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user: 3. “生态活水”治水的理论基础 3.1. 天然水体生态系统的自然净化理论 一般天然水体都具有多样性生物组成的完整生态系统，主要包括浮游植物(也是一类微生物)与水生维管束植物组成的生产者；由鱼虾鳖蛙等游泳和两栖等两类动物，螺蚌、水蚯蚓、摇蚊幼虫等组成的底栖动物，枝角类(红虫)、桡足类等浮游动物组成的消费者，以及由细菌、放线菌、真菌类等微生物分解者 [ 25 ] [ 26 ]。我们把具有生产者、消费者和分解者组成的生态系统称之为“完整生态系统”。天然水体生态系统都是“完整生态系统”，具有丰富的生物多样性，系统稳定性好，其中消费者和部分生产者(水生经济植物)都是人类重要食物来源。 天然水体中各类生物新陈代谢都会产生废弃有机物沉积到水底而污染水体。这些污染物可以被细菌、放线菌、真菌类等微生物分解者作为必需的营养所分解利用 [ 27 ]；这些微生物分泌的催化酶，能加速对水体中废弃有机物氧化分解，转化为浮游植物与水生维管束植物生长需要的氮、磷等营养盐，如果没有这些微生物的参与，这个过程虽然也能进行，但进程非常缓慢 [ 28 ]；浮游植物与水生维管束植物借助太阳能，利用上述微生物氧化分解形成的营养盐进行光合作用而生长繁殖，同时产生大量溶解氧；既为各类水生动物生存与生长发育提供必要条件和食物，也为微生物氧化分解提供充足的氧气，使天然水体始终维持能量转换和物质循环的可持续状态，形成对污染物的自然净化能力 [ 26 ]。天然水体的生态净化能力是在多样化生物参与下的能量转换和物质循环过程，而好氧有益菌在水体有机污染物氧化分解过程发挥着桥梁和加速作用。天然水体溶解氧供给充足，在底泥表层往往都有氧化还原层，形成有利于底栖好氧型有益菌附着的土壤环境，又增强了底泥对水体污染物的生物净化能力。因此，“生态活水”治水的核心就是恢复或健全以微生物为核心的水体生态系统，形成可持续的水体自然净化能力。而其中最为核心的部分是由细菌、放线菌、真菌类等有益菌和浮游动、植物等两类微生物组成的“微生态系统”，形成高效自然净化能力。在黑臭水体中足量供氧并形成微速循环流动的条件下，足量投放系列微生态制剂，一般3~5个晴日天气便能形成“微生态系统”，造就具有强大自然净化能力的“绿水(生态活水)”，快速完成对黑臭污水和黑臭淤泥的降解。 3.2. “生态活水”治水的哲学基础 水体生态系统实质是包括多样化矛盾的矛盾综合体。在水体错综复杂的多样化矛盾总是处于对立统一之中，矛盾的双方总是既相互对立又相互依赖，矛盾双方既是对立方存在的条件，也是对立方发展变化的推动因素。在水体生态系统中多样化生物与多样化非生物环境因子之间存在着极其复杂的矛盾 [ 29 ]。这些多样化非生物环境因子包括当地气候、地形地貌和土壤、水文等等物理因素及其之间相互影响，由此带来系统中化学因子之间相互作用与化学因子的变化。而人类文明的发展又影响水体物理、化学和生物因素的变化。因此，在人类聚居的城乡周围水域生态系统已经打上了人类社会的烙印。由于人类活动，使水体生态系统本来缓慢的变化变得剧烈，水体中本来并不对抗的矛盾变得尖锐起来。如自然状况下的水体溶解氧对水体所有生物来说是充裕剩余的。在人类聚居密度较低情况下的城乡周围水域溶解氧也是总量平衡，稍有剩余。但在进入现代社会后，化肥农药过量使用后农业废水、食品工业污水和人类生活废水的直接排放，过量消耗了水体溶解氧，水生生物与溶解氧之间和有机污染物与溶解氧之间两对矛盾的性质由量变到质变，由非对抗性矛盾转变为对抗性矛盾，由次要矛盾上升为主要矛盾，并且将溶解氧从次要矛盾的次要方面上升为主要矛盾的主要方面 [ 30 ]，并因为缺氧可能造成生态系统净化功能减弱，甚至生态系统崩溃失去净化功能成为“黑臭水体”。因此，“生态活水”治水的关键就是保障溶解氧在水体中均衡充裕供给，缓和其与水生生物之间和其与水体污染物之间两对对抗性矛盾冲突，保持水体生态系统稳定，保障水体自然净化能力。 3.3.