环境科学  2020, Vol. 41 Issue (1): 183-193   PDF    
城市湖泊水环境整治对改善水质的影响:以蠡湖近30年水质变化为例
田伟1,2, 杨周生1, 邵克强2, 潘辉3, 胡洋2, 白承荣2, 姜星宇2, 高光2, 汤祥明2     
1. 安徽师范大学环境科学与工程学院, 芜湖 241003;
2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008;
3. 江苏江达生态环境科技有限公司, 无锡 214125
摘要: 自"十五"以来,为改善水质,我国许多城市湖泊均先后采取了水环境治理措施.为了解这些措施对富营养化城市湖泊水质改善成效,根据中国科学院太湖湖泊生态系统研究站对蠡湖的长期监测数据和本课题组2017年对蠡湖的两次调查结果进行汇总分析,探讨了无锡蠡湖综合整治前后近30年来水环境质量变化情况.结果表明:①TN、TP、高锰酸盐指数和Chl-a等水质指标的浓度从20世纪90年代初开始呈现快速上升的趋势,1997~2003年间处于最差状态,2003年经过综合整治后呈现逐年递减趋势,但近两年略有反弹;水体透明度整治前后无明显改善.②从季节上看,综合整治之前,水质波动较大;综合整治之后,蠡湖各项指标出现显著差异,冬季水质明显好于夏季.③从区域上来看,蠡湖西部水质明显优于东部湖区.综合其他城市湖泊治理情况,研究表明水环境治理可以改善湖泊水质,但在水质改善后需要恢复草型生态系统,推进以生物调控为主的生态修复,逐步提升物种多样性,真正恢复湖泊生态系统服务功能.
关键词: 蠡湖      城市湖泊      富营养化      水环境整治      水质改善     
Effect of a Comprehensive Improvement Project on Water Quality in Urban Lakes: A Case Study of Water Quality Variation in Lihu Lake Over the Past 30 Years
TIAN Wei1,2 , YANG Zhou-sheng1 , SHAO Ke-qiang2 , PAN Hui3 , HU Yang2 , BAI Cheng-rong2 , JIANG Xing-yu2 , GAO Guang2 , TANG Xiang-ming2     
1. College of Environmental Science and Engineering, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China;
2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography&Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. Jiangsu Jiangda Ecological Technology Co., Ltd., Wuxi 214125, China
Abstract: In order to improve water quality, many urban lakes in China have undergone environmental restoration since the introduction of China's tenth five-year plan. To understand the effectiveness of improvement projects on eutrophic urban lakes, we analyze the changes in water quality of Lihu Lake over the past 30 years, i.e., before and after comprehensive remediation. We use long-term monitoring data from TLLER and from two regional investigations undertaken in 2017. The results were as follows. ① Concentrations of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP), the permanganate index, and chlorophyll-a (Chl-a) in Lihu Lake all increased dramatically since the 1990s and reached the worst levels during the period from 1997 to 2003. After comprehensive improvement measures for the lake undertaken by the local government in 2003, the water quality improved remarkably year by year, but reduced slightly in the past two years assessed here. There was no obvious improvement in water transparency when comparing data from before to after the remediation. ② Before the improvement measures, the water quality fluctuated greatly with season, however, water quality sampled during the winter post remediation was significantly better than during the summer. ③ Spatially, the water quality in the western region of Lihu Lake was significantly better than of that in the eastern region. When comparing government measures in different eutrophic urban lakes, we found that engineering management measures can improve the water quality of urban lakes over a relatively short time period. However, after the water quality has been improved, it is necessary to restore the macrophyte-dominated ecosystem, which should be supplemented by ecological restoration based on biological regulation. By improving species diversity, the aquatic ecosystem can be successfully transformed from being phytoplankton-dominated to macrophyte-dominated, thereby enabling the service functions of a lake ecosystem to be truly restored.
Key words: Lihu Lake      urban lake      eutrophication      water environment improvement      water quality improvement     

