新方法、新理論為太湖環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)提供科技支撐*

秦伯強(qiáng) 朱廣偉 楊宏偉 李寬意

中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站 南京 210008

新方法、新理論為太湖環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)提供科技支撐*

秦伯強(qiáng) 朱廣偉 楊宏偉 李寬意

中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站 南京 210008

2007 年震驚中外的太湖藍(lán)藻危機(jī)事件暴發(fā)，太湖富營(yíng)養(yǎng)化及其藍(lán)藻水華治理成為國(guó)家和全民關(guān)注的重大而緊迫的問(wèn)題，對(duì)危機(jī)事件的應(yīng)急處置、藍(lán)藻水華暴發(fā)的科學(xué)解釋和未來(lái)十年太湖水環(huán)境的治理及生態(tài)恢復(fù)等，向科研工作提出了更高的要求。中科院太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站（簡(jiǎn)稱(chēng)“太湖站”）自建站以來(lái)對(duì)太湖進(jìn)行了全面、長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，開(kāi)展了淺水湖泊系統(tǒng)研究、環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研發(fā)和示范。特別是近十年來(lái)，在環(huán)保部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院等重大項(xiàng)目支持下，在太湖站野外科學(xué)平臺(tái)的支撐下，聯(lián)合院內(nèi)外科研人員進(jìn)行了多學(xué)科交叉研究，取得了一系列研究進(jìn)展。在學(xué)科建設(shè)方面逐步創(chuàng)建了湖泊現(xiàn)代過(guò)程物理、化學(xué)、生物多學(xué)科協(xié)同的野外原位研究方法，發(fā)展了湖泊科學(xué)環(huán)境要素過(guò)程與格局和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合的研究新局面，揭示了人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)湖泊關(guān)鍵生態(tài)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)作用，闡明了湖泊生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)環(huán)境變化的特征、區(qū)域差異和反饋機(jī)制，以及生態(tài)系統(tǒng)退化的環(huán)境作用機(jī)理；在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面提出了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理及生態(tài)恢復(fù)的方法與策略，應(yīng)用于太湖治理并取得了顯著成效。這些科研成果填補(bǔ)了大型淺水湖泊湖沼學(xué)研究的空白，不僅使我國(guó)的湖泊科學(xué)研究在國(guó)際湖泊科學(xué)研究前沿領(lǐng)域嶄露頭角，也使得太湖站成為了無(wú)可替代的野外科研支撐平臺(tái)和國(guó)際知名的湖泊科學(xué)研究基地。

湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，藍(lán)藻水華，飲用水保障，湖泊生態(tài)修復(fù)

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.06.013

太湖是我國(guó)第三大淡水湖泊，面積達(dá) 2 336 平方公里，平均水深只有 2 米，最大水深不及 3 米，是非常典型的大型淺水湖泊，具有獨(dú)特的地貌、環(huán)境、生態(tài)和水文條件。同時(shí)，太湖位于我國(guó)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)、城市化和工業(yè)化程度都較高的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，承擔(dān)著向蘇州、無(wú)錫、上海等大中城市供水的重要任務(wù)，以及旅游休閑、防洪排澇、水產(chǎn)養(yǎng)殖和航運(yùn)等多種生態(tài)服務(wù)功能，在區(qū)域氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)和生態(tài)安全等方面都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。自 20 世紀(jì) 80 年代起，太湖逐步趨于富營(yíng)養(yǎng)化，伴隨著水質(zhì)的不斷下降，其生態(tài)服務(wù)功能也受到日益嚴(yán)重的影響。在這樣的背景下，中科院南京地理與湖泊所太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站（簡(jiǎn)稱(chēng)“太湖站”）應(yīng)運(yùn)而生。1987 年，位于太湖北岸梅梁灣與貢湖灣夾角頂端的太湖站正式開(kāi)始建設(shè)。迄今為止已經(jīng)開(kāi)展了太湖監(jiān)測(cè)、研究、示范等科研工作近 30 年。

