段浦河水系統(tǒng)污染治理的生態(tài)治理研究報(bào)告

1、段浦河水系統(tǒng)污染治理的生態(tài)治理研究報(bào)告上海市吳淞中學(xué)：徐曉菲李胤指導(dǎo)老師：上海市吳淞中學(xué)張治 前言：這項(xiàng)科技方案參加了2000年全國中小學(xué)生環(huán)保論文方案設(shè)計(jì)評比，榮獲中學(xué)組第一名。我們把它展示給您，想告訴你一個(gè)簡單的科學(xué)研究的大致流程，同時(shí)，我更想告訴我們那些充滿才智和靈感的青少年朋友們，科學(xué)研究，其實(shí)就這么簡單?。核械难芯慷际菑膯栴}開始。問題從那里來？睜大眼睛看看，豎起耳朵聽聽，拍拍腦袋想想，生活中到處充滿著問題，那么，隨時(shí)記下你的問題吧！愛因斯坦曾經(jīng)說過：發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要！一、方案設(shè)計(jì)、問題的提出：段浦河是上海市寶山區(qū)近蘊(yùn)藻浜和共和新路交界處的一條小河，西連東茭涇（小河名），東達(dá)

2、西泗塘（小河名）（地理位置見圖）。據(jù)附近的老居民說，這里在七、八十年代時(shí)，水清草綠，景色宜人，人們在河里淘米洗菜、游泳釣魚。近年來由于市政建設(shè)用地，河的大部分被填平，結(jié)果在呼嗎新村和通河新村周圍留下幾個(gè)小型池塘。大的六、七畝，小的不到一畝。由于缺乏管理，水生植被被破壞，加之大量生活污水的流入，使水中營養(yǎng)鹽、有機(jī)物急劇增多，浮游植物大量繁殖，水質(zhì)惡化，發(fā)生過水華。魚類及其它水生動(dòng)物大量死亡，發(fā)生過河水發(fā)黑發(fā)臭等污染事故。、問題來了，接下來就對問題提出假設(shè)，或者制定研究計(jì)劃我們根據(jù)所學(xué)的生態(tài)學(xué)原理知道，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生一定是食物鏈不暢通，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的平衡被打破的原因，這是否就是許多環(huán)境保護(hù)者常說的

3、湖泊富營養(yǎng)化問題哪？、資料的搜集與整理，這些使你對問題有深入了解湖泊的富營養(yǎng)化是一個(gè)世界性的環(huán)境問題。其所造成的嚴(yán)重生態(tài)后果和經(jīng)濟(jì)損失，已經(jīng)引起世界各國的關(guān)注。我國于1984年在北京召開第一次全國湖泊富營養(yǎng)化學(xué)術(shù)討論會(huì)，許多專家提出了諸如控制和處理點(diǎn)源污染和面源污染，處理內(nèi)源污染等轉(zhuǎn)移污染源、稀釋、擴(kuò)散的方法，這當(dāng)然是必要的，然而，問題遠(yuǎn)沒有根本解決。調(diào)水、挖泥、投化學(xué)劑，生物調(diào)控等方法常常遇到需要大量資金投入，效果不明顯、見效慢、時(shí)效短，良性生態(tài)系統(tǒng)難以持久穩(wěn)定等一系列問題。對于我們周圍的這些小水體，當(dāng)然不會(huì)有太多人注意，更談不上花大量的金錢和精力去治理她，如何最高效地使這些湖泊由浮游藻類占

4、優(yōu)勢的混濁狀態(tài)恢復(fù)到草綠水清的清水狀態(tài)呢？為了降低成本、提高防治效率，發(fā)揮生態(tài)學(xué)控制在環(huán)境整治中的巨大作用，我們決定在湖泊中重新建立一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，即通過引種沉水維管植物（我們不妨形象地稱之為水底綠化工程），嘗試富營養(yǎng)化治理的新思路。吳淞中學(xué)生物環(huán)保社團(tuán)成立于己于1997年8月。在成立之初，我們就提出熱愛環(huán)境、創(chuàng)建優(yōu)美環(huán)境，從我做起，從身邊小事做起的口號。于是，我們就開始了一年多的研究工作。此后不久，我們與華東師范大學(xué)生物系周忠良博士取得聯(lián)系。周老師對湖泊富營養(yǎng)化問題頗有見解，他了解到我們的想法后就與我們進(jìn)行了全面合作，對我們的社團(tuán)成員進(jìn)行了耐心的指導(dǎo)。在我們的研究工作中，上海市環(huán)境科學(xué)院的殷浩

