摘要
巢湖水域面积减小，大量湿地萎缩，水位高度由自然节律变为人工控制的常年高水位，巢湖水体自然净化能力大幅降低。水土流失和点、面源污染严重造成巢湖底泥、湖水严重富营养化，浮水植物藻类化，鱼类趋向小型化。研究结果表明，巢湖生态系统正经历巨大变化。提出了内、外源性营养物质的控制等生态修复措施恢复巢湖生态平衡。
关键词 巢湖;生态系统;变化;修复措施
中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）34-12250-03
The Changes and Repair Measures of Chaohu Lake Ecosystem
FAN Yuxiang1， JIN Shejun1， LIU Gang2 et al
（1.Chaohu Lake Meteorological Service， Chaohu， Anhui 238000; 2. Monitoring Station of Chaohu Lake Administration Bureau， Chaohu， Anhui 238000）
Abstract There are so many changes such as the reduced water area， a large amount of shrinking wetlands， a perennial water level controlled by the law of natural into artificial high water level and the sharply reduced water selfpurification capacity of Chaohu Lake. The soil and water loss， the serious sediment caused by point and nonpoint source pollution， the serious eutrophication of Chaohu Lake， the floating algae， increasing miniaturized fish all show that the ecological system of the lake is undergoing great changes. Taking all the problems into consideration， it was proposed that the internal and external source of nutrients should be limited in Chaohu Lake to restore the ecological balance.
Key words Chaohu Lake; Ecosystem; Change; Repair measures
巢湖（31°25′28″～31°43′28″ N，117°16′54″～117°51′46″E），东西长61.7 km，南北最大宽度20.8 km，平均宽度15.1 km。水位12 m时（吴淞冻结基面，下同），湖面面积约760 km2，湖岸周长约155.7 km。湖底浅平，西高东低。巢湖自身既是一个相对独立的生态系统，又与流域中的陆地生态系统进行密切的物质交换，从陆地生态系统接受大量的物质（泥沙等）和营养（N、P等）。伴随着工业化进程加快、城镇人口增加和化肥、农药的大量使用，巢湖承纳的污废水不断增加，污染负荷超出了巢湖的承载能力，富营养化水平长期居高不下，湖泊生态功能退化，大规模蓝藻水华不时暴发，危及饮水安全。巢湖水污染防治得到国家高度重视，被列为“三湖三河”环境保护重点区域。“九五”以来，历经多次大规模治污行动，一批重点治污项目相继建成，污染物排放强度趋缓，但污染治理欠账较多，目前尚未从根本上有效遏制巢湖富营养化问题。回顾巢湖生态系统的巨大变化对了解和预测巢湖生态系统的未来演变趋势十分重要。