2007 年 5 月份，震驚中外的太湖藍(lán)藻危機(jī)事件暴發(fā)，導(dǎo)致無(wú)錫市約 80% 區(qū)域的飲用水供應(yīng)中斷近一周時(shí)間（圖 1）。太湖站根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明確指出，自20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)太湖的水環(huán)境質(zhì)量平均每十年下降一個(gè)等級(jí)（圖 2）；水體逐步趨于富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻水華暴發(fā)頻率和范圍逐步擴(kuò)大，最終危及太湖飲用水安全供給生態(tài)服務(wù)功能。面對(duì)太湖如此險(xiǎn)峻的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，面對(duì)中央及地方對(duì)于太湖治理的緊迫需求，太湖站勇敢地承擔(dān)起歷史使命，為太湖近十年大規(guī)模治理和生態(tài)修復(fù)提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐，為太湖流域環(huán)境改善和生態(tài)安全作出了不可替代的貢獻(xiàn)，得到了各級(jí)政府及國(guó)內(nèi)外同行的高度評(píng)價(jià)。

圖1 2007年5月29日太湖藍(lán)藻危機(jī)事件左：湖面密布的藍(lán)藻水華；右：居民飲用水散發(fā)濃烈的異味

圖2 太湖水環(huán)境質(zhì)量演化

1 創(chuàng)新湖泊生態(tài)環(huán)境研究新技術(shù)和新方法，發(fā)展了大型淺水湖泊環(huán)境要素過(guò)程與格局和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合的研究方法體系

始于 20 世紀(jì) 60 年代的太湖調(diào)查研究，主要是通過(guò)野外調(diào)查和科學(xué)考察獲取概念性的資料，服務(wù)于湖泊資源開(kāi)發(fā)利用的目標(biāo)，已無(wú)法滿(mǎn)足 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)湖泊污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等問(wèn)題的研究需求。而以太湖為代表的大型淺水湖泊一直是國(guó)際湖沼學(xué)研究的薄弱領(lǐng)域，湖泊現(xiàn)代過(guò)程與生態(tài)環(huán)境變化關(guān)系的研究幾近空白。利用太湖站自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)淺水湖泊自然過(guò)程與人類(lèi)活動(dòng)疊加復(fù)雜、多因子相互作用劇烈的特點(diǎn)，在 21 世紀(jì)初提出了“抓過(guò)程、釋機(jī)理”的湖泊系統(tǒng)研究思想[1]。通過(guò)對(duì)湖泊水文氣象、環(huán)境化學(xué)和生物生態(tài)等多參數(shù)的同步觀測(cè)，結(jié)合風(fēng)浪、底泥懸浮和藍(lán)藻水華暴發(fā)等過(guò)程的捕捉（圖 3），創(chuàng)建了湖泊現(xiàn)代過(guò)程物理、化學(xué)、生物多學(xué)科協(xié)同的野外原位研究方法[2,3]，實(shí)現(xiàn)了湖泊科學(xué)從傳統(tǒng)考察和調(diào)查到過(guò)程與格局、結(jié)構(gòu)和功能相結(jié)合的研究方法的轉(zhuǎn)變。2007 年，太湖站率先于國(guó)內(nèi)建成了第一套湖泊高頻、無(wú)線(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，隨后擴(kuò)展到對(duì)整個(gè)北太湖進(jìn)行水文氣象、水質(zhì)、生物和藍(lán)藻水華多指標(biāo)的高頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)[4]；并進(jìn)一步結(jié)合人工巡測(cè)、長(zhǎng)期定位觀測(cè)和遙感反演技術(shù)，逐步建成了覆蓋太湖全部水域和部分環(huán)湖河道的多指標(biāo)天-地-空一體化監(jiān)測(cè)體系。目前這一技術(shù)體系已經(jīng)在水環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

圖3 2002 年夏季科研人員在太湖梅梁灣人工搭建簡(jiǎn)易多學(xué)科野外觀測(cè)平臺(tái)

