生態(tài)文明建設(shè)以來(lái)長(zhǎng)江中下游湖泊水生態(tài)環(huán)境變化

張 運(yùn) 林，張 毅 博，周 永 強(qiáng)，徐 軒，施 坤

(中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008)

0 引 言

湖泊是陸地表層系統(tǒng)最基本的地理單元，也是地表水資源的重要載體。湖泊承擔(dān)安全供水、防洪抗旱、旅游休閑、生物多樣性保護(hù)、維系區(qū)域生態(tài)平衡等多種生態(tài)服務(wù)功能，也是“山水林田湖草沙”生命共同體的重要組成部分[1]。湖泊約占全球陸地總面積的3%，但為人類社會(huì)提供了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量的23.2%[2-3]。在中國(guó)，湖泊在保障城市清潔飲用水供應(yīng)方面尤為重要，服務(wù)了全國(guó)47.2%人口的集中式飲用水[4]。

長(zhǎng)江中下游洪泛平原是中國(guó)湖泊密度最大、淡水湖泊最集中的區(qū)域，也是世界上極具特色、生態(tài)意義巨大的著名湖群[5]。由于地處人口稠密地區(qū)，它也是受人類活動(dòng)干擾最強(qiáng)烈、富營(yíng)養(yǎng)化和湖泊污染最突出的區(qū)域之一。據(jù)第二次中國(guó)湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)有面積1 km2以上湖泊598個(gè)，總面積15 312 km2，占全國(guó)淡水湖泊面積的60%。長(zhǎng)江中下游湖泊在洪水調(diào)蓄、水資源供給、水質(zhì)凈化以及生物多樣性維持等方面發(fā)揮著重要作用，如太湖供給了周邊上海、蘇州、無(wú)錫等城市近4 000萬(wàn)人口的飲用水；鄱陽(yáng)湖和洞庭湖是國(guó)際重要濕地以及珍稀候鳥和江豚等關(guān)鍵生物物種的集中分布區(qū)與棲息地。長(zhǎng)江中下游湖泊既是長(zhǎng)江生態(tài)安全廊道和生態(tài)屏障的重要組成部分，也是保障長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)優(yōu)先、綠色高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵要素。然而，過(guò)去40 a受氣候變化、城市化發(fā)展、水利工程建設(shè)、圍墾養(yǎng)殖等人類活動(dòng)干擾，長(zhǎng)江中下游湖泊普遍面臨面積萎縮、蓄水量和水質(zhì)下降、富營(yíng)養(yǎng)化、藻類水華暴發(fā)、草型生態(tài)系統(tǒng)退化以及生物多樣性下降等諸多問題[6-10]。概括起來(lái)，大致可以歸納為水資源失衡、水環(huán)境下降和水生態(tài)退化3個(gè)方面的主要生態(tài)環(huán)境問題：① 湖泊面積萎縮和泥沙淤積造成湖泊調(diào)蓄功能下降，疊加流域水文變化和極端氣象事件容易引發(fā)洪旱災(zāi)害；② 流域入湖污染負(fù)荷增加和湖泊圍網(wǎng)養(yǎng)殖等人類活動(dòng)造成水體營(yíng)養(yǎng)鹽超標(biāo)和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化；③ 藻類異常增殖、藍(lán)藻水華暴發(fā)、草型生態(tài)系統(tǒng)退化等造成生態(tài)系統(tǒng)完整性、穩(wěn)定性和持續(xù)性下降，生物多樣性降低。因此，《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃(2016～2030年)》指出：“長(zhǎng)江中下游湖泊濕地生態(tài)功能退化，江湖關(guān)系緊張，…湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化未得到有效控制”。2021年，《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于加強(qiáng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要湖泊保護(hù)和治理的指導(dǎo)意見》也提出：“緊盯重要湖泊主要問題，以鄱陽(yáng)湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洱海、滇池等重要湖泊為重點(diǎn)，以湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)為突破口，江湖同治、水岸同治、流域同治，構(gòu)建完整、穩(wěn)定、健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，助力長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展”。

