如何應對湖庫富營(yíng)養化，開(kāi)展切實(shí)有效的生態(tài)修復，是許多水環(huán)境治理工作者關(guān)心的問(wèn)題。由于缺乏成熟理論體系, 中國湖泊富營(yíng)養化治理也曾走過(guò)不少彎路。在沒(méi)有充分控源截污的條件下, 片面強調生態(tài)恢復來(lái)凈化湖泊水環(huán)境，一度成為富營(yíng)養化湖泊治理的主流思想。實(shí)際上, 湖泊生態(tài)恢復是有條件的, 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)驗教訓, 并分析了湖泊生態(tài)恢復實(shí)現的關(guān)鍵因子, 以期為湖泊生態(tài)恢復提供有價(jià)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(tài)恢復的關(guān)鍵因子分析》，原文發(fā)表于《地理科學(xué)進(jìn)展》，部分內容參考其他文獻資料。1我國水生態(tài)修復走過(guò)的彎路
在富營(yíng)養湖泊中經(jīng)常會(huì )看到這樣一種情況：
有沉水植物生長(cháng)的水域，水體清澈，營(yíng)養濃度較低，藍藻水華消失；而在藍藻水華爆發(fā)的水域情況則相反。
因此，治理富營(yíng)養化湖泊，人們自然而然地想到利用沉水植物加以?xún)艋?。而恢復以高等水生植物為核心的生態(tài)修復一度被認為是一個(gè)非常重要的途徑。
中國早在20世紀90年代初就開(kāi)始了通過(guò)沉水植物恢復來(lái)改善水環(huán)境的試驗工作。
例如在無(wú)錫太湖馬山 (濮培民, 1993) 、無(wú)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(lái)改善水質(zhì)。
△2012年武漢東湖藍藻水華大爆發(fā)
這些規模較小的沉水植物恢復試驗, 在項目實(shí)施期間, 由于水生植物的成功恢復, 使水質(zhì)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(lái)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(tài)恢復和水質(zhì)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(shí)際上已經(jīng)實(shí)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(kāi)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(dòng)、水位波動(dòng)等起到的削減作用同樣不可忽視）
不幸的是, “九五”時(shí)期在滇池及“十五”時(shí)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(shí)踐。
實(shí)際上, 當時(shí)這些湖泊距能夠開(kāi)展生態(tài)恢復的條件尚遠。
這些研究實(shí)驗與治理實(shí)踐, 使大家逐漸認識到, 利用生態(tài)的方法來(lái)治理富營(yíng)養化湖泊是需要的條件的?；诖? 在“十一五”及后來(lái)的“十二五”“十三五”時(shí)期, 在太湖富營(yíng)養化治理中以控源截污取代生態(tài)恢復作為主要措施。
2該如何進(jìn)行水生態(tài)恢復？
修復一個(gè)富營(yíng)養化的水體, 使其生態(tài)系統實(shí)現從藻型到草型的轉變, 重要的是要找到導致生態(tài)系統發(fā)生轉化的關(guān)鍵影響因子。
理論上, 草型和藻型都是湖泊生態(tài)系統在條件下的穩定狀態(tài), 這就是所謂的湖泊多穩態(tài)理論。
草型湖泊生態(tài)系統之所以是一種穩定狀態(tài), 是因為由于水生植物的生長(cháng), 沉積物中的營(yíng)養鹽釋放得到遏制, 水柱的營(yíng)養鹽負荷降低, 藻類(lèi)生物量減少, 透明度提高, 這些反過(guò)來(lái)又會(huì )有利于水生植物的生長(cháng)；
而藻型湖泊之所以也是穩定狀態(tài), 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(yíng)養鹽不斷釋放進(jìn)入上覆水中, 促進(jìn)藻類(lèi)生長(cháng)。
這兩種狀態(tài)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(tài)。
△ 2018年5月，太湖 · 貢湖灣濕地，生態(tài)修復區和未修復區
要實(shí)現生態(tài)恢復或生態(tài)系統的轉化, 就要打破這一穩定的狀態(tài)。
在草型生態(tài)與藻型生態(tài)系統之間, 有一個(gè)過(guò)渡地帶, 此時(shí), 生態(tài)系統是不穩定的, 有時(shí)是單一的沉水植物覆蓋整個(gè)湖底, 但只要外部環(huán)境發(fā)生變化 這些植物就會(huì )消亡, 藻類(lèi)水華又會(huì )頻繁發(fā)生。
在這個(gè)過(guò)渡地帶或者過(guò)渡時(shí)刻, 實(shí)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(huì )加速草型生態(tài)系統的培育, 并且最終形成穩定的草型生態(tài)系統取代原先的藻型生態(tài)系統。
秦伯強等認為，迄今為止，之所以很少有富營(yíng)養化湖泊或水體的生態(tài)修復能夠取得成功, 也是由于很少有湖泊能夠實(shí)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(yíng)養化湖泊而言, 由于“水淺”, 湖泊沉積物中積存了來(lái)各種污染物質(zhì), 沉積物中營(yíng)養鹽常常是上覆水中數十倍。而風(fēng)浪的擾動(dòng)和釋放, 使得其營(yíng)養鹽負荷在外源全部得到控制的條件下, 仍然很難在短時(shí)間內迅速下降。
因此,秦伯強等指出，對于淺水富營(yíng)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(zhì)含量豐富、還原環(huán)境強烈、營(yíng)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(tài)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(shí)現湖泊污染治理與生態(tài)恢復的長(cháng)期效果。
3水生態(tài)恢復的關(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(yíng)養鹽濃度, 還有光照 (或者透明度) 、溫度、底泥、水深、風(fēng)浪、魚(yú)等因素。
營(yíng)養鹽濃度不是直接作用于水生植物而阻礙其生長(cháng)；相反, 營(yíng)養鹽濃度升高可能會(huì )促使植物生長(cháng)發(fā)育。在上述因子中, 水下光照條件是一個(gè)關(guān)鍵因子。
因為許多因子, 包括營(yíng)養鹽濃度 (營(yíng)養鹽濃度升高導致浮游植物生物量增加和附著(zhù)生物增加, 水下光照條件下降) 、水深、風(fēng)浪等都最終表現為水下光照條件的優(yōu)劣。
一般認為, 當水下某深度處的光照強度為水面處的1%時(shí), 此深度即為植物可進(jìn)行光合作用的水深, 也被稱(chēng)為真光層深度或者透光層深度。顯然, 滿(mǎn)足沉水植物的生長(cháng)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(guān)于水深、光照、透明度、濁度的關(guān)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(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。
調查顯示, 太湖沉水植物生長(cháng)的適宜水深不能超過(guò)1.6 m，與利用真光層深度推導的結果一致。這也從側面進(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(gè)結論對于富營(yíng)養化湖泊或者其他淺水湖泊的生態(tài)恢復具有非常重要的實(shí)際意義。改善水下光照條件, 對于富營(yíng)養化湖泊而言, 就是降低營(yíng)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(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；對于藍藻水華頻發(fā)的水域，通過(guò)絮凝等辦法來(lái)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(dòng)的魚(yú)類(lèi)，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)系統向有利于水生植物生長(cháng)和恢復的方向發(fā)展，從而實(shí)現草型生態(tài)系統的培育與擴展，促使水質(zhì)得到改善。