借助太湖站工作平臺(tái)，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用泥沙科學(xué)中的水槽動(dòng)力模擬裝置開(kāi)展底泥懸浮和營(yíng)養(yǎng)鹽釋放實(shí)驗(yàn)[2]，以及利用放置在湖水中的取樣桶進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽添加對(duì)藻類(lèi)水華影響的中宇宙實(shí)驗(yàn)[5,6]等等，逐漸摸索形成了一整套適用于大型淺水湖泊生態(tài)環(huán)境研究的技術(shù)方法；發(fā)展了以三維水動(dòng)力模型為基礎(chǔ)的淺水湖泊生態(tài)環(huán)境的數(shù)值模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了野外動(dòng)力過(guò)程原位監(jiān)測(cè)、定量表征和過(guò)程模擬相結(jié)合的綜合性研究[3,4,7]，為藍(lán)藻水華暴發(fā)的過(guò)程與機(jī)理研究以及預(yù)測(cè)預(yù)警提供了技術(shù)支撐[8,9]。

2 充分依托太湖站野外平臺(tái)，闡明了淺水湖泊生源要素多介質(zhì)循環(huán)機(jī)制及其生態(tài)效應(yīng)，創(chuàng)新和豐富了淺水湖泊湖沼學(xué)基礎(chǔ)理論

2.1 發(fā)現(xiàn)了淺水湖泊生源要素在水動(dòng)力擾動(dòng)和生物參與共同作用下的動(dòng)態(tài)耦合循環(huán)規(guī)律

創(chuàng)新性地將水動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)和野外原位觀測(cè)相結(jié)合進(jìn)行的生源要素地球化學(xué)循環(huán)研究發(fā)現(xiàn)，太湖靜態(tài)的年釋放量約為氮 10 000 噸、磷 900 噸，分別相當(dāng)于外源輸入量的 20%—30%[1]；而風(fēng)浪作用引起的沉積物頻繁再懸浮可將沉積物中蓄積的生源要素大量釋放出來(lái)進(jìn)入上覆水，如果全湖沉積物表層中的有效態(tài)磷（鐵結(jié)合態(tài)磷）完全釋放到水體中，可將水體磷濃度提高到 0.249 mg L-1[10]。底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放會(huì)快速補(bǔ)充水體中的生源要素，進(jìn)而促進(jìn)藍(lán)藻水華暴發(fā)[8,11]。從而揭示了風(fēng)浪擾動(dòng)導(dǎo)致的底泥懸浮和生源要素釋放對(duì)藍(lán)藻水華暴發(fā)的影響機(jī)制。

依托太湖站進(jìn)行的野外調(diào)查顯示，在太湖污染嚴(yán)重的水域，以藻類(lèi)顆粒物為主的有機(jī)聚集體豐度高，附著在有機(jī)聚集體上的微生物的生物量及其生產(chǎn)力都會(huì)顯著增加[12]，使生源要素的再生速率加快[13]，特別是在藍(lán)藻水華堆積的近岸帶和分布湖濱植被的水域[14]。研究發(fā)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的湖泊藍(lán)藻水華使水體中有機(jī)聚集體顯著增加，有機(jī)聚集體上附著大量細(xì)菌，成為微生物的重要載體[15]和水體中生源要素補(bǔ)充的重要來(lái)源；在藻類(lèi)生物量較高的水域（用葉綠素濃度表征），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的降解礦化，水體中的反應(yīng)性活性磷（SRP）與溶解性總磷（TDP）濃度也將增高[16]。從而揭示了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊內(nèi)源生源要素補(bǔ)充的新途徑，拓展了傳統(tǒng)內(nèi)源污染負(fù)荷的范疇。

基于上述研究成果，太湖站的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出了淺水湖泊生源要素多介質(zhì)循環(huán)新模式，科學(xué)地詮釋了淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊環(huán)境易惡化、水華難治理的本質(zhì)原因，突破了長(zhǎng)期困擾淺水湖泊生源要素負(fù)荷控制和富營(yíng)養(yǎng)化治理的理論瓶頸。

2.2 揭示了淺水湖泊生源要素富集和氣候變暖疊加導(dǎo)致淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程加快和藻型生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)張的生態(tài)效應(yīng)

