城河治理建成段水生态修复工程范例.docx
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城河治理建成段水生态修复工程范例
1.1项目背景
1.1.1项目名称
慈溪市城河治理建成段水生态修复工程
1.1.2建设单位
慈溪市城河治理工程指挥部
1.1.3方案设计单位
宁波星荷园林景观发展有限公司
1.1.4工程地址
慈溪市大塘江、浒山江、邵家路江、东城河、城东新村横江。
1.1.5项目提出理由与过程
慈溪市随着其经济的发展，人口的增加，生活水平的提高，水的需求和消耗量不断增多，相应的废水排放量也在不断的增多，由于污水处理设施和面源控制的滞后等原因，城市水环境污染严重，河网水体己基本失去水环境功能，饮用水源水库富营养化问题突出，使慈溪这个严重缺水的地区正面临着水源型缺水与水质型缺水．日益加剧的水污染，正威胁着慈溪市经济的可持续发展、危害慈溪人民的生活质量以及水体生态系统。
防治河流湖泊等水体富营养化已是社会经济和生态环境建设的一项迫切需求。
对此，慈溪市政府、市人大高度重视，对水资源实行外引内治策略。
为了实现内治的目标，市政府及有关部门从1997年开始对已发臭发黑城河进行了分区、分阶段清淤、截污治理，治理后的城河水质虽然得到了一定改善，但水质仍处于重度富营养化状态。
2004年3月以来又实施中水调控，以搞活水体，但水质富营养化化情况仍未好转。
为此，慈溪市环局、慈溪市建设局、慈溪市水产研究所，于2004年2月到2005年10月，在慈溪市峙山文化广场A区河道，开展了《城河生态修复治理技术研究》研究项目，2005年11月3日，通过专家鉴定，并建议抓紧做好推广应用工作。
因此实施城河建成段的水生态修复工程，以控制慈溪城河的水体富营养化，使水体从富营养型转到中营养型，使城河治理达到水质清澈、景观优美，对实现慈溪市成为生态模范城市的目标具有非常重大的意义。
1.1.6方案设计的依据及其采用标准与规范
1）《慈溪市城河治理建成段水生态修复招标文件》，慈溪市城河治理工程指挥部，2005年12月；
2）由业主提供的有关本方案设计的书面答疑文件，2006年1月；
3）《慈溪市城河治理建成段水生态修复工程可行性研究报告》，慈溪市城河治理工程指挥部；
4）《慈溪市城区河道污染治理图及河道断面图》；
5）《慈环监报水-2005-140号及水-2005-141号监测报告》；
6）河道规划蓝线（电子版）；
7）《地表水环境质量标准》，GB3838－2002。
8）《地表水资源质量标准》，SL63－94
1.2项目概况
1.2.1地理位置
本项目位于我国东部海滨城市浙江省慈溪市城区，北临杭州湾。
1.2.2工程规模
对已经截污、清淤的大塘江、浒山江等5条（段）河道进行生态修复，河道总长9146m，蓄水标高以黄海高程2．00m计．具体见下表：
名称
起至
长度
（m）
河宽
（m）
水深
（m）
备注
东城河
南起金山后横江，
北至大塘江
1172
10
1.9
北岸土斜坡，
河底未做毛石衬砌
浒山江
南起饲料厂三江口，
北至周家路江后二房闸
2530
20
2.4
河底已做毛石衬砌
大塘江
东起住宅公司土坝，
西至鸣山闸
2620
18
2.4
河底未做毛石衬砌
邵家路江
南起大塘江，
北至北二环线
1306
10
2.4
河底已做毛石衬砌
城东新村横河
（老二灶江）
南起大塘江，北至周家
路江
1508
7
2．3
河底未做毛石衬砌
1.2.3水质净化目标
在污染负荷能够控制，水位能调控的前题下，达到以下水生态修
复目标：
（1）水质指标
pH：
6-9
DO：
>3mg/L
CODMn：
<10mg/L
BOD5：
<6mg/L
NH3-N：
<1.5mg/L
TN：
<2.0mg/L
TP：
<0.3mg/L
SD：
>1.0m
Chla：
<0.015mg/L