2012年11月，黨的十八大從新的歷史起點(diǎn)出發(fā)，作出“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，把生態(tài)文明建設(shè)融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)各方面和全過(guò)程，努力建設(shè)美麗中國(guó)，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展[11-12]。在習(xí)近平生態(tài)文明思想指引下，長(zhǎng)江流域沿線共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)，扎實(shí)推進(jìn)流域水資源保護(hù)、水污染治理、水環(huán)境改善、水生態(tài)修復(fù)和水災(zāi)害防御，推動(dòng)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善[13]。為探討生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施以來(lái)長(zhǎng)江中下游湖泊水生態(tài)環(huán)境變化狀況，本文聚焦水資源、水環(huán)境和水生態(tài)，選取生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施前后(2010～2021年)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)剖析湖泊面積、透明度、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、藻類水華和水生植被等指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程及趨勢(shì)，并進(jìn)一步厘清其變化原因和未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 遙感數(shù)據(jù)

通過(guò)Landsat衛(wèi)星提取長(zhǎng)江中下游湖泊面積、透明度和水生植被面積，其中湖泊面積提取涉及447個(gè)常年水域面積在1 km2以上的湖泊，透明度反演涉及447個(gè)湖泊中的420個(gè)，水生植被主要針對(duì)10 km2以上的湖泊，總共98個(gè)。利用MODIS衛(wèi)星通過(guò)漂浮藻類指數(shù)法提取太湖、巢湖2個(gè)藍(lán)藻水華頻發(fā)的典型湖泊逐日藍(lán)藻水華面積。湖泊面積數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)段為2010～2020年，透明度、藍(lán)藻水華和水生植被數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)段為2010～2021年。湖泊面積、透明度、藍(lán)藻水華和水生植被提取方法詳見相關(guān)文獻(xiàn)[14-17]。

1.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)

溶解氧、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、高錳酸鹽指數(shù)和生化需氧量等湖泊關(guān)鍵水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，其長(zhǎng)期連續(xù)和一致性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被廣泛用于診斷、分析和評(píng)估河流、湖庫(kù)水環(huán)境動(dòng)態(tài)變化及演化趨勢(shì)[18-20]。中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站在長(zhǎng)江中下游22個(gè)湖泊布設(shè)了120個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)開展逐月監(jiān)測(cè)(見圖1)，采用采測(cè)分離的方式進(jìn)行測(cè)定分析，2010～2020年共記錄了9 163條各種水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。

圖1 長(zhǎng)江中下游開展水質(zhì)監(jiān)測(cè)的22個(gè)湖泊分布Fig.1 Spatial distribution of lakes with water quality monitoring in the middle and lower reaches of the Yangtze River

1.3 數(shù)據(jù)分析與制圖

利用SPSS 22統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)年均值并進(jìn)行線性趨勢(shì)擬合，利用ArcGIS 9.2繪制湖泊和各指標(biāo)空間分布圖，采用OriginPro 2018繪制各指標(biāo)數(shù)據(jù)曲線圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 湖泊面積與透明度

2010～2020年長(zhǎng)江中下游地區(qū)1 km2以上湖泊年內(nèi)最大面積和年內(nèi)最小面積(反映最高水位和最低水位對(duì)應(yīng)面積)提取結(jié)果顯示：湖泊總面積整體上有增加趨勢(shì)，但不顯著(見圖2)，低值出現(xiàn)在生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施前的2011年，高值出現(xiàn)在生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施后的2016年和2020年，最高值相對(duì)于最低值分別增加了13.6%和12.3%，反映過(guò)去10 a長(zhǎng)江中下游湖泊沒有繼續(xù)被圍墾和侵占，湖泊萎縮得到明顯遏制，退耕還湖和退漁還湖等措施成效明顯，湖泊調(diào)蓄能力和水資源保有量增加。湖泊透明度反演結(jié)果顯示：2010～2021年透明度呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)波動(dòng)，除2010年和2020年透明度較高外，其他年份透明度基本上差別不大，在0.75 m左右，整體上沒有明顯變化趨勢(shì)，多年均值在0.75 m。