近几十年来, 随着国民经济的发展, 我国许多湖泊出现河湖水力和生态联系阻隔、水体富营养化、水质下降、生物多样性减少与生态系统退化等一系列环境问题.这种主要由富营养化导致的湖泊水环境问题, 在我国东部平原区尤为严重[1, 2].城市湖泊作为水体富营养化的重灾区, 由于水浅、自身环境容量小, 在受纳大量外源污染时, 水质急剧恶化;其次, 污染物进入湖体后沉积不稳定, 底泥在风浪扰动时极易与湖水发生营养物质交换, 造成水体二次污染[3, 4].因此, 如何控制城市湖泊富营养化及恢复其原有健康的水生生态系统, 已成为环境科学、淡水生态学和湖沼学研究的热点之一[5~8].

蠡湖(31.48°~31.55°N, 120.22°~120.29°E), 又名五里湖, 是一个典型的浅水城市湖泊.它位于无锡市西南部, 是太湖西北部伸入无锡市区的一个湖湾, 东西长约6.0 km, 南北宽0.3~1.8 km, 常水位时湖体周长约21 km, 面积约9.1 km2[9]. 20世纪50年代, 蠡湖水草丰茂, 清澈见底, 水质处于中营养水平, 是无锡市区重要水源地[10].自20世纪60年代后期, 蠡湖开始大规模围湖造田和围网养殖, 水域面积急剧缩减33%, 水生植被大面积消失, 生态系统恶化.到80年代, 随着蠡湖周边乡镇企业的迅速兴起, 湖岸进一步被侵占蚕食, 大量生产生活污水未经处理直接入湖, 使得蠡湖水质加速恶化, 生态环境严重退化, 成为太湖地区富营养化最为严重的水域[11].本世纪初, 无锡市对蠡湖全面实施生态清淤、污水截流、退渔还湖、生态修复、湖岸整治和环湖林带建设等水环境综合整治工程[12], 使得蠡湖水质和生态环境相比整治前发生了显著变化.

本文利用国家野外科学观测研究站——太湖湖泊生态系统研究站长期监测数据以及2017年蠡湖全湖水质调查结果, 结合相关历史文献资料, 以国家五年规划为时间节点, 分析蠡湖在各时间段的水质状况, 探讨蠡湖综合整治十几年后水环境质量变化情况, 以期为蠡湖进一步实施水环境深度改善提供基础资料.同时, 通过对比分析国内其他城市湖泊治理成效, 总结城市湖泊水环境治理得失经验, 以期为类似湖泊乃至大型浅水湖泊综合治理提供参考.

1 材料与方法 1.1 采样点的布设

根据蠡湖的自然状况及综合整治措施的差异性, 将蠡湖划分为3个区(图 1)[13], 其中A区为“西蠡湖”北部退渔还湖区, 蠡堤以东水域, 实施过“干湖清淤”工程;B区为从蠡堤至宝界桥的“西蠡湖”南部和“东蠡湖”部分水域, 曾经展开过底泥环保疏浚治理工程和水生植被生态重建工程;C区为“东蠡湖”的大部分水域, 包括宝界桥和蠡湖大桥之间的宽阔水域, 以及蠡湖大桥以东的金城湾水域, 其沿岸实施了绿化整治工程.

图 1 蠡湖水质监测点位示意 Fig. 1 Monitoring points and location of Lihu Lake

太湖湖泊生态系统研究站(TLLER, 太湖站)在蠡湖布设的一个长期季度性监测点(TH09, 图 1), 位于蠡湖中部, 采样分别于每年2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)和11月(秋季)的中旬进行.此外, 为了全面了解蠡湖不同湖区水质, 课题组分别于2017年7月和12月在蠡湖布设了16个采样点, 分别在A区(采样点LH1~LH5)、B区(采样点LH6~LH10)和C区(采样点LH11~LH16)进行采样.

1.2 理化数据测定

用塞氏盘现场测定水体透明度.然后采集表层水样(水面下约50 cm)带回实验室分析水质指标, 所有水质参数测定方法均参照文献[14].本文主要利用总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数、叶绿素a(Chl-a)和透明度(SD)这5项检测指标对蠡湖水质进行评价.

