談?wù)勎覈鷳B(tài)修復(fù)走過的彎路和制約因素

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:如何應(yīng)對湖庫富營養(yǎng)化，開展切實(shí)有效的生態(tài)修復(fù)，是許多水環(huán)境治理工作者關(guān)心的問題。由于缺乏成熟理論體系, 中國湖泊富營養(yǎng)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(qiáng)調(diào)生態(tài)恢復(fù)來凈化湖泊水環(huán)境，一度成為富營養(yǎng)化湖泊治理的主流思想。實(shí)際上, 湖泊生態(tài)恢復(fù)是有條件的, 忽視或未充分診斷這些前提條件，水生態(tài)恢復(fù)往往以失敗告終。本文回顧了中國在以往湖泊治理中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 并分析了湖泊生態(tài)恢復(fù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因子, 以期為湖泊生態(tài)恢復(fù)提供有價值的參考。本文內(nèi)容主要引自中科院地湖所秦伯強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的論文《湖泊生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵因子分析》，原文發(fā)表于《地理科學(xué)進(jìn)展》，部分內(nèi)容參考其他文獻(xiàn)資料。

1我國水生態(tài)修復(fù)走過的彎路

在富營養(yǎng)湖泊中經(jīng)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(yǎng)濃度較低，藍(lán)藻水華消失；而在藍(lán)藻水華爆發(fā)的水域情況則相反。

因此，治理富營養(yǎng)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(fù)以高等水生植物為核心的生態(tài)修復(fù)一度被認(rèn)為是一個非常重要的途徑。

中國早在20世紀(jì)90年代初就開始了通過沉水植物恢復(fù)來改善水環(huán)境的試驗(yàn)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(shí)施了生態(tài)工程來改善水質(zhì)。

△2012年武漢東湖藍(lán)藻水華大爆發(fā)

這些規(guī)模較小的沉水植物恢復(fù)試驗(yàn), 在項(xiàng)目實(shí)施期間, 由于水生植物的成功恢復(fù), 使水質(zhì)得到不同程度的改善。

但是, 項(xiàng)目完成后, 包圍試驗(yàn)區(qū)的圍隔予以撤除, 原來恢復(fù)的水生植物和清潔水體很快消失了, 更談不上擴(kuò)展延伸到全湖尺度的生態(tài)恢復(fù)和水質(zhì)改善。

為什么呢？

秦伯強(qiáng)等認(rèn)為, 全湖尺度與圍隔尺度間的區(qū)別是, 前者很難做到完全的控源截污, 而后者的圍隔措施實(shí)際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)區(qū)的控源截污。這也是后者在圍隔尺度內(nèi)得以成功, 而在開敞水域或者全湖尺度難以成功的關(guān)鍵原因。（編者按：圍隔對風(fēng)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(fù)水生植物特別是沉水植物為核心的湖泊治理實(shí)踐。

實(shí)際上, 當(dāng)時這些湖泊距能夠開展生態(tài)恢復(fù)的條件尚遠(yuǎn)。

這些研究實(shí)驗(yàn)與治理實(shí)踐, 使大家逐漸認(rèn)識到, 利用生態(tài)的方法來治理富營養(yǎng)化湖泊是需要一定的條件的。基于此, 在“十一五”及后來的“十二五”“十三五”時期, 在太湖富營養(yǎng)化治理中以控源截污取代生態(tài)恢復(fù)作為主要措施。

2該如何進(jìn)行水生態(tài)恢復(fù)？

修復(fù)一個富營養(yǎng)化的水體, 使其生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從藻型到草型的轉(zhuǎn)變, 重要的是要找到導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵影響因子。

理論上,草型和藻型都是湖泊生態(tài)系統(tǒng)在一定條件下的穩(wěn)定狀態(tài), 這就是所謂的湖泊多穩(wěn)態(tài)理論。

草型湖泊生態(tài)系統(tǒng)之所以是一種穩(wěn)定狀態(tài), 是因?yàn)橛捎谒参锏纳L, 沉積物中的營養(yǎng)鹽釋放得到遏制, 水柱的營養(yǎng)鹽負(fù)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(wěn)定狀態(tài), 是由于藍(lán)藻生物量增加, 透明度下降, 導(dǎo)致沉水植物消亡, 使得沉積物中的營養(yǎng)鹽不斷釋放進(jìn)入上覆水中, 促進(jìn)藻類生長。

