淺水湖泊生態(tài)修復與草型生態(tài)系統(tǒng)重構實踐

2022-08-09 09:10:12 0 雙良環(huán)境

　　湖泊環(huán)境治理，不僅要改善水環(huán)境質(zhì)量，更要提升其生態(tài)系統(tǒng)功能。通過創(chuàng)建與水生植物生長需求相適應的生境條件，重構穩(wěn)定的草型生態(tài)系統(tǒng)，最終取得了良好的生態(tài)修復成效，蠡湖生態(tài)修復與草型生態(tài)系統(tǒng)重構的成功實踐，可為我國重點流域水生態(tài)環(huán)境保護與治理提供借鑒。

　　大型水生維管束植物如菹草、金魚藻等，不僅能夠固著和穩(wěn)定沉積物、降低水體中懸浮顆粒物濃度、促進水體營養(yǎng)鹽沉降和減少沉積物營養(yǎng)鹽釋放，而且具有滯留和削減污染物、釋放氧氣、抑制浮游植物生長、為浮游動物及各種魚類提供棲息場所等多種生態(tài)功能，在維系湖泊健康的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構和功能中占據(jù)重要的地位 [1-4]。水體中的初級生產(chǎn)者主要以這類水生植物為主的湖泊，屬于草型湖泊，通常呈現(xiàn)水體清澈、水質(zhì)優(yōu)良、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構完整穩(wěn)定、生態(tài)服務功能良好的特征;反之，水體中的初級生產(chǎn)者以浮游植物如藍藻、綠藻、硅藻等為主的湖泊，則屬于藻型湖泊，通常呈現(xiàn)水體渾濁、水質(zhì)差、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構單一脆弱、生態(tài)服務功能退化的特征。當草型湖泊中的水生植被嚴重退化后就會演變?yōu)樵逍秃础?span style="display:none">nAm新型光催化網(wǎng)_水庫治理_河道治理_水生態(tài)修復_水環(huán)境治理與修復_江蘇雙良環(huán)境科技有限公司

　　1980年代以來，由于流域營養(yǎng)鹽排放增加和富營養(yǎng)化加劇，加之圍墾造田和圍網(wǎng)養(yǎng)殖等強烈的人類活動干擾，長江中下游許多淺水草型湖泊中的水生植被均呈現(xiàn)不同程度的退化趨勢 [5]。太湖歷史上許多湖灣也曾水草茂盛，水生植被覆蓋面積最大達500千米2，水體清澈 [6,7]，但隨著富營養(yǎng)化和藍藻水華的日益加劇，從1980年代開始，蠡湖、梅梁灣、竺山灣和貢湖灣等水域中的水生植被相繼快速退化，甚至全部消失，藍藻水華長期高存量維持，最終于2007年引發(fā)了無錫飲用水危機事件 [8]。

　　蠡湖因有傳說范蠡和西施曾泛舟湖上而得名，又名五里湖、漆湖或小五湖。形如葫蘆，景色秀美，是一個既相對獨立又與太湖湖體相通的水體。以中部橫臥湖面長300多米的寶界橋為界，分為“東蠡湖”和“西蠡湖”。

　　作為無錫市的城市內(nèi)湖，20世紀五六十年代的蠡湖屬于水草茂盛、水體清澈的草型湖泊 [8]，晨看“煙收遠樹山徐出”，暮見“月落寒濤水正平”。1980年代后，隨著人口大量集聚、經(jīng)濟快速發(fā)展和污染物排放入湖，蠡湖的生態(tài)系統(tǒng)逐漸遭到破壞，水草越來越少、水質(zhì)快速惡化。2002年之后，無錫市政府通過污水截流、底泥清淤、退漁還湖、景觀改造等對蠡湖進行了全面的綜合整治。盡管整治后，水體中的氮磷濃度顯著下降、水質(zhì)有了較大改善 [9]，但整體的生態(tài)系統(tǒng)難再回到五六十年代的“原貌”，夏季藻類常常大量生長，局部湖灣甚至會出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象，藻型湖泊的性質(zhì)沒有改變。重構蠡湖水清草盛、魚翔淺底的草型生態(tài)系統(tǒng)，還無錫市民一泓清水，擦亮蠡湖這顆璀璨的太湖明珠，既是無錫市人民群眾的熱切期盼，同時還可為太湖流域綜合治理提供示范樣板。在“十三五”水體污染控制與治理國家重大科技專項“梅梁灣濱湖城市水體水環(huán)境深度改善和生態(tài)功能提升技術與工程示范”項目支持下，2017年開始在蠡湖開展淺水湖泊生態(tài)修復與草型生態(tài)系統(tǒng)重構示范實踐。