1.3 数据收集及处理分析

选取1991~2017年TN、TP、高锰酸盐指数、Chl-a浓度和SD年平均值, 对蠡湖年际水质状况进行分析, 其中1991~1997年的数据引用相关文献资料[15, 16], 1998~2017年数据来自太湖站.空间分布特征数据来自课题组2017年7月和12月两次蠡湖水质调查结果.用Excel 2017对数据进行初步整理, 用R软件平台进行非参数Kruskal-Wallis秩和检验分别对水质指标的季节及区域差异显著性进行分析.利用Arcgis 10.2, Origin 2017和R对分析结果作图.采用综合营养状态指数对蠡湖水质进行综合评价[17], 根据0~100连续数值对湖泊营养状态进行分级.

2 结果与分析 2.1 水环境背景

从1991~2017年蠡湖水体TN浓度看, TN从“八五”到“十二五”的5 a平均值分别为4.78、5.66、6.98、3.05和1.12 mg ·L-1, 总体呈现先升高后降低的趋势(图 2).从90年代初开始, 蠡湖TN呈现上升趋势, 到2003年达到峰值, 相比1991年增长了194%. 2003年以后, TN浓度得到控制, 总体呈现下降趋势. 2013年降到最低值1.07 mg ·L-1, 达地表水Ⅳ类标准(根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》评价, 下同), 较2003年峰值降幅86%, 但是2015~2017年, TN浓度出现上升态势.

虚线表示综合整治时间点 图 2 蠡湖水质长期变化特征(1991~2017年) Fig. 2 Long-term variations in the water quality of Lihu Lake (1991-2017)

TP也呈现明显的先升高后降低的趋势, 从“八五”到“十二五”的5 a平均值分别为0.140、0.199、0.152、0.126和0.086 mg ·L-1.TP浓度在1996年达到峰值, 相比1991年增长了158%;1996年往后呈波动下降, 但2007年TP异常升高, 这与太湖梅梁湾暴发大规模蓝藻水华时间点相对应, 说明较高的磷浓度出现可能与蓝藻水华发生有关;到2015年, 蠡湖的TP年平均浓度降到最低值, 较1996年峰值降幅69%;2016和2017年TP浓度也出现反弹, 分别升高到0.083 mg ·L-1和0.124 mg ·L-1, 较2015年上升17%和75%.

高锰酸盐指数在2003年以前呈上升趋势, 2003年之后呈现下降.在“九五”前后(1997~2001年)一直处于高浓度, 其5 a均值为7.50 mg ·L-1, 并在2001年达最大值.到“十二五”期间, 高锰酸盐指数的5a平均值下降至3.94 mg ·L-1, 较历史最高浓度值降幅47%;2017年较往年有升高.

随着蠡湖水体中营养盐浓度得到控制, Chl-a浓度也发生明显变化.Chl-a在1997~2001年期间达最高浓度水平, 5 a平均值为72.3 μg ·L-1.此后, 整体呈现下降趋势, 到“十二五”期间, 其5 a均值下降至19.3 μg ·L-1, 较治理前最高浓度降幅73%.

SD在过去十几年中相比其他指标波动较多, 有几个明显峰点, 一个峰值出现在2004年, 随后几年呈现下降趋势;2007年后SD逐渐升高, 在2012年出现另一个峰值, 而后几年又出现下降, 到2015年达最小值, 且为近十几年最低;还有一个峰值在2016年, SD陡然升高, 较上年上涨94%;2017年又下降.

TLI分析结果表明, 1991~2001年间蠡湖水质一直处于中度富营养化水平, 1997年富营养化程度最高(TLI1997=71);自2001年后, TLI开始下降, 2012年降到最低值(TLI2012=52), 但仍处于轻度富营养化状态;值得注意的是从2012年往后, TLI出现反弹, 说明蠡湖整体上富营养化问题没有得到有效解决.

