太湖生態(tài)修復(fù)問題剖析及相應(yīng)修復(fù)技術(shù)探究

范 瑜

（江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心， 江蘇 南京 210019）

0 引言

目前，太湖流域基本實(shí)現(xiàn)了全面“控源截污”，蘇州、 無錫等城市污水管網(wǎng)的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到或超90%，排放尾水是國家一級A 標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)湖河道興建闡壩并在湖岸港汊廣泛構(gòu)筑不同類型的濕地系統(tǒng)；利用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域的底泥清淤等。 這些治理措施使太湖連續(xù)12 a 實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)確保”目標(biāo)，流域水質(zhì)總體持續(xù)改善， 但近年來TP 濃度仍較高，2019年同比雖然略有改善，但距離國家治太總體方案明確的2020年目標(biāo)（Ⅲ類）仍有差距，太湖水污染治理遇到了新的瓶頸， 同時(shí)給我們提出了新的研究方向， 也為下一步實(shí)施太湖生態(tài)修復(fù)工程提供了良好機(jī)遇。太湖淤泥營養(yǎng)鹽在風(fēng)浪作用下再釋放、湖中水生植被大幅減少、引江入湖輸水氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)偏高等問題成為影響當(dāng)前太湖富營養(yǎng)化及藍(lán)藻繼續(xù)暴發(fā)的至關(guān)重要因素， 成為太湖生態(tài)修復(fù)面臨的主要問題。解決這些問題，需要統(tǒng)籌考慮恢復(fù)和加強(qiáng)太湖草境生境系統(tǒng)、實(shí)施太湖生態(tài)清淤和防洪疏浚、飲用水源水質(zhì)深度凈化等綜合工程措施。

1 太湖生態(tài)修復(fù)的主要問題

1.1 底泥內(nèi)源的二次釋放

太湖水淺且湖底平緩，72.3%的湖底處于水深1.5 ～2.5 m 之間，平均水深1.89 m，最大水深2.6 m。據(jù)觀測,太湖最高水位(大浦口站)為3.84 m，出現(xiàn)在7月22日；最低為2.66 m，出現(xiàn)在12月30日，多年平均水位3.01 m。 太湖分東、西太湖，其中東太湖面積130 km2，平均水深只有0.9 m。 太湖水源補(bǔ)給主要來自苕溪、南溪和運(yùn)河3 個(gè)水系補(bǔ)給，湖水主要通過東太湖的太浦河與吳淞江流出（占總出湖水量的70%以上）[1]。由于太湖是淺水湖泊，頻繁的風(fēng)浪擾動使得磷不斷地從沉積物中進(jìn)入水體參與循環(huán)， 為藍(lán)藻生長提供源源不絕的營養(yǎng)成分， 即使在外源輸入已經(jīng)徹底截?cái)嗟那闆r下，內(nèi)源營養(yǎng)鹽補(bǔ)給仍很充足。

底泥造成的二次污染是不可忽視的重要污染源。 據(jù)有關(guān)資料分析，內(nèi)源污染TN 占18.5%～34.7%，TP 占23.7%～29.4%。 太湖淤泥平均厚度0.82 m，底泥的蓄積總量為19.15 億m3。 太湖底泥有3 個(gè)蓄積帶：一是自大浦口向東北至金墅港；二是長興港向東偏北至漫山湖；三是西部沿岸。3 個(gè)蓄積帶底泥平均深超過1.5 m，泥量占底泥總量的2/3[2]。

1.2 水生植被面積大幅減少

東太湖沉水植被覆蓋面積從2015年開始大幅減少，與2014年相比，2015年5月沉水植被覆蓋面積只有65.53 km2，減少62.1%，至2017年仍持續(xù)減少[3]。 太湖水生植被的大量減少，減少了水生植物對磷元素的直接吸收， 同時(shí)增加了風(fēng)浪對底泥的擾動再懸浮，造成磷元素釋放，是造成湖水TP 濃度升高的重要因素。

