浅水湖泊生态修复与草型生态系统重构实践

2022-08-09 09:10:12 0 双良环境
浅水湖泊生态修复与草型生态系统重构实践

  湖泊环境治理,不仅要改善水环境质量,更要提升其生态系统功能。通过创建与水生植物生长需求相适应的生境条件,重构稳定的草型生态系统,最终取得了良好的生态修复成效,蠡湖生态修复与草型生态系统重构的成功实践,可为我国重点流域水生态环境保护与治理提供借鉴。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  大型水生维管束植物如菹草、金鱼藻等,不仅能够固着和稳定沉积物、降低水体中悬浮颗粒物浓度、促进水体营养盐沉降和减少沉积物营养盐释放,而且具有滞留和削减污染物、释放氧气、抑制浮游植物生长、为浮游动物及各种鱼类提供栖息场所等多种生态功能,在维系湖泊健康的生态系统的结构和功能中占据重要的地位 [1-4]。水体中的初级生产者主要以这类水生植物为主的湖泊,属于草型湖泊,通常呈现水体清澈、水质优良、生态系统结构完整稳定、生态服务功能良好的特征;反之,水体中的初级生产者以浮游植物如蓝藻、绿藻、硅藻等为主的湖泊,则属于藻型湖泊,通常呈现水体浑浊、水质差、生态系统结构单一脆弱、生态服务功能退化的特征。当草型湖泊中的水生植被严重退化后就会演变为藻型湖泊。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  1980年代以来,由于流域营养盐排放增加和富营养化加剧,加之围垦造田和围网养殖等强烈的人类活动干扰,长江中下游许多浅水草型湖泊中的水生植被均呈现不同程度的退化趋势 [5]。太湖历史上许多湖湾也曾水草茂盛,水生植被覆盖面积最大达500千米2,水体清澈 [6,7],但随着富营养化和蓝藻水华的日益加剧,从1980年代开始,蠡湖、梅梁湾、竺山湾和贡湖湾等水域中的水生植被相继快速退化,甚至全部消失,蓝藻水华长期高存量维持,最终于2007年引发了无锡饮用水危机事件 [8]。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖因有传说范蠡和西施曾泛舟湖上而得名,又名五里湖、漆湖或小五湖。形如葫芦,景色秀美,是一个既相对独立又与太湖湖体相通的水体。以中部横卧湖面长300多米的宝界桥为界,分为“东蠡湖”和“西蠡湖”。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  作为无锡市的城市内湖,20世纪五六十年代的蠡湖属于水草茂盛、水体清澈的草型湖泊 [8],晨看“烟收远树山徐出”,暮见“月落寒涛水正平”。1980年代后,随着人口大量集聚、经济快速发展和污染物排放入湖,蠡湖的生态系统逐渐遭到破坏,水草越来越少、水质快速恶化。2002年之后,无锡市政府通过污水截流、底泥清淤、退渔还湖、景观改造等对蠡湖进行了全面的综合整治。尽管整治后,水体中的氮磷浓度显著下降、水质有了较大改善 [9],但整体的生态系统难再回到五六十年代的“原貌”,夏季藻类常常大量生长,局部湖湾甚至会出现蓝藻水华现象,藻型湖泊的性质没有改变。重构蠡湖水清草盛、鱼翔浅底的草型生态系统,还无锡市民一泓清水,擦亮蠡湖这颗璀璨的太湖明珠,既是无锡市人民群众的热切期盼,同时还可为太湖流域综合治理提供示范样板。在“十三五”水体污染控制与治理国家重大科技专项“梅梁湾滨湖城市水体水环境深度改善和生态功能提升技术与工程示范”项目支持下,2017年开始在蠡湖开展浅水湖泊生态修复与草型生态系统重构示范实践。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖生态修复前环境状况vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  在开展生态修复前,蠡湖的水质总体处于国家地表水Ⅳ-Ⅴ类的水平,生态系统结构较为单一、脆弱,仍呈现典型的藻型生态系统特征,各项水质指标仍处于一种波动、不稳定的状态中。示范区域内的各项水质参数、生态系统结构特征与全湖相比,差异不大。水体透明度,全湖及示范区域内的年均值分别为30厘米和34厘米左右;水体中总氮浓度的季节差异不大,全湖及示范区内的年均值分别为1.47毫克/升和1.35毫克/升;与总氮的情况不同,蠡湖水体中总磷浓度的季节差异较为显著,通常7月份水体中的总磷浓度达到最大值,全湖及示范区内水体总磷浓度的年均值分别为0.11毫克/升和0.15毫克/升;与总磷的情况类似,水体中的叶绿素a浓度也呈现出十分显著的季节变化,具体表现为从春季3月份至夏季逐渐波动上升,最高浓度出现在夏季(7—9月份),之后逐渐下降,全湖及示范区内水体的叶绿素a浓度年均值分别为76.7微克/升和83微克/升。全湖的水生植物相对较少且分布不均匀,除长广溪等部分湖湾及公园内生长有少量的挺水、浮叶植物外,开敞水域中基本没有沉水植被,全湖及示范区内水生植被的平均覆盖度分别约为5%和3%。此外,蠡湖水体中的鱼类种群结构也不够合理,浮游动物食性的鱼类比例较高,导致浮游动物对浮游植物的控制作用减弱;水体中的浮游植物以蓝藻为主,优势种包括颤藻、鱼腥藻和席藻,浮游植物的生物量较高,尤其在夏季,水体中的浮游植物生物量显著上升,蓝藻水华暴发的风险增大。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖草型生态系统重构vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  要将蠡湖修复成稳定的草型生态系统,需要重建与水生植物生长需求相适应的生境条件,包括较低的营养盐浓度、较高的透明度、适宜的水深、适度的风浪扰动、合理的鱼类种群、较低的浮游植物生物量,以及适宜的沉积物等 [10]。