2.2 蠡湖水质指标季节变化特征

选取太湖站1998~2017年监测数据对蠡湖进行季节趋势变化(图 3)及差异性(图 4图 5)分析, 除TN和高锰酸盐指数整体上季节差不显著外(P>0.05), TP、Chl-a和SD表现出明显的季节差异.

图 3 蠡湖水质不同季节变化曲线 Fig. 3 Seasonal variation curve of Lihu Lake's water quality

图 4 蠡湖水质不同季节差异显著性分析 Fig. 4 Significance analysis of water quality in different seasons at Lihu Lake

图 5 蠡湖不同区域水质指标夏冬两季变化特征 Fig. 5 Variation characteristics of water quality indexes in different regions of Lihu Lake in summer and winter

TN在1998~2017年整体上季节差异性不显著, 但在2008年之前季节差异显著(P < 0.01), 冬季多年平均值为8.67 mg ·L-1>春季(6.72 mg ·L-1)>秋季(5.38 mg ·L-1)>夏季(3.71 mg ·L-1).在综合整治效果逐步显现的2008年往后, 冬春季TN浓度明显降低, TN浓度的季节变化趋势为夏季>秋季>冬季>春季, 多年的平均值分别为1.62、1.43、1.16和1.09 mg ·L-1.

在治理前, 蠡湖TP浓度季节变化有波动, 但差异不显著(P>0.05);2004年之后, TP呈现显著季节差异(P < 0.01), 夏季浓度值明显高于其他季节.TP浓度依次为夏季>秋季>春季>冬季, 多年平均值分别为0.17、0.11、0.09和0.07 mg ·L-1.

高锰酸盐指数季节差异不显著(P>0.05), 但综合整治前后有所不同, 这种趋势与TP相似.在2005之前蠡湖高锰酸盐指数各季节差异不显著(P>0.05);2009年后季节差异显著(P < 0.01), 表现为夏季>春季>秋季>冬季.

1998~2017年Chl-a总体上季节变化显著(P < 0.001), 春季均值为45.8 μg ·L-1, 夏季均值达49.5 μg ·L-1, 秋季均值为24.2 μg ·L-1, 而冬季均值仅为15.2 μg ·L-1.SD多年季节性差异也显著(P < 0.001), 且与Chl-a趋势相反, SD冬季均值要显著高于秋季、春季和夏季.

蠡湖TLI整体上存在明显季节性差异(P < 0.05), 但在2009年之前季节差异不显著(P>0.05), 整体均处于富营养化状态. 2009~2017年间, 蠡湖整体季节变化的差异达到显著水平(P < 0.01), 总体趋势为夏季>秋季>春季>冬季, 冬季已经达到中营养水平, 但夏季仍处于富营养水平.

2.3 蠡湖水质指标空间变化特征

全湖采样结果显示夏季蠡湖TN高值主要分布在C区, 水质全部差于Ⅳ类水, 个别点位水质甚至为劣Ⅴ类(图 5).B区水质处于Ⅳ~Ⅴ类水质, 而A区整体已达Ⅲ类水质.TP浓度显示A区为Ⅲ类, B区为Ⅳ~Ⅴ类, C区全部为劣Ⅴ类.A区高锰酸盐指数要优于B区和C区, 均值分别为6.03、7.36和7.98 mg ·L-1.Chl-a也呈现较显著的空间差异性, 在退渔还湖的A区, 夏季均值为51.8 μg ·L-1, 在生态修复的B区, 均值为93.0 μg ·L-1, 在居民密集的C区, 均值达151.5 μg ·L-1.透明度A区>B区>C区.

冬季蠡湖水质较夏季有一定提升, 但是TN、TP和高锰酸盐指数在空间分布上与夏季类似, 即A区 < B区 < C区.Chl-a浓度受温度影响冬季整体处于较低水平, 空间差异不明显.透明度在空间上分布与夏季一致, 最大值在A区, 最小值在金城湾和宝界桥附近.由富营养化指数TLI来看, 从A区到C区分别为中度营养、轻度富营养化和中度富营养化水平.