1.3 “引江濟(jì)太”調(diào)水污染負(fù)荷處于高位

“引江濟(jì)太”調(diào)水水體污染負(fù)荷處于高位，這種不可控的外源TP 輸入一定程度上抬高了太湖TP濃度。2017年，太浦河下游的上海金澤水庫，日取水規(guī)模由40 萬m3增加到351 萬m3，太浦閘全年出湖水量達(dá)40.64 億m3，較2014年增加了七成，增加量相當(dāng)于太湖總蓄水量的38%。 湖州計(jì)劃將日取水規(guī)模從20 萬m3增加到40 萬m3， 嘉興也計(jì)劃從太湖取水（日取水44 萬m3）。 由于取水量激增，通過調(diào)引長江水補(bǔ)充太湖水源，而長江水源TN，TP 等營養(yǎng)成份比太湖水高，進(jìn)一步抬高了太湖TP 濃度；同時(shí)也導(dǎo)致太湖水動力發(fā)生變化，TP 濃度更高的西部、北部水體加速向東部、南部流動，使得水體凈化時(shí)間縮短。 此外，湖州等地沿湖建設(shè)的大量攔藻壩，在防控藍(lán)藻倒灌進(jìn)入內(nèi)河的同時(shí)，也減少了清水入湖量。監(jiān)測結(jié)果顯示， 近年來太湖東部湖區(qū)TP 濃度大幅上升，甚至在冬季發(fā)現(xiàn)明顯的藍(lán)藻水華現(xiàn)象。

1.4 太湖清淤堆放占地、處置難

環(huán)湖地區(qū)城鎮(zhèn)化程度高，土地資源緊缺，污泥安全處置十分困難，太湖周邊很難找到適合的臨時(shí)排泥場地， 五里湖等臨時(shí)排泥場堆放淤泥5 a 后，土地仍無法復(fù)耕。無錫市曾尚試用作城市建設(shè)回填土、制磚等，但因用量少、成本高，難以大規(guī)模推廣[4]。 因此，淤泥的異地堆放、處置成為太湖生態(tài)清淤的重大難題之一。

2 生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 生態(tài)修復(fù)與飲用水源水質(zhì)深度凈化結(jié)合

太湖飲用水源安全保障越來越重要， 為解決藍(lán)藻對飲用水源地取水口的污染影響， 利用水生植物凈化水源是最自然、最經(jīng)濟(jì)的水質(zhì)凈化措施，因此在太湖湖區(qū)結(jié)合太湖水生植物生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、 建設(shè)水源生態(tài)凈化工程，是非常必要且經(jīng)濟(jì)可行的。不僅能有效解決藍(lán)藻暴發(fā)對飲用水源安全的威脅， 還消除各級政府多年的心頭之患， 同時(shí)也克服了在湖區(qū)建設(shè)水質(zhì)凈化工程的限制問題。

可規(guī)劃3 級凈化系統(tǒng)，第一級為蘆葦濕地，第二級為沉水植物區(qū)，第三級為水源涵養(yǎng)區(qū)，形成梯次凈化系統(tǒng)。蘆葦濕地在最外圍，沉水植物凈化區(qū)處于中間，取水口周圍為深水涵養(yǎng)區(qū)（相當(dāng)于蓄水池）。三級處理系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成扇形狀或漂帶狀，或多組串聯(lián)，以增加凈化水體的流程長度，增強(qiáng)生態(tài)凈化的效果。

2.2 生態(tài)修復(fù)與清淤、防洪疏浚工程結(jié)合

2.2.1 實(shí)施生態(tài)清淤

太湖清淤淤泥的處置問題一直是個(gè)大難題（淤泥堆放占地及處置費(fèi)用高等），對此，本文提出將淤泥就地堆積處變得更淺（水深0.5 ～0.8 m），成為水下“淺灘”或水下“島坪”，在淺灘、島坪上種植水草（蘆葦、菖圃等）成為濕地，而被開挖處則被清淤、變得更深（水深3 ～5 m 或更深），成為深水區(qū)、行洪通道或航道等。

