湖泊水生植物管理方案探讨

第一作者:陈书琴,男,1977年生,硕士研究生,研究方向为环境科学和湖泊生态学。3国家重点基础研究发展规划项目(No 12002CB412307);国家“十五”重大科技专项资助项目(No 12002AA601013)。

湖泊水生植物管理方案探讨3

陈书琴1,2,3　许秋瑾2　胡社荣1　金相灿2　颜昌宙2　王兴民2

(1.中国矿业大学资源与安全工程学院,北京100083;

2.中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地,北京100012;

3.安庆师范学院,安徽　安庆246011)

摘要　根据湖泊水生植物的分布面积及生物量差异,大致可以将湖泊分为水生植物过量生长、水生植物适度生长以及水生植

物高度退化、消亡三大类型。对这3种湖泊进行了分析研究,分别拟订了具有针对性的湖泊水生植物管理方案,并提出了湖泊水生植物管理方案实施的前提条件和有效保障措施,对目前中国富营养化湖泊的治理,特别是水生植物恢复工程实施后的后续管理具有一定的借鉴意义。

关键词　湖泊　水生植物　管理

Management of m acrophytes in lakes Chen S huqin 1,2,3,X u Qi uj in 2,H u S herong 1,J in X iangcan 2,Yan Changzou 2,W ang X ingmin 2.(1.China Universit y of M ining and Technology ,B ei j ing 100083;2.Chinese Research A cadem y of Envi ronmental S ciences ,B ei j ing 100012;3.A nqing N ormal College ,A nqing A nhui 246011)

Abstract :　Based on distribution ,diversity and quantity of macrophytes ,lakes are divided into three types :ex 2cessive 2growth lake ,appropriate 2growth lake and negative 2growth lake.The three types of lakes are presented with their characteristics ,problems and corresponding solutions.Effective macrophytes management programs and the as 2sociated premises ,protection and control measures ,and implementation schemes are proposed for improving quality of macrophytes in lakes ,especially eutrophic lakes.

K eyw ords :　Lake Macrophytes Management

人类经济活动对湖泊生态系统的负面影响显

著,根据1989-1993年对全国131个主要湖泊的调查,污染程度严重的有28个,占所调查湖泊总数的2114%,轻度污染的有61个,占4615%,仅有3211%的湖泊未受污染[1]。2005年6月,国家环保

总局发布《地表水水质报告》指出,全国26个重点湖库中,达不到Ⅲ类水质标准的占7311%,未受污染湖泊比例进一步下降,仅为2619%。当前,水体富营养化已经成为我国湖泊面临的最重要的环境问题[2]。水体富营养化使得湖泊生态系统严重恶化,水华暴发,大型水生植物异常增殖或退化消失。而大型水生植物在湖泊生态系统中具有十分重要的地位,恢复、重建受损湖泊生态系统的关键在于恢复并维持大型水生植物生物量,其周期一般长达数十年,费用高达每平方公里数亿元,代价十分巨大。因此,我国湖泊环境保护的重点在于预防和管理,基本方针是保护未受污染湖泊、维持轻污染湖泊、整治修复重污染湖泊。湖泊水生植物管理方案的建立和实施能有效保护湖泊高等水生植物,从而维持湖泊生态功能。

1　湖泊水生植物管理方案实施的前提保障条件

正常的水体生态功能是湖泊水生植物得以健康生长的前提条件,也是湖泊水生植物管理方案得以实施的重要保障。富营养化湖泊水体存在的主要问题是营养盐过高,要控制水体营养盐浓度,就必须加强污染源控制。污染源控制包括外源控制和内源控制。实践中,对外源而言,点污染源控制主要采取截污、污水改道和污水除磷等措施。面污染源控制主要采取生态农业、施用高效肥及农药、人工湖滨湿地缓冲和水陆交错带保护等措施。然而,单纯的外源控制手段对水体叶绿素及藻类组成影响不大。Car 2volho 等[3]分析了外源控制手段对Rost herne 湖的

