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生态疏浚被越来越多的运用到湖泊修复中。但是工程实践表明,湖泊生态疏浚的生态环境效应具有不确定性,该技术还存在一定的争议。因此,有必要研究湖泊生态疏浚的生态环境效应及其产生机制。本文以东钱湖生态疏浚工程为依托,通过室内模拟实验和长达4年的工程现场监测,研究了疏浚对湖泊生态系统理化环境、生源要素、生物群落、富营养化程度、生态系统健康等产生的生态环境效应及其产生机制,并在此基础上对生态疏浚工程的实施提出了建议。主要研究结果及工程建议如下:
1.疏浚对理化环境的影响
(1)溶解氧(DO)
疏浚可能暴露出大量的还原性物质,使水体短期耗氧能力激增,造成水体溶解氧含量短期下降;疏浚结束多年后区域的沉积物耗氧能力很弱,说明疏浚具有降低湖泊溶解氧消耗能力的潜在长期效应。疏浚可以是应对重度富营养化湖泊氧亏损严重的一种措施,在此类湖泊中开展疏浚应该避开夏季高温季节,以免短期内加重氧亏损,造成生态灾害。
(2)pH值
疏浚可能暴露出大量还原性硫化物,这些物质在氧化过程中会释放大量氢离子;东钱湖流域碱度低,碳酸盐缓冲能力薄弱;东钱湖疏浚后浮游植物生物量先急剧减少随后出现较大的波动。上述三点因素的共同作用,导致了东钱湖在疏浚后pH值先急剧下降,随后出现较大的时空波动。鉴于pH值下降可能带来的诸多风险,疏浚工程在前期勘测中,应该关注整个疏浚湖泊流域内的碱度状况、碳酸盐缓冲体系状况、以及湖泊沉积物中还原性硫化物的含量及分布特征。
2.疏浚对生源要素的影响
(1)微宇宙实验表明疏浚可通过长时间改变沉积物-水界面环境条件,作用于新生界面氮循环。
疏浚可能会导致氨氮的短期释放,但其长期释放风险降低。为降低短期氨氮释放造成水华的风险,疏浚应在低温季节实施。疏浚具有削弱疏浚区硝氮衰减/脱氮能力的潜在长期效应。疏浚应当以截断外源营养负荷为前提,研究和实践中需关注疏浚面积的大小。
(2)通过磷分级技术,对比研究了疏浚区和非疏浚区沉积物中各形态磷。
疏浚后的新生界面沉积物总磷含量较低;疏浚区沉积物中NaOH-nrP显著低于非疏浚区,其他各形态磷无明显区别,但是该形态磷在疏浚区沉积物中有轻微的上升趋势;由于外源磷输入,疏浚区和非疏浚区沉积物均出现了BD-P和NaOH-TP的上升。因此,疏浚应该以控制了外源磷营养盐输入湖泊为前提,避免生物可利用态磷在湖泊中的再次累积。
3.疏浚对生物群落结构的影响
1)东钱湖浮游植物经过了初期蓝藻占主体,中期蓝藻比例下降,隐藻、绿藻上升,后期蓝藻恢复为主体的群落结构演替过程。蓝藻门与水体TN无显著相关性,但是与TP、Chl.a有显著正相关性,说明东钱湖控磷在防控蓝藻水华中具有极大的重要性。因此控制外源磷输入是疏浚成功的前提。疏浚工程启动后,东钱湖Chl.a含量显著下降,2年后含量缓慢回升,期间出现激增,甚至超过疏浚前Chl.a水平。鉴于此,疏浚工程取得一定控制浮游植物的效果后,应及时实施生态整治措施,防止浮游植物生物量以及群落结构的回复。
2)东钱湖疏浚对疏浚区和非疏浚区浮游动物影响均不明显。
3)疏浚区底栖动物遭到了严重破坏,且短时间内难以完全恢复。非疏浚区底栖动物群落结构、生物量等发生了明显变化。底栖动物优势种呈水生昆虫(2009年)—水生昆虫和软体动物(2010年)—软体动物(2011年)—软体动物和水生昆虫(2012年)的变化趋势。总物种数呈现下降趋势,总生物量呈显著上升的趋势。
4)疏浚区沉积物微生物活性下降,在3-4年内无法恢复到非疏浚区水平。
4.疏浚对湖泊生态系统的影响
在对东钱湖疏浚工程现场跟踪调查4年时间的基础之上,综合考虑富营养化程度、生态系统能、结构系统能以及生态系统缓冲容量等指标,对疏浚后东钱湖湖泊生态系统健康程度做出探索性评价:
非疏浚区在疏浚结束后两年左右的时间内生态系统健康发展,但是随后回落至疏浚前水平。疏浚会在初期对疏浚区生态健康造成负面的影响,随后会出现一段时间生态健康良好时期。疏浚区生态健康程度低于非疏浚区。疏浚工程可能在短期内产生了积极的生态环境效应。因此建议在某一区域的疏浚工程结束取得良好效果时及时采取其他的生态工程措施,巩固湖泊生态系统的健康状态。