馬建華等[5]建議，清出的淤泥不必運(yùn)往堆泥場，可用作抬高修復(fù)蘆葦濕地基底的回填土。據(jù)測算，淤泥就地處置作為濕地基底填土比異地處置費(fèi)減少64%。并提出，大規(guī)模修復(fù)以蘆葦為主的濕地是目前消除藍(lán)藻爆發(fā)、 改善生態(tài)系統(tǒng)和今后確保藍(lán)藻不再爆發(fā)和保持太湖良好的生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵措施。

2.2.2 改善湖內(nèi)水動力條件

西部沿岸進(jìn)行深度清淤和疏浚， 疏通原有古河道，利于入湖河流水流向南擴(kuò)散、行洪，并利于濟(jì)太水源向南部需水較大地區(qū)輸送。 太湖大部分入河口位于西部沿岸，是入湖河流水源主要入口，沿西岸呈“C”字分布的古河道，淤泥堆積深度大，因此，下一步水利疏浚清淤的主要區(qū)域，主要是下游出口區(qū)域，更應(yīng)加強(qiáng)清淤疏浚，確保防洪安全。

2.2.3 建設(shè)規(guī)?；J葦濕地凈化帶

建立靠近湖西南北水流通道的濕地凈化帶，確保進(jìn)入太湖水源經(jīng)該生態(tài)濕地凈化后再向湖內(nèi)輸送。在西部疏浚區(qū)東側(cè)，湖內(nèi)淤泥厚度很薄，可以將清出的淤泥就近堆積，并與就地開挖的部分太湖底部黃土摻合，墊高基底進(jìn)行蘆葦種植，規(guī)?；謴?fù)草境濕地系統(tǒng)， 對西部入湖徑流水源形成生態(tài)凈化屏障。

2.3 采用股埂、垅溝相間開挖施工方式

清淤和疏浚采用股埂、垅溝相間開挖施工方式，淤泥就地處置，類似于南方種地瓜鋤地方式。即把淤泥堆成股埂，被開挖的地方深變?yōu)檑鉁希沙^3 m以上），形成股埂與垅溝相間，股埂成為種植蘆葦?shù)摹盎保ǘ殉伤畹陀? m 之內(nèi)的股?。?。

太湖底泥底部沉積物為全新統(tǒng)灰黃色粘土、黃灰色粘土、 褐灰色粘土， 或上更新灰黃色粉砂質(zhì)粘土、青灰色粉砂夾褐黃色粘土等[6]。粘性強(qiáng)、硬塑性強(qiáng)度高，施工時(shí)可將其部分黃土開挖出來堆成股?。S土開挖量可根據(jù)實(shí)際需要確定），同時(shí)根據(jù)需要設(shè)計(jì)股埂和垅溝的寬度與深度， 在挖出的垅溝中填放淤泥，待溝中淤泥適當(dāng)干化后再耙平，或?qū)⑼诔龅牟糠贮S泥直接摻合在淤泥中（黃土和淤泥摻合比例需做進(jìn)一步試驗(yàn)），以增強(qiáng)堆放淤泥的強(qiáng)度，促其固化，然后在其上種植蘆葦?shù)人参?，具體見圖1。

圖1 股埂、垅溝相間開挖示意

從圖1 可以看出， 這樣不僅解決了清淤出的淤泥堆放占地處置難的問題，也解決了淤泥流動性大、水下難以堆積等問題。蘆葦根系發(fā)達(dá)，湖中大風(fēng)時(shí)不易被撥起，不僅起到阻風(fēng)消浪的作用，同時(shí)可作為藍(lán)藻的自然擋隔，真是一舉多得。 水草種植、濕地恢復(fù)區(qū)選擇在淤泥深度淺的區(qū)域， 同時(shí)盡量靠近清淤區(qū)域，以減輕施工難度。