依托太湖站開(kāi)展的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明，隨著太湖北部營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的升高，太湖藍(lán)藻水華的面積在逐步擴(kuò)大[17]。控制實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，磷是太湖浮游植物生長(zhǎng)的主要限制因子，太湖藍(lán)藻生長(zhǎng)受到嚴(yán)重限制時(shí)磷的閾值低于 0.01 mg L-1[6,18]，而目前太湖絕大部分水域磷濃度均高于限制藻類(lèi)生長(zhǎng)的最低濃度閾值。遙感反演和分析藍(lán)藻水華強(qiáng)度擴(kuò)張的主要驅(qū)動(dòng)因子，發(fā)現(xiàn)在太湖生源要素高濃度背景下，氣候變化因子（溫度、風(fēng)速、日照時(shí)間）對(duì)藍(lán)藻水華年內(nèi)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)有重大貢獻(xiàn)[19]。藍(lán)藻是一種喜歡溫暖的浮游植物，溫度的升高會(huì)加強(qiáng)藍(lán)藻的優(yōu)勢(shì)種地位[20]，2007 年無(wú)錫地區(qū)氮磷濃度增加疊加溫暖的冬春氣候，促使了藍(lán)藻水華提前暴發(fā)，并且在取水口附件堆積，導(dǎo)致了當(dāng)年水危機(jī)事件的發(fā)生[3]。據(jù)此提出了生源要素富集和氣候變化對(duì)太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)的雙驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

藍(lán)藻水華暴發(fā)會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列影響。水體富營(yíng)養(yǎng)化將使浮游動(dòng)物群落組成演替趨于小型化[21]，影響和改變底棲生物的種群多樣性、優(yōu)勢(shì)種群類(lèi)型和群落結(jié)構(gòu)演替，導(dǎo)致其敏感種類(lèi)減少甚至降低[22]；伴隨太湖富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻水華的暴發(fā)，太湖漁獲物組成中大中型魚(yú)類(lèi)弱化、魚(yú)類(lèi)小型化嚴(yán)重、野雜魚(yú)比例增加和重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)量下降[23]；太湖沉水植物覆蓋面積與范圍在逐年縮減，主要原因是富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的浮游植物大量增加會(huì)影響水體透明度、遏制沉水植物的光合作用，并最終導(dǎo)致水生植物的消亡[24,25]。通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)的太湖沉水植物與環(huán)境因子的相關(guān)分析表明，影響沉水植物的第一貢獻(xiàn)因子是透明度，其次是氨氮濃度，前者為富營(yíng)養(yǎng)化的間接結(jié)果，后者為富營(yíng)養(yǎng)化的直接結(jié)果[25]。

3 提出了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊污染控制、水質(zhì)安全保障和生態(tài)恢復(fù)的戰(zhàn)略路線(xiàn)與管理對(duì)策

3.1 成功研發(fā)藍(lán)藻水華預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)并投入長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，指導(dǎo)藍(lán)藻水華精準(zhǔn)打撈，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻水華的有效防控

太湖水-陸-空一體化的藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)和控制實(shí)驗(yàn)研究，揭示了太湖藍(lán)藻水華生消過(guò)程不同階段的主導(dǎo)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了太湖地區(qū)風(fēng)場(chǎng)高度多變與不穩(wěn)定性導(dǎo)致太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)空分布呈現(xiàn)出多變的動(dòng)態(tài)特征[26]，為藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)警、防控及應(yīng)對(duì)措施的制定提供了科學(xué)的理論依據(jù)。針對(duì)藻源性湖泛發(fā)生條件，如藻類(lèi)大量堆積、較高的溫度、無(wú)風(fēng)或小風(fēng)的環(huán)境等機(jī)理研究[25]，開(kāi)發(fā)了以三維水動(dòng)力模擬模型為核心、耦合氮磷等生源要素遷移擴(kuò)散模型[27,28]、藍(lán)藻生長(zhǎng)和水華暴發(fā)模擬模型的藍(lán)藻水華和藻源性湖泛預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合天氣預(yù)報(bào)模擬未來(lái)藍(lán)藻水華發(fā)生的位置、區(qū)域及藻源性湖泛的發(fā)生概率[4]。自 2009 年以來(lái)，每年 4—10月每周 2 次發(fā)布藍(lán)藻水華和湖泛監(jiān)測(cè)預(yù)警半周報(bào)（圖 4），預(yù)測(cè)精度達(dá)到80%以上，為保障太湖飲用水供水安全做出了重要貢獻(xiàn)。