1 巢湖生态系统的变化
1.1 面积和水位的变化
1.1.1
面积变化。多数学者认为巢湖是在构造盆地基础上发育起来的断陷构造湖泊，至晚更新世末奠定了巢湖的基本形态，距今已有一万多年。据考证推测，古巢湖面积约2 000 km2，为现在巢湖的2.6倍[1]。之后由于气候变化，湖泊面积减小[2]。
围垦也是巢湖萎缩的重要原因之一。围垦巢湖始于1 700年前，在清代围垦面积达418.7 km2;新中国成立后，围垦仍未停止，1955～1979年巢湖入湖河流杭埠河、兆河、柘皋河口围垦面积达12 km2。巢湖经历代围垦，原有的360多个湖汊、湖湾已荡然无存。巢湖原有的大量湖汊、湖湾及自然湿地系统的萎缩和丧失导致了巢湖自然净化能力大幅降低。
1.1.2
水位变化。
巢湖闸于1962年竣工，1964年开始使用。由于闸的修建，巢湖变为人工控制的半封闭性水域，大大减少了长江江水的入湖量。根据裕溪河多年流量观测资料，巢湖闸修建前，长江入湖（经裕溪河）交换水量多年平均为13.6×108 m3;修建后，长江入湖交换水量多年平均为1.6×108 m3，减少了88.2%。
以巢湖闸完工的1962年为界，比较1934～1962年与1963～1984年最高水位和最低水位。建闸前最高水位的平均值（9.85 m）略低于建闸后（9.92 m）;最高水位出现的时间也有所变化：建闸前出现在6～10月，建闸后，1、2和5月也有出现（图1）。
巢湖建闸对最低水位的影响巨大：建闸前仅为5.56 m，建闸后平均值7.04 m，上升了近1.5 m;最低水位出现的时间也有所变化：建闸前出现在12、2～4月，建闸后，11、5～7月也有出现，即最低水位也可出现在以前的丰水季节（图2）。
巢湖闸的修建极大地改变了巢湖水文变化的自然节律，主要是长江入湖水量的大幅下降、最低水位的大幅提升以及最低水位出现时间的变化。这些变化可能是巢湖生态系统变化的重要驱动因子。
在1961年建闸前，巢湖晚冬和早春期间湖滨湿地面积约有150 km2，建闸后湿地面积大幅下降（20世纪80年代初为16 km2）。2～3月水位与湖滨湿地面积呈现显著的负相关关系。
1.2 底质和水质的变化
1.2.1
底质变化。
近几十年随着城市扩张、工农业迅猛发展，城市生活污水和工业废水的大量排放以及农业滥施化肥、农药，巢湖水环境质量下降。比较1987～1988年（图3）和2006年（图4）巢湖表层沉积物中TP含量的等值图不难发现，1987～2006年西北部沉积物（南淝河口附近）中的TP含量有很大的上升（图3）[3]。
图1 巢湖建闸前后最高水位及其发生月份的变化（引自巢湖市地方志编篡委员会，1988年）
图2 巢湖建闸前后最低水位及其发生月份的变化（引自巢湖市地方志编篡委员会，1988年）
图3 1987～1988年巢湖表层沉积物中TP含量等值图（单位：mg/g）
图4 2006年4～6月巢湖表层沉积物中TP含量等值图（单位：mg/g）
1.2.2
水质变化。1982～2007年巢湖湖水的TN和TP经历了逐步上升，1995年达到高峰，之后又逐渐下降，向1982～1984年接近的过程。1982～1984年TN、TP分别为1.70和0.12 mg/L，1995年增加到4.63和0.42 mg/L，分别增加了1.72和2.76倍！2007年TN和TP又回落到1.40和0.16 mg/L。巢湖湖水中TN、TP浓度的变化应该是污染负荷、湖水交换、内源N、P负荷以及湖内生命活动综合作用的结果[4]。巢湖西部湖区水质不稳定，合肥市供水集团公司巢湖水源厂已停用，仅作为合肥市战略备用水源。
1.3 生态变化
1.3.1