2.4 濕地修復(fù)與生態(tài)旅游工程建設(shè)結(jié)合

可將部分濕地植物設(shè)計(jì)為蓮花等水生觀賞景觀植物，成片規(guī)?；N植，與清水交相映襯，成為很好的旅游景觀。同時(shí)，蓮花生長又能吸收大量水中N、P營養(yǎng)物質(zhì)，起到凈化水質(zhì)的作用。

2.5 實(shí)施湖區(qū)生態(tài)養(yǎng)殖

每年放養(yǎng)一定量魚類，但不投餌放養(yǎng)，進(jìn)行生態(tài)養(yǎng)殖。通過搭配合理魚類品種，特別是增加放養(yǎng)對藻類作為餌料的魚種（白鰱）量，消耗湖水里的藻類生物，控制藻類過量生長。 同時(shí)，根據(jù)魚類食性放養(yǎng)不同魚種，還搭配放養(yǎng)一定數(shù)量以腐質(zhì)為食的魚種。魚要定期打撈，以減少水中生物量，把水中營養(yǎng)物質(zhì)真正拿走。

3 水生植物用于生態(tài)修復(fù)的凈化作用分析

3.1 水生植物對營養(yǎng)成分直接吸收

鄭足紅等[7]研究表明，蘆葦＋菖蒲組合對TP，COD 去除效果， 處理28 d 后，TP，COD 去除率分別達(dá)87%，72%，菖蒲和蘆葦可作為富營養(yǎng)化水體的凈化植物。

馬井泉等[8]研究表明挺水植物濕地和沉水植物濕地對磷的凈化效果均非常顯著。 在監(jiān)測的30 d 內(nèi)梭魚草、茭草、香蒲和苦草濕地內(nèi)TP 的凈化效率分別為90%，97%，90%和98%。 梭魚草、茭草、香蒲和苦草濕地內(nèi)可溶解性磷酸鹽的凈化效率分別達(dá)97%，98%，95%和99%。

相關(guān)研究表明，蘆葦、東方香蒲、菖蒲、茭白和鳶尾等5 種濕地植物對重度富營養(yǎng)化水體中N，P 的去除效果，鳶尾對TN 的凈化效果最好，去除率高達(dá)91.7%； 蘆葦對TP 的凈化效果最好， 去除率高達(dá)82.05%。 陳燕平等[9-10]研究了17 種濕地植物對輕度富營養(yǎng)化水體中N，P 的去除作用，研究發(fā)現(xiàn)植物吸收對N，P 的去除起著主要作用， 貢獻(xiàn)率分別為46.8%和51.0%。 因此，蘆葦和昌蒲可作為太湖人工濕地恢復(fù)的優(yōu)選水生植物。

3.2 草型水生植物的抑藻作用

湖泊中大型水生植物與藍(lán)藻相互競爭N，P 營養(yǎng)鹽及光能， 大型水生植物能夠分泌化感物質(zhì)抑制浮游植物生長，同時(shí)能夠遮光抑藻，控制富營養(yǎng)化水體中藻類的生長。 根據(jù)張之浩等[11]研究分析，在自然狀態(tài)下，苦草、輪葉黑藻和狐尾藻針對富營養(yǎng)化水體中的浮游藻類具有明顯且穩(wěn)定的抑制效果， 化感抑藻效應(yīng)更具廣譜性，可優(yōu)先考慮應(yīng)用于實(shí)際工程中。

根據(jù)李靈慧等[12-13]研究分析，東太湖水生植物抑藻效果明顯，水生植物生物量與水體中葉綠素a 濃度呈明顯負(fù)相關(guān)。因此，東太湖可通過控制水體中水生植物的生物量，從而控制水體中藻類的過度生長，防止水華爆發(fā)。

