谈谈我国水生态修复走过的弯路和制约因素

如何应对湖库富营养化，开展切实有效的生态修复，是许多水环境治理工作者关心的问题。由于缺乏成熟理论体系, 中国湖泊富营养化治理也曾走过不少弯路。在没有充分控源截污的条件下, 片面强调生态恢复来净化湖泊水环境，一度成为富营养化湖泊治理的主流思想。实际上, 湖泊生态恢复是有条件的, 忽视或未充分诊断这些前提条件，水生态恢复往往以失败告终。本文回顾了中国在以往湖泊治理中的经验教训, 并分析了湖泊生态恢复实现的关键因子, 以期为湖泊生态恢复提供有价值的参考。本文内容主要引自中科院地湖所秦伯强教授团队的论文《湖泊生态恢复的关键因子分析》，原文发表于《地理科学进展》，部分内容参考其他文献资料。

1我国水生态修复走过的弯路

在富营养湖泊中经常会看到这样一种情况：

有沉水植物生长的水域，水体清澈，营养浓度较低，蓝藻水华消失；而在蓝藻水华爆发的水域情况则相反。

因此，治理富营养化湖泊，人们自然而然地想到利用沉水植物加以净化。而恢复以高等水生植物为核心的生态修复一度被认为是一个非常重要的途径。

中国早在20世纪90年代初就开始了通过沉水植物恢复来改善水环境的试验工作。

例如在无锡太湖马山 (濮培民, 1993) 、无锡的五里湖 (濮培民等, 1997;李文朝, 1998) 、武汉东湖 (邱东茹等, 1997) 、南京莫愁湖 (成小英等, 2006) 、贵州红枫湖 (濮培民等, 2001) 、北京什刹海 (屠清瑛等, 2004) 、太湖梅梁湾 (Qin, 2013) 等水域都实施了生态工程来改善水质。

△2012年武汉东湖蓝藻水华大爆发

这些规模较小的沉水植物恢复试验, 在项目实施期间, 由于水生植物的成功恢复, 使水质得到不同程度的改善。

但是, 项目完成后, 包围试验区的围隔予以撤除, 原来恢复的水生植物和清洁水体很快消失了, 更谈不上扩展延伸到全湖尺度的生态恢复和水质改善。

为什么呢？

秦伯强等认为, 全湖尺度与围隔尺度间的区别是, 前者很难做到完全的控源截污, 而后者的围隔措施实际上已经实现了试验区的控源截污。这也是后者在围隔尺度内得以成功, 而在开敞水域或者全湖尺度难以成功的关键原因。（编者按：围隔对风浪扰动、水位波动等起到的削减作用同样不可忽视）

不幸的是, “九五”时期在滇池及“十五”时期在太湖的治理措施, 都是以恢复水生植物特别是沉水植物为核心的湖泊治理实践。

实际上, 当时这些湖泊距能够开展生态恢复的条件尚远。

这些研究实验与治理实践, 使大家逐渐认识到, 利用生态的方法来治理富营养化湖泊是需要一定的条件的。基于此, 在“十一五”及后来的“十二五”“十三五”时期, 在太湖富营养化治理中以控源截污取代生态恢复作为主要措施。

2该如何进行水生态恢复？

修复一个富营养化的水体, 使其生态系统实现从藻型到草型的转变, 重要的是要找到导致生态系统发生转化的关键影响因子。

理论上,草型和藻型都是湖泊生态系统在一定条件下的稳定状态, 这就是所谓的湖泊多稳态理论。

草型湖泊生态系统之所以是一种稳定状态, 是因为由于水生植物的生长, 沉积物中的营养盐释放得到遏制, 水柱的营养盐负荷降低, 藻类生物量减少, 透明度提高, 这些反过来又会有利于水生植物的生长；

