大型城市富營養(yǎng)化湖泊沉水植物修復工程實踐
——以武漢東湖為例

周漢娥，胡勝華，2，馮 智，劉國芳,2，吳中奎，胡楊蕊，孫紫童，雷 康

(1.武漢航發(fā)瑞華生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 430063；2.武漢市橋梁工程有限公司，湖北 武漢 430071)

1 引言

東湖是武漢市第二大城中湖，在武漢城市發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用[1]。然而隨著城市的發(fā)展，東湖生態(tài)系統(tǒng)功能退化極為嚴重，亟待系統(tǒng)性修復。湖泊水生態(tài)系統(tǒng)出現水生植物群落結構單一、分布范圍小，水生植被嚴重退化等問題[2,3]。沉水植物具有凈化水質和抑制藻類生長的生態(tài)功能[4]。沉水植物恢復工程是沉水植物物種多樣性不斷增加的過程[5]，是改善城市富營養(yǎng)化湖泊水體水質及生態(tài)環(huán)境的有效手段[6,7]。國內目前關于水生植物群落修復技術應用并成功實施多集中在中小湖泊中，例如南京月牙湖[8]、馬鞍山東湖[9]、廣州小翠湖[10]，以及城市公園景觀水體[11～13]。在大型淡水湖泊中如何有效恢復沉水植物群落，國內相關工程實踐案例尚處于空白。隨著國家對水環(huán)境問題的重視，提倡尊重自然、順應自然、保護自然的生態(tài)文明理念，故武漢東湖水生態(tài)工程具有很強的示范意義與作用，可為大型城市富營養(yǎng)化淺水湖泊治理提供參考和工程應用示范。

2 工程概況

武漢東湖水生態(tài)修復工程是東湖水環(huán)境提升工程子項目之一，工程范圍包括整個東湖。沉水植物修復區(qū)包含筲箕湖、湯菱湖、小潭湖、郭鄭湖、廟湖、菱角湖、后湖、團湖等8個子湖。東湖水生植被恢復遵循種植以沉水植物為主、局部點綴浮葉植物和挺水植物。根據各子湖水環(huán)境現狀，確定沉水植被修復面積約3.2 km2，根據東湖湖底底質類型，采用拋種、扦插、沉床等3種種植方式，主要種植苦草、輪葉黑藻、狐尾藻、金魚藻、馬來眼子菜、微齒眼子菜等6種常見沉水植物。

3 水生態(tài)修復目標

通過構建完善的生態(tài)群落，形成空間結構復雜、種類較為豐富、具有較好水質凈化效果沉水植物群落，最終達到修復東湖水環(huán)境的目標。

4 沉水植物修復設計

4.1 原位生態(tài)修復技術

針對待修復水體，選定淺水區(qū)(水深2 m左右)作為主要修復區(qū)域。為保證修復區(qū)內沉水植物穩(wěn)定種植，提高沉水植物成活率，采用不透水圍隔將修復區(qū)與湖區(qū)分開，減少湖區(qū)水體對修復區(qū)內沉水植物的影響。然后清除修復內雜物，采取拋植、扦插或沉床方式種植種苗。后期對種植的沉水植物種苗進行管理維護，及時打撈漂浮和死亡的種植苗，并進行補種。當修復區(qū)內沉水植物存活，建立了相對穩(wěn)定的群落后，逐步擴大圍隔面積，擴大修復區(qū)范圍，逐步實現東湖沉水植物群落恢復。

4.2 沉水植物的選擇

修復物種優(yōu)先選擇具有強抗干擾能力的鄉(xiāng)土種，具有耐污性強，凈化效果好、滿足環(huán)境需求、定植能力強等特點的沉水植物。同時，沉水植物修復應兼具景觀效果，參照同類型生態(tài)修復項目[14,15]，確定苦草(Vallisnerianatans)、金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、馬來眼子菜(Potamogetonmalaianus)、微齒眼子菜(Potamogetonmaackianus)6種沉水植物作為東湖水生態(tài)修復工程種植的沉水植物。

4.3 沉水植物種植工序

4.3.1 選定區(qū)域

郭鄭湖、后湖和團湖中心地帶是東湖水深最大地方，筲箕湖、廟湖和小潭湖等小湖汊則是較淺的區(qū)域，水深不到2 m[16]，適合作為沉水植物修復區(qū)。因此，沉水植物恢復區(qū)主要分布在水深2 m左右、水體透明度較高、近岸底質適合、風浪較小且遠離航道的地區(qū)。東湖各子湖沉水植物種植區(qū)域見圖1。

圖1 武漢東湖沉水植物修復區(qū)分布示意

4.3.2 設置圍隔并分區(qū)