3.3 濕地系統(tǒng)的消浪作用

種植蘆葦?shù)人参锬苡行Ы档偷啄喑练e物營養(yǎng)物質(zhì)再懸浮。 根據(jù)許曉偉等[14]研究，在沉積物中種植水生植物伊樂藻和蘆葦可以有效減少SPM 含量，尤其是挺水植物蘆葦對泥沙的削減作用更為明顯。

3.4 植物對底泥污染物直接吸收、凈化作用

根據(jù)楊榮敏等[15]研究分析，相對于無草底泥而言，生長有沉水植物苦草底泥、挺水植物蘆葦、茭白根部底泥的可溶性磷釋放量都比較小， 其中苦草、蘆葦?shù)啄嘟档偷男Ч詈?。大型水生植物的種植對湖泊底泥中的P 具有一定的吸附作用，大型水生植物對底泥內(nèi)源磷釋放有抑制作用，能夠修復(fù)富營養(yǎng)化湖泊。

3.5 降低湖水水溫，不利于磷的釋放

大型水生植物蘆葦遮陰降低水面溫度， 底泥開挖后的深水區(qū)，由于水比熱大，水溫不易升高，起到相對降低水溫作用。 種植蘆葦及使水深變大都是降低水溫的措施，都將抑制底泥中P 的釋放。

楊榮敏等[15]進(jìn)一步研究分析，降低上覆水溶解氧濃度或升高水溫均能加速底泥中P 的釋放。 溫度為25 ℃時(shí)， 釋磷強(qiáng)度隨著時(shí)間變化先逐漸增大；而在溫度為35 ℃時(shí)，TDP 釋放強(qiáng)度明顯增大，在第14天左右達(dá)到最高點(diǎn)，后又逐漸減小。溫度對底泥釋磷會產(chǎn)生一定的影響，隨著溫度的升高，釋放的磷會逐漸增多。大型水生植物的種植降低了水面溫度，由于葉面（如蘆葦）將大氣中氧不斷輸送到根部，增加了其DO 量，改變了底泥的化學(xué)物理特性，有助于降低底泥內(nèi)源性磷釋放強(qiáng)度。

3.6 水深的增加，N，P 濃度明顯下降

白曉華等[16]研究認(rèn)為，太湖TN 高濃度大多出現(xiàn)在低水深時(shí)，一般隨水深升高，濃度逐漸下降。 太湖西北區(qū)、 湖心區(qū)以及湖東區(qū)和貢湖的深水區(qū)， 水體TP 濃度隨水深增加而降低，含P 較高的地區(qū)，隨水深的增加，P 濃度明顯下降。 通過疏浚增大湖水深、改變太湖“淺”的問題，是太湖生態(tài)修復(fù)的重要方面。

3.7 生態(tài)修復(fù)的示范工程與效果

梅梁灣水源地水生植物恢復(fù)技術(shù)，建立了7.5 km2水源地水質(zhì)改善示范區(qū)， 在2006年夏季藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)，確保了牽龍口水廠安全生產(chǎn)，而鄰近示范區(qū)外的充山水廠卻被迫停產(chǎn)。 示范區(qū)內(nèi)的懸浮物濃度較示范區(qū)外的懸浮物濃度低30%， 相當(dāng)于去除顆粒態(tài)N 500 t 以上、P 10 t 以上[17]。 但是，對水質(zhì)凈化效果好的沉水植物恢復(fù)面積有限，僅在淺水區(qū)域小規(guī)模分布。

針對五里湖底泥污染、 水質(zhì)惡化與生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化的問題， 在西五里湖建立2.87 km2的工程示范區(qū)生態(tài)修復(fù)改善了五里湖的水質(zhì)和水生態(tài)與環(huán)境。在疏浚的基礎(chǔ)上進(jìn)行水生植被重建的示范區(qū)內(nèi)，水體及沉積物中的TN，TP 含量均比較低[18]。 單純疏浚措施區(qū)域，對于長期水質(zhì)改善效果不明顯。

梅梁灣和五里湖生態(tài)修復(fù)示范區(qū)工程為下一步規(guī)模化太湖生態(tài)修復(fù)示范工程實(shí)施提供了一定經(jīng)驗(yàn)。