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  改善生境,满足水生植被恢复所需的环境条件vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  针对蠡湖水体透明度低、水动力扰动强度大、长期高水位运行、鱼类群落结构不合理等问题,首先,通过利用双层生态围隔布设技术,在实验区域外部布设透水的生态围隔,以削减风浪扰动所导致的沉积物再悬浮,同时减少杂食性鱼类进入生态恢复区域;其次,采用传统环保的网捕方式,结合声响驱赶、地笼诱捕等多种方式,对生态恢复区域内的鱼类群落结构进行优化调整,重点去除鲤鱼、鲫鱼和细鳞斜颌鲴等杂食—底栖性鱼类,以降低鱼类对沉积物的扰动,以及鱼类对水草的牧食作用;最后,在生态恢复区域中投放一定数量的河蚌、螺等底栖生物,滤食水体中的藻类,减少水体中的悬浮颗粒物。通过上述措施,有效改善了示范区的水动力条件,减少了沉积物再悬浮量,提高了水体透明度,为蠡湖草型生态系统的重构创造了良好的生境条件。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  重建水生植物群落,实现群落快速构建与稳定vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  针对蠡湖水生植物种类少,群落结构单一、脆弱等问题,在弄清蠡湖生态系统退化原因的基础上,通过与相似湖泊生境条件、生态系统结构等的类比,确定生态恢复的目标;通过对太湖流域本地物种种类、生长状况、群落演替与生境条件的相关分析,筛选出适宜于蠡湖生态修复的先锋种和优先建群种;研发了基于“先锋种筛选—基质改良—微生境营造—芽期预培育—原位锚定”等为核心理念的快速定植技术,以及附植螺类促进沉水植物定植的修复技术。在此基础上,优化水生植物物种配置,依据示范区内的水深、沉积物理化性状等生境条件的差异,合理调控水生植物种群组成,实现了蠡湖水生植物群落的重建与快速稳定。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  重塑健康的食物网与长效调控,提升生态系统完整性和稳定性vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  针对我国类似湖泊在实施草型生态系统恢复后,普遍面临的食物网结构不完善、沉水植物附着生物过多、部分水生植物短期内暴发性增长等导致草型生态系统不稳定的问题,对蠡湖示范区内的食物网健康程度进行诊断。在此基础上,根据生物操纵原理,通过对示范区内鱼类、螺类、蚌类等处于不同营养级水平的水生动物群落的合理配置与调控,重塑健康的食物网结构及功能,有效地控制了示范区水域内的浮游植物、附植生物的生物量。同时,利用所构建的智能在线监测系统,实时了解示范区内所重构的草型生态系统的状况及变化趋势,并根据草型生态系统的状态,及时调整管理维护措施,支撑了所构建草型生态系统的稳定运行。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖生态修复示范工程vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖生态修复成效vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  通过3年来对蠡湖西北角开敞水域1.34千米2的“退渔还湖”区开展的草型生态系统重构,目前已成功恢复了40多万平方米的“水下森林”,区域内的生物多样性显著提高。从蠡湖渤公桥上向下望去,2米多深的湖水清澈见底,飘带状的苦草、墨绿色的金鱼藻、叶似羽毛的狐尾藻等形态各异的水草随波摇曳,与水中鱼虾螺贝一起,构成了水清草盛、鱼翔浅底的生态景观。蠡湖示范区水体的透明度由治理前的30厘米左右提高至目前的50~130厘米,沉水植物覆盖度由原来的不足5%提升至45%以上,真光层深度/水深比值较实施前提高了120%,水体总氮、总磷和叶绿素a浓度较实施前分别降低了40%、50%和80%。“问渠那得清如许,为有源头活水来”,受益于示范区的水生植被恢复和清水再造,周边其他区域的水生植物也在逐渐自然恢复中。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  修复后的蠡湖:繁盛的“水下森林”vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖生态修复实践对太湖生态修复的借鉴意义vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  2007年无锡市饮用水危机事件以来,国家和省市各级政府对太湖开展了一系列大规模治理,治理力度与强度前所未有。以污染物控制为重点的控源减排等环境治理和富营养化控制已初显成效,水环境质量呈现稳中向好态势,太湖总氮浓度显著下降,供水安全得到有效保障。观测数据显示,2018年北太湖年均总氮、总磷和叶绿素a浓度分别为2.46毫克/升、0.132毫克/升和39.1微克/升,与2007年相比总氮浓度降低47.3%,但总磷只降低19.4%,而叶绿素a浓度反而升高75.4%,同时水体年均透明度低于0.4米,目前太湖的富营养化水平和水下光照条件,决定了绝大部分水域不具备沉水植物恢复的条件。水深较浅、营养盐浓度较低、藻类水华侵入较少的东部湖湾如东太湖、胥口湾、光福湾、贡湖湾南岸等可进行水生植物的恢复,可从蠡湖生态修复的成功实践中汲取经验。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  遵循“控源截污—生境改善—生态恢复”策略,促进水生植被修复vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  湖泊水生植被恢复,不是一蹴而就的工程。首先,做好控源减排,大幅度削减污染负荷,降低水体氮磷营养盐浓度。其次,做好生境改善,降低水华蓝藻的生长与水华暴发,增加水体透明度,具体要满足:①真光层深度与水深比不低于1;②水体总磷浓度<0.08毫克/升、总氮浓度<2.0毫克/升;③没有水华蓝藻的频繁侵入。促进水生植物生长和草型生态系统的发育。最后,坚持以自然恢复为主,人为干预为辅的原则,化整为零、分区分片开展水生植被修复工作 [11,12]。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