圖4 太湖藍(lán)藻水華及湖泛預(yù)測(cè)預(yù)警報(bào)告

3.2 提出了以生源要素遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程阻控為核心的淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理與生態(tài)修復(fù)的可持續(xù)管理思路，成效顯著

研究確立了淺水湖泊內(nèi)源污染控制識(shí)別方法，通過(guò)對(duì)有機(jī)物含量高且易厭氧區(qū)域?qū)嵤┑啄嗲逵俸退{(lán)藻打撈，以減緩生源要素循環(huán)速率和有效供給，從而遏制藍(lán)藻水華暴發(fā)、控制富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程；闡明了淺水湖泊沉水植物恢復(fù)的核心條件是減緩生源要素循環(huán)速率和改善水下光環(huán)境，明確了水生植被恢復(fù)的水下光環(huán)境閾值是真光層深度與水深比值大于 0.8，提出了降低水深（水位）、消除風(fēng)浪、控制生源要素負(fù)荷，進(jìn)而提高真光層濃度與水深比值以改善水下光環(huán)境的沉水植物恢復(fù)原理，確立了通過(guò)控制污染和改善生境實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的長(zhǎng)效治理策略。

基于上述理論研究，太湖站開(kāi)展了治理工程的實(shí)驗(yàn)、示范，研發(fā)了系列藍(lán)藻水華防控技術(shù)，發(fā)展了以生源要素阻控和環(huán)境改善為核心、生態(tài)調(diào)控與重建為目標(biāo)的富營(yíng)養(yǎng)化濁水態(tài)淺水湖泊修復(fù)和清水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)體系，在以太湖為代表的富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊污染治理、生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境可持續(xù)管理等方面都取得了顯著成效（圖 5）。

圖5 溱湖國(guó)家濕地公園生態(tài)修復(fù)后的景觀效果

3.3 長(zhǎng)期堅(jiān)持開(kāi)展太湖水環(huán)境治理科技咨詢(xún)，積極服務(wù)地方生態(tài)環(huán)境治理與保護(hù)

太湖站長(zhǎng)期堅(jiān)持為太湖水環(huán)境治理提供科技咨詢(xún)服務(wù)。依托研究所中科院南京地理與湖泊所是江蘇省太湖水污染防治委員會(huì)的成員單位，太湖站科學(xué)家長(zhǎng)期擔(dān)任太湖污染物治理專(zhuān)家委員會(huì)的成員。2011 年向中科院辦公廳報(bào)送的“中科院專(zhuān)家關(guān)于太湖藍(lán)藻水華生態(tài)災(zāi)害的分析及防治建議”，得到了中央領(lǐng)導(dǎo)同志的重要批示。自2013 年起，太湖站每年開(kāi)展太湖水質(zhì)評(píng)價(jià)和生態(tài)系統(tǒng)健康診斷，為保障無(wú)錫市飲用水供水安全、安全度夏和精準(zhǔn)治太等工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供科技支撐。站長(zhǎng)秦伯強(qiáng)研究員獲得江蘇省“2013—2015 年度江蘇省太湖治理先進(jìn)個(gè)人”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。自2014 年起，太湖站受地方政府委托開(kāi)展了千島湖的生態(tài)環(huán)境治理與保護(hù)咨詢(xún)工作，定期對(duì)千島湖水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析和編寫(xiě)綜合評(píng)估報(bào)告。2016 年杭州 G20 峰會(huì)期間，太湖站工作人員受邀參與錢(qián)塘江、富春江和千島湖藍(lán)藻水華問(wèn)題的監(jiān)測(cè)與診斷，為峰會(huì)期間水環(huán)境質(zhì)量保障工作提供了關(guān)鍵的科技咨詢(xún)服務(wù)（圖 6）。