4 討論和建議

（1）草境生境系統(tǒng)的恢復(fù)是太湖生態(tài)修復(fù)的重要途徑。國家水專項(xiàng)專家研究結(jié)果也顯示，只有實(shí)現(xiàn)藻型生境向草型生境轉(zhuǎn)化，TP 濃度才有望持續(xù)改善。 由于太湖營養(yǎng)鹽水平較高，同時(shí)風(fēng)浪較大，對沉水植物恢復(fù)較難， 從梅梁灣示范工程生態(tài)修復(fù)效果分析看，沉水植物也只是在淺水區(qū)恢復(fù)了一定規(guī)模。因此， 選擇蘆葦濕地的恢復(fù)是當(dāng)前符合實(shí)際的重要措施。太湖飲用水源安全是太湖污染防治最高目標(biāo)，而防洪安全則為其主要功能， 以生態(tài)修復(fù)與飲用水源地水質(zhì)深度凈化、 生態(tài)清淤與水利防洪疏浚工程相結(jié)合為抓手， 是統(tǒng)籌解決太湖內(nèi)源形成的富營養(yǎng)化、藍(lán)藻暴發(fā)等問題的有效途徑。

利用水生植物生長對N，P 營養(yǎng)成份吸收作用，以及化感物質(zhì)的抑藻作用； 蘆葦生長對淤泥中N，P營養(yǎng)成份等直接吸收， 包括對部分有害物質(zhì)的凈化等，蘆葦?shù)恼陉幗禍匦Ч?、發(fā)達(dá)的根系和生長旺盛的地上莖桿具有良好的擋風(fēng)消浪作風(fēng)， 對底泥再懸浮抑制作用；通過清淤疏浚改善太湖水動力環(huán)境等；設(shè)計(jì)、構(gòu)建太湖新的生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步治理太湖內(nèi)源污染，控制富營養(yǎng)化，達(dá)到抑制藍(lán)藻暴發(fā)的目的。

（2）股埂、垅溝式施工方式的應(yīng)用，可有效解決太湖清淤中淤泥堆放場地大量占地及處置難的問題。 太湖底部分布的硬質(zhì)黃色粘土層， 由于其粘性強(qiáng)、硬塑性好，分布淺，可先將其開挖出的部分硬質(zhì)黃土（或與淤泥摻合）打成股埂，垅溝中填放淤泥，解決了淤泥水下就地堆放強(qiáng)度不夠的難題， 更解決了太湖清淤中淤泥堆放處置難的問題。 濕地基座水深一般控制在0.5 ～0.8 m 的范圍， 標(biāo)高在2.21 ～2.51 m 范圍，不觸及太湖2.80 m 標(biāo)高（吳淞高程）的紅線限制。

（3）加快規(guī)?；痉豆こ痰难芯亢蛯?shí)施：近些年來，太湖區(qū)域?qū)嵤┝嗣妨簽乘吹?、五里湖等?shù)10個(gè)生態(tài)修復(fù)示范工程，這些工程包括了清淤疏浚、消浪措施及水生植被修復(fù)等內(nèi)容， 但在底泥清淤時(shí)碰到了淤泥堆放處置難的最大難題， 給生態(tài)修復(fù)的規(guī)?；纬芍萍s。因此，建議總結(jié)這些示范工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上， 系統(tǒng)考慮太湖疏浚清淤與淤泥就地處置、消浪措施、水生植被恢復(fù)等問題，盡快開展研究和試驗(yàn)股埂、 垅溝式施工方式， 來就地處置太湖底泥、建設(shè)蘆葦濕地等示范工程，為下一步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；謴?fù)太湖草境生態(tài)系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)， 加快太湖生態(tài)修復(fù)步伐，從而進(jìn)一步治理太湖富營養(yǎng)化、以有效控制藍(lán)藻的暴發(fā)。