　　蠡湖生態(tài)修復前環(huán)境狀況

　　在開展生態(tài)修復前，蠡湖的水質(zhì)總體處于國家地表水Ⅳ-Ⅴ類的水平，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構較為單一、脆弱，仍呈現(xiàn)典型的藻型生態(tài)系統(tǒng)特征，各項水質(zhì)指標仍處于一種波動、不穩(wěn)定的狀態(tài)中。示范區(qū)域內(nèi)的各項水質(zhì)參數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構特征與全湖相比，差異不大。水體透明度，全湖及示范區(qū)域內(nèi)的年均值分別為30厘米和34厘米左右;水體中總氮濃度的季節(jié)差異不大，全湖及示范區(qū)內(nèi)的年均值分別為1.47毫克/升和1.35毫克/升;與總氮的情況不同，蠡湖水體中總磷濃度的季節(jié)差異較為顯著，通常7月份水體中的總磷濃度達到最大值，全湖及示范區(qū)內(nèi)水體總磷濃度的年均值分別為0.11毫克/升和0.15毫克/升;與總磷的情況類似，水體中的葉綠素a濃度也呈現(xiàn)出十分顯著的季節(jié)變化，具體表現(xiàn)為從春季3月份至夏季逐漸波動上升，最高濃度出現(xiàn)在夏季(7—9月份)，之后逐漸下降，全湖及示范區(qū)內(nèi)水體的葉綠素a濃度年均值分別為76.7微克/升和83微克/升。全湖的水生植物相對較少且分布不均勻，除長廣溪等部分湖灣及公園內(nèi)生長有少量的挺水、浮葉植物外，開敞水域中基本沒有沉水植被，全湖及示范區(qū)內(nèi)水生植被的平均覆蓋度分別約為5%和3%。此外，蠡湖水體中的魚類種群結(jié)構也不夠合理，浮游動物食性的魚類比例較高，導致浮游動物對浮游植物的控制作用減弱;水體中的浮游植物以藍藻為主，優(yōu)勢種包括顫藻、魚腥藻和席藻，浮游植物的生物量較高，尤其在夏季，水體中的浮游植物生物量顯著上升，藍藻水華暴發(fā)的風險增大。

　　蠡湖草型生態(tài)系統(tǒng)重構

　　要將蠡湖修復成穩(wěn)定的草型生態(tài)系統(tǒng)，需要重建與水生植物生長需求相適應的生境條件，包括較低的營養(yǎng)鹽濃度、較高的透明度、適宜的水深、適度的風浪擾動、合理的魚類種群、較低的浮游植物生物量，以及適宜的沉積物等 [10]。

