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    如何應對湖庫富營養化,開展切實有效的生態修復,是許多水環境治理工作者關心的問題。由于缺乏成熟理論體系, 中國湖泊富營養化治理也曾走過不少彎路。在沒有充分控源截污的條件下, 片面強調生態恢復來凈化湖泊水環境,一度成為富營養化湖泊治理的主流思想。實際上, 湖泊生態恢復是有條件的, 忽視或未充分診斷這些前提條件,水生態恢復往往以失敗告終。本文回顧了中國在以往湖泊治理中的經驗教訓, 并分析了湖泊生態恢復實現的關鍵因子, 以期為湖泊生態恢復提供有價值的參考。本文內容主要引自中科院地湖所秦伯強教授團隊的論文《湖泊生態恢復的關鍵因子分析》,原文發表于《地理科學進展》,部分內容參考其他文獻資料。1我國水生態修復走過的彎路


    在富營養湖泊中經常會看到這樣一種情況:

    有沉水植物生長的水域,水體清澈,營養濃度較低,藍藻水華消失;而在藍藻水華爆發的水域情況則相反。

    因此,治理富營養化湖泊,人們自然而然地想到利用沉水植物加以凈化。而恢復以高等水生植物為核心的生態修復一度被認為是一個非常重要的途徑。

    中國早在20世紀90年代初就開始了通過沉水植物恢復來改善水環境的試驗工作。

    例如在無錫太湖馬山 (濮培民, 1993) 、無錫的五里湖 (濮培民等, 1997;李文朝, 1998) 、武漢東湖 (邱東茹等, 1997) 、南京莫愁湖 (成小英等, 2006) 、貴州紅楓湖 (濮培民等, 2001) 、北京什剎海 (屠清瑛等, 2004) 、太湖梅梁灣 (Qin, 2013) 等水域都實施了生態工程來改善水質。

    △2012年武漢東湖藍藻水華大爆發

    這些規模較小的沉水植物恢復試驗, 在項目實施期間, 由于水生植物的成功恢復, 使水質得到不同程度的改善。

    但是, 項目完成后, 包圍試驗區的圍隔予以撤除, 原來恢復的水生植物和清潔水體很快消失了, 更談不上擴展延伸到全湖尺度的生態恢復和水質改善。

    為什么呢?

    秦伯強等認為, 全湖尺度與圍隔尺度間的區別是, 前者很難做到完全的控源截污, 而后者的圍隔措施實際上已經實現了試驗區的控源截污。這也是后者在圍隔尺度內得以成功, 而在開敞水域或者全湖尺度難以成功的關鍵原因。(編者按:圍隔對風浪擾動、水位波動等起到的削減作用同樣不可忽視)

    不幸的是, “九五”時期在滇池及“十五”時期在太湖的治理措施, 都是以恢復水生植物特別是沉水植物為核心的湖泊治理實踐。

    實際上, 當時這些湖泊距能夠開展生態恢復的條件尚遠。

    這些研究實驗與治理實踐, 使大家逐漸認識到, 利用生態的方法來治理富營養化湖泊是需要的條件的?;诖? 在“十一五”及后來的“十二五”“十三五”時期, 在太湖富營養化治理中以控源截污取代生態恢復作為主要措施。

    2該如何進行水生態恢復?


    修復一個富營養化的水體, 使其生態系統實現從藻型到草型的轉變, 重要的是要找到導致生態系統發生轉化的關鍵影響因子。

    理論上, 草型和藻型都是湖泊生態系統在條件下的穩定狀態, 這就是所謂的湖泊多穩態理論。

    草型湖泊生態系統之所以是一種穩定狀態, 是因為由于水生植物的生長, 沉積物中的營養鹽釋放得到遏制, 水柱的營養鹽負荷降低, 藻類生物量減少, 透明度提高, 這些反過來又會有利于水生植物的生長;

    而藻型湖泊之所以也是穩定狀態, 是由于藍藻生物量增加, 透明度下降, 導致沉水植物消亡, 使得沉積物中的營養鹽不斷釋放進入上覆水中, 促進藻類生長。

    這兩種狀態都存在自我強化的正向反饋機制, 以此成為一種穩定的狀態。

    △ 2018年5月,太湖 · 貢湖灣濕地,生態修復區和未修復區 

    要實現生態恢復或生態系統的轉化, 就要打破這一穩定的狀態。

    在草型生態與藻型生態系統之間, 有一個過渡地帶, 此時, 生態系統是不穩定的, 有時是單一的沉水植物覆蓋整個湖底, 但只要外部環境發生變化 這些植物就會消亡, 藻類水華又會頻繁發生。