5、文研究員曾經(jīng)熱情地提供了許多儀器，并給予了不少理論和技術(shù)上的指導(dǎo)，在此特別致謝！在一年多的研究活動(dòng)中，幾位同學(xué)克服各種困難，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一方面為社區(qū)環(huán)境做點(diǎn)實(shí)事，另一方面他們富有創(chuàng)意的工作也給富營養(yǎng)化的小水體系統(tǒng)的治理工作提供了可以借鑒的思路，這同時(shí)也使他們的科學(xué)態(tài)度和動(dòng)手能力得到鍛煉和提高。在此基礎(chǔ)上，我們準(zhǔn)備把這項(xiàng)活動(dòng)更加深入地開展下去，以進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境意識和主人翁精神，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。 、參加活動(dòng)的主要人員： 本次活動(dòng)的參與人員分為兩類，一類是參與策劃和科研的人員，主要有兩位，他們是：徐曉菲（女） 十七歲 上海市吳淞中學(xué)生物環(huán)保社團(tuán)負(fù)責(zé)人李胤（男） 十七歲 上海市吳

6、淞中學(xué)生物環(huán)保社團(tuán)負(fù)責(zé)人另一類是參與野外實(shí)踐活動(dòng)的人員，共9人，他們都是我校生物環(huán)保社團(tuán)成員。 、本次活動(dòng)的條件：這項(xiàng)活動(dòng)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對時(shí)間要求不嚴(yán)格，一年四季均可進(jìn)行；野外活動(dòng)部分則有一些工作要在春季進(jìn)行（如種植水草）?；顒?dòng)場所分為野外實(shí)驗(yàn)基地和環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。所需器材和物品主要有以下幾類：野外調(diào)查采樣及種植所需：溫度計(jì)、黑白盤、51采水器、溶氧瓶、采泥器、橡皮艇、幾種沉水植物及安全用品等。實(shí)驗(yàn)室用品：0.5m3的水族箱三個(gè)（放在戶外）。0.3-0.4m3的玻璃缸三個(gè)，加熱泵，溫度計(jì)，EIL溶氧儀，水化學(xué)分析儀器，水化學(xué)分析項(xiàng)目所需的化學(xué)試劑、藥品等。、按你的設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)，這時(shí)，你和偉大的科學(xué)家所

7、做的工作沒什么兩樣！ 、實(shí)施步驟：4.1、本底調(diào)查調(diào)查方法參考湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范（中國環(huán)境科學(xué)出版社，1987年），我們從野外采集水樣，進(jìn)行水質(zhì)分析。4.1.1、觀測采樣點(diǎn)如圖1所示，采樣用51采水器在水下40-50cm處定量采集。4.1.2、觀測采樣于每年3月至10月間，采水樣于3月和8月分別采集一次。4.1.3、測量指標(biāo)有水溫（T），透明度（SD），總氮（T-N），總磷（T-P），五天生物耗氧量BOD5，溶解氧DO，浮游植物優(yōu)勢種、主要水生動(dòng)物等。4.1.4、儀器及方法：溫度計(jì)、黑白盤、51采水器、721分光光度計(jì)、雙筒顯微鏡、EIL溶氧儀等。4.1.5、室內(nèi)水化學(xué)項(xiàng)目分析方法引自污水分

