sheng1,2
(1.ShanghaiKeyLabforUrbanEcologicalProcessesandEco-Restoration,EastChinaNormalUniversity,
Shanghai200062,China;
2.SchoolofEcologicalandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China;
3.SchoolofGeographicSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)
Abstract:In this paper, the eutrophication secondary disasters in urban malodorous-back river were reviewed from the forming and treatment of “malodorous-back”, and the disaster forms and control and preventive measures. The results indicated that with the implementation of many treatment projects, technologies and measures in pollution control and remediation, pollution load of urban malodorous-back river was greatly reduced, water quality had been much improved, and the “malodorous-back” disappeared gradually. All these resulted to the nutrient that can be utilized by plant was at high level, and the damaged ecosystem of urban river was restored and constructed. Once those environmental factors were very suitable, the major outbreak of eutrophication secondary disasters (e.g. algal bloom, Lemna minor L, Eichhorniacrassipes.) could be unavoidable. For its part, the control and preventive measures of eutrophication secondary disasters must be based on the treatment and remediation of “malodorous-back”. In addition, we realized that the outbreak of eutrophication secondary disasters would be an unavoidable stage of the treatment and remediation of “malodorous-back”, and the current focus on pollution control and remediation of urban river should be changed from the severe pollution treatment (e.g. “malodorous-back”) to the nutrient (Nitrogen, phosphorus, etc.) control.
Key words:urban malodorous-back river;eutrophication;algal bloom;formation mechanism;control and preventive measures
通信作者：黄民生，男，教授，博士生导师.E-mail: mshuang@des.ecnu.edu.cn.
基金项目：国家自然科学基金(41001347)；国家科技重大专项(2009ZX07317-006，2014ZX07101012)；中国博士后科学基金及其特别资助(20100470759，201104245)；上海市博士后科研资助计划(10R21412300)；中央高校基本科研业务费专项资金；上海市教委产学研项目(14cxy09).
收稿日期：2014-07
中图分类号：X52
文献标识码：A
DOI:10.3969/j.issn.1000-5641.2015.02.002
文章编号：1000-5641(2015)02-0009-12f