（2）水生植被修复目标
使城河水生态系统食物链中的生产者：
具有多样性种群的，暖季、寒季能自然交替的，以沉水植物为优势种群的稳定的植物群落。
构建的水生植物面积占工程总水面的33％～50％。
1.2.4方案设计的原则
1）原位治理为主原则。
在所治理河道内就地构建水质净化工程和生态修复工程。
2）清洁治污原则：
治污过程不产生二次污染。
3）技术先进性、经济合理性和可操作性原则相结合。
1.2.5主要技术经济指标
治理河道总长与总水面
水质净化指标
水生植物修复面积
工程总投资
两年调试与维护管理费
占地
总长
9146m
总水面
13.3万m2
pH6～9
DO>3mg/L
CODMn<10mg/L
BOD5<6mg/L
NH3-N<1.5mg/L
TN<2.0mg/L
TP<0.3mg/L
SD>1.0m
Chla<0.015mg/L
占水面
46.52％
河道原位治理，不另占土地
1.3问题与建议
1）实践表明，以水生植物为主体的河道水质净化生态工程系统有除氮能力，但有限度，如水生植被覆盖度高达70％～80％的长江下游某湖泊，水生植被磷和氮的净化量仅为3.78gP/（m2·a）和29.8gN/（m2·a）。
因此当用总氮含量高的污水厂中水作为城河补水时，河道水质难以达到目标。
而用总氮含量高、C/N比低于6的中水（慈溪污水厂中水即属此类）补充城河时水质达标更难，不止于此，还会引起河水总氮含量增加，导致水体严重富营养化和蓝藻水华发生。
而且总氮含量会有所增加。
鉴于此，建议中止对治理河道的中水补给措施。
同时建议加强沿河截污系统的监管。
2）调查表明，本工程部分治理河段还污染较严重，水质条件难以满足水生植物种植等水体生态修复技术的实施，建议对这部分河段可采取对河道生态环境无不良影响的人为强制清水措施和实行水位调控等，以促进水体生态修复工程实施。
二、工程区环境概况
2.1地形、地貌与土壤概况
慈溪市地处杭州湾周边的冲积平原河网区，地势平坦，河道密集，地表冲积和淤积层厚，土壤粘性较强，透气性较差，偏碱。
2.2水文特征
本项目治理河段属慈溪市内河水系，建有多处泵闸、节制闸、橡胶坝等控制治理河道与周围河道的水力连通，治理河道控制水位2.0m（黄海基准），一般不存在防洪排涝问题。
2.3气候与气象特征
慈溪市位于亚热带北缘，属东亚季风盛行区，受大陆季风和海洋季风的交替影响，四季分明，雨量充沛，光照充足，气温适中，但有台风、寒潮等不良天气影响。
多年平均气温16℃，最热月平均气温31℃，最冷月平均气温1℃。
多年平均降水量1170mm，年最大降雨量2030mm，年最小降水量650mm。
降雨多集中在5～9月，占全年降水的60％，降水月数较多的在3～6月，其间主要有春雨和梅雨。
风向季节变化明显，全年主导风向偏东南，其次为偏西北。
7～9月台风盛行，并易生强台风灾害，最大风速40m/s。
空气温度较高且年变化不大，冷季易生雾天。
寒潮在当地1月和12月易入侵成不良天气。
2.4水质污染状况分析
慈溪市环境保护监测站2003年～2005年对浒山江水质进行的监测结果和2005年12月2日对慈溪市城河十个样点进行水质监测的结果表明，五条河的水质均劣于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅴ类，污染物主要为总磷和总氮，以总氮的污染最为严重。
五条河中，城东新村横河和东城河的水质较差。
三、工程方案设计范围、边界条件与技术指标
3.1工程方案设计范围
对河道总长9146m的慈溪市城河治理建成段水体的生态修复工程方案进行设计。
拟实施水生态修复工程的五条（段）河道的长度、河宽、水深和河段起止点列于下表：
名称
起至
长度
（m）
河宽
（m）
水深
（m）
备注
东城河
南起金山后横江，
北至大塘江
1172
10
1.9
北岸土斜坡，