　　改善生境，滿足水生植被恢復所需的環(huán)境條件

　　針對蠡湖水體透明度低、水動力擾動強度大、長期高水位運行、魚類群落結(jié)構不合理等問題，首先，通過利用雙層生態(tài)圍隔布設技術，在實驗區(qū)域外部布設透水的生態(tài)圍隔，以削減風浪擾動所導致的沉積物再懸浮，同時減少雜食性魚類進入生態(tài)恢復區(qū)域;其次，采用傳統(tǒng)環(huán)保的網(wǎng)捕方式，結(jié)合聲響驅(qū)趕、地籠誘捕等多種方式，對生態(tài)恢復區(qū)域內(nèi)的魚類群落結(jié)構進行優(yōu)化調(diào)整，重點去除鯉魚、鯽魚和細鱗斜頜鲴等雜食—底棲性魚類，以降低魚類對沉積物的擾動，以及魚類對水草的牧食作用;最后，在生態(tài)恢復區(qū)域中投放一定數(shù)量的河蚌、螺等底棲生物，濾食水體中的藻類，減少水體中的懸浮顆粒物。通過上述措施，有效改善了示范區(qū)的水動力條件，減少了沉積物再懸浮量，提高了水體透明度，為蠡湖草型生態(tài)系統(tǒng)的重構創(chuàng)造了良好的生境條件。

　　重建水生植物群落，實現(xiàn)群落快速構建與穩(wěn)定

　　針對蠡湖水生植物種類少，群落結(jié)構單一、脆弱等問題，在弄清蠡湖生態(tài)系統(tǒng)退化原因的基礎上，通過與相似湖泊生境條件、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構等的類比，確定生態(tài)恢復的目標;通過對太湖流域本地物種種類、生長狀況、群落演替與生境條件的相關分析，篩選出適宜于蠡湖生態(tài)修復的先鋒種和優(yōu)先建群種;研發(fā)了基于“先鋒種篩選—基質(zhì)改良—微生境營造—芽期預培育—原位錨定”等為核心理念的快速定植技術，以及附植螺類促進沉水植物定植的修復技術。在此基礎上，優(yōu)化水生植物物種配置，依據(jù)示范區(qū)內(nèi)的水深、沉積物理化性狀等生境條件的差異，合理調(diào)控水生植物種群組成，實現(xiàn)了蠡湖水生植物群落的重建與快速穩(wěn)定。

　　重塑健康的食物網(wǎng)與長效調(diào)控，提升生態(tài)系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性

　　針對我國類似湖泊在實施草型生態(tài)系統(tǒng)恢復后，普遍面臨的食物網(wǎng)結(jié)構不完善、沉水植物附著生物過多、部分水生植物短期內(nèi)暴發(fā)性增長等導致草型生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，對蠡湖示范區(qū)內(nèi)的食物網(wǎng)健康程度進行診斷。在此基礎上，根據(jù)生物操縱原理，通過對示范區(qū)內(nèi)魚類、螺類、蚌類等處于不同營養(yǎng)級水平的水生動物群落的合理配置與調(diào)控，重塑健康的食物網(wǎng)結(jié)構及功能，有效地控制了示范區(qū)水域內(nèi)的浮游植物、附植生物的生物量。同時，利用所構建的智能在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時了解示范區(qū)內(nèi)所重構的草型生態(tài)系統(tǒng)的狀況及變化趨勢，并根據(jù)草型生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，及時調(diào)整管理維護措施，支撐了所構建草型生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　蠡湖生態(tài)修復示范工程

　　蠡湖生態(tài)修復成效

　　通過3年來對蠡湖西北角開敞水域1.34千米2的“退漁還湖”區(qū)開展的草型生態(tài)系統(tǒng)重構，目前已成功恢復了40多萬平方米的“水下森林”，區(qū)域內(nèi)的生物多樣性顯著提高。從蠡湖渤公橋上向下望去，2米多深的湖水清澈見底，飄帶狀的苦草、墨綠色的金魚藻、葉似羽毛的狐尾藻等形態(tài)各異的水草隨波搖曳，與水中魚蝦螺貝一起，構成了水清草盛、魚翔淺底的生態(tài)景觀。蠡湖示范區(qū)水體的透明度由治理前的30厘米左右提高至目前的50~130厘米，沉水植物覆蓋度由原來的不足5%提升至45%以上，真光層深度/水深比值較實施前提高了120%，水體總氮、總磷和葉綠素a濃度較實施前分別降低了40%、50%和80%。“問渠那得清如許，為有源頭活水來”，受益于示范區(qū)的水生植被恢復和清水再造，周邊其他區(qū)域的水生植物也在逐漸自然恢復中。

