巢湖生态修复的必要性与可行性

巢湖生态修复的必要性与可行性

巢湖位于安徽省中部，是中国五个淡水湖之一。水域面积789km2,汇水流域面积9135km2,具有防洪、灌溉、渔业等多种功能,也是沿湖城镇生活用水和工业用水的主要来源。作为国家“九五”期间重点治理的“三湖”之一,巢湖富营养化治理为世人所关注!20世纪50年代前,巢湖曾是水质良好、生物多样性丰富的大型天然湖泊。60年代初,巢湖建闸,湖泊逐渐变成为人工调节的半封闭水体。由于水利工程改变了原湖泊的生态环境,加上汇水区经济、社会的快速发展,致使湖泊水质日趋恶化。到80年代,湖水水质已超出III类水标准(国家地面水环境标准GB3838-88,下同),TN、TP及CODMn分别达1.68mg/L,0.127mg/L和4.16mg/L。时至90年代,湖泊富营养化进一步加剧,甚至出现全湖水质超V类的严重状况,氮、磷浓度分别达2.94mg/L,0.264mg/L。水生生物多样性破坏严重,整个湖泊以蓝藻为优势群落,鱼类资源面临枯竭之危。根据巢湖水质富营养化状态评价标准,目前巢湖已进入富营养—极富营养状态。巢湖水质的严重恶化,降低了水体使用功能,给沿湖城镇的生产和生活用水带来了重大影响。如以巢湖为水源的合肥市第四自来水厂,因取水头部水域被蓝藻“水华”污染,不得不两度搬迁取水口,即便如此水源区富营养化指标依旧几乎全部超标。建在巢湖岸边的第五自来水厂也因水质问题,被迫另寻水源。同样,以湖水为城市主要用水来源的巢湖市,也面临这一重大问题。巢湖水体富营养化已成为制约汇水区经济、社会可持续发展的“瓶颈”因素。因此,恢复和改善巢湖水质,治理富营养化,尽快实现巢湖生态修复是当今全流域经济发展的关键。1污水、工业废水巢湖富营养化成因主要有两方面:①巢湖闸等水利工程的建设,严重降低了湖泊与长江水体间的自然交换能力,改变了湖泊的生态学特征;②汇水区经济的快速发展和人口的迅速膨胀,使得入湖污染负荷(尤其是氮、磷负荷)远大于湖泊的环境容量所致。巢湖的污染物来源可分为两大类:①点源:来自沿湖及流域城镇的生活污水和工业污染源排放;②非点源:主要来自流域的农田径流、水土流失、水产养殖及畜禽粪便污染等。其中,非点源污染负荷所占比例较大,总磷占入湖总磷量的68%左右,总氮占入湖总氮量的74%左右。目前,流域内工业废水达标排放的目标基本实现。巢湖富营养化治理的其他一些工作正在逐步展开,现已完成南淝河底泥清淤与十五里河河道整治项目,以及巢湖底泥生态疏竣工程(清淤量相当于巢湖4~5a的沉积量)。亚行贷款的合肥市王小郢污水处理厂一、二期工程全部竣工,已投入运行(日处理能力35×104t);巢湖市、六安市污水处理厂也正在建设之中,不久即可投入运行。按照《巢湖水污染防治“九五”计划和2010年规划》,到2010年巢湖水质TN、TP将达III类水体标准,即实现湖水由极富营养化经重富营养化、富营养化,向中—富营养化的转变。因此,控制氮、磷营养盐入湖量是巢湖水质恢复工作的核心。随着点源治理和内源清淤工作的基本完成,非点源污染物(尤其是农业非点源营养物)控制转而成为巢湖水污染防治的重点。2非点源污染的控制在湖泊富营养化控制研究中,对于点源负荷控制,国内外的研究都已较为成熟,但对非点源负荷控制的研究还相对较少。由于非点源没有固定的污染源,且往往具有潜在性、复杂性和隐蔽性的特点,因而不易得到有效控制。在巢湖非点源中,农业生产活动是最大的非点源污染,生产过程中流失的养分是巢湖营养物的主要来源之一。