河底未做毛石衬砌
浒山江
南起饲料厂三江口，
北至周家路江后二房闸
2530
20
2.4
河底已做毛石衬砌
大塘江
东起住宅公司土坝，
西至鸣山闸
2620
18
2.4
老二灶江至住宅公司的河底未做毛石衬砌外，其余已做毛石衬砌
邵家路江
南起大塘江，
北至北二环线
1306
10
2.4
河底已做毛石衬砌
城东新村横河
（老二灶江）
南起大塘江，北至周家
路江
1508
7
2．3
河底未做毛石衬砌
3.2工程进度要求
根据招标文件要求，本工程方案设计应满足如下要求：
本工程针对水体富营养化的生态学的原因和实质，和以整体观为指导，结合清淤、截污等多种措施，通过修复水生态系统食物链中的生产者高等水生植物及消费者水生动物，来抑制藻类，疏通与增加河流生态系统中有机质、营养盐等在河中迁移、转化、输出途径和量．将原已生态失衡的状况，逐步恢复生态平衡，从而改善水质，控制水体富营养化，实现生态系统的良性循环．具体分以下步骤实施：
第一阶段（2005年12月至2006年2月）：
调查、设计及管理措施制订阶段．一是对制约试验河道中水生植物的主要环境因子，即水文、水质、底质、生物，以及外源污染负荷等进行调查。
二是根据营养平衡、生态平衡原则，以及主导生态因子、生态适应性、物种耐性、生态位、生物多样性等生态学原理，对先锋物种进行选择及植物群落的水平空间和垂直空间进行优化设计。
并根据生态系统食物链中生产者与消费者初级生产与次级生产的情况选择水生动物种类和数量，以协调食物链中生产者与消费者关系。
三是制订出保护城河的法规、条例，以及建立一支切实保证治理措施和管理措施实施的管理队伍。
四是水生生物资源的管理与利用计划，包括收割与渔业、畜牧业等利用技术。
第二阶段：
（2006年3月）消除危及水生植被生存因素。
包括外源污染负荷的控制，消除草食性鱼类等。
第三阶段：
（2006年4月到5月）实施水生植物与水生动物的修复．
第四阶段：
（2006年7月到2008年5月）在第三阶段的植物群落对其环境因子改善的基础上，建立多样性种群的，暖季、寒季能自然交替的，以沉水植物为优势种群的稳定的植物群落。
从而控制水体富营养化，建立良性的城河水生态系统。
第五阶段：
（2006年3月到2008年5月）：
包括管理、水生生物资源的收割与利用以及水质监测等，该阶段贯穿于城河生态修复工的始终。
3.3工程方案设计总体目标与具体技术指标
在污染负荷能够控制，水位能够调控的前提下，达到以下技术要求：
1）水质指标
pH：
6－9
DO：
＞3mg/L
CODMn：
＜10mg/L
BOD5：
＜6mg/L
NH3-N：
＜1.5mg/L
TN：
＜2.0mg/L
TP：
＜0.3mg/L
SD：
＞1.0m
Chla：
＜0.015mg/L
2）水生植被修复目标
使该工程水体生态系统食物链中的生产者：
具有多样性种群的，暖季、寒季能自然交替的，以沉水植物为优势种群的稳定的植物群落。
具体如下：
①植物种类：
应包括挺水植物、浮叶植物、沉水植物，能反映生物多样性，生境复杂性。
挺水植物、浮叶植物各二种以上，并考虑景观效果；沉水植物包括暖季沉水植物与寒季沉水植物，暖季沉水植物以苦草、黑藻为主，寒季沉水植物以黄丝草等为主。
②水生植被面积：
修复的水生植物面积为该工程整个水体面积的33%～50％。
其中，挺水植物与浮叶植物的面积占10％，沉水植物的面积占23％～40％。
12月、1月、2月，由于是大多数植物的越冬期，水生植被面积可相应减少50％。
③自然繁殖与自然交替：
种植的植物经过越冬期或越夏期后，应能自然繁殖；暖季植物与寒季植物能自然交替。
四、工程方案设计
4.1水生生态系统现状分析
4.1.1水质状况
所有治理河道的水质状况均属超GB3838－2002标准Ⅴ类，超Ⅴ类的污染物主要为总磷和总氮，特别是总氮的污染尤为严重。