2017年TN、TP、高锰酸盐指数、Chl-a和SD年平均值分别为1.39 mg ·L-1、0.126 mg ·L-1、6.55 mg ·L-1、58.2 μg ·L-1和0.50 m, 整体水质处于Ⅲ~Ⅴ类.差异性分析表明:蠡湖不同区域各水质指标差异均达到显著水平(P < 0.05, 图 6).综合各项指标, 蠡湖A区水质较其他区域要好, B区次之, C区最差.总体呈现从西北退渔还湖区向东蠡湖至金城湾一个水质由好到差的趋势.

A为“退渔还湖”区, B为“生态修复”区, C为“居民密集”区 图 6 蠡湖不同区域水质指标均值及显著性分析 Fig. 6 Average and significance analysis of water quality indexes in different areas of Lihu Lake

3 讨论 3.1 蠡湖水质年际变化分析

氮、磷是藻类生长的重要基础物质, 也是水体富营养化防治中首要控制指标[18, 19], 高锰酸盐指数是表征水体中有机污染物含量的重要参数, Chl-a可以表示水体中藻类生物量的多少, SD是湖泊水质重要的感观表现之一.在过去近30年, 蠡湖水体TN、TP、高锰酸盐指数和Chl-a指标发生了显著变化.“八五”初期, 蠡湖水质低于地表Ⅴ类水标准;至“九五”期间, 受水产养殖和入湖污染物大幅增加等多种因素影响, 湖体中各项水质指标总体呈上升趋势, 浮游植物随营养盐升高而大量生长.随着湖体日渐缩小, 水环境容量已超负荷, 在外源污染又得不到有效治理的处境下, 蠡湖水质急剧恶化, 蓝藻水华频繁暴发.世纪交替期间(1997~2003年)蠡湖水质达到最差.“十五”时期是蠡湖水质出现好转的关键阶段, 2002年国务院批准了《蠡湖综合整治工程》, 无锡市市政府开始对蠡湖地区重新进行区域规划, 并展开了一系列治理措施[20, 21], 主要措施包括:污水截留、生态疏浚、退渔还湖、生态修复、湖岸整治和环湖林带建设.通过综合整治工程实施, 蠡湖氮磷浓度不再上涨, 高锰酸盐指数大幅下降, Chl-a持续下降, 水体富营养化得到控制.“十一五”时期, 蠡湖水质进一步得到改善.这主要得益于从2007年开始, 对蠡湖和梅梁湾的水流交换实施闸控, 保持蠡湖常年高水位, 防止周边河流污水流入.“十二五”时期, 无锡市政府把污染源控制和生态修复有机结合, 对蠡湖实施区域的联防联治[22].蠡湖水质整体上开始由中度富营养化过渡到轻度富营养化水平, 各项水质指标基本维持稳定.进入“十三五”, 蠡湖部分水质指标出现反弹, 2016年营养盐浓度上升可能是因为这一年降水比历史平均值严重偏高, 雨水携带大量污染物质入湖, 使浓度升高, 藻类生物量增加[23, 24].另一方面, 水位升高也使得蠡湖水环境容量增加, 透明度出现短暂高值.此外, 由于气候变暖, 蓝藻水华暴发时间较往年提前, 且强度高于往年, 水体中实际存在的有机颗粒态磷含量很高.蓝藻水华暴发使水体pH值升高, 水底溶解氧降低, 促进底泥中磷释放.而底泥中磷释放反过来促进蓝藻生长和水华暴发, 形成恶性循环, 将更多磷以藻体颗粒等形式储存在水相中.这可能是近几年水体磷浓度异常增高的一个主要原因.