圖2 2010～2021年長(zhǎng)江中下游地區(qū)1 km2以上湖泊面積和透明度變化Fig.2 Yearly changes of lake area and water transparency for lakes with the area larger than 1 km2 in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 2010 to 2021

2.2 關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)

長(zhǎng)江中下游地區(qū)22個(gè)湖泊120個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)逐月監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：2010～2020年6個(gè)關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)——溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、總氮、氨氮和總磷呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)(見圖3)。溶解氧年均值在8.5 mg/L以上，整體維持在較高水平并且稍有上升，但統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)不顯著(R2=0.19，p=0.19)，多年平均值為 8.80 mg/L，不存在缺氧或者厭氧情況，一定程度上反映湖泊水質(zhì)在改善，因?yàn)槿芙庋跸陆祷蛘呷毖鹾蛥捬醯某霈F(xiàn)某種程度上意味著水環(huán)境質(zhì)量下降[21]。高錳酸鹽指數(shù)除了在2018年出現(xiàn)相對(duì)高值3.88 mg/L外，其他年份大致維持在3.30 mg/L，沒有增加和減少趨勢(shì)。生化需氧量、總氮和氨氮呈現(xiàn)較為一致的變化趨勢(shì)，均表現(xiàn)為顯著下降，如生化需氧量由2010年的2.50 mg/L下降到2020年的1.71 mg/L，總氮由2010年的2.10 mg/L下降到2020年1.21 mg/L，氨氮由2010年的0.31 mg/L下降到2020年0.13 mg/L，分別下降了31.6%，42.4%和58.1%，反映湖泊水質(zhì)在持續(xù)好轉(zhuǎn)。總磷在2010～2012年間有較為明顯下降，盡管之后稍微波動(dòng)增加，但2020年的0.061 mg/L仍明顯低于2010年的0.078 mg/L，下降21.7%。因此，綜合考慮6個(gè)關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)的變化特征和趨勢(shì)，整體上反映生態(tài)文明建設(shè)以來(lái)湖泊水質(zhì)已有較為明顯的改善，但必須承認(rèn)的是當(dāng)前總磷濃度依然偏高，超過(guò)地表水湖庫(kù)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L)。

圖3 2010～2020年長(zhǎng)江中下游地區(qū)22個(gè)湖泊6個(gè)關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)變化Fig.3 Yearly changes of 6 key water quality parameters for 22 lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 2010 to 2021

2.3 典型湖泊藍(lán)藻水華

長(zhǎng)江中下游湖泊普遍面臨富營(yíng)養(yǎng)化和藻類水華的問題，其中又以太湖和巢湖的藍(lán)藻水華問題最為突出。MODIS衛(wèi)星逐日遙感監(jiān)測(cè)顯示，2010～2021年太湖和巢湖藍(lán)藻水華年均面積和年最大面積呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)變化(見圖4)。如太湖年均藻華面積在130.4～291.0 km2間波動(dòng)，最大年份(2017年)藻華面積是最小年份(2014年)面積的2.23倍；巢湖年均藻華面積在49.0～97.5 km2間波動(dòng)，最大年份(2018年)藻華面積是最小年份(2021年)面積的1.99倍。從年最大藻華面積來(lái)看，太湖年最大藻華面積出現(xiàn)在2017年，為1 268.4 km2，占整個(gè)太湖水面面積的54.2%，巢湖年最大藻華面積出現(xiàn)在2018年，為497.8 km2，占整個(gè)巢湖水面面積的64.7%。趨勢(shì)分析顯示，太湖和巢湖藍(lán)藻水華面積沒有明顯的下降趨勢(shì)，目前仍處于高位波動(dòng)，但值得欣喜的是，2021年太湖和巢湖藍(lán)藻水華均處于過(guò)去10 a較低水平，另外2022年也整體處于向好態(tài)勢(shì)。