8、析質(zhì)量保證手冊（上海市城市排水監(jiān)測站編）和國家環(huán)保局水和污水監(jiān)測分析方法（1989年）。4.1.6、生態(tài)調(diào)查參考湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范中國環(huán)境科學(xué)出版社 （1987年）。4.2、治理措施的篩選與實(shí)踐根據(jù)西歐湖泊生態(tài)學(xué)家在八十年代提出的湖泊多穩(wěn)態(tài)理論，對于段浦河這種淺水小水體系統(tǒng)，我們想，如果能夠引入高等水生植物，遏制藻類的惡性增殖，進(jìn)而形成食物鏈，通過營養(yǎng)級的逐代消耗，豈不是可以很方便地除去大量的營養(yǎng)負(fù)荷嗎？當(dāng)水中生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到平衡，就一定能解決水中的缺氧問題，進(jìn)而遏制厭氧微生物大量增殖、水體發(fā)黑發(fā)臭等。于是，我們沿著重建水生植被，構(gòu)建穩(wěn)定的湖泊生態(tài)系統(tǒng)的思路，模擬段浦河系統(tǒng)進(jìn)行多種生態(tài)模型的構(gòu)建

9、和對照分析工作。4.2.1、器材：0.5m3的水族箱三個(gè)（放在戶外）。0.3-0.4m3的玻璃缸三個(gè)，采泥器，加熱泵，溫度計(jì)，51采水器，EIL溶氧儀，水化學(xué)分析儀器等。4.2.2、方法：在室外三個(gè)0.5m3的水族箱鋪放河水的底泥，加段浦河水樣，模擬段浦河系統(tǒng)。I號箱中放養(yǎng)金魚藻，菹草，黑藻等，再放田螺、蘿卜螺等，II號箱中養(yǎng)入鳳眼蓮，III號箱作為對照。在室內(nèi)缸中分別引種金魚藻、菹草、黑藻等，先稱重，人工補(bǔ)光，定時(shí)加水樣，并進(jìn)行溫控，一段時(shí)間后，看長勢，并再次稱重，看哪種植物更易成活，生長更迅速，以此對這幾種沉水植物作平行篩選。定期測量SD、DO、T-P、T-N、BOD5、，藻類綜合指數(shù)、水

10、生動(dòng)植物種類、生物多樣性指數(shù)等。 、活動(dòng)注意事項(xiàng)：5.1、由于這項(xiàng)活動(dòng)有野外活動(dòng)的內(nèi)容，在操作時(shí)要注意安全第一，同時(shí)，要注意不擾民。5.2、這項(xiàng)活動(dòng)的實(shí)施主體是學(xué)生，要注意以教育人、培養(yǎng)人、鍛煉人為宗旨，注意培養(yǎng)學(xué)生的參與意識，動(dòng)手能力、科學(xué)態(tài)度和合作精神。、按照你的實(shí)驗(yàn)，記錄所得到的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論，這時(shí)，你就要成功了！ 二、實(shí)踐過程（略） 三、結(jié)果3.1、本底測量結(jié)果：測量結(jié)果如表1所示。 注：、為上午10點(diǎn)左右測定。、以上數(shù)據(jù)均為平均值。3.2、模型對照結(jié)果：如表所示。 表： 生態(tài)模型篩選對照表注：、為上午10點(diǎn)左右測定。、多樣性指數(shù)據(jù)馬格列夫公式計(jì)算（d=(s-1)/ln

11、N)式中，d多樣性指數(shù)；s藻類的屬數(shù)；N藻類的總數(shù)量。、數(shù)據(jù)均為模型建立三個(gè)月后測得。、等一切都好了，開始撰寫研究報(bào)告吧，你可以提交給老師，當(dāng)然也可以直接發(fā)表。你成功了！ 四、分析和討論：4.1、本底調(diào)查分析:我們對于四個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)本底數(shù)據(jù)采用模糊集理論處理，根據(jù)隸屬度的方法進(jìn)行水質(zhì)綜合評價(jià)，把水質(zhì)營養(yǎng)狀況以貧營養(yǎng)，貧-中營養(yǎng)，中營養(yǎng)。中-富營養(yǎng)，富營養(yǎng)，重富營養(yǎng)六個(gè)等級，水質(zhì)參數(shù)取T-N、T-P、BOD5、DO、浮游植物優(yōu)勢種、生物多樣性指數(shù)六項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)最大隸屬度原則，段浦河水質(zhì)定為富營養(yǎng)型。4.2、段浦河地處社區(qū)生活中心，沿途生活污水的注入是污染的主要來源，地表徑流和生活垃圾的拋擲也將