影响,结果表明,外源控制能显著降低湖水中的营养盐浓度,但却无助于降低湖水中叶绿素含量。Welch 等[4]报道了用营养盐含量低的水冲刷和控制

外源污染对美国Moses 湖营养状态和藻类组成的影响,该湖自1977年起引入低营养盐水冲刷,引水速率为812m 3/s ,每年冲刷183d ,全湖平均冲刷率为0146%,个别湖区达5180%,但结果并不理想,与

引水前相比,短期内水体营养盐维持在较低状态,但水体藻类组分并无变化,这直接导致了1985年的水华暴发。因此,在外源控制的基础上,必须进行内源控制。内源控制措施包括疏浚底泥、投放化学药品钝化营养盐活性等。事实上,纯粹的污染源控制并不能达到根治湖泊富营养化的目的。1998年3月南京玄武湖清淤并引入大量江水恢复水位,短期内湖水Chla下降明显,但是并不能长久维持。而众多学者使用水生高等植物去除污水和天然水体中的营养物,取得了非常理想的效果[528]。因此,污染源控制必须和水生植物生态恢复相结合,才能更有效地恢复湖泊的生态功能。污染源控制是湖泊水生植物得以恢复生长的前提条件,而湖泊水生植物管理则为水体功能维持提供保障。

2　湖泊水生植物管理具体方案研究

湖泊水生植物管理具体方案应根据湖泊水生植物现有生物量、沉水植物的生物量以及水生植物种类等具体情况,分别对待,采取不同的管理方案,建立适宜于不同类型湖泊的优化管理模式。

211水生植物过量生长的湖泊

相关研究表明,当水深1m左右时,湖泊大型水生植物最佳保有生物量为3kg/m2;当水深大于1m 时,湖泊大型水生植物最佳保有生物量应保持在2 kg/m2。当湖泊富营养化达到一定程度时,有可能出现水生植物的过量生长。根据金相灿等[9]的研究,此类湖泊约占调查湖泊总数的414%,例如内蒙古乌梁素海,其TP达到011mg/L以上,TN是TP 的10倍,湖面1/2成为芦苇区,其余均被沉水植物占据,沉水植物初级生产力为1210kg/m2[10]。大型水生植物过量生长,如果不加控制,会导致湖底淤积抬升,加速湖泊沼泽化,应采取有效措施,减少过多的生物量。

(1)水生植物生物量输出。水生植物生物量输出的主要手段是收割。工具主要有推刀、镰刀、竹竿及相关机械。

(2)生物操纵。基于下行效应原理,即指食物链顶层生物对食物链底层生物量的限制及影响, McQueen等[11]认为下行效应食物链越短,效果就越显著。对于湖内水草疯长,而人为收割利用数量有限的湖泊,可在湖内放养草食性鱼类摄食水草。按照洱海养鱼的经验,水草的饵料系数为100∶1,根据所放养湖泊水草生物量的50%计算放养草食性鱼类的数量。

(3)发展饲料产业。国内许多湖泊沿岸多建有鱼塘,使用饵料为人工配合饲料,既浪费资源,又增加生产成本。在富营养草型湖泊水生植物管理中,可鼓励引导投资,发展湖泊水草饲料产业,将湖内过量水草收割起来,加工后投塘养鱼。这样,不仅可以从水体移出部分水草、转移部分营养盐、防止水草死亡沉落湖底带来二次污染,而且能给地方经济带来效益。

212水生植物适量生长的湖泊

水生植物生物量维持在最佳保有生物量的湖泊约占调查湖泊总数的1516%,对此类湖泊应重点保护和维持现有水生植物生物量,并尽可能保持物种多样化。

21211湖内养殖管理

(1)严格控制草食性鱼类。草食性鱼类对水草的摄食具有选择性,因此会破坏湖泊水生植物群落多样性,还会导致某些植物分泌出毒素,以抵御捕食,影响水体正常功能。因此,对于草食性鱼类,必须严格控制在网箱范围,对洪涝期该类鱼种的逃逸也应有预防措施。

(2)控制网箱养鱼的数量及面积。网箱养鱼的关键是控制网箱的面积和数量。具体来说,应在整个湖泊生态系统营养平衡的基础上,通过实验研究确定其允许的最大围网养鱼规模,实行围网养鱼小型化、短期化和分散分布,以防止全湖或局部性环境和水生植物退化[12]。众多研究表明,湖泊网箱养鱼数量应控制在每1000亩水草面积设置1亩网箱较为合适。