圖6 太湖站常務(wù)副站長(zhǎng)朱廣偉在杭州G20峰會(huì)期間為當(dāng)?shù)卣峁┳稍?xún)

4 結(jié)語(yǔ)

太湖站建站 30 年，圍繞太湖的生態(tài)環(huán)境和富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題，開(kāi)展了長(zhǎng)期、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)、研究和示范。通過(guò)承擔(dān)大量的國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目，揭示了大型淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的定量關(guān)系及演化機(jī)制，豐富和發(fā)展了國(guó)際淺水湖泊湖沼學(xué)學(xué)科體系，引領(lǐng)了我國(guó)湖泊科學(xué)的發(fā)展，并且在以太湖為代表的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理與生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中發(fā)揮了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。近十年太湖的總氮呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，藍(lán)藻水華暴發(fā)頻率和面積均有所下降。在地區(qū)經(jīng)濟(jì)保持高速增長(zhǎng)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值翻番的情況下，太湖水環(huán)境和富營(yíng)養(yǎng)化治理所取得的成效與太湖站的理論指導(dǎo)和科技支撐密不可分。毫無(wú)疑問(wèn)，太湖站已經(jīng)成為太湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境的數(shù)據(jù)積累基地、湖泊科學(xué)理論研究的野外實(shí)驗(yàn)基地、湖泊資源優(yōu)化利用與生態(tài)修復(fù)的示范基地、湖泊科學(xué)研究的人才培養(yǎng)基地和國(guó)際淺水湖泊的科學(xué)交流基地，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛的影響。目前太湖站正在推進(jìn)重點(diǎn)科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，擴(kuò)大和完善原位受控實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、補(bǔ)充和提高監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，加強(qiáng)立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集與管理能力；注重在站工作人員培訓(xùn)、嚴(yán)格規(guī)范、切實(shí)提高野外科研平臺(tái)的管理水平。太湖站正朝著國(guó)際領(lǐng)先野外研究站大步前進(jìn)，相信未來(lái)的太湖站將綻放出更加絢爛的科技之花。

1 秦伯強(qiáng), 朱廣偉, 張路, 等. 大型淺水湖泊沉積物內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽釋放模式及其估算方法——以太湖為例. 中國(guó)科學(xué)（D輯）, 2005, 35(增刊II): 33-44.

2 Qin B Q, Hu W P, Gao G, et al. The Dynamics of resuspension and conceptual mode of nutrient releases from sediments in large shallow Lake Taihu, China. Chinese Sciences Bulletin, 2004, 49(1): 54-64.

3 Qin B Q. Editorial: Lake eutrophication: Control countermeasures and recycling exploitation. Ecological Engineering, 2009, 35(11): 1569-1573.

4 Qin B Q, Li W, Zhu G W, et al. Cyanobacterial bloom management through integrated monitoring and forecasting in large shallow eutrophic Lake Taihu (China). Journal of Hazardous Materials, 2015, 287: 356-363.

5 Ma J R, Brookes J D, Qin B Q, et al. Environmental factors controlling colony formation in blooms of the cyanobacteria Microcystis spp. in Lake Taihu, China. Harmful Algae, 2014, 31: 136-142.

6 Xu H, Paerl H W, Qin B Q, et al. Determining critical nutrient thresholds needed to control harmful cyanobacterial blooms in hypertrophic Lake Taihu, China. Environmental Science & Technology, 2015, 49(2): 1051-1059.

7 Hu W P, Jorgensen E S, Zhang F B. A vertical-compressed threedimensional ecological model in Lake Taihu, China. Ecological Modelling, 2006, 190(3-4): 367-398.

8 Zhu M Y, Paerl H W, Zhu G W, et al. The role of tropical cyclones in stimulating cyanobacterial (Microcystis spp.) blooms inhypertrophic Lake Taihu, China. Harmful Algae, 2014, 39: 310-321. 9 Wu T F, Qin B Q, Brookes J D, et al. The influence of changes in wind patterns on the areal extension of surface cyanobacterial blooms in a large shallow lake in China. Science of the Total Environment, 2015, 518-519: 24-30.

