太湖水生植被生态恢复技术研究进展

摘要 水生植被作为湖泊等水体重要的初级生产者之一，在维持湖泊水生态系统结构与功能中具有重要作用。太湖作为我国三大富营养湖泊之一，蓝藻水华等水环境问题非常突出，而其中的水生植被也存在退化现象。针对太湖等水体中水生植被的修复已存在迫切的需求，但由于水生植被修复的各个环节均存在一定的技术瓶颈，致使前期大部分水生植被修复工程均未取得较大突破。基于此，在“十一五”和“十二五”期间，国家水体污染控制与治理科技重大专项（简称水专项）设立了数个课题用于研发水生植被修复相关的各项技术，但大部分技术仍相对分散，未形成体系。在梳理“十一五”和“十二五”水专项各个课题水生植被修复相关技术的基础上，结合国内外已有相关技术研发现状，以太湖流域水生植被现状及生态修复技术存在问题为导向，对其中的关键技术进行了集成，形成了太湖湖体水生植被恢复成套技术。最后，结合目前技术研发现状，对今后相关技术的研究方向提出建议。

关键词 水专项;观测技术;生境改善;群落构建;长效管理

中图分类号 X 171.4文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）14-0018-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.14.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Advances in Aquatic Vegetation Ecological Remediation Techniques of Lake Taihu—Based on the Cases of the Water Project

XIE Li-ying1， XUE Qing-ju2

（1.Environmental Protection Monitoring Station of Xingcheng City， Liaoning Province， Xingcheng， Liaoning 125100;2.State Key Laboratory of Lake Science and Environment， Nanjing Institute of Geography and Limnology， Chinese Academy of Sciences， Nanjing， Jiangsu 210008）

Abstract As one of the important primary producers of lake ecosystem， aquatic vegetation plays an important role in maintaining the structure and function of lake ecosystem. The eutrophic Lake Taihu， which confronted with serious cyanobacteria blooms， also experienced obvious aquatic vegetation degradation. Thus， there is an urgent need for aquatic vegetation restoration in Lake Taihu. However， due to the technical bottlenecks in each link of aquatic vegetation restoration， most aquatic vegetation restoration projects have not made great breakthroughs in the early stage. Therefore， during the 11th and 12th Five-year Plan period， the National Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment （hereinafter referred to as the Water Special Project） has set up several projects for the research of various technologies related to aquatic vegetation restoration， but most of the technologies are still relatively dispersed and have not formed a system. Therefore， based on the relevant technologies of aquatic vegetation restoration in various Water Special Projects during this period， guided by the current status of aquatic vegetation in Lake Taihu and existing problems in ecological restoration technologies， integrated the key technologies and formed a complete set of aquatic vegetation restoration technologies for Lake Taihu. Finally， based on the status of technology research and development， some suggestions on future research direction of related technologies are put forward.

Key words Water Special Project;Observation techniques;Habitat improvement;Community assembly;Long-term effective management

水生植被是指在生理上依附于水环境，至少部分生殖周期发生在水中或水表面的植物类群，通常被用来代指一些大型水生植物，包括除小型藻类之外的所有水生植物类群[1]。水生植被作为湖泊等水体生态系统的重要组成部分，在维持水生态系统功能以及水生态健康过程中扮演着至关重要的角色[2-3]。首先，作为水生生态系统中重要的初级生产者，可为食物链中的初级消费者提供食物;其次，水生植物可在白天进行光合作用释放氧气，提高水体溶氧量，在夜间进行呼吸作用消耗氧气形成叶片局部低氧环境，促进相关微生物对氮、磷等元素在不同形态之间的转化[4];第三，水生植物不仅可通过根系或其他部位的吸收、过滤和固定等作用，改善水质，影响沉积物-水界面的物质交换，加速水体悬浮物与藻体沉降，并抑制沉积物再悬浮，还可通过化感作用抑制藻类生长[5-8];第四，为附着生物、底栖动物以及鱼类等提供栖息场所，增加生态位，提高湖泊生态系统的生物多样性稳定性[9-11]。因此，水生植物的分布通常是健康水体不可或缺的必要条件，这也是水生植被消失后，富营养化湖泊出现水质恶化、蓝藻水华爆发的最根本原因[12-13]。

