长江中下游湖泊富营养化发生机制与控制对策获进展.doc

长江中下游湖泊富营养化发生机制与控制对策获进展 窗体顶端南京地理与湖泊所 窗体底端 长江中下游地区人口众多、经济发展快速，但面临的许多环境问题严重影响其经济的可持续发展，其中湖泊生态环境问题尤为突出。该地区是我国淡水湖泊的主要集中区(约占全国淡水湖泊总面积的60%)，且其大部分为浅水湖泊，生态环境问题复杂，普遍存在湖泊富营养化，湖泊治理难度极大，国际上也没有可供借鉴的成功经验和技术。中国科学院以南京地理与湖泊研究所为依托单位，于2002年4月启动了知识创新工程重大项目，在全国率先开展“长江中下游地区湖泊富营养化的发生机制与控制对策研究”。该项目集中院内多家优势力量，强化学科交叉，全力攻关，三年来，通过对长江中下游100多个湖泊的调查、研究，在湖泊的底泥内源污染及释放机制、富营养化湖泊内源污染控制及生态修复的理论和治理方面都取得了重大的创新性进展，为我国即将开展的大规模湖泊富营养化治理提供了科学储备和技术支撑，同时也为填补国际湖泊学有关浅水湖泊的研究空白做出了重要贡献。长江中下游不同类型湖泊营养演化的历史过程研究研究重点揭示了湖泊营养本底自然演化过程，区分了人类活动与自然演化在湖泊富营养化过程中的贡献。项目组对长江中下游49个湖泊的野外调查与分析，根据营养状况与沉积物中硅藻的组合、碳氮同位素的变化，建立了营养态与硅藻分布及同位素特征的关系，重建了长江中下游地区若干湖泊的营养状况演化序列。研究证实了长江中下游地区洪泛平原湖泊的营养本底较高，从太湖、龙感湖、太白湖300-500年营养本底的重建结果看，远在强烈的人类活动影响之前，大多数时段湖泊已经呈中富营养水平。本地区的营养本底研究分析表明，该地区湖泊富营养化治理的难度较深水湖泊更大。湖泊生源要素生物地球化学循环与富营养化过程研究研究重点是确定不同类型浅水湖泊主要生源要素的迁移转化、循环、生物可利用量及其与湖泊富营养化的关系。通过对长江中下游数十个各种生态类型的浅水湖泊表层沉积物中磷的化学形态及水质特征的调查，弄清了湖泊沉积物中营养盐的赋存形态。一般湖泊沉积物中90%以上的磷以较难被生物利用的形态存在，活性磷所占比例不足10%。在严重污染的城市湖泊中，如九江甘棠湖、太湖的五里湖，活性磷的含量高出一般湖泊数十倍。草型湖泊的活性磷含量显著低于藻型湖泊。项目建立了评价湖泊沉积物的营养盐内源释放潜力的指标体系，可通过改性粘土等物理化学作用和草型生态系统构建等方法，改变沉积物中的营养盐赋存形态，控制富营养化湖泊沉积物的内源营养盐释放。项目对太湖各个湖区沉积物柱状样及上覆水的理化指标分析，确定沉积物上部约5-10cm是参与湖泊营养盐内源释放的活跃层。通过野外观测和波浪水槽试验发现，在湖面风速超过6m/s的大风情况下，导致太湖沉积物悬浮的动力主要来自波浪在水土界面产生的剪切力，而非湖流。据此提出了浅水湖泊的营养盐内源释放模式及估算内源释放通量的方法，为湖泊内源污染治理奠定了理论基础。项目首次提出大型浅水湖泊营养盐内源释放的概念性模式，即在无风浪作用情况下，营养盐的释放主要由水土界面的浓度梯度来控制；当有风浪作用的情况下，表层的数厘米的底泥发生悬浮，底泥中的溶解态的营养盐也因此而得以释放，其内源释放的数量远较静态情况下的释放数量大；当动力作用持续时间较长或消失后，部分营养物质又可以由于吸附、絮凝等作用，随同悬浮物质一起沉入湖底，等待下一次大风浪时再发生悬浮与释放。湖泊生态系统结构变化对富营养化灾变过程的驱动与反馈研究项目研究对国际上流行的用于解释蓝藻水华爆发的氮磷比理论提出了挑战，揭示了蓝藻水华爆发导致沉积物中磷的大量释放，说明了通过控制湖泊活性磷是控制湖泊蓝藻水华的有效途径。首次研究了水华蓝藻的次生代谢产物-藻毒素(一种肝毒素)在白鲢(非经典生物操纵的重要鱼类)体内的分布和清去规律，这也是国际上首次进行的关于藻毒素对鱼类的亚慢性毒性实验研究。主要发现为鲢可能存在某种机制可活跃地降解 MC-LR(最常见且毒性最大的微囊藻毒素)及阻止MC-LR穿过肠壁，另外鲢对有毒蓝藻的牧食能力表明鲢可用来清除富营养水体中的藻毒素污染。湖泊的富营养化控制和生态系统管理对策研究项目初步揭示了湖泊水生植被生长对于水质净化与生态修复的作用以及恢复水生植物的关键技术，在太湖梅梁湾水源地水质改善技术的示范工程中得到应用并初步取得成功。恢复水生植物，修复生态系统，是现阶段在无法实行全流域截污的条件下，短期内快速改善水质的有效途径。通过对太湖地区不同水生植物的生理、生态学特征的比较与围隔试验，发现影响沉水植物修复的主要问题是光照透明度、风浪、底泥环境、鱼牧食等。研究发现通过消浪、控藻等措施将有助于改善光照透明度，恢复水生植物。研究还发现恢复沉水植物，将极大地遏制底泥内源污染释放。实验室试验利用湖泊本地地沉积物经改性将有效去除蓝藻水花，而再经过固化处理将消除其再次悬浮及其释放。在上述研究基础上，创造性地提出了通过改善湖泊生境条件来恢复生态系统的新思路，并在太湖梅梁湾水源地水质改善技术中得到了应用。太湖梅梁湾水源地水质净化示范工程是我国迄今为止实施的湖泊生态修复及水质净化最大规模的试验研究，试验示范区面积达7km2。根据该水域的环境条件状况，项目组创造性地提出了通过改善生境条件，达至恢复生态系统和净化水质的技术路线。提出消浪、控藻、改造底质、提高透明度、恢复水生植被、修复湖滨湿地以及构建长效管理等一系列技术的集成，优化水源区生态系统结构，消除示范区藻类水华，降解微量有机物，确保梅梁湾水源区原水的供水质量及安全，形成太湖饮用水水源地水质改善的成套技术。通过不同技术模块的组装，可以广泛应用