根据巢湖流域自然特征和经济发展水平,非点源营养物控制可考虑从如下几方面进行:2.1化肥用量、施用量和利用效率不高影响湖湖富营养化进程在人口密度大、经济较发达地区,农业非点源污染往往是湖泊富营养化的重要因素,其主要污染物就是含氮营养物。太湖富营养化是一个典型的例子,巢湖也是这样。作为农业经济活跃区和重要的粮食高产区,巢湖流域农业生产在用肥结构上几乎完全依赖于无机化肥。汇水区化肥施用量已由20世纪60年代的75kg/hm2,增加到80年代的750kg/hm2,90年代后化肥使用量又有明显增长。但化肥利用效率不高,一般仅有30%~35%,大量未被利用的养分通过降雨径流、淋溶和农田灌溉回归水等方式汇入湖泊之中,成为巢湖富营养化加快的主要原因之一。目前整个巢湖流域化肥施用量已达5×105t/a,可想而知每年因化肥流失带来的氮、磷入湖量是多么惊人!随着化肥用量的逐年增加,湖水水质正在日趋恶化,巢湖富营养化似乎与化肥用量呈现出同步增长的趋势。因此,控制农业非点源中化肥流失可能将是非点源控制的重要方面。(1)农业化肥使用量不足氮肥超量使用,以及氮、磷、钾比例失衡都会降低作物对化肥的利用效率,增大淋溶和径流损失。在巢湖流域,这一问题普遍存在,可能这也正是近些年来亩均农业化肥使用量只增不减的一个重要原因。根据土壤条件、作物种类使用限氮公式,将氮肥使用量控制在合适的范围内,同时增加磷肥、钾肥的投入,实现平衡施肥,将是控制化肥污染湖水的首要措施。(2)有机胶体对土壤保水性的影响有机肥料具有多种养分,供肥时间平缓持久,能够满足作物不同生长期需要,而且施用有机肥料还能增加土壤有机胶体的百分含量。在有机胶体的胶结作用下,原来不稳定的土壤颗粒变成稳定的团聚状结构,从而改善土壤的物理、化学和生物学特性,提高土壤保水、保肥和通气性能,这对减少农业营养物流失具有积极意义。作物秸秆经过适当处理可作为有机肥料使用,由此还可以避免随意堆放带来的水体污染问题。(3)减少农业化肥,生物处理技术加快农业发展目前,美国、日本等一些发达国家都在限制化肥的生产和使用,积极进行替代产品的研制、开发。“微生物菌肥”作为一种新型肥料日益受到人们的重视。它通过高效固氮、解磷、解钾微生物建立的微生态循环链,提供作物生长所需要的养分,达到部分或基本取消化肥,同时确保农业增收的效果。我国农业部、国家环保总局已相继批准和注册,推出越来越多的“有益微生物(EM)”制剂和“生物菌肥”产品。“微生物菌肥”农业能从根本上减少化肥的施用量,它可能将是控制农田面源化肥流失的最好方法。(4)史杭农田灌溉农业绩效一些研究发现,当水田灌溉用水量减少31%~36%时,地表排水量减少78%~90%,氮素负荷量减少76%~80%,渗漏水氮素负荷量减少34%~40%,即灌溉用水量与化肥流失量之间呈现出一定的正相关关系。巢湖流域历来被誉为“鱼米之乡”,农田总面积6.48×105hm2,占流域陆地总面积的61.12%,其中可灌溉面积3.47×105hm2,旱涝保收面积2.67×105hm2。灌溉方式以大水浇灌、漫灌为主。较为完善的灌溉体系在带来农业增产的同时,也加重了化肥的流失,大量未被利用的化肥以溶解态的形式随农业排水汇入巢湖,刺激了藻类的异常增长。作为流域主要作物,水稻耗水量大(与旱作物相比亩均用水量大约为4∶1),化肥、农药需用量高,是氮、磷营养物流失的主要来源。原治淮委员会在多年试验、研究的基础上,提出了增产节水效果好,适应性较强,易于在江淮丘陵地区推广的四种灌溉模式,即“浅晒深湿”,“浅湿间歇”,“湿润灌溉”,“浅灌深蓄”。通过淠史杭灌区3年示范验证和4年推广应用,取得了显著的经济、社会和生态环境效益。