(3)改变传统养殖模式。“小、精、高”的高密度养鱼模式逐步取代粗放粗养的常规养鱼模式,小网围精养的养鱼模式虽然经济效益较好,但由于污染严重,其规模受到一定的限制。有条件的地区,应逐步向网围蟹鱼混养模式、单养河蟹等特种水产养殖模式转化。鱼蟹混养效益好、污染少,可大力提倡[13]。

(4)提倡轮渔轮休的生态养殖模式。湖泊生态系统应该保持如下良性循环:水生植物养鱼,养鱼又不过分消耗水生植物。水生植物、鱼和水中营养物质之间形成合理比例。轮渔轮休可以使得水生植物在被利用之后能得到休养生息和自然恢复的机会。轮渔、轮休的生态模式,既发展了经济,又实现了自然资源的永续利用。

(5)建立生态渔业园区。加强对养殖环境的监测与管理,对围网养殖进行统一规划、合理布局。在

网围周围5倍于其面积内建立污染净化与饲草生产带,人工种植伊乐藻(Elodea N utt allii)、黑藻和苦草等高等水生植物,吸收围网养鱼的污染物,防止水草过度采割,最终达到保护湖泊水草资源的目的[14]。

21212水生植物保护与生态管理

针对湖内养殖与水生植物保护矛盾的局面,应划出专门的水生植物自然资源保护区。保护区呈多块镶嵌式,可设置成保护区在外、养殖区在内的格局,保护区内严格禁止养殖。这种方法对目前众多湖泊中濒临灭绝的水草有较好效果。也可选择适当连片湖区,约占湖区面积的5%～10%,以对难以实施禁渔区和禁捕期的湖区进行补救,一方面保护水生植物资源,另一方面也可维持渔业资源的可持续发展。在水生植物的生长期内,通过相应地补种或收割措施,使湖泊内的水生植物量保持在合适的生物量范围之内,并保持水生植物群落结构的稳定和协调。

213水生植物退化消亡的湖泊(藻型湖泊)

藻型湖泊是富营养化湖泊的代表型,在所调查的湖泊中约占80%。主要表现为一些敏感的水生植物群落灭绝或濒于灭绝,水生植物群落面积急剧减缩,并向浅水区迁移,水生植物群落面积向小型化发展,自养型浮游植物异常增殖。对于此类湖泊,应采取各种有效的水生植物恢复技术,尽可能快地恢复水生植物,特别是沉水植物。

21311改善水体局部理化环境

(1)围隔技术。围隔具有生态保护膜、过滤、导流、生物工程框架和限定湖水滞留时间等作用,同时围隔内部湖水的动力扰动减小,水体浊度低,有利于水生植物的恢复[15]。

(2)微生物技术。微生物(主要为细菌)在水体自净能力中具有重要作用。细菌在湖泊生物元素碳、氮、磷、硫和铁等的生物地球化学循环和湖内溶解氧的变动中起着极其重要的作用。投放高效微生物菌剂,有助于降低悬浮物质、总氮和水体有机质含量,改善水质。

(3)生物浮床技术。在飘浮于水面的人工浮体结构上栽植水生植物。主要目的营造生物生活空间,净化水质,改善景观,消波与保护湖岸等。生物浮床不仅能美化湖岸,而且能净化水质,为水生植物的自然恢复创造条件。

(4)超大流量曝气技术。利用机械搅动和曝气增加水体流动性,降低悬浮物质含量,增加水体溶氧量。

(5)生物隔离带技术。种植速生型的漂浮植物消浪,以利于沉水植物的恢复。

(6)“网箱养草”生物技术。即悬浮养殖沉水植物为水体增氧、吸收氮磷、增加水体透明度的“网箱养草”生物技术。

21312基底改造

基底管理主要是削除人为形成的不利于水生植物生长的陡坎,营造适宜水生植物生长的静水环境。拆除硬质护坡,尽可能营造大面积浅水区,使原来陡峭易蚀的湖岸区平缓化、稳定化,适合水生植物的生存和定居。

