中科院水生所多项技术为洱海水生态系统恢复保驾护航
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编者按
当前洱海处于富营养化初期，其水生态系统具敏感性和脆弱性，是保护治理的最佳时期。“十一五”期间，中国科学院水生生物研究所（以下简称“中科院水生所”）牵头多家单位对洱海水生态系统退化机制开展深入研究，“十二五”针对水生植被退化与群落结构单优化、底泥内源污染释放、鱼类生态控藻与应急除藻等问题，研发和集成洱海湖泊生境改善系列关键技术，并在地方相关生态修复工程的配套支撑下进行工程示范，取得良好成效。示范区洱海红山湾水生水生态系统恢复良好，相比基础年（2012年）水生植被面积增加43%，水体透明度提高20%，为后续洱海水生态系统修复提供了有力支撑。
洱海“水下森林”种苗基地
主要成果
洱海目前已处于中营养向富营养的转变过程，虽然水质总体尚好，但其生态系统已经发生了较大变化。主要表现为：沉水植物面积萎缩，群落结构趋于单优化；外源入湖污染大，内源累积污染重；水体藻类密度高，鱼类控藻效率差，水华风险高。“十二五”期间，中科院水生所牵头，由中国环境科学院研究院、武汉大学、大理大学和大理市洱海投资建设有限公司参与组建科研团队，承担国家水体污染控制与治理重大科技专项——洱海项目第四课题的研究任务，针对洱海湖内水生态系统存在的主要问题，研发了底泥污染阻控与入湖外源污染综合控制技术、洱海退化生境修复综合技术以及洱海藻类控制与水华应急处理技术，并在地方政府的支持下，在洱海红山湾对相关技术进行工程示范，取得良好成效。
课题组在对洱海水生态环境进行详细调查的基础上，获得了洱海及重点湖湾（红山湾）沉积物污染特征，揭示了外源入湖污染负荷与沉积物内源污染间的关系，研发了基于底泥改性的物理化学生物联合阻控技术，形成了洱海沉积物内源控制方案，提出了推进洱海沉积物氮磷污染控制工程方案研究的建议；获得了水生植被特征和鱼类群落特征、洱海水生植被分布的限制因子及其阈值以及洱海水生植物群落结构优化的关键参数，划分了洱海草藻相互作用的3种状态及阈值，研发了洱海生态水位调控技术、水生植被恢复与群落优化技术以及退化生境综合改善综合技术；获得了洱海鱼类群落和藻类水华特征，研发了基于洱海鱼类结构调整的生态控藻技术、浮游动物的保育与增殖技术以及可移动式蓝藻水华陷阱除藻技术。在此基础上，集成洱海退化生境改善综合技术和方案。
在地方政府的支持下，相关技术在洱海红山湾开展技术示范，对改善湖湾水质、恢复水生植被和防控藻类水华起到良好作用。监测数据表明，示范区的外源污染（总氮、总磷）削减率分别达到58.7%和75.4%；示范区水体透明度达到2.27m，比基础年（2012年）提高20.11%；通过拦截装置使叶绿素a浓度削减50.61%，示范区内藻类生物量平均为3.41mg/L，比基础年降低21.06%；综合示范区内，2017年6月水生植被面积达4.24km2，比基础年扩大了43.2%，覆盖度增加了43.2%，生物多样性指数1.26，比基础年提高了31.25%。
关键技术
1.研发了基于水文调控促洱海水生植被面积扩增技术
水生植物生长与分布对水位极为敏感，在富营养湖泊中水下光照不足是限制沉水植物生长的关键因素。课题组基于洱海水生植被和水环境的详细调查，结合实验研究，确定了限制洱海水生植被分布的关键生境因子为：水下光照强度、水深和底泥特性；全湖沉水植被分布的最低光照需求阈值为0.72%的水面光照强度，在透明度为1.9米的情况下沉水植被成片分布的最大水深为4.5米，当底泥烧失重大于17%时沉水植被长势差。因此，依据水生植物生长对光照的需求和生活史特征，在水生植被复苏生长期（3月~6月），通过适度降低湖泊水位可以增加深水区底部的光照强度和面积，进而促进沉水植物幼苗的生长，从而使水生植被分布向深水区扩张。基于洱海水生植被和环境要素的长期监测，在获得海量数据的基础上，首次建立洱海水位运行、水下地形和水生植被分布的匹配关系。此研究首次系统地建立水生植被分布与水位调控的定量关系，精准指导洱海水位运行，有效促进洱海水生植被恢复。
洱海水生植被面积扩增技术
2.研发了湖湾水生植被群落优化技术
课题组基于洱海沉水植物的详细调查，获得12种沉水植物的生长水深、光照需求和生物量的基础数据，在实验研究中采用急性铵处理的方法，研究这些沉水植物的碳氮代谢稳定性。分析表明，沉水植物应对铵胁迫时的碳氮代谢稳定性与它们的生长水深、光照需求和生物量密切相关，据此判断出植物的耐弱光能力。此研究成果有望为受污染湖泊的植被修复中水生植物选种和耐污水生植物培育等提供科学依据。在沼泽化的浅水湖泊或湖湾，通过人工方式清除部分挺水和浮叶植物或控制其生物量，降低其在水生植被中的相对丰度，从而在浅水区创造出空缺生态位，促进浅水区沉水植被恢复和扩张，有利于多种沉水植物进入空缺生态位并展开竞争，从而提高沉水植物生物多样性。沉水植物光合放氧到水体中，改变水体溶解氧含量，为需氧水生生物创造栖息环境。