而藻型湖泊之所以也是稳定状态, 是由于蓝藻生物量增加, 透明度下降, 导致沉水植物消亡, 使得沉积物中的营养盐不断释放进入上覆水中, 促进藻类生长。

这两种状态都存在自我强化的正向反馈机制, 以此成为一种稳定的状态。

△ 2018年5月，太湖 · 贡湖湾湿地，生态修复区和未修复区

要实现生态恢复或生态系统的转化, 就要打破这一稳定的状态。

在草型生态与藻型生态系统之间, 有一个过渡地带, 此时, 生态系统是不稳定的, 有时是单一的沉水植物覆盖整个湖底, 但只要外部环境发生变化 这些植物就会消亡, 藻类水华又会频繁发生。

在这个过渡地带或者过渡时刻, 实施人工干预, 引入一些先锋植物, 逐步扩大植物覆盖的面积与范围, 就会加速草型生态系统的培育, 并且最终形成稳定的草型生态系统取代原先的藻型生态系统。

秦伯强等认为，迄今为止，之所以很少有富营养化湖泊或水体的生态修复能够取得成功, 也是由于很少有湖泊能够实现真正意义上的截污, 特别是像太湖、巢湖、滇池这样的大型湖泊, 由于流域内的外源排放量大且面广, 更是如此。

对于浅水富营养化湖泊而言, 由于“水浅”, 湖泊沉积物中积存了几百年来各种污染物质, 沉积物中营养盐常常是上覆水中数十倍。而风浪的扰动和释放, 使得其营养盐负荷在外源全部得到控制的条件下, 仍然很难在短时间内迅速下降。

因此,秦伯强等指出，对于浅水富营养化湖泊, 湖泊污染治理的第一步是控制外源污染和内源污染(即清除那些有机质含量丰富、还原环境强烈、营养盐释放较多的沉积物) 。第二步是恢复水生植物和培育草型生态系统, 有效遏制沉积物的悬浮和底泥释放。第三步是辅以流域管理, 减少全流域污染源排放, 就可以真正实现湖泊污染治理与生态恢复的长期效果。

3水生态恢复的关键因子

湖泊中水生植物受多种环境因子的影响, 除了营养盐浓度, 还有光照 (或者透明度)、温度、底泥、水深、风浪、鱼等因素。

营养盐浓度不是直接作用于水生植物而阻碍其生长；相反, 营养盐浓度升高可能会促使植物生长发育。在上述因子中,水下光照条件是一个关键因子。

因为许多因子, 包括营养盐浓度 (营养盐浓度升高导致浮游植物生物量增加和附著生物增加, 水下光照条件下降) 、水深、风浪等都最终表现为水下光照条件的优劣。

一般认为, 当水下某深度处的光照强度为水面处的1%时, 此深度即为植物可进行光合作用的最大水深, 也被称为真光层深度或者透光层深度。显然,满足沉水植物的生长的充分必要条件就是真光层深度 (或者水柱透光层深度) 大于水深。

在太湖, 影响透明度的主要因素是水中的悬浮物浓度, 太湖中悬浮物颗粒物对水下光照衰减的贡献可以达到70%~90%；而影响悬浮物浓度的主要影响因素是风浪, 这是大型浅水湖泊水浅、面积大等基本地形特征决定的。

调查显示,太湖沉水植物生长的适宜水深不能超过1.6 m，与利用真光层深度推导的结果一致。这也从侧面进一步论证，影响水生植物分布的关键因子确是水下光照条件。

这个结论对于富营养化湖泊或者其他浅水湖泊的生态恢复具有非常重要的实际意义。改善水下光照条件, 对于富营养化湖泊而言, 就是降低营养盐负荷, 提高透明度。

对于水很深的水域，降低水位以增加真光层深度与水深的比值；对于有风浪的水域，消除风浪和沉积物再悬浮，降低悬浮物浓度，也可以提高透明度；对于蓝藻水华频发的水域，通过絮凝等办法来改善水下光照条件，促进水体透明度提高，真光层深度与水深比值增大。而清除杂食性以及一些对底泥再悬浮扰动的鱼类，目的也是降低沉积物再悬浮。

所有这些都是提高水体真光层深度，改善水下光照条件，改善外部环境，促进水体生态系统向有利于水生植物生长和恢复的方向发展，从而实现草型生态系统的培育与扩展，促使水质得到改善。