圖4 太湖和巢湖2010年以來(lái)藍(lán)藻水華面積年平均值和最大值逐年變化Fig.4 Yearly changes of cyanobacterial blooms areas of mean values and maxium values for Taihu Lake and Chaohu Lake from 2010 to 2021

2.4 湖泊大型水生植被

大型水生植被是湖泊重要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽攔截和滯留、水質(zhì)凈化以及碳的固定和埋藏都起到非常重要的作用，同時(shí)為浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物及各種魚類提供棲息場(chǎng)所，成為湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要表征，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中占據(jù)重要的地位。以沉水植物為主形成的湖泊草型生態(tài)系統(tǒng)，具有多種生態(tài)服務(wù)功能，提供重要的生態(tài)產(chǎn)品。Landsat衛(wèi)星對(duì)長(zhǎng)江中下游98個(gè)面積50 km2以上湖泊大型水生植物遙感監(jiān)測(cè)顯示：2010～2021年長(zhǎng)江中下游湖泊大型水生植物整體上呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，并且對(duì)不同面積湖泊呈現(xiàn)出較為一致的變化趨勢(shì)(見圖5～6)。從空間分布來(lái)看，洞庭湖水生植被的退化相對(duì)較小(見圖6)。

圖5 2010～2021年長(zhǎng)江中下游地區(qū)10 km2以上湖泊水生植被面積變化Fig.5 Yearly changes of aquatic vegetation area for lakes with water area more than 10 km2 in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 2010 to 2021

圖6 2010～2021年長(zhǎng)江中下游10 km2以上湖泊水生植被面積變化率空間分布Fig.6 Spatial distribution of change rate of aquatic vegetation area for lakes with water area more than 10 km2 in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 2010 to 2021

3 討 論

3.1 湖泊面積變化特征及原因

長(zhǎng)江中下游洪泛平原人口稠密，人類活動(dòng)強(qiáng)烈，為支撐人類生息繁衍和工農(nóng)業(yè)社會(huì)發(fā)展，自古以來(lái)就對(duì)該區(qū)域湖泊的開發(fā)利用強(qiáng)度大，特別是受人多地少和對(duì)湖泊功能認(rèn)識(shí)不足等因素的影響，導(dǎo)致湖泊被大量不合理圍墾，面積急劇減少[7，22]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)分析，1971～1988年面積1 km2以上的湖泊總面積減少了2 545 km2，消失湖泊達(dá)102個(gè)；2015年面積1 km2以上的696個(gè)湖泊總面積相比20世紀(jì)80年代凈減少了1 862 km2[23]。對(duì)1973～2018年間長(zhǎng)江中下游112個(gè)湖泊的圍墾造地(農(nóng)田或建筑用地)和圍網(wǎng)養(yǎng)殖時(shí)空演化過(guò)程分析，發(fā)現(xiàn)湖泊自然水面積損失超40%、庫(kù)容損失30%[24]，湖泊蓄水量降低，應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江流域極端洪水和干旱的調(diào)蓄能力下降，如2022年長(zhǎng)江中下游流域極端干旱造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村人蓄飲水、城市供水面臨挑戰(zhàn)。以洞庭湖為例，湖泊面積由1949年的4 400 km2下降到1970 s的3 000 km2，再到現(xiàn)在的2 600 km2[25]。值得欣慰的是，1998年中國(guó)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)開始實(shí)行退耕還湖政策，黨的十八以來(lái)繼續(xù)加大退耕還湖力度，國(guó)辦2016 年印發(fā)《濕地保護(hù)修復(fù)制度方案的通知》(國(guó)辦發(fā)〔2016〕89 號(hào))，長(zhǎng)江中下游湖泊通過(guò)拆除圍網(wǎng)等手段，逐步恢復(fù)湖泊自由水面和濕地生態(tài)功能[26]。因此，隨著退耕還湖和退漁還湖政策實(shí)施，長(zhǎng)江中下游湖泊逐步恢復(fù)，湖泊水面面積有所擴(kuò)大，但未來(lái)仍需再加快步伐、加大力度，讓湖泊休養(yǎng)生息，更多地恢復(fù)到以前生態(tài)。