10 Zhu M Y, Zhu G W, Zhao L L, et al. Influence of algal bloom degradation on nutrient release at the sediment–water interface in Lake Taihu, China. Environmental Science and Pollution Research, 2013, 20: 1803-1811.

11 Yang Z, Zhang M, Shi X, et al. Nutrient reduction magnifies the impact of extreme weather on cyanobacterial bloom formation in large shallow Lake Taihu (China). Water Research, 2016, 103: 302-310.

12 高光, 朱廣偉, 秦伯強(qiáng), 等. 太湖水體中堿性磷酸酶活性及磷的礦化速率. 中國(guó)科學(xué)（D輯）, 2005, 35（增刊II）: 157-165.

13 McCarthy M J, Lavrentyev P J, Yand L Y, et al. Nitrogen dynamics and microbial food web structure during a summer cyanobacterial bloom in a subtropical, shallow, well-mixed, eutrophic lake (Lake Taihu, China). Hydrobiologia, 2007, 581: 195-207.

14 Li K Y, Liu Z W, Gu B H. The fate of cyanobacterial blooms in vegetated and unvegetated sediments of a shallow eutrophic lake: a stable isotope tracer study. Water Research, 2010, 44(5): 1591-1597. 15 Tang X M, Gao G, Chao J Y, et al. Dynamics of organic-aggregate-associated bacterial communities and related environmental factors in Lake Taihu, a large eutrophic shallow lake in China. Limnol Oceanogr, 2010, 55: 469-480.

16 Qin B Q. A large-scale biological control experiment to improve water quality in eutrophic Lake Taihu, China. Lake and Reservoir Management, 2013, 29(1): 33-46.

17 Chen Y W, Qin B Q, Teubner K, et al. Long-term dynamics of phytoplankton assemblages: Microcystis-domination in Lake Taihu, a large shallow lake in China. Journal of Plankton Research, 2003, 25(1): 445-453.

18 Xu H, Paerl H W, Qin B Q, et al. Nitrogen and phosphorus inputs control phytoplankton growth in eutrophic Lake Taihu, China. Limnology and Oceanography, 2010, 55(1): 420-432.

19 Zhang M, Duan H, Shi X, et al. Contributions of meteorology to the phenology of cyanobacterial blooms: implications for future climate change. Water Research, 2012, 46(2): 442-452.

20 Deng J M, Qin B Q, Paerl H W, et al. Earlier and warmer springs increase cyanobacterial (Microcystis spp.) blooms in subtropical Lake Taihu, China. Freshwater Biology, 2014, 59: 1076-1085.

21 Chen F Z, Chen M J, Kong F X, et al. Species-dependent effects of crustacean plankton on a microbial community, assessed using an enclosure experiment in Lake Taihu, China. Limnology and Oceanography, 2012, 57(6): 1711-1720

22 Cai Y, Gong Z, Qin B. Influences of habitat type and environmental variables on benthic macroinvertebrate communities in a large shallow subtropical lake (Lake Taihu, China). Ann Limnol Int J Lim, 2011, 47(1): 85-95.

23 Mao Z, Gu X, Zeng Q, et al. Food web structure of a shallow eutrophic lake (Lake Taihu, China) assessed by stable isotope analysis. Hydrobiologia, 2012, 683(1): 173-183.

24 秦伯強(qiáng), 宋玉芝, 高光. 附著生物在淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊藻—草型生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的作用. 中國(guó)科學(xué)（C輯）, 2006, 36(3): 283-288.

25 Zhang Y L, Liu X H, Qin B Q, et al. Aquatic vegetation in response to increased eutrophication and degraded light climate in Eastern Lake Taihu: Implications for lake ecological restoration. Scientific Reports, 2016, 6: 23867.

26 秦伯強(qiáng), 楊桂軍, 馬健榮, 等. 太湖藍(lán)藻水華“暴發(fā)”的動(dòng)態(tài)特征及其機(jī)制. 科學(xué)通報(bào), 2016, 61(7): 759-770.

27 Hu W P, Jorgensen E S, Zhang F B. A vertical-compressed threedimensional ecological model in Lake Taihu, China. Ecological Modelling, 2006, 190(3-4): 367-398.