沉水植物種植區(qū)使用不透水圍隔(抗凍、抗腐蝕且抗氧化的PVC圍隔布)將種植區(qū)與東湖主湖區(qū)隔開，降低外界環(huán)境對種植區(qū)的影響。不透水圍隔采用鍍鋅鋼管(DN80鍍鋅鋼管，單根6 m)樁布設，每隔5.0 m打一根鍍鋅鋼樁。不透水圍隔分為上、中、下3部分，上部為直徑30 cm的泡沫浮體與圍隔布連接，中部的PVC圍隔布長度為3 m，底部每隔1.5 m將抗腐蝕尼龍繩與石塊連接沉入湖底固定。

4.3.3 清除雜物，生態(tài)驅魚

清除不透水圍隔內的雜物、水面漂浮物、雜草；采用圍拖網、人工拍打水面、地籠等生態(tài)驅魚手段，將草食性魚類和大規(guī)格的雜食性底層魚類(鯉、鯽等)驅趕至修復區(qū)外，防止因魚類攝食、擾動影響沉水植物的生長。

4.3.4 提升水體透明度，改善種植環(huán)境

沉水植物種植應滿足種植最低透明度不小于水體深度。針對水體透明度不達標的區(qū)域，在沉水植物種植前，可采取投加絮凝劑的方式提升水體透明度。

4.3.5 沉水植物種植

沉水植物種植密度根據項目設計沉水植物種植數量的面積確定。沉水植物種植方式采用拋種法和扦插法，局部水深較深區(qū)域采用沉床種植法。東湖底質類型大致分為拋石碎石型硬底質、自然淤泥底質和兩者結合的底質類型。拋石碎石基底沉水植物根系無法定植，需采用可降解無紡布包裹拋種法；自然基底底泥土較多，土質較松軟，適合采用扦插法。因此東湖沉水植物修復主要采用拋種法和扦插法，局部水深較深區(qū)域采用沉床種植法。扦插和拋種比例按照6∶4控制，實際實施區(qū)域根據水位變化和底質情況調整。具體操作如下。

(1)扦插法。將預處理后的沉水植物種苗直接扦插入湖底土壤中，插入深度為5～10 cm。當水深過大人工無法直接扦插時，可采用輔助工具進行扦插種植，具體操作方式是用一節(jié)長1～1.5 m的竹竿頂端將湖底挖成U型缺口，取沉水植物種苗的根部嵌入至缺口中，再將竹竿缺口向下平穩(wěn)快速插入湖底10 cm左右拔出。扦插種植主要在水深不超過1 m，淤泥或粘土底質的區(qū)域中實施。

(2)拋種法。選泥土粘性較大的為佳。將植物的種子、芽孢完全裹入泥土，或將植物鮮體的一部分根莖裹入泥土并用無紡布包裹，緩慢拋入水中即可。

(3)沉床法。用竹片或毛竹編制長寬為1 m×1 m的種植床，將植株根系或植株底端用底質改良材料包裹并固定于床體，再將種植床沉入水中。

4.4 日常運行及維護

沉水植物群落修復后，需定期進行相關的維護和管理，主要包括：①植物栽植后，為避免水禽類牧食和游船干擾，需布置警戒線、警示牌和警示標識；②定期觀察是否有枝條上浮，及時清理上浮的枝條；③定期觀察修復區(qū)水體透明度，在透明度較低，不利于水生植物生長時，可適當采用人工投加生物絮凝劑方式，改善修復區(qū)域水體透明度；④栽植成苗半月之后，觀察栽植成苗區(qū)的植物存活與定植情況，如果密度未達到設計的2/3，應重新補栽；⑤植物群落建立后，適度控制沉水植物生長旺盛期的生物量，當沉水植物多數枝條長到水面時，應注意進行中等強度的收割；⑥防止由于打撈漂浮起來的植物，而把正常生長的水生植物一并大量打撈，造成植物生物量明顯減少。

5 效果評價

通過構建完善的生態(tài)群落，科學的種植與養(yǎng)護技術，對東湖各子湖進行針對性整治，東湖水環(huán)境提升效果明顯。沉水植物長勢較好，植物覆蓋度明顯提高，水體透明度顯著提升。以東湖鵝咀示范區(qū)為例，在沉水植物修復區(qū)內，植物生長良好，水下森林初現，水質與圍隔外區(qū)分明顯，圍隔內水體透明度顯著提高，總體感官效果較佳。不透水圍隔內沉水植物覆蓋度可達70%以上，透明度可達120 cm。修復區(qū)沉水植物生長情況見圖2和圖3。

圖2 武漢東湖沉水植物種植區(qū)航拍

6 結論與討論

對沉水植物修復不僅提升了東湖修復區(qū)內透明度，也改善了東湖修復區(qū)生態(tài)環(huán)境，本工程也可為其他大型湖泊生態(tài)修復工程提供參考。沉水植物修復只是武漢東湖水生態(tài)修復工程一部分，該項目還將采取種植挺水植物和浮葉植物、構建水生動物群落、建設立體生態(tài)平臺等措施，構建健康穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，最終實現提升東湖水環(huán)境的目的。