3.2 湖泊水環(huán)境變化特征及原因

從2010～2020年長(zhǎng)江中下游地區(qū)22個(gè)湖泊6個(gè)關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)變化來(lái)看，水質(zhì)整體在改善，但不同參數(shù)變化存在明顯分異，生化需氧量、總氮和氨氮顯著下降，溶解氧有所提升、總磷有所下降，但都改善不明顯，高錳酸鹽指數(shù)基本上沒有改善甚至部分年份還有所反彈。總氮和氨氮濃度下降與外源污染負(fù)荷控制以及淺水湖泊強(qiáng)脫氮能力有關(guān)，流域氮進(jìn)入湖體后除了在沉積物蓄積外，大部分會(huì)通過(guò)一系列硝化和反硝化作用最終以氮?dú)夂脱趸瘉喌葰鈶B(tài)方式永久離開水體，如太湖外源年輸入氮只有9%滯留在湖體[27]。湖泊總磷下降緩慢甚至部分年份有反彈，這與流域磷排放、藍(lán)藻水華暴發(fā)、沉積物釋放和水生植被退化密切相關(guān)，流域磷進(jìn)入湖體除了隨出流排出湖體外，絕大部分都沉降和蓄積在沉積物中，如太湖外源年輸入磷高達(dá)63%滯留在湖體，使得內(nèi)源磷負(fù)荷蓄積量大，而風(fēng)浪擾動(dòng)、藍(lán)藻水華暴發(fā)和水生植被退化等加劇底泥向水體的磷釋放[6,27-31]。例如，太湖是典型的大型淺水湖泊，動(dòng)力擾動(dòng)再懸浮和藻類等生物泵吸作用造成底泥內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽大量釋放。底泥再懸浮通量的高頻觀測(cè)顯示，藻型湖區(qū)底泥磷釋放通量是水草區(qū)的16倍[32]。因此，盡管太湖底泥平均污染程度不高，但由于對(duì)水相磷供給的效率高、總負(fù)荷大，特別是藍(lán)藻水華造成pH值升高和底部厭氧，能夠大量泵吸底泥中的磷進(jìn)入水體。據(jù)調(diào)查，太湖僅表層3 cm底泥中賦存的易釋放活性磷就達(dá)1 500多噸[33]。另外，歷史上湖泊圍網(wǎng)養(yǎng)殖及近年來(lái)的快速拆除也會(huì)造成磷在沉積物中的蓄積和大量釋放[8,26,34]。長(zhǎng)江中下游許多湖泊都經(jīng)歷高密度圍網(wǎng)投餌養(yǎng)殖，沉積物中殘留大量餌料和水產(chǎn)品排泄物，富含豐富磷元素[24]。2016年以來(lái)長(zhǎng)江中下游湖泊圍網(wǎng)被快速拆除后，水生植被沒有有效恢復(fù)，缺乏足夠水生植物覆蓋的淺水湖泊沉積物在風(fēng)浪和底棲魚類擾動(dòng)下，極易發(fā)生磷內(nèi)源釋放，一定程度上也造成總磷居高不下。高錳酸鹽指數(shù)在2018年有較為明顯的反彈，對(duì)應(yīng)生化需氧量也有所反彈，其具體原因不是非常清楚，猜測(cè)可能與部分湖泊出現(xiàn)明顯有機(jī)物污染有關(guān)，后續(xù)需要加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)和深入分析。