太湖作为我国的第三大淡水湖，水面面积达2 338 km2，是我国三大富营养化湖泊之一。《太湖流域水环境综合治理总体方案》中指出，在“十一五”开始之前，2005年时太湖流域城镇化率已高达73%，全流域国内生产总值约占全国GDP的11.6%，人均生产总值是全国平均水平的3.4倍，单位国土面积经济收益约为全国平均水平的57倍。但随着经济的快速发展，大量的污染物也随之排入太湖流域。2005年，太湖流域水环境综合治理区废污水排放总量为33.14亿m3，总氮和总磷排放总量分别为14.16万和1.04万t。加之资源的不合理开发和利用，整个流域成为我国生态环境退化最为严重的地区之一，湖体水质急剧恶化，蓝藻水华呈常态暴发，而水生植被亦退化严重。结合历史资料发现，在20世纪50年代，高等水生植物在太湖湖内广泛分布，1960年的调查共记录66种维管植物，1981年与1961年相比优势种变化不大，但东太湖水生植物物种减少了6种[14-15]。进入20世纪90年代，北部湖区的水生植被明显退化，仅竺山湖有少量残存，东北部湖区及东部湖区水生植被反而持续扩张，从2002年开始，东太湖菰和芦苇分布区面积锐减，浮叶植被和沉水植被分布区面积及生物量显著上升，荇菜、伊乐藻、马来眼子菜等成为优势种[16-17]。到2014年，已有累计23种水生植物从太湖消失，北部湖区水生植被几乎消失，但东太湖仍然存在水生植被过量生长的问题[3]。

针对水生植被出现的退化等问题，在“十五”及更早时期，国内学者已在许多湖泊开展了水生植被恢复工作，但一直没有大的突破。所有这些工作，在工程实施期，水生植物的生长状况均较好，并对水质起到了一定的改善作用，但在工程结束后，特别是在软围隔撤除之后，刚刚建立起来的以高等水生植物为优势的生态系统便立刻崩溃[18-19]。鉴于此，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》要求，水体污染控制与治理科技重大专项（以下简称“水专项”）针对制约我国社会经济发展的重大水污染科技瓶颈问题，在“十一五”和“十二五”期间设立了近10个课题，用于重点突破水体水生植被修复等相关的关键技术和共性技术，并通过一系列的工程示范，达到示范区域水环境改善的目标。在经过近10年的研究和探索之后，水专项结题项目已积累了众多的水生植被修复相关的关键技术。因此，该研究在充分调研水专项已有相关技术的基础上，对现有技术进行了集成，并对相关技术的重大应用效果进行了分析，以期为相关研究和工程项目实施提供技术支撑，实现水专项研发技术的进一步应用和推广。

1 技术需求与集成路线

该技术集成以太湖流域水生植被现状及生态修复技术存在问题为导向，基于水生植被生态修复过程，针对不同修复流程中存在的问题提出对应的科技需求，筛选出相应的关键技术，最终形成一整套的水生植被修复集成技术。当前，太湖流域水生植被存在的问题主要包括生物多样性降低、分布区域缩减以及部分区域生物量过高等方面，而水生植被生态修复技术在生态修复流程的不同步骤均存在需要进一步深入研究或重点突破的需求。水生植被修复过程一般可包括问题分析、生境改善、群落构建以及后期管理等步骤，其中的主要问题如表1所示。

基于“十一五”和“十二五”期间研发的水生植被修复技术，将太湖水生植被恢复成套技术主要分为水生植被现状观测技术、水生植被生境改善技术、水生植被群落构建技术以及水生植被群落管理技术等4项关键技术，每项关键技术包含的单项技术如图1所示。

2 关键技术研究进展

2.1 水生植被现状观测技术

目前，水生植被调查方法仍以传统方法为主[20]，但传统方法不仅费时费力，还具有制图周期长，不能快速、大尺度地监测水生植物变化等特点。而遥感技术在此领域的应用便很好地填补了这一缺陷，遥感技术是在20世纪60年代发展起来，并在90年代开始得到广泛应用的一项对地观测技术[21-22]。水专项“太湖流域环境与生态综合管理平台建设与运行机制研究”课题便基于此项技术开展了太湖水生植被遥感监测方法研究，研发了太湖水生植被遥感反演模型和定量监测技术，形成了水生植被遥感反演模型和动态监测业务化运行体系，并构建了自动分析系统，支撑了由水质目标管理向水生态目标管理转变的技术需求[23]。

针对太湖区域，该技术选取高时间分辨率的MODIS作为太湖水生植被遥感监测的主要数据源，而环境卫星等数据作为辅助数据。通过多源、多时相、遥感数据进行处理、分析、评价和制图，结合实地核查，验证遥感监测水生植被模型与水生生态系统评价方法的实用效果，在长期业务化运行的基础上形成太湖区域水生植被快速、准确、连续、动态监测业务化体系，并以此来开展太湖水生态评价和监测[23]。