　　修復后的蠡湖：繁盛的“水下森林”

　　蠡湖生態(tài)修復實踐對太湖生態(tài)修復的借鑒意義

　　2007年無錫市飲用水危機事件以來，國家和省市各級政府對太湖開展了一系列大規(guī)模治理，治理力度與強度前所未有。以污染物控制為重點的控源減排等環(huán)境治理和富營養(yǎng)化控制已初顯成效，水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)穩(wěn)中向好態(tài)勢，太湖總氮濃度顯著下降，供水安全得到有效保障。觀測數(shù)據(jù)顯示，2018年北太湖年均總氮、總磷和葉綠素a濃度分別為2.46毫克/升、0.132毫克/升和39.1微克/升，與2007年相比總氮濃度降低47.3%，但總磷只降低19.4%，而葉綠素a濃度反而升高75.4%，同時水體年均透明度低于0.4米，目前太湖的富營養(yǎng)化水平和水下光照條件，決定了絕大部分水域不具備沉水植物恢復的條件。水深較淺、營養(yǎng)鹽濃度較低、藻類水華侵入較少的東部湖灣如東太湖、胥口灣、光福灣、貢湖灣南岸等可進行水生植物的恢復，可從蠡湖生態(tài)修復的成功實踐中汲取經(jīng)驗。

　　遵循“控源截污—生境改善—生態(tài)恢復”策略，促進水生植被修復

　　湖泊水生植被恢復，不是一蹴而就的工程。首先，做好控源減排，大幅度削減污染負荷，降低水體氮磷營養(yǎng)鹽濃度。其次，做好生境改善，降低水華藍藻的生長與水華暴發(fā)，增加水體透明度，具體要滿足：①真光層深度與水深比不低于1;②水體總磷濃度<0.08毫克/升、總氮濃度<2.0毫克/升;③沒有水華藍藻的頻繁侵入。促進水生植物生長和草型生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育。最后，堅持以自然恢復為主，人為干預為輔的原則，化整為零、分區(qū)分片開展水生植被修復工作 [11,12]。

　　優(yōu)化太湖水位調(diào)控，滿足湖泊生態(tài)修復與水資源利用需求

　　研究制定太湖水位優(yōu)化調(diào)控規(guī)則，在滿足流域水資源利用的前提下，最大程度為水生植被恢復創(chuàng)造必要的生境條件。在春季水生植被生長發(fā)育的關鍵時期，通過降低水位(保持海拔高程3.0米左右)滿足水生植被萌發(fā)所需的水下光照條件，并輔以消浪措施減少風浪擾動，進而提高透明度。

　　科學開展水生植被恢復區(qū)的維護與管理，保證水生植物恢復區(qū)發(fā)揮生態(tài)功能

　　要研究建立太湖水生植被恢復區(qū)維護與管理規(guī)則，科學打撈水生植物，保障水生植被修復區(qū)系統(tǒng)穩(wěn)定。目前太湖屬于草藻混合型湖泊生態(tài)系統(tǒng)，整體上水體營養(yǎng)鹽濃度較高，既有利于藻類生長，也有利于水生植物生長。水生植物瘋長同樣會死亡、腐爛，導致水質(zhì)惡化。適度打撈，人為調(diào)控水生植被恢復區(qū)的生物量，有利于水生植被恢復區(qū)生態(tài)功能的實現(xiàn)。

　　蠡湖生態(tài)修復與草型生態(tài)系統(tǒng)重構的成功實踐不僅可指導太湖流域類似水體草型生態(tài)系統(tǒng)恢復工程，也有利于實現(xiàn)太湖流域水環(huán)境質(zhì)量改善和水生態(tài)系統(tǒng)功能恢復，對于消除水生態(tài)災害，保障飲用水安全也具有重要意義。同時，還將為我國“十四五”乃至更長時間重點流域水生態(tài)環(huán)境保護與治理提供借鑒和樣板。