    在這個過渡地帶或者過渡時刻, 實施人工干預, 引入一些先鋒植物, 逐步擴大植物覆蓋的面積與范圍, 就會加速草型生態系統的培育, 并且最終形成穩定的草型生態系統取代原先的藻型生態系統。

    秦伯強等認為,迄今為止,之所以很少有富營養化湖泊或水體的生態修復能夠取得成功, 也是由于很少有湖泊能夠實現真正意義上的截污, 特別是像太湖、巢湖、滇池這樣的大型湖泊, 由于流域內的外源排放量大且面廣, 更是如此。

    對于淺水富營養化湖泊而言, 由于“水淺”, 湖泊沉積物中積存了來各種污染物質, 沉積物中營養鹽常常是上覆水中數十倍。而風浪的擾動和釋放, 使得其營養鹽負荷在外源全部得到控制的條件下, 仍然很難在短時間內迅速下降。

    因此,秦伯強等指出,對于淺水富營養化湖泊, 湖泊污染治理的步是控制外源污染和內源污染 (即清除那些有機質含量豐富、還原環境強烈、營養鹽釋放較多的沉積物) 。第二步是恢復水生植物和培育草型生態系統, 有效遏制沉積物的懸浮和底泥釋放。第三步是輔以流域管理, 減少全流域污染源排放, 就可以真正實現湖泊污染治理與生態恢復的長期效果。

    3水生態恢復的關鍵因子


    湖泊中水生植物受多種環境因子的影響, 除了營養鹽濃度, 還有光照 (或者透明度) 、溫度、底泥、水深、風浪、魚等因素。

    營養鹽濃度不是直接作用于水生植物而阻礙其生長;相反, 營養鹽濃度升高可能會促使植物生長發育。在上述因子中, 水下光照條件是一個關鍵因子。

    因為許多因子, 包括營養鹽濃度 (營養鹽濃度升高導致浮游植物生物量增加和附著生物增加, 水下光照條件下降) 、水深、風浪等都最終表現為水下光照條件的優劣。

    一般認為, 當水下某深度處的光照強度為水面處的1%時, 此深度即為植物可進行光合作用的水深, 也被稱為真光層深度或者透光層深度。顯然, 滿足沉水植物的生長的充分必要條件就是真光層深度 (或者水柱透光層深度) 大于水深。

    (關于水深、光照、透明度、濁度的關系,我們在之前文章也有詳細介紹,閱讀原文請戳此處:沉水植物設計,需考慮哪些邊界條件?| 水深(光照/透明度)篇)

    在太湖, 影響透明度的主要因素是水中的懸浮物濃度, 太湖中懸浮物顆粒物對水下光照衰減的貢獻可以達到70%~90%;而影響懸浮物濃度的主要影響因素是風浪, 這是大型淺水湖泊水淺、面積大等基本地形特征決定的。

    調查顯示, 太湖沉水植物生長的適宜水深不能超過1.6 m,與利用真光層深度推導的結果一致。這也從側面進一步論證,影響水生植物分布的關鍵因子確是水下光照條件。

    這個結論對于富營養化湖泊或者其他淺水湖泊的生態恢復具有非常重要的實際意義。改善水下光照條件, 對于富營養化湖泊而言, 就是降低營養鹽負荷, 提高透明度。

    對于水很深的水域,降低水位以增加真光層深度與水深的比值;對于有風浪的水域,消除風浪和沉積物再懸浮,降低懸浮物濃度,也可以提高透明度;對于藍藻水華頻發的水域,通過絮凝等辦法來改善水下光照條件,促進水體透明度提高,真光層深度與水深比值增大。而清除雜食性以及一些對底泥再懸浮擾動的魚類,目的也是降低沉積物再懸浮。

    所有這些都是提高水體真光層深度,改善水下光照條件,改善外部環境,促進水體生態系統向有利于水生植物生長和恢復的方向發展,從而實現草型生態系統的培育與擴展,促使水質得到改善。

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