在列入本项目水体生态修复的五条河中，城东新村横河水质最差，水体受总磷、氨氮和总氮的污染严重，水体透明度低且处于缺氧－厌氧状态；其次为东城河，同样受总磷、氨氮和总氮的严重污染，水体透明度低亦处于缺氧－厌氧状态，水质状况比城东新村横河的稍好一些；再其次为邵家路江，水体受总氮的严重污染；大塘江与浒山河的水质大致相当，水质虽好于前述诸河，但仍受总氮的严重污染。
根据我们2006年1月5日对上述诸河水质的调查，发现各河底层水均严重缺氧，处于厌氧状态。
城东新村横河河水还散发恶臭。
根据2003～2005年浒山江水质监测结果，可以明显看到，浒山江总磷和总氮的污染逐年加重，尤其是总氮的污染更为严重，值得特别关注。
总氮污染是本工程要解决的关键问题、难题。
4.1.2底质状况
约有6000m的河床铺砌毛块石，不利水生植物种植。
根据2006年1月5～6日我们对河道底质的调查，发现各河流由于水体流动性很小和受到污染，底层水均缺氧，其溶解氧含量为0，因此河底底泥呈黑色，用竹竿触动表层底泥时，泥层中放出大量气泡，表明泥层处于厌氧状态。
对于铺砌毛块石的河床，河床上的沉积物较少，泥层厚度比较薄。
东城河底泥呈黑色且有腐质状烂叶。
因河床上未铺砌毛块石，底泥稍厚些。
城东新村横河的底质状况最差，不仅呈黑色，且腐泥厚有恶臭。
河边居民反映，夏季有时河水发臭翻泥。
4.1.3水生生物状况
1）浮游植物
2005年12月2日取样测定结果表明，河水中浮游植物数量已达到2.12×106～7.58×107个/L，虽然时值冬季，但河水呈绿色，河流已属富营养型－重富营养型水体。
在大塘江西闸处和浒山江南端橡胶坝前均看到蓝藻水华堆集。
2）高等水生植物
高等水生植物稀少，仅在大塘江和浒山江的岸边看到少量人工栽培的睡莲。
3）浮游动物
枝角类和挠足类等大型浮游动物数量稀少，这可能与水体中小型鱼类资源丰富相关。
4）鱼类
在大塘江和浒山江的水面上看到数量可观的小型鱼类“晒太阳”。
5）底栖动物
由于水体底层缺氧以至处于厌氧状态，推测深水河床区缺少或根本无大型底栖动物存在。
但在大塘江上看到一些吊养的蚌类、数量不多。
4.1.4水生生态系统现状评价
1）水体主要受到磷、氮特别是总氮的严重污染，解决总氮污染问题是本工程的关键与难点。
2）水体属藻型浊水态富营养型－重富营养型水体，如何使之逆向演替并尽快转变为草型清水态中营养型水体是本工程设计与实施追求的目标与挑战。
3）由于河道物理形态结构上存在的缺陷，水体多处于封闭、流动性差和无良好水交换的水文特征状态，以及由于水体地处人类经济、生产、社会活动最活跃的地理区域，受人类活动的负面影响大，从而导致本工程所治理河道的水生生态系统十分脆弱，水底世界在构建和维护良性水生态系统中的重要功能和巨大作用被严重损害和破坏，因此，要在城河建成段水域建立起回归自然型的良性生态系统并非易事，应科学地谨慎行事，否则将欲速则不达。
4.2技术路线
以生态学和生态修复学原理为指导，针对水体生态系统现状和治理目标，采取相宜适用的水体污染原位治理工程技术来达到水生态系统的修复与良性构建。
采用的工程技术主要有：
1）高等水生植被构建工程技术；
2）水生动物种群构建工程技术；
3）高效微型生物净水系统构建工程技术；
4）轻便移动式辅助曝气充氧技术；
5）水体造流与引清冲污技术。
工程工艺流程如下：
4.3工程方案设计
4.3.1水生植被修复构建工程设计
4.3.1.1概述
慈溪市城河治理建成段水体有5条河道，其特点：
（1）约有70％的河床用毛块石铺砌而成，在块石之间有小缝隙；
（2）约有30％的河床为泥质，但其中约50％河床一侧的护坡为铺砌混凝土空心砖护坡；（3）部分河道的两岸或一岸水下有宽0.3～0.8m的截污渠顶板或底板平台，平台为混凝土质；（4）常水位2.0m时河道中心线水深1.9～2.4m。
慈溪市城河治理建成段5条河道的分布情况如图1。