3.3 湖泊水生態(tài)變化特征及原因

本文涉及的湖泊水生態(tài)變化主要包括藻類生長(zhǎng)、藍(lán)藻水華暴發(fā)以及湖泊大型水生植物退化。湖泊藻類異常增殖和藍(lán)藻水華暴發(fā)受氣象水文(氣溫、光照、降水、換水周期)、水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和食物鏈等多種因素影響，同時(shí)容易造成湖泊厭氧、魚類死亡和異味物質(zhì)超標(biāo)，是影響湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康和飲用水安全的常見生態(tài)災(zāi)害。近年來(lái)，隨著全球湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加劇，疊加高溫?zé)崂?、干旱、暴雨等極端天氣事件增多，藍(lán)藻水華在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)發(fā)生頻次增加、強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢(shì)，研究發(fā)現(xiàn)全球68%的湖庫(kù)藍(lán)藻水華持續(xù)加劇[35]。長(zhǎng)江中下游湖泊發(fā)育在土壤肥沃的洪泛平原，營(yíng)養(yǎng)鹽本底高，加之流域高強(qiáng)度人類活動(dòng)和高負(fù)荷污染排放，水體營(yíng)養(yǎng)鹽長(zhǎng)期處于高位，為藻類異常增殖和藍(lán)藻水華暴發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)[5,8]。而氣候變化導(dǎo)致的溫度上升、風(fēng)速下降、強(qiáng)降水事件增多強(qiáng)化和放大了藍(lán)藻水華及其災(zāi)害[9,20,28,36-39]。首先，相對(duì)于其他硅藻和綠藻，藍(lán)藻喜高溫(>25 ℃)，全球變暖使得冬季溫度上升、春季升溫提前而秋季降溫推遲，延長(zhǎng)了生長(zhǎng)期，改變了浮游植物物候[9,40]。太湖逐日水溫觀測(cè)資料顯示，2017年與2007年水溫異常，在冬春季節(jié)溫度較往年顯著偏高。暖冬有利于水柱中水華優(yōu)勢(shì)屬微囊藻越冬，為來(lái)年水華暴發(fā)提供“種源”，從而使得水華暴發(fā)提前、程度加劇，例如2007年與2017年太湖嚴(yán)重的藍(lán)藻水華均發(fā)生在溫暖的冬春季之后[41]。其次，全球氣候變化導(dǎo)致中國(guó)大部分區(qū)域近地面風(fēng)速下降，例如太湖流域在過(guò)去的30 a間，平均風(fēng)速下降約37%，藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)隨著風(fēng)速下降而進(jìn)一步增大，同時(shí)低風(fēng)速情況下上浮更迅速，更容易形成表面水華[42]。無(wú)論是日、月還是年尺度上，藍(lán)藻水華面積與風(fēng)速均顯著負(fù)相關(guān)，表現(xiàn)為小風(fēng)藍(lán)藻聚集效應(yīng)[36]。氣候變化造成有利于喜高溫的有害藍(lán)藻成為優(yōu)勢(shì)類群，加劇藍(lán)藻水華暴發(fā)，擴(kuò)張了藻型生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，藍(lán)藻水華頻繁增加又加劇了湖泊底部缺氧和底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，促進(jìn)藍(lán)藻水華發(fā)生，形成惡性循環(huán)。太湖、巢湖等湖泊經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高強(qiáng)度治理，營(yíng)養(yǎng)鹽特別是總氮和生化需氧量等已有明顯改善，但藍(lán)藻水華改善有限且緩慢，主要是由于氣候變化對(duì)藍(lán)藻水華的促進(jìn)作用部分抵消了流域氮磷控制削減對(duì)藍(lán)藻水華緩解的成效。

湖泊中大型水生植物生長(zhǎng)、發(fā)育和演替等受多種環(huán)境和生物因子的綜合影響，大致可以分為非生物和生物兩大類，其中非生物因子包括營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、光照(或者透明度)、溫度、底泥、水深(或者水位)和風(fēng)浪等，生物因子包括藻類競(jìng)爭(zhēng)和魚的捕食[43]。長(zhǎng)江中下游湖泊大型水生植物目前整體呈現(xiàn)退化態(tài)勢(shì)，主要可以歸結(jié)于以下幾個(gè)方面。