由于巢湖流域毗临淠史杭灌区,具有与之相同的土壤、水文、气象条件,有利于水稻节水灌溉技术的推广、运用。2.2防止水土流失巢湖流域是水土流失较为严重的地区,轻、中度流失区约6745km2,占流域土地面积的67.86%,水土流失量达94×104t/a。每年因水土流失而输入巢湖的总氮945t(按含量0.1%计),总磷567t(按0.06%计),有机质1.4×104t(按1.5%计)。大量营养物的输入以及由泥沙淤积引起的湖盆变浅,进一步加速了巢湖富营养化进程。因此,控制水土流失也是非点源治理的重要内容。在巢湖流域所属的9个市、县中,巢湖市、庐江县、含山县属江淮丘陵中、轻度侵蚀区;舒城县、六安市属皖西大别山地丘陵中、强度侵蚀区,为水土流失的主要控制地区。根据安徽省小流域治理经验,考虑采取生物措施与工程措施相结合的方法控制水土流失。(1)园林绿化程度不平衡,生物增加量不能满足植被覆盖与土壤侵蚀是密切相关的。植物能有效地减少土壤侵蚀和水土流失,改善环境,这早已为人们所了解。目前,巢湖流域森林覆盖率低,仅为7%左右,虽然近几年来有所增加,但各市县绿化程度很不平衡。流域现有宜林荒地1129km2,约占流域土地面积的10.82%,如能实现造林绿化,可使流域林地覆盖率达17.82%,由此可减少水土流失12%左右。针对水土流失较严重的六安市、舒城县、含山县和庐江县等山地丘陵区,在巩固原有小流域治理成果的基础上,还应加大退耕还林、还草的力度,因地制宜地发展生态农业,合理安排好农、林、牧、副业用地。(2)冲刷力的测定在山地丘陵区,应根据水土流失的形式,坚持因害设防,开挖截流沟,截断地表径流,减缓地表径流的冲刷力。凡在25°以下的顺坡耕地都应改造成顺坡梯田、梯地,并搞好排水系统。由于沿湖农田基本上属于易被雨水冲刷的下蜀系黄土,冲刷模数高(可达2000~10000t/km2·a),采取等高垄作、培肥土壤和地埂等农业技术措施,可以截断径流,减轻雨水冲刷带来的影响。2.3岸浅截面植被缓冲带的稳定性巢湖沿岸湿地系统的丧失和滨岸高等水生植物的匮乏,使得沿岸浅滩截留并利用入湖营养盐的植被缓冲作用大大减弱。因此,建立环湖湿地保护系统,恢复和重建湖滨带水生植被,从而改变氮、磷入湖途径,也是控制非点源营养物入湖的重要措施。(1)人工湿地建设环湖湿地系统能有效地阻滞、截留地表径流携带的悬浮物,降解氮、磷营养物和其他有机物,这是从迁移、转化途径上控制陆域地表径流营养物入湖的最后一道防线。为此,考虑将沿湖地势低洼、经济效益不高的农田、鱼塘恢复为湿地,通过种植莲藕、茭草、香蒲等植物改造成人工湿地生态系统。由于莲藕、香蒲等具有很好的经济价值,这种方式一般较易为百姓所接受。(2)降低沉积物的再悬浮水生高等植被,如芦苇、茭草等具有良好的物理阻滞作用,通过消浪,促使沉积,降低沉积物的再悬浮,并大量吸收水体和沉积物中的营养盐。在巢湖生态修复工程中,可在湖滨浅水水域种植芦苇、茭草等挺水植物,还可引种商品附加值高的杞柳等多年生落叶灌木。(3)入湖河口生态系统改造入湖河流是巢湖营养物主要输入途径,通过河道汇入湖泊的总磷占输入总磷量的95.23%,总氮占输入总氮量的90.18%。因此,改造入湖河口生态系统,充分发挥入湖河口自然净化作用,是从水域径流控制氮、磷入湖的主要措施。根据各河流对湖泊营养盐输入的贡献率,考虑在丰乐河—杭埠河,南淝河—店埠河,白石山河入湖河口一段距离内(约1~2km),建造由不同生态类型水生植被构成的相互交错结构的水生植被群落,达到除去上游水中氮、磷,净化入湖水质的目的。3水污染防治对