根据以上特殊条件，水生植物种植地区和种植技术如下：
（1）选择适于石缝和浅泥层中生长和繁殖的水生植物，根据现场种植条件，灵活采取栽插式、抛种式、撒播式等种植法种植；
（2）在截污渠平台上铺设C20预制混凝土种植槽，填土后种植沉水植物；（3）采取原位强化净化水质技术，尽快提高河水透明度，争取能在河床深水区种植，以扩大沉水植物面积。
通过以上措施，五条河道水生植物种植面积为61900㎡，占总水面积的46.52%，其中:
挺水植物和浮叶植物的面积12720㎡，占水面的9.56%；沉水植物约49180㎡，占水面的36.95%。
（表1）
表1慈溪市城河建成段水生植物种植面积设计
河道名称
东城河
浒山江
大塘江
邵家路江
城东新村横河
合计
占水面积（%）
河道全长（m）
1172
2530
2620
1306
1508
9136
河宽（m）
10
20
18
10
7
常水位水深（m）
1.9
2.4
2.4
2.4
2.3
河道面积（㎡）
11720
50600
47160
13060
10556
133096
种植总面积（㎡）
4510
24300
23000
6500
3590
61900
其中：
种植槽（㎡）
300
1660
480
1280
3720
种植面积占河面积（%）
38.48
48.02
48.77
49.77
34.00
46.52
其中：
挺水植物（㎡）
960
4500
4000
500
800
10760
8.08
浮叶植物（㎡）
210
500
500
500
250
1960
1.47
沉水植物（㎡）
3340
19300
18500
5500
2540
49180
36.95
注：
◎挺水植物主要种植在人工浮床上，浮床布局在河中水面。
浮叶植物和部分挺水植物种植在钭坡浅水处。
◎设计在两岸截污渠平台上建筑水生植物种植槽，槽内填土后种植，主要种植沉水植物。
4.3.1.2东城河水生植物种植设计
1）河道全长1172m，河宽10m，面积11720㎡，常水位2.00m，河底高程0.13m，常水位水深约1.9m。
左岸为铺砌C20预制混凝土空心砖护坡，右岸1.03m高程处有宽300mm的混凝土平台。
2）设计种植面积约4510㎡（包括建立在两岸截污渠平台上的水生植物种植槽，其种植面积约300㎡），占总水面积的38.48%。
其中：
挺水植物960㎡，浮叶植物210㎡，沉水植物3340㎡。
3）在南岸截污渠底板上铺设C20预制混凝土种植槽，面积约300㎡，
槽中填泥土后种植沉水植物和少量浮叶植物。
由于河底水深1.9m，拟设法创造条件采用“浅水－逐步提高水位法”在深水区种植沉水植物，以扩大沉水植物种植面积。
4）除在左岸护坡浅水处适当种植挺水植物外，主要采取人工浮床无土栽培技术种植挺水植物。
浮床面积约900㎡，每个浮床面积为15㎡，布局在河道中间水面上。
5）沉水植物种类以暖季植物苦草、黑藻、马来眼子菜，冷季植物菹草，常绿植物黄丝草为主；挺水植物以水生美人蕉为主，兼种香蒲、菖蒲、千屈菜；浮叶植物以荇菜为主，兼种睡莲、金银莲花。
6）水生植物的断面分布和平面分布见图2和图3所示。
4.3.1.3浒山江水生植物种植设计
1）河道全长2530m，河宽20m，面积50600㎡，常水位2.00m，河底高程-0.37m，常水位水深约2.4m。
河床全部用毛块石铺砌。
两岸1.13m高程处有截污渠底板平台，两岸平台宽550mm，东岸平台宽350mm，可设种植槽种植水生植物。
2）设计种植面积24300㎡，占总水面积的48.02%。
其中：
挺水植物和浮叶植物5000㎡，沉水植物19300㎡。
3）一部分沉水植物种植于水位高程0.13－1.13m，坡比1：
3的毛块石铺砌的护坡上；另在两岸截污渠底板平台上铺设预制混凝土种植槽，种植槽面积约1660㎡，填土后种植沉水植物。