(1) 湖泊水體營(yíng)養(yǎng)鹽仍處于高位，藻型生境尚未根本逆轉(zhuǎn)，限制水生植被生長(zhǎng)和恢復(fù)[16，44]。隨著湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，湖泊水體中總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽在波動(dòng)中逐步上升，當(dāng)前長(zhǎng)江中下游湖泊總氮在1.5 mg/L、總磷在0.07 mg/L左右，非常有利于藻類大量生長(zhǎng)，甚至暴發(fā)藍(lán)藻水華[45]，其遮蔽光照導(dǎo)致透明度下降，藍(lán)藻水華的侵入對(duì)湖泊草型生境破壞是非常關(guān)鍵的。藍(lán)藻水華除了遮蔽光照，還會(huì)分泌其他化感物質(zhì)，抑制水生植物生長(zhǎng)，水華顆粒物的分解還會(huì)導(dǎo)致底部的厭氧環(huán)境，脅迫水生植物的生長(zhǎng)，這些最終都會(huì)導(dǎo)致水生植物退化。隨著水生植物消亡，裸露的底泥就會(huì)釋放營(yíng)養(yǎng)鹽，促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)[30]，形成水生植物消退-藍(lán)藻水華暴發(fā)-底泥釋放-藍(lán)藻生長(zhǎng)-水華暴發(fā)的惡性循環(huán)，驅(qū)動(dòng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)從“清水草型”向“濁水藻型”生態(tài)系統(tǒng)演替。

(2) 江湖阻隔造成湖泊水位變化較小且全年處于高位[46-47]。水位(水深)是影響沉水植物分布的重要因素，隨著水深變淺，水體的透明度與水深比值相對(duì)增加，會(huì)促進(jìn)水生植物大量繁殖，分布范圍和面積不斷擴(kuò)大。水位通過(guò)直接影響沉積物特性、水透光性、水流速等進(jìn)而對(duì)水生植物豐富度、分布和植被組成產(chǎn)生決定性的間接影響。水位的波動(dòng)會(huì)影響沉積物懸浮狀態(tài)，改變水體透光率，同時(shí)刺激和抑制水生植物發(fā)芽，改變環(huán)境中氧氣的可利用性，干擾養(yǎng)分和有毒物質(zhì)在水-土界面的交換通量等，這些作用機(jī)制綜合效應(yīng)影響著水生植物的豐度、生物量和組成。閘壩建設(shè)和江湖阻隔造成太湖、巢湖等長(zhǎng)江中下游許多湖泊長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，很大程度上限制了沉水植物的發(fā)育和生長(zhǎng)。

(3) 淺水湖泊頻繁風(fēng)浪擾動(dòng)疊加藻類快速生長(zhǎng)造成湖泊透明度整體偏低[16，44]。沉水植物最主要的代謝活動(dòng)是光合作用，光照強(qiáng)度是沉水植物生長(zhǎng)必需的環(huán)境因子和主要限制因素，影響著水生植物的存活率、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和生長(zhǎng)等。而透明度是影響光照強(qiáng)度在水體中衰減的最重要因素，因此決定著沉水植物的蓋度、生物量和物種多樣性[16，44]。長(zhǎng)江中下游湖泊水體渾濁、透明度整體偏低，大部分湖泊透明度在0.5 m左右，意味著沉水植物只能分布在1.5 m以下的淺水區(qū)域[10，48]。

(4) 湖泊圍網(wǎng)養(yǎng)殖造成水生植被分布區(qū)嚴(yán)重萎縮，覆蓋率顯著下降[49]。圍網(wǎng)養(yǎng)殖要利用湖泊豐富的沉水植物等水草資源作為餌料，因此一般均布設(shè)在水生植物分布區(qū)，其最直接的影響是大大壓縮了水生植物分布區(qū)和生存空間。此外圍網(wǎng)養(yǎng)殖投餌造成湖泊污染和富營(yíng)養(yǎng)化，致使水體透明度下降，湖泊底部光照嚴(yán)重不足[24，50]，造成水生植被分布區(qū)嚴(yán)重萎縮，覆蓋率顯著下降。