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  优化太湖水位调控,满足湖泊生态修复与水资源利用需求vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  研究制定太湖水位优化调控规则,在满足流域水资源利用的前提下,最大程度为水生植被恢复创造必要的生境条件。在春季水生植被生长发育的关键时期,通过降低水位(保持海拔高程3.0米左右)满足水生植被萌发所需的水下光照条件,并辅以消浪措施减少风浪扰动,进而提高透明度。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  科学开展水生植被恢复区的维护与管理,保证水生植物恢复区发挥生态功能vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  要研究建立太湖水生植被恢复区维护与管理规则,科学打捞水生植物,保障水生植被修复区系统稳定。目前太湖属于草藻混合型湖泊生态系统,整体上水体营养盐浓度较高,既有利于藻类生长,也有利于水生植物生长。水生植物疯长同样会死亡、腐烂,导致水质恶化。适度打捞,人为调控水生植被恢复区的生物量,有利于水生植被恢复区生态功能的实现。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

  蠡湖生态修复与草型生态系统重构的成功实践不仅可指导太湖流域类似水体草型生态系统恢复工程,也有利于实现太湖流域水环境质量改善和水生态系统功能恢复,对于消除水生态灾害,保障饮用水安全也具有重要意义。同时,还将为我国“十四五”乃至更长时间重点流域水生态环境保护与治理提供借鉴和样板。vXe新型光催化网_水库治理_河道治理_水生态修复_水环境治理与修复_江苏双良环境科技有限公司

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