28 Li W, Qin B Q, Zhu G W. Forecasting short- term cyanobacterial blooms in Lake Taihu, China, using a coupled hydrodynamicalgal biomass model. Ecohydrology, 2014, 7(2): 794-802.

秦伯強(qiáng) 中科院南京地理與湖泊所研究員、所學(xué)術(shù)委員會(huì)主任和太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站站長(zhǎng)，中國(guó)地理學(xué)會(huì)湖泊與濕地分會(huì)主任。國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年基金獲得者、創(chuàng)新研究群體學(xué)科帶頭人、國(guó)家發(fā)改委和江蘇省“太湖專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì)”委員、全國(guó)優(yōu)秀科技工作者和江蘇省有突出貢獻(xiàn)中青年專(zhuān)家。主要研究領(lǐng)域包括大型淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制、內(nèi)源污染原理、藍(lán)藻水華暴發(fā)驅(qū)動(dòng)機(jī)制、富營(yíng)養(yǎng)化湖泊生態(tài)恢復(fù)、飲用水安全保障和生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)管理的技術(shù)與策略等。迄今已出版專(zhuān)著 4 部，主編出版 SCI 論文專(zhuān)輯 4 期，發(fā)表 SCI 收錄論文 164 篇。

E-mail: qinbq@niglas.ac.cn

Qin Boqiang Research Professor in Nanjing Institute of Geography & Limnology (NIGLAS), Chinese Academy of Sciences, director of the NIGLAS Academic Committee and the TLLER, Chair of Lakes and Wetland Branch of GSC (the Geographical Society of China). He wined the National Science Foundation for Distinguished Young Scholars in 2008, and became the leading scientist of the National Natural Science Foundation of Innovation research group in 2016. His research field includes eutrophication mechanism, endogenous pollution principle and harmful algae blooms driving mechanism of large shallow lake, also technical approaches and management strategies for entrophic lake governance, ecological restoration, drinking water safety and sustainable protection. He has published co-authored 4 books, edited 4 special SCI issues and 164 SCI papers until now. E-mail: qinbq@niglas.ac.cn

Support Environmental Management and Ecological Restoration in Lake Taihu with New Methods and New Theories

Qin Boqiang Zhu Guangwei Yang Hongwei Li kuanyi
（Taihu Laboratory for Lake Ecosystem Research, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China）

In 2007, a drinking water crisis breaking out in Wuxi City shocked the world while the eutrophication and harmful cyanobacterial blooms of Lake Taihu became an urgent problem to the public society. Also a higher request to the research of the emergency disposal and scientific explanation of the cyanobacterial blooms, and the water environment management and ecological restoration of Lake Taihu in the next decade. Taihu Laboratory for Lake Ecosystem Research, Chinese Academy of Sciences (hereinafter referred to as the TLLER) has carried on the comprehensive, long-term monitoring to Lake Taihu along with the research on shallow lake system evolution, technology development and engineering demonstration in order to aiming the aforementioned national science and technology needs since its establishment. Funded by national and ministerial projects, series of multi-disciplinary researches have been conducted supporting by the TLLER fieldwork platform and obtained remarkable progresses in the last 10 years. An novel in-situ approach integrating physical, chemical and biological disciplines was created, thus, explored a new situation for the studies combining modern processes and patterns of lake environmental elements with the structure and function of lake ecosystems. Moreover, the synergistic driving effect of human activity and climate change on lake’s key ecological process was revealed, as well as the characteristics, regional differences and responding mechanism of the lake ecosystem caused by environmental changes; further, the driving effect of environment on ecosystems degradation was elucidated. Especially, technical approaches and management strategies for entrophic lake governance and ecological restoration were proposed and made significant achievements applying in Lake Taihu. These achievements filled the knowledge gap of large shallow lake that leading to a new frontier of international limnology research, and meanwhile, made the TLLER an irreplaceable fieldwork supporting platform and international well-known research base of lake science.

lake eutrophication, cyanobacterial blooms, drinking water safety, ecological restoration

*資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（416 21002），國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（41230744）

修改稿收到日期：2017年5月18日