21313水生植物恢复

(1)水生植物扩增和重建。水生植物扩增与重建包括先锋物种繁育、湖内种植(直接播种法、营养体移植法和草皮移植法等)、水生植物生长维护、群落结构优化与生物多样性恢复。大体分为4个阶段:第一阶段,选择引种耐污性强的r2选择性植物作为先锋物种,如(苦草和菹草等),同时降低草食性鱼类放养强度;第二阶段,种植其他沉水植物种类以优化群落结构(轮叶黑藻、穗花狐尾藻和金鱼藻等),并适量放养蟹类以提高经济效益;第三阶段,引种挺水植物及浮水植物种类(莲、芡实和菱等),进一步丰富植物多样性,同时引入其他名特优品种(柴鱼、鲑鱼和青虾等)以提高经济效益;第四阶段,注意适度养殖、合理利用,进行生物多样性的定时监测。

(2)水生生态系统稳定化调控。稳定性是指系统受到外部扰动后保持和恢复其初始状态的能力。生态系统稳定化的过程,实际也是水生生物多样性恢复的过程,见图1所示

。

图1　水生生物多样性恢复的过程图

21314水生植物恢复管理的补充措施

(1)水位调控措施。由于水生植物的生长对光照和水体透明度的要求较高,特别是在水生植物的萌发期。由于水利工程的发展和完善,许多湖泊,特别是急待进行水生植物恢复的诸多城市湖泊,大多数入湖河流都建了闸门,使调控水位成为可能。所以可考虑在水生植物萌发期,通过调控水位,提高透明度和水下光照强度,促使沉水植物萌发和生长。

(2)驱赶不利于植物生长恢复的鱼类。草食性鱼类对水生植物具有很强的破坏作用。在水生植物的萌发期,对水生植物的恢复造成灾难性的破坏。杂食性鱼类,如鲤鱼上下窜动,将着生在湖底的水生植物嫩芽破坏殆尽。所以在水生植物恢复的同时,驱赶和捕获一定量的相关鱼类十分必要。

3水生植物管理方案的保障措施

(1)有效的水生植物管理法规。国家科委主任宋健认为“发挥法律的作用,是做好环保工作的重要举措。”湖泊水生植物管理法规有利于水生植物的保护和合理开发利用。

(2)专门的水生植物管理部门。该部门应由国家相关职能单位、当地利益相关团体代表以及胜任的技术人员和科学家组成。主要职能是对湖泊水生植物进行全面调查,科学分析,坚持生态效益、经济效益和社会效益相统一的原则,全面规划,统一管理。

(3)规范的民间非盈利组织。民间机构参与环保教育、技术传播、收集水质及水生植物监测数据、宣传恢复及保护水生植物的重要性和相关政策,使广大民众具有良好的环保意识。湖泊水生植物管理需要可持续的实施和管理体系,各个利益方的参与,尤其是当地老百姓的参与是非常重要的。

(4)经济杠杆调控。要把湖泊水生植物管理方案落到实处,除了政府拨款、国家财政支持外,更要提倡产业化的理念,鼓励成立专门的湖泊水生植物管理公司。该公司必须股权明晰,按照现代企业机制规范运作,具有自主研究创新能力,拥有系列湖泊水生植物修复与保护的核心技术,推进湖泊水生植物管理与资源利用的系统化和产业化进程。

(感谢中国环境科学研究院年跃刚副研究员和中科院水生生物研究所李敦海副研究员的大力帮助。)

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责任编辑:贺锋萍　(修改稿收到日期:2005210228)

中国9月实施生态工业园区标准

2006年9月1日,国家环境保护总局将根据已公布的三项标准对生态工业园区进行建设、管理和验收。这三项标准是:《综合类生态工业园区标准(试行)》,《行业类生态工业园区标准(试行)》和《静脉产业类生态工业园区标准(试行)》。规定基本条件和验收标准分别为21、19和20个,这些指标归纳为经济发展,物资减量与循环,污染控制和园区管理四类。国家环境保护总局生态工业园区试点始于2001年8月,第一个挂牌创建单位是广西贵港生态工业(制糖)示范园区,其后,辽宁、江苏、山东、天津、内蒙、新疆、浙江和广东等省市自治区,至今年8月,国家环境保护总局已论证通过生态工业园区建设规划19个。