沉水植物种类以暖季植物苦草、黑藻、马来眼子菜、狐尾藻，冷季植物菹草，常绿植物黄丝草等为主。
4）除在河两岸护坡上适当地种植浮叶植物外，另在河西岸宽0.55m的水下混凝土上，采用盆栽方法种植适量浮叶植物，种类有荇菜、睡莲等。
5）挺水植物采取人工浮床无土栽培技术种植，浮床布设在景观节点和河中心水面，面积约4500㎡，种类有美人蕉、香蒲、菖蒲、伞草、纸莎草等。
6）浒山江水生植物的断面分布和平面分布见图？
和图？
所示。
4.3.1.4大塘江水生植物种植设计
1）河道全长2620m，河宽18m，面积47160㎡，常水位水深约2.4m。
从呜山闸至住宅公司的河床已铺砌毛块石。
2）设计种植面积23000㎡，占总水面积的48.77%。
其中：
挺水植物种植面积约4000㎡，浮叶植物约500㎡，沉水植物约18500㎡。
3）一部分沉水植物种植于水位高程0.23－1.03m的毛块石衬砌的护坡上，坡比1：
3。
另在浒山江至周家路区间江段两岸截污渠底板上铺设的预制混凝土种植槽中，填种植土后种植沉水植物。
沉水植物品种有苦草、黑藻、菹草、黄丝草、狐尾藻、马来眼子菜等；
4）浮叶植物种植区域与沉水植物种植区域相同，但呈分散斑块状分布在沉水植物种植区中，种植品种以荇菜为主，兼种睡莲。
5）挺水植物的种植采取人工浮床无土栽培技术，种类有美人蕉、香蒲、千屈菜、菖蒲、纸莎草、伞草等。
浮床布设在景观节点和河中心水面,浮床面积约4000㎡。
6）大塘江水生植物的断面分布和平面分布见图？
和图？
所示。
4.3.1.5邵家路江水生植物种植设计
1）河道全长1306m，河宽10m，面积13060㎡，常水位水深约2.0m。
全河道河床均铺砌毛块石，其中毛块石护坡坡比1：
3。
2）设计种植面积6500㎡，占总水面积的49.77%。
其中沉水植物5500㎡，挺水植物和浮叶植物1000㎡。
3）沉水植物种植在水位高程0.20－1.12m两岸毛块石铺砌的护坡上，种植品种有暖季的苦草、黑藻、狐尾藻，冷季的菹草，常绿的黄丝草等。
4）浮叶植物种植区域与沉水植物种植区域相同，但呈分散斑块状分布在沉水植物种植区中，种植品种以荇菜为主，兼种睡莲。
5）挺水植物采用人工浮床无土栽培技术种植，种类有美人蕉、香蒲、菖蒲、纸莎草、伞草等。
浮床布设在景观节点与河中心水面。
6）邵家路江水生植物的断面分布和平面分布见图？
和图？
所示。
4.3.1.6城东新村横河水生植物种植设计
1）河道全长1508m，河宽约7m，面积约10556㎡，常水位水深2.3m。
河床未做毛块石铺砌。
2）设计水生植物种植面积3590㎡，占总水面积的34.00%。
其中沉水植物2540㎡，挺水植物和浮叶植物约1050㎡。
3）本河道水质很差，透明度太低，须先采取特殊处理，待透明度提高后，再种植沉水植物。
特殊处理技术有：
原位生物膜法净水技术；在截污渠平台铺设水生植物种植槽种植水生植物；其他临时性预处理技术等。
4）本河道在部分河段的两岸（如三北大街桥处往南至大塘江处，两岸有截污渠平台）或一岸有宽约0.8m的截污渠平台，可在其上铺设填土的种植槽种植水生植物，种植的种类有沉水植物黑藻、狐尾藻、苦草、金鱼藻等，有浮叶植物荇菜、睡莲、金银莲花等，有挺水植物香蒲、菖蒲、美人蕉等。
5）挺水植物主要种植在人工浮床上，面积约800㎡，种植种类有美人蕉、香蒲、菖蒲、纸莎草、伞草等。
人工浮床布设在景观节点与河中心水域。
6）城东新村横河水生植物的断面分布和平面分布见图？
和图？
所示。
4.3.2高效微型生物净水系统构建工程
由于治理河道中总氮和氨氮的含量较高，水体氮营养的去除主要依靠硝化－反硝化微生物生化过程脱氮其次为水生植物营光合作用吸收氮后通过收割移出水体而去除。
但本工程按招
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