4 結(jié)論與展望

黨的十八大后，實(shí)施生態(tài)文明建設(shè)后以來(lái)，長(zhǎng)江中下游湖泊總氮、氨氮、生化需氧量等顯著下降，2020年相比于2010年分別降低了42.4%，58.1%和31.6%，表明湖泊水環(huán)境質(zhì)量改善明顯，但總磷等部分水質(zhì)指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)滯緩，特別是草型生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)展緩慢，甚至出現(xiàn)進(jìn)一步退化態(tài)勢(shì)，與美麗河湖建設(shè)目標(biāo)仍存在一定差距。同時(shí)，我們也必須清醒認(rèn)識(shí)到過(guò)去10 a長(zhǎng)江中下游地區(qū)六省一市(湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江和上海)人口和經(jīng)濟(jì)總量大幅度攀升，其中人口增加2 300萬(wàn)(由3.83億增加到4.06億)，GDP翻了一倍多(由14.01萬(wàn)億增加到35.56萬(wàn)億)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展造成流域入湖污染負(fù)荷顯著增加，超出湖泊水環(huán)境容量和水資源、水環(huán)境、水生態(tài)承載力。加之全球氣候變化引起的湖泊增溫、極端氣象事件增加也對(duì)湖泊水生態(tài)環(huán)境帶來(lái)極大沖擊[9，28]。因此，長(zhǎng)江中下游湖泊能取得當(dāng)前生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善成就已實(shí)屬不易，但湖泊治理修復(fù)特別是水生態(tài)恢復(fù)仍任重道遠(yuǎn)。

為確保長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要湖泊保護(hù)治理成效與人民群眾對(duì)優(yōu)美湖泊生態(tài)環(huán)境的需要相適應(yīng)，基本達(dá)成與美麗中國(guó)目標(biāo)相適應(yīng)的湖泊保護(hù)治理水平，有效保障長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色高質(zhì)量發(fā)展，提出以下建議：

(1) 加大流域污染物控源減排，從入湖河流達(dá)標(biāo)排放向入湖污染物總量控制轉(zhuǎn)變，嚴(yán)控主要湖泊外源入湖污染負(fù)荷，有效削減內(nèi)源污染負(fù)荷，提升湖泊自凈能力、擴(kuò)增湖泊生態(tài)空間和水環(huán)境容量，逐步實(shí)現(xiàn)入湖污染負(fù)荷與湖體污染物凈化、水環(huán)境容量動(dòng)態(tài)平衡，緩解湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。

(2) 加大長(zhǎng)江中下游湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)力度，選擇太湖、巢湖、鄱陽(yáng)湖和洞庭湖等重要湖泊實(shí)施山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程，實(shí)施湖泊生態(tài)修復(fù)和食物網(wǎng)調(diào)控，著力提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)整體性、穩(wěn)定性和完整性，推動(dòng)長(zhǎng)江流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)由水污染防治為主，向水資源保障、水環(huán)境改善、水生態(tài)修復(fù)和水災(zāi)害防御 “四水統(tǒng)籌”轉(zhuǎn)變。

(3) 加強(qiáng)全球氣候變化對(duì)長(zhǎng)江中下游湖泊水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水災(zāi)害的影響研究與應(yīng)對(duì)，特別是極端洪水、極端干旱、高溫?zé)崂说葮O端氣象水文事件對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的沖擊與災(zāi)變影響，科學(xué)實(shí)施長(zhǎng)江干流和重點(diǎn)湖泊流域上游水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，形成水資源供給保障-水環(huán)境持續(xù)改善-水生態(tài)有效恢復(fù)-水災(zāi)害統(tǒng)籌治理的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方案，緩解氣候變化對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的不利影響。

致 謝

感謝中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站張殷俊和中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所黃佳聰提供長(zhǎng)江中下游湖泊部分水質(zhì)數(shù)據(jù)。