12、帶入大量的營養(yǎng)負(fù)荷，因此，控制外源污染的措施必不可少。4.3、當(dāng)前段浦河水N/P為，總磷濃度達(dá)0.38mg/L，極引易起藻類惡性增殖致使水華發(fā)生4.4、在III號水族箱的對照組中，不采取任何措施，則先是藻類繁殖出現(xiàn)了一個(gè)高峰，然后淡水枝角類（主要是水蚤）也達(dá)到一個(gè)高峰，水體渾濁，BOD、總氮、總磷量幾乎沒有變化，有文獻(xiàn)介紹，這種惡性循環(huán)的結(jié)果最終將使河中藻類也趨于消亡，成為死水一潭?？梢娙绻徊扇∫欢ǖ闹卫泶胧?，即使不再有外源污染，段浦河也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生良性循環(huán)。4.5、鳳眼蓮能有效地吸收水體的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，但是在富營養(yǎng)化水體中，它極易惡性增殖，其巨大的生物量保留在水體中，無疑會(huì)造成水體的二

13、次污染。其管理工作繁瑣，費(fèi)用很高，使環(huán)保效率低下。段浦河水動(dòng)力條件不足，鳳眼蓮覆蓋水面必然影響水-氣交換，加之其光合作用產(chǎn)生的氧氣散在大氣中，故使水中的值降低。同時(shí)，由于鳳眼蓮在水面，使水體中下層光照不足，浮游植物和沉水植物不能有效地進(jìn)行光合作用，致使下層水域呈無氧狀態(tài)，厭氧菌的豐度大為提高，水底的有機(jī)淤泥和水中的有機(jī)質(zhì)無氧分解產(chǎn)生2，3、4等有害氣體，對水生動(dòng)、植物和水體凈化都極為不利。野外觀測和號箱的實(shí)驗(yàn)室模型都說明了這一點(diǎn)?？梢?，要在段浦河重建一個(gè)穩(wěn)定多元的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，引種鳳眼蓮并不是最理想的措施。4.6、引種沉水植物的號水族箱值顯著增加，生物多樣性指數(shù)上升，出現(xiàn)水綿、貼壁藻類等良性水

14、質(zhì)指示種，推測改善水質(zhì)的機(jī)制為：4.6.1、高等沉水植物根莖吸附、分解、吸收水體營養(yǎng)負(fù)荷，其分泌物及其葉片使水體中的懸浮顆粒與膠體凝聚、沉淀作用，可快速提高透明度，從而大大改善水體中、下層光照條件。4.6.2、沉水植物是浮游植物強(qiáng)有力的競爭者，能有效地遏制藻類的惡性增殖，避免水華發(fā)生。4.6.3、沉水植物的光合作用及水底光照條件的改善使溶解氧增加，遏制了一些厭氧條件下的有機(jī)物分解反應(yīng)，避免產(chǎn)生和逸出H2S等有害氣體。4.6.4、吸附在植物根莖上的細(xì)菌的硝化作用，大大加速了NH3-NNO2-NNO3-N的反應(yīng)過程，便于植物吸收，從而降低營養(yǎng)負(fù)荷。4.7、沉水植物的生物量可以為魚類、螺類所食，這些

15、動(dòng)物經(jīng)過更高一級的營養(yǎng)級動(dòng)物攝食，把大量的營養(yǎng)負(fù)荷消耗掉，其對有機(jī)物質(zhì)的去除效率按能量金字塔估算應(yīng)比鳳眼蓮的效率高，且可使水質(zhì)的變化處于一種良性循環(huán)之中。4.8、在III號水族箱的對照組中，不采取任何措施，則先是藻類繁殖出現(xiàn)了一個(gè)高峰，然后淡水枝角類（主要是水蚤）也達(dá)到一個(gè)高峰，水體渾濁，BOD、總氮、總磷量幾乎沒有變化，有文獻(xiàn)介紹，這種惡性循環(huán)的結(jié)果最終將使河中藻類也趨于消亡，成為死水一潭?？梢娙绻徊扇∫欢ǖ闹卫泶胧词共辉儆型庠次廴?，段浦河也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生良性循環(huán)。4.9通過室內(nèi)缸的對照實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)菹草，金魚藻，黑藻等較為適合引種。首先這幾種水草對光的要求不高，能夠在渾濁的水體中生長。