3.2 蠡湖水质季节变化分析

在综合整治前, 蠡湖主要受外源污染, 水产养殖肥水、大量工业废水和城市生活污水通过河道、地表径流汇入蠡湖, 在亚热带季风气候影响下, 冬春季降水少, 水位下降使氮素浓缩, 因此TN浓度冬春季较高;而夏季降水增多在一定程度上稀释了湖体营养盐浓度[25].综合整治之后, 外源污染得到逐步控制. 2007年之后, 冬春季TN浓度明显降低, 而夏秋季浓度升高, 这可能是由于降雨冲刷将地表和周边断浜河流污染物携带入湖, 使得营养物质增多;其次夏季藻类和微生物大量繁殖加速水体物质循环, 加之鱼类扰动, 促进了底泥中营养物质再悬浮.相比之下, 在综合整治后TP浓度没有发生大幅降低, 表明内源磷已经累积到相当高的水平.有研究表明[26~28], 太湖水体中磷主要以颗粒态形式存在, 夏季藻类大量生长会促进底泥P的释放, 秋季藻类死亡产生大量有机磷颗粒, 这可能是磷浓度夏秋季大于冬春季的主要原因.Chl-a浓度呈现春夏季高于秋冬季, 主要是由于春夏季节水温升高, 藻类生长加速, 导致生物量增加[29, 30].相反, SD最大值出现在冬季.春夏季藻类生长和强风浪扰动底泥再悬浮都会使SD降低[31, 32], 而秋季浮游植物死亡的残体腐烂分解产生的絮状物也会对透明度造成影响, 而冬季水温较低, 水体中藻类浓度低, 故SD明显升高.综合营养状态指数在综合整治之后呈现夏季>秋季>春季>冬季, 2017年对蠡湖调查结果也表明, 现阶段蠡湖水质整体上冬季要明显优于夏季.总体而言, 蠡湖在综合整治前水质的季节变化主要受外部污染物输入控制, 而综合整治后水质的季节变化主要受湖泊内部藻类生长及营养盐内循环的影响.

3.3 蠡湖水质空间变化分析

整体来看, 目前西蠡湖的水质是要明显优于东蠡湖, 特别是西蠡湖北部退渔还湖区(A区)已基本达到Ⅲ类水质标准, B区TN、TP基本处于Ⅳ类水平, 而金城湾水域(C区)仍处于Ⅴ类, 个别点TP甚至为劣Ⅴ类.这种空间分布与蠡湖综合整治实施状况较为一致, 说明退渔还湖、生态清淤、水生植被重建及流域治理措施效果显著.一方面, 底泥疏浚很大程度上清除了蠡湖底泥氮磷营养盐, 有效地减少了内源污染负荷[33];另一方面, 水生植被恢复增加了对湖体氮磷的吸收, 抑制、减少底泥再悬浮和营养盐释放[34].金城湾外围多商业区和住宅区, 其生活污水对东蠡湖水质有较大威胁.最新调查发现, 东蠡湖周边仍有多条完全连通和半连通河流流入, 且水质均为Ⅴ类及劣Ⅴ类, 对蠡湖水体造成一定影响.针对目前蠡湖东西湖区水质差异的现状, 需要因地制宜对蠡湖实施分区治理.在水质较好的西蠡湖北部, 进一步扩大水生植被面积, 构建完善的食物网, 提高物种多样性, 形成稳定健康的草型生态系统.在污染重的金城湾地区, 加强对外源污染控制, 杜绝污水入湖, 待营养盐降低后再进行生态修复.

3.4 城市湖泊治理效果分析

纵观近30年蠡湖水质变化情况, 不难发现, 蠡湖水环境质量相比于综合整治前显著提高, TN、TP营养盐水平明显降低, Chl-a和高锰酸盐指数得到有效控制, 但透明度改善并不明显, 整体水质仍处于轻度富营养化状态.气候变化引起的水质波动, 给蠡湖水质改善带来了更大的压力.需要思考的是, 目前的工程治理手段——单纯控制污染的输入和清淤, 在随着时间的推移是否到达了对浅水富营养化湖泊修复能力的瓶颈?怎样才能形成维持湖泊稳态的长效机制?笔者认为:一方面, 这需要坚持和完善对湖泊水质连续的长时间定期监测工作, 做好对水质变化趋势的分析;另一方面, 要想将富营养湖泊由浊水态过渡到清水稳态, 真正实现水质有效改善, 必须要构建以沉水植物为主体的健康的草型生态系统.