“生态活水”治水的“氧债”理论 水体一切生物的生存与生长发育都离不开溶解氧，水体有机污染物(包括外来污染物、生物废弃物等)分解转化也离不开溶解氧。水体中大量有机污染物可能因溶解氧未能及时足量供应而处于待氧化分解状态，便形成了水体“氧债” [ 22 ]。这些未及时氧化分解的有机污染物，日积月累沉积在水体底部成为黑臭淤泥，这些黑臭淤泥便是水体中主要的“氧债”源。黑臭水体的实质是水体“氧债”累积数量远远超出了水体供氧能力，导致水体溶解氧供求平衡彻底“破产”，使水生生物大量死亡，而造成水体生态系统全面崩溃。同时，由于“气”“水”比重的巨大差异，溶解氧在水中通常是“水往低处流，氧往高处走”。因此，水生植物光合作用产氧和一般机械方式充氧、增氧主要增加的是水体中上层溶解氧，无法将溶解氧输送到黑臭淤泥(氧债)集中的水体底层；只有在夜晚或降温降雨降雪后，表层水温降低导致表层水密度加大，形成水体垂直交流，才有可能将水体中上层溶解氧捎带到水体底层，偿还长期积欠的“氧债” [ 13 ]。在自然状态下，阴雨天气和夜晚都是水体垂直交流最为剧烈的时间，同时又是光合作用停止，溶解氧来源最少的时段 [ 22 ]；如果水底淤泥沉积过多，“氧债”积欠过大，水体垂直交流可以在短时间内耗尽水体溶解氧，造成水体生态系统崩溃而“黑臭”。一般性人工充氧(增氧)，溶解氧很难及时送达水体底层，偿还黑臭水体积欠的“氧债”；化学增氧也只是在短时间内偿还水中和底泥表层部分“氧债”，一遇阴雨带动底泥泛起爆发性偿还“氧债”时，便可能使水体溶解氧归零而使生态系统崩溃。“生态活水”治水焦点首先集中在水体生态系统修复上，通过足量投放底泥强氧化型生化产品，快速还清水中和淤泥表层积欠的“氧债”，并在底泥表层形成氧化还原层，阻断下层污染物释放，使下层积欠“氧债”封账缓还。同时利用活水机将人工充氧(增氧)与光合作用产氧等增加的溶解氧源源不断送达水体底层，及时偿还因天气状况剧烈变化或污水排放形成的突发性与爆发性“氧债”，防止“氧债”累积造成水体溶解氧“亏空” [ 15 ]，而重返“黑臭”。 3.4.“生态活水”治水的“活水”理论 黑臭水体治理焦点在于，即便用机械方法彻底清除黑臭淤泥后，随着新的污染物不断沉积水底，又会积淀成新的淤泥；国内不少城市“黑臭水体往往在清淤不到一年甚至数月后，溶解氧供求平衡便很快被打破，水体“氧债”便累积到“资不抵债”，而重返“黑臭” [ 31 ]。因此，如何消除水体因雨水及其他地表水持续带入的有机污染物沉积造成的“氧债”累积，便是黑臭水体的治本之策。“生态活水”是具有完整微生态系统的全水体微速循环流水，在自然状态下，直观为“绿水”。“生态活水”治水就是创建“微生态系统”造就水体强劲的自然净化能力，并通过活水机形成全水体微速循环水流，对水体污染物实现“四维”全时空(即全水面、全水层、全时段、全天候等组成)持续净化的治水方式。首先，必须通过活水机将光合作用产氧(这是水体溶解氧来源的主渠道)及其他方式增加的溶解氧持续不断地输送到水体底层，及时清除不断产生的“氧债”；同时又将底层有机污染物及其氧化分解成的营养盐转运到水体上层 [ 13 ] [ 32 ]。其次，有机污染物降解以好氧有益菌充分参与分泌多样化催化酶而加速，而好氧有益菌降解有机污染物又以溶解氧供给为条件，并以溶解氧及时足量供给而保证有机污染物降解过程变得更加彻底，避免产生有毒有害的氨氮、硫化氢等中间还原产物，为水生动植物提供更加优越的生态条件，有利于水体多样化水生生物的回归 [ 25 ]。另外，还须通过适量引水或补水，修复并健全多样化生物构成的水体生态系统，进一步提升水体自然净化能力 [ 33 ]。综上所述，“生态活水”治水就是通过活水机造就微速循环流水，带动投放的有益菌、溶解氧和水体有机污染物向全水体输送，以增加三者之间相互作用的机率和程度，实现三者之间充分、深入、频繁地相互促进与相互作用，达到对有机污染物快速、全面、彻底净化，并及时将转化成的氮、磷等营养盐运送到水体上层供给植物光合作用利用，从而加快了水体能量转换与物质循环过程，以水体流动带动生态活动，促进新陈代谢，造就生态活力强劲的“生态活水(绿水)”，形成可持续的水体高效自然净化能力。