中科院水生所多項技術為洱海水生態系統恢復保駕護航
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編者按
當前洱海處于富營養化初期，其水生態系統具敏感性和脆弱性，是保護治理的最佳時期。“十一五”期間，中國科學院水生生物研究所（以下簡稱“中科院水生所”）牽頭多家單位對洱海水生態系統退化機制開展深入研究，“十二五”針對水生植被退化與群落結構單優化、底泥內源污染釋放、魚類生態控藻與應急除藻等問題，研發和集成洱海湖泊生境改善系列關鍵技術，并在地方相關生態修復工程的配套支撐下進行工程示范，取得良好成效。示范區洱海紅山灣水生水生態系統恢復良好，相比基礎年（2012年）水生植被面積增加43%，水體透明度提高20%，為后續洱海水生態系統修復提供了有力支撐。
洱海“水下森林”種苗基地
主要成果
洱海目前已處于中營養向富營養的轉變過程，雖然水質總體尚好，但其生態系統已經發生了較大變化。主要表現為：沉水植物面積萎縮，群落結構趨于單優化；外源入湖污染大，內源累積污染重；水體藻類密度高，魚類控藻效率差，水華風險高。“十二五”期間，中科院水生所牽頭，由中國環境科學院研究院、武漢大學、大理大學和大理市洱海投資建設有限公司參與組建科研團隊，承擔國家水體污染控制與治理重大科技專項——洱海項目第四課題的研究任務，針對洱海湖內水生態系統存在的主要問題，研發了底泥污染阻控與入湖外源污染綜合控制技術、洱海退化生境修復綜合技術以及洱海藻類控制與水華應急處理技術，并在地方政府的支持下，在洱海紅山灣對相關技術進行工程示范，取得良好成效。
課題組在對洱海水生態環境進行詳細調查的基礎上，獲得了洱海及重點湖灣（紅山灣）沉積物污染特征，揭示了外源入湖污染負荷與沉積物內源污染間的關系，研發了基于底泥改性的物理化學生物聯合阻控技術，形成了洱海沉積物內源控制方案，提出了推進洱海沉積物氮磷污染控制工程方案研究的建議；獲得了水生植被特征和魚類群落特征、洱海水生植被分布的限制因子及其閾值以及洱海水生植物群落結構優化的關鍵參數，劃分了洱海草藻相互作用的3種狀態及閾值，研發了洱海生態水位調控技術、水生植被恢復與群落優化技術以及退化生境綜合改善綜合技術；獲得了洱海魚類群落和藻類水華特征，研發了基于洱海魚類結構調整的生態控藻技術、浮游動物的保育與增殖技術以及可移動式藍藻水華陷阱除藻技術。在此基礎上，集成洱海退化生境改善綜合技術和方案。
在地方政府的支持下，相關技術在洱海紅山灣開展技術示范，對改善湖灣水質、恢復水生植被和防控藻類水華起到良好作用。監測數據表明，示范區的外源污染（總氮、總磷）削減率分別達到58.7%和75.4%；示范區水體透明度達到2.27m，比基礎年（2012年）提高20.11%；通過攔截裝置使葉綠素a濃度削減50.61%，示范區內藻類生物量平均為3.41mg/L，比基礎年降低21.06%；綜合示范區內，2017年6月水生植被面積達4.24km2，比基礎年擴大了43.2%，覆蓋度增加了43.2%，生物多樣性指數1.26，比基礎年提高了31.25%。
關鍵技術
1.研發了基于水文調控促洱海水生植被面積擴增技術
水生植物生長與分布對水位極為敏感，在富營養湖泊中水下光照不足是限制沉水植物生長的關鍵因素。課題組基于洱海水生植被和水環境的詳細調查，結合實驗研究，確定了限制洱海水生植被分布的關鍵生境因子為：水下光照強度、水深和底泥特性；全湖沉水植被分布的最低光照需求閾值為0.72%的水面光照強度，在透明度為1.9米的情況下沉水植被成片分布的最大水深為4.5米，當底泥燒失重大于17%時沉水植被長勢差。因此，依據水生植物生長對光照的需求和生活史特征，在水生植被復蘇生長期（3月~6月），通過適度降低湖泊水位可以增加深水區底部的光照強度和面積，進而促進沉水植物幼苗的生長，從而使水生植被分布向深水區擴張。基于洱海水生植被和環境要素的長期監測，在獲得海量數據的基礎上，首次建立洱海水位運行、水下地形和水生植被分布的匹配關系。此研究首次系統地建立水生植被分布與水位調控的定量關系，精準指導洱海水位運行，有效促進洱海水生植被恢復。
洱海水生植被面積擴增技術
2.研發了湖灣水生植被群落優化技術
課題組基于洱海沉水植物的詳細調查，獲得12種沉水植物的生長水深、光照需求和生物量的基礎數據，在實驗研究中采用急性銨處理的方法，研究這些沉水植物的碳氮代謝穩定性。分析表明，沉水植物應對銨脅迫時的碳氮代謝穩定性與它們的生長水深、光照需求和生物量密切相關，據此判斷出植物的耐弱光能力。此研究成果有望為受污染湖泊的植被修復中水生植物選種和耐污水生植物培育等提供科學依據。在沼澤化的淺水湖泊或湖灣，通過人工方式清除部分挺水和浮葉植物或控制其生物量，降低其在水生植被中的相對豐度，從而在淺水區創造出空缺生態位，促進淺水區沉水植被恢復和擴張，有利于多種沉水植物進入空缺生態位并展開競爭，從而提高沉水植物生物多樣性。沉水植物光合放氧到水體中，改變水體溶解氧含量，為需氧水生生物創造棲息環境。