首先，详细调查洱海近岸水域的水生植被，分析植被群落组成和各类植物的生活史特征，判别挺水和浮叶植物是否对沉水植物造成负面影响及其程度，分析挺水和浮叶植物的生物量和底泥有机质含量，判别水域是否具有沼泽化趋势；其次，依据挺水和浮叶植物的生活史特征和生物量丰度，分时、分区、分类收割或清除部分挺水和浮叶植物，为沉水植物创造生存空间；第三，依据水域的沉水植被群落组成情况，人工引种沉水植物，或让周边沉水植物自然进入水域，从而提高沉水植被盖度和多样性。
3.阐明外源与内源污染的关系，研发了底泥改性阻控污染释放技术
氮磷污染沉积物勘测，分析沉积物氮磷污染分布及释放规律，对氮磷污染沉积物重点控制区进行识别，确定污染沉积物储量及沉积物氮磷污染控制技术，指导洱海沉积物氮磷污染控制方案研究。
湖泊富营养化成为近年来国内外重要的环境问题之一。沉积物作为湖泊生态系统的重要营养库，在湖泊外源污染物输入量逐步被控制的情况下，沉积物内源营养物的释放可能会成为湖泊富营养化重要的氮磷营养源，即沉积物营养盐释放特征对湖泊水体营养盐迁移转化有重要影响。因此，如何控制沉积物内源氮磷释放已成为控制湖泊富营养化的国际问题。国内外众多研究机构探索了多种控制沉积物内源氮磷释放的技术方法，其中主要有针对沉积物的工程措施、改变沉积物物理性状的方法、改变沉积物化学性状的方法，以及利用生态系统物质转移规律的生物学方法。很多成功案例均采用了多种方法相结合的集成技术。
在前人研究的基础上，本课题研发的湖泊内源控制砖体及其使用方法，通过对湖泊底泥在煅烧后的砖坯上表面打出多个种植孔，得到湖泊内源控制砖体。将湖泊内源控制砖体放入湖泊后，可降低底层水体的应切力及水体流动对沉积物的扰动，从而降低沉积物再悬浮的营养盐释放，砖体具有吸附水体氮磷的能力，可以有效改善泥-水界面的化学性状，控制沉积物氮磷释放，砖体有利于沉水植物的定植和扩增，从而达到物理、化学和生物综合技术控制沉积物内源释放的效果。此方法不用外加物质，防止对湖泊造成二次污染，技术具有国内领先水平。
近年来洱海保护治理措施逐步加强，流域外源污染输入得到初步遏制；伴随截污治理工程的逐步完工，沉积物氮磷释放对洱海水质影响将日益显现，将成为影响洱海水质及藻类水华的重要氮磷来源。为此，课题组开展了洱海
4.研发了洱海鱼类结构调控技术，增强生态控藻效率
洱海现有鱼类总计31种（隶属于11科26属），其中外来鱼类有22种；特有土著鱼类有7种，均处于濒危状态。外来的优势小型鱼类主要是太湖新银鱼、子陵吻鰕虎鱼、波氏吻鰕虎鱼、小黄黝鱼、麦穗鱼。以鲢、鳙为主的人工放流增殖是洱海渔业的主体，近年来总的渔产量维持在5000吨左右，鲢/鳙放养量约占整个放流鱼类重量的80%~85％。渔获物中绝大部分种类为小型鱼类和一年生鱼类，大中型鱼类的高龄个体（4＋龄以上）极少，鱼类群落出现了明显的小型化现象。针对渔业管理方面存在的问题，课题组提出了多条建议，受到洱海地方管理部门的高度重视，大部分建议被采纳。通过对洱海渔业资源保护与增殖放流及封湖禁渔项目的跟踪监测与评估（2012年～2017年），提出了洱海鲢/鳙放养的规格和数量调整，并对鲢/鳙的合适捕捞时间和封湖禁渔时间等提出了具体建议，得到地方相关部门的认可并实施。以北部鳌山湾为依托，构建了0.7km2大型控藻围栏工程，用于鱼类调控的生态控藻技术示范，目前运行良好。
洱海银鱼自1989年引入以来，于20世纪90年代形成了捕捞种群，一直以来种群稳定在800吨～1200吨。洱海银鱼主要摄食大型浮游动物，随着个体增加，其对浮游动物的选择性摄食能力也加强，进而影响洱海水质。为了更好地提升洱海水质，自2015年开始，地方相关部门采纳了课题的研究成果建议，开始自在禁渔期对银鱼实行特许捕捞，每年的7月～8月开展为期1个月的银鱼特许捕捞，取得了较好效果，削减了银鱼20%～30%的种群数量。通过以水生植物恢复为主的生境改善手段，研发了浮游甲壳动物的保育与增殖技术，进一步支撑了洱海对外来引种银鱼等食浮游动物食性鱼类的调控措施。
5.研发了可移动式蓝藻水华陷阱除藻技术
“移动式蓝藻水华陷阱除藻系统”具有智能供电、移动走航、主动收集蓝藻等特点，能够适应洱海蓝藻水华的低浓度、间发性、易受风向和水流影响等特点，对蓝藻水华具有较高的拦截效率和浓缩效果，特别适合微风条件下较高浓度的藻类水华。此系统的安装和运行，结合絮凝打捞技术，可实现洱海蓝藻水华的打捞去除，并促进“削减洱海藻源性污染”的项目总体目标完成。此设备如果与岸基的收藻系统和远程输送系统相结合，能进一步实现蓝藻水华不落地、无污染的处置流程，与其他类似设备相比具有明显优势。
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