16、菹草冬天落芽于水底過冬，不需特別種植，金魚藻還能蒼翠越冬，且繁殖較快。這些沉水植物為魚類、螺類飼料，引種成功為進(jìn)一步放養(yǎng)動(dòng)物提供良好的條件，這樣又可限制這些水草的過量增殖。并且這些沉水植物的分解是漸進(jìn)的，不會(huì)出現(xiàn)發(fā)酵現(xiàn)象。我們在實(shí)驗(yàn)基地水域已經(jīng)引種了金魚藻，菹草等沉水植物，越冬后它們繁殖很快，長勢良好，水質(zhì)變清了許多。另外，引種高等沉水植物費(fèi)用低，不需特別管理，在實(shí)際操作中是可行的。從室內(nèi)對照結(jié)果還可發(fā)現(xiàn)，金魚藻處于混濁水體時(shí)，由于吸附作用極強(qiáng)，容易形成一層覆蓋層，從而影響生長，而菹草在混濁水體生存力較強(qiáng)。此外，從文獻(xiàn)中查知，浮水植物水蕨在淺水處可生于泥中，該植物根系發(fā)達(dá)，其富集能力比鳳眼蓮強(qiáng)

17、，且葉也簿，即使腐爛也不發(fā)臭，不會(huì)造成巨大的二次污染，也是可以引種的。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與收獲:5.1、通過實(shí)驗(yàn)室的生態(tài)模型對照分析，我們可以推斷：以沉水植物（如菹草、金魚藻等）為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)引入水體后，對富營養(yǎng)化的湖泊的水質(zhì)改善是有效的。據(jù)我們所知，以這種思路治理富營養(yǎng)化的湖泊的實(shí)驗(yàn)，在上海各中學(xué)尚無先例。當(dāng)然，我們的實(shí)驗(yàn)做到這里，還不全面，實(shí)驗(yàn)室的模型還不一定能直接搬到現(xiàn)實(shí)中去，但它使我們相信：在段浦河或類似的富營養(yǎng)化水體中，引種沉水植物，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)或許是解決湖泊富營養(yǎng)化的一條出路吧!令人欣慰的是，我們在實(shí)驗(yàn)基地所種的菹草、金魚藻等長勢很好，池塘里的水也變清了許多。如果這種模型是成功的，上

18、海許多公園、鄉(xiāng)村里，類似我們做實(shí)驗(yàn)的湖泊有許多許多，都將可以變得水清草綠，魚肥景美，那該有多好呀！5.2、我們吳淞中學(xué)生物環(huán)境社團(tuán)以熱愛社區(qū)，創(chuàng)建優(yōu)美環(huán)境從我作起，從身邊小事做起為口號，在老師的帶領(lǐng)下，全方位關(guān)注這些小池塘。一方面為社區(qū)環(huán)境做點(diǎn)實(shí)事，另一方面也培養(yǎng)了我們的科學(xué)態(tài)度和觀察能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、分析解決問題的能力，以及如何撰寫科研論文等。我們的活動(dòng)不但配合了這黨中央關(guān)于保護(hù)母親河綠色希望工程行動(dòng)，還陶冶了我們的情操，鍛煉了我們的意志，我們將終生受益。參考文獻(xiàn)：1、韓茂森，淡水生物，中國環(huán)境科學(xué)出版社，19892、水和廢水分析方法，國家環(huán)保局，19893、殷浩文：上海市浦東開發(fā)區(qū)的淡水藻類生態(tài)調(diào)查，上海環(huán)境科學(xué)1992.11(6):34-384、杜寶漢等：日中洱海調(diào)查，海洋與湖沼，1994.5（5）532-5385、湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范，中國環(huán)境科學(xué)出版社，19876、劉永寶等：富營養(yǎng)化湖泊藍(lán)藻水體和鳳眼蓮大量生長的控制和工程化意義， 中科院武漢水生所7、胡春華等：冬季若干生物措施凈化水質(zhì)效果實(shí)驗(yàn)，中科院南京地理與湖泊研究所8、洪華生等：廈門港浮游植物對磷酸鹽吸收率的研究，1994.