這兩種狀態(tài)都存在自我強(qiáng)化的正向反饋機(jī)制, 以此成為一種穩(wěn)定的狀態(tài)。

△ 2018年5月，太湖 · 貢湖灣濕地，生態(tài)修復(fù)區(qū)和未修復(fù)區(qū)

要實(shí)現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)或生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化, 就要打破這一穩(wěn)定的狀態(tài)。

在草型生態(tài)與藻型生態(tài)系統(tǒng)之間, 有一個過渡地帶, 此時, 生態(tài)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的, 有時是單一的沉水植物覆蓋整個湖底, 但只要外部環(huán)境發(fā)生變化 這些植物就會消亡, 藻類水華又會頻繁發(fā)生。

在這個過渡地帶或者過渡時刻, 實(shí)施人工干預(yù), 引入一些先鋒植物, 逐步擴(kuò)大植物覆蓋的面積與范圍, 就會加速草型生態(tài)系統(tǒng)的培育, 并且最終形成穩(wěn)定的草型生態(tài)系統(tǒng)取代原先的藻型生態(tài)系統(tǒng)。

秦伯強(qiáng)等認(rèn)為，迄今為止，之所以很少有富營養(yǎng)化湖泊或水體的生態(tài)修復(fù)能夠取得成功, 也是由于很少有湖泊能夠?qū)崿F(xiàn)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(nèi)的外源排放量大且面廣, 更是如此。

對于淺水富營養(yǎng)化湖泊而言, 由于“水淺”, 湖泊沉積物中積存了幾百年來各種污染物質(zhì), 沉積物中營養(yǎng)鹽常常是上覆水中數(shù)十倍。而風(fēng)浪的擾動和釋放, 使得其營養(yǎng)鹽負(fù)荷在外源全部得到控制的條件下, 仍然很難在短時間內(nèi)迅速下降。

因此,秦伯強(qiáng)等指出，對于淺水富營養(yǎng)化湖泊, 湖泊污染治理的第一步是控制外源污染和內(nèi)源污染(即清除那些有機(jī)質(zhì)含量豐富、還原環(huán)境強(qiáng)烈、營養(yǎng)鹽釋放較多的沉積物) 。第二步是恢復(fù)水生植物和培育草型生態(tài)系統(tǒng), 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(shí)現(xiàn)湖泊污染治理與生態(tài)恢復(fù)的長期效果。

3水生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵因子

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

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

因?yàn)樵S多因子, 包括營養(yǎng)鹽濃度 (營養(yǎng)鹽濃度升高導(dǎo)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(fēng)浪等都最終表現(xiàn)為水下光照條件的優(yōu)劣。

一般認(rèn)為, 當(dāng)水下某深度處的光照強(qiáng)度為水面處的1%時, 此深度即為植物可進(jìn)行光合作用的最大水深, 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。

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(xiàn)可以達(dá)到70%~90%；而影響懸浮物濃度的主要影響因素是風(fēng)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(diào)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(dǎo)的結(jié)果一致。這也從側(cè)面進(jìn)一步論證，影響水生植物分布的關(guān)鍵因子確是水下光照條件。

這個結(jié)論對于富營養(yǎng)化湖泊或者其他淺水湖泊的生態(tài)恢復(fù)具有非常重要的實(shí)際意義。改善水下光照條件, 對于富營養(yǎng)化湖泊而言, 就是降低營養(yǎng)鹽負(fù)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(fēng)浪的水域，消除風(fēng)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(lán)藻水華頻發(fā)的水域，通過絮凝等辦法來改善水下光照條件，促進(jìn)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(huán)境，促進(jìn)水體生態(tài)系統(tǒng)向有利于水生植物生長和恢復(fù)的方向發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)草型生態(tài)系統(tǒng)的培育與擴(kuò)展，促使水質(zhì)得到改善。