对比武汉东湖[35], 与蠡湖水环境变化历程相似, 受人类活动和工业发展的影响, 东湖水质在短短几十年由中营养发展到富营养和超富营养水平, 水生植物群落严重萎缩, 原有生态功能丧失, 从草型湖泊退化成藻型湖泊.为控制其富营养化问题, 对东湖实施一系列水环境综合整治[36, 37].东湖是国内首个实施鱼类控藻的浅水富营养湖泊[38], 利用较高密度的滤食性鲢鳙鱼的摄食作用控制浮游植物生物量, 并取得了良好成果.但过多放养鱼类形成的扰动, 又会使清水草型生态系统难以恢复.有研究表明, 水生植物的竞争和化感作用能有效控制蓝藻水华的暴发[39, 40].南京玄武湖从20世纪90年代就开始通过污水截流整治工程和疏浚清淤工程治理湖体富营养化问题, 这些措施短期内取得了一定效果, 但在2005年夏依然暴发了大面积蓝藻水华[41, 42].在随后实施的生态工程中, 由于生境上缺少竞争者, 菹草在隔年快速生长并蔓延全湖[43], 季节转换时, 菹草短期内大面积衰亡, 植株的腐烂对湖体又造成严重二次污染[44, 45].因此, 多种群落的构建和适当的人工调控在生态恢复后期尤为重要.惠州西湖在20世纪80年代, 每逢春夏季都会发生蓝藻水华. 1998年开始采取环湖污水截流、湖底淤泥清理和引新水源换水等工程措施, 西湖水质得到改善, 但水体透明度等景观指标无明显提升[46].陈光荣等[47, 48]在平湖进行鱼类控制和水生植被构建与恢复研究, 结果表明生物调控及水生态系统构建使示范区水质得到明显提升, 水体透明度几乎清澈见底.对比近几年惠州西湖修复区和未修复区调查研究表明[49~51], 生态修复形成以沉水植物为主的草型生态系统后, 湖泊中生境多样性得到显著提升, 与此同时湖体内浮游动、植物以及分解者细菌等的生物多样性也有了明显提高[52].如此形成的一个良性循环保证了水生生态系统的稳定性, 更有利于水质的长期改善.

结合国内多个城市富营养湖泊的治理历程, 大都经历了控源截污、底泥疏浚、区域调水等工程治理措施.实践证明, 这些工程实施在短期内能改善水质, 提高透明度;但从长期来看, 不能从根本上保证水质的持续稳定改善.借鉴国内外城市湖泊治理经验, 在外源污染得到有效控制、水体营养盐浓度相对较低的前提条件下, 需要进行以沉水植物恢复为主的生态修复, 逐步提升物种多样性, 构型完成健康的草型生态系统, 并辅以生物调控和长效管理, 才能实现水质有效改善, 真正恢复城市湖泊生态系统服务功能.

4 结论

(1) 蠡湖综合整治工程实施对TN、TP和高锰酸盐指数的季节性差异影响较大;综合整治之后, 蠡湖各项指标表现显著季节差异, 冬季水质明显好于夏季;现阶段蠡湖不同水域水质差异显著, 西蠡湖北部水质好于西蠡湖南部及东蠡湖水质.

(2) 经过近30年的水环境综合整治, 蠡湖水质由原来的劣Ⅴ类逐步恢复到地表Ⅳ类水标准, 说明控源截污和生态清淤等举措对控制水体富营养化有显著效果;但透明度在整治后没有显著提升以及“十三五”后蠡湖水质指标出现小幅反弹, 表明要实现水质长期有效改善, 关键还是要构建健康的草型生态系统, 通过逐步恢复沉水植被并辅以生物调控, 提高物种多样性, 从而提升湖体自身净化能力.

致谢: 国家野外科学观测站江苏太湖湖泊系统研究站提供了长期监测数据, 水样处理及水质分析得到薛静琛的帮助, 在此一并表示感谢.

参考文献
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