首先，詳細調查洱海近岸水域的水生植被，分析植被群落組成和各類植物的生活史特征，判別挺水和浮葉植物是否對沉水植物造成負面影響及其程度，分析挺水和浮葉植物的生物量和底泥有機質含量，判別水域是否具有沼澤化趨勢；其次，依據挺水和浮葉植物的生活史特征和生物量豐度，分時、分區、分類收割或清除部分挺水和浮葉植物，為沉水植物創造生存空間；第三，依據水域的沉水植被群落組成情況，人工引種沉水植物，或讓周邊沉水植物自然進入水域，從而提高沉水植被蓋度和多樣性。
3.闡明外源與內源污染的關系，研發了底泥改性阻控污染釋放技術
氮磷污染沉積物勘測，分析沉積物氮磷污染分布及釋放規律，對氮磷污染沉積物重點控制區進行識別，確定污染沉積物儲量及沉積物氮磷污染控制技術，指導洱海沉積物氮磷污染控制方案研究。
湖泊富營養化成為近年來國內外重要的環境問題之一。沉積物作為湖泊生態系統的重要營養庫，在湖泊外源污染物輸入量逐步被控制的情況下，沉積物內源營養物的釋放可能會成為湖泊富營養化重要的氮磷營養源，即沉積物營養鹽釋放特征對湖泊水體營養鹽遷移轉化有重要影響。因此，如何控制沉積物內源氮磷釋放已成為控制湖泊富營養化的國際問題。國內外眾多研究機構探索了多種控制沉積物內源氮磷釋放的技術方法，其中主要有針對沉積物的工程措施、改變沉積物物理性狀的方法、改變沉積物化學性狀的方法，以及利用生態系統物質轉移規律的生物學方法。很多成功案例均采用了多種方法相結合的集成技術。
在前人研究的基礎上，本課題研發的湖泊內源控制磚體及其使用方法，通過對湖泊底泥在煅燒后的磚坯上表面打出多個種植孔，得到湖泊內源控制磚體。將湖泊內源控制磚體放入湖泊后，可降低底層水體的應切力及水體流動對沉積物的擾動，從而降低沉積物再懸浮的營養鹽釋放，磚體具有吸附水體氮磷的能力，可以有效改善泥-水界面的化學性狀，控制沉積物氮磷釋放，磚體有利于沉水植物的定植和擴增，從而達到物理、化學和生物綜合技術控制沉積物內源釋放的效果。此方法不用外加物質，防止對湖泊造成二次污染，技術具有國內領先水平。
近年來洱海保護治理措施逐步加強，流域外源污染輸入得到初步遏制；伴隨截污治理工程的逐步完工，沉積物氮磷釋放對洱海水質影響將日益顯現，將成為影響洱海水質及藻類水華的重要氮磷來源。為此，課題組開展了洱海
4.研發了洱海魚類結構調控技術，增強生態控藻效率
洱海現有魚類總計31種（隸屬于11科26屬），其中外來魚類有22種；特有土著魚類有7種，均處于瀕危狀態。外來的優勢小型魚類主要是太湖新銀魚、子陵吻鰕虎魚、波氏吻鰕虎魚、小黃黝魚、麥穗魚。以鰱、鳙為主的人工放流增殖是洱海漁業的主體，近年來總的漁產量維持在5000噸左右，鰱/鳙放養量約占整個放流魚類重量的80%~85％。漁獲物中絕大部分種類為小型魚類和一年生魚類，大中型魚類的高齡個體（4＋齡以上）極少，魚類群落出現了明顯的小型化現象。針對漁業管理方面存在的問題，課題組提出了多條建議，受到洱海地方管理部門的高度重視，大部分建議被采納。通過對洱海漁業資源保護與增殖放流及封湖禁漁項目的跟蹤監測與評估（2012年～2017年），提出了洱海鰱/鳙放養的規格和數量調整，并對鰱/鳙的合適捕撈時間和封湖禁漁時間等提出了具體建議，得到地方相關部門的認可并實施。以北部鰲山灣為依托，構建了0.7km2大型控藻圍欄工程，用于魚類調控的生態控藻技術示范，目前運行良好。
洱海銀魚自1989年引入以來，于20世紀90年代形成了捕撈種群，一直以來種群穩定在800噸～1200噸。洱海銀魚主要攝食大型浮游動物，隨著個體增加，其對浮游動物的選擇性攝食能力也加強，進而影響洱海水質。為了更好地提升洱海水質，自2015年開始，地方相關部門采納了課題的研究成果建議，開始自在禁漁期對銀魚實行特許捕撈，每年的7月～8月開展為期1個月的銀魚特許捕撈，取得了較好效果，削減了銀魚20%～30%的種群數量。通過以水生植物恢復為主的生境改善手段，研發了浮游甲殼動物的保育與增殖技術，進一步支撐了洱海對外來引種銀魚等食浮游動物食性魚類的調控措施。
5.研發了可移動式藍藻水華陷阱除藻技術
“移動式藍藻水華陷阱除藻系統”具有智能供電、移動走航、主動收集藍藻等特點，能夠適應洱海藍藻水華的低濃度、間發性、易受風向和水流影響等特點，對藍藻水華具有較高的攔截效率和濃縮效果，特別適合微風條件下較高濃度的藻類水華。此系統的安裝和運行，結合絮凝打撈技術，可實現洱海藍藻水華的打撈去除，并促進“削減洱海藻源性污染”的項目總體目標完成。此設備如果與岸基的收藻系統和遠程輸送系統相結合，能進一步實現藍藻水華不落地、無污染的處置流程，與其他類似設備相比具有明顯優勢。
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