植物变化。据记载，宋朝时巢湖：湖水清澄，透明度大，水生植物丰盛，水上水下种类繁多。明清时巢湖“荻花芦叶满湖秋，菰浦滩上霁残雨”，沿岸的浮叶与沉水植物兴盛，岸边常见“傍水人家种绿杨”，环湖山丘多是“树色葱茏”，“丛树看如障”。在过去的半个多世纪，巢湖水生维管束植物（以下简称水生植物）经历了繁盛到衰退的过程。1931年前，巢湖水生植物的覆盖率达到30%，20世纪50年代初，巢湖水生植物覆盖率下降到10%～20%，20世纪70年代末仅为0.14%，2007年调查表明约为1%。冬末春初的“露滩”与“晒滩”对水生植物种子的萌发可能十分重要，几次大洪水的冲击及建闸后的高水位被认为是巢湖水生植物衰退的重要原因[5]。
自20世纪50年代以来（甚至追溯到19世纪末），每年5～11月，在合适的气象、水文条件下即在巢湖水面有浓密的蓝藻覆盖，像涂了一层“绿油漆”散发浓烈的腥臭味[6]。据专家测定，巢湖年平均蓝藻含量6～8 mg/L，整个湖的蓝藻量达50万～70万t（干生物量） ，显示着蓝藻在浮游植物中的垄断地位。巢湖西部湖区蓝藻暴发程度高于东部湖区。巢湖浮水植物由草型化向藻型化过渡。
1.3.2
鱼类变化。20世纪50年代以来，巢湖的鱼产量有了大幅上升，从1951年的4 000 t增长到2002年的8 644 t，整整翻了一番多。产量的增加主要来自小型鱼类（毛鱼、银鱼等），而大型鱼类（鲢、鳙、鲤、鲫等）的产量不仅没有增加，反而有所下降。
1952年巢湖鱼产量为3 500 t，其中鲢、青、草等杂大鱼占47.50%，毛鱼占38.75%，其他鱼占13.75%。1960年以后，由于水质污染，加之酷渔滥捕的影响，鱼类产量和结构都发生了剧变，小型鱼类已占优势。巢湖开发公司1980 年统计，湖鲚、银鱼类、似鲛、黄颡等的产量占总产量的85%，大型经济鱼类如鲤、鲌鱼、草、青、鲢、鳙、鲶鱼等，只占总产量的15%。2003年统计结构与1980年相似，小型鱼类占据绝对优势，杂大鱼仅占捕捞量的21.99%，洄游性鱼类已经很少见（图5）。巢湖食藻鱼比例大幅降低，食浮游动物鱼类比例大幅上升，鱼类趋向小型化。
注：a.1952年;b.1980年;c.2003年。
图5 巢湖水产捕获量比例变化
2 巢湖生态系统的修复措施
2.1 外源性营养物质的控制措施
巢湖水质恶化主要是外界输入的大量营养物质在水体中富集造成的，切实控制外源性营养物质的输入，是巢湖水体生态修复的重要前提。
2.1.1
防治水土流失和保护岸线。近年来，由于湖岸崩塌、湿地破坏，巢湖每年有大量泥沙淤积湖底，水土流失十分严重。为尽快恢复巢湖生态环境，应科学地控制巢湖水位，即在保证生活用水及农业灌溉的前提下，适时降低巢湖水位，在高水位与低水位的湖滩之间栽植适水性强的柳树、芦苇等，既有利于改善湖滩生态环境，又能防止湖岸崩塌。
2.1.2
科学处理污水。巢湖流域的工矿企业众多，各企业应选用合适的污水处理技术，沿湖各地环保部门要依法行使环境监督管理权，严格执法，强化管理。实现流域内污废水的达标排放，从根本上截断外部输入源，使水体失去营养物质富集的可能性。
增强流域内居民的环保意识，严格控制湖滨带度假村、湖鲜馆的数量与规模，规范渔业养殖及捕捞，必要时采用行政干预，退田还湖，恢复植被生态。
2.1.3
湖滨带湿地的构建。湖滨带湿地是水陆生态系统间的一个过渡和缓冲区域，通过截留、沉淀、吸附、吸收，使污染物质得以有效去除，同时又能营造怡人的景观效果，具有保持物种多样性，调节和稳定相邻生态系统，净化水体，减少污染等功能，尤其在面源污染的控制方面更具有明显的优势。湖滨带对水质的净化是理化生物综合效应的结果。湖滨带生态修复就是构建水陆间的过渡带，维持栖息其间的动植物群落，合理利用湿地系统，最大程度地发挥湖滨带的净化能力。
2.2 内源性营养物质的控制措施
2.2.1
底泥生态疏浚。由于常年自然沉积，湖泊底部聚积了大量淤泥，富含可观的营养盐类，其释放也可能形成湖泊富营养化和水华暴发。将底泥从湖体中移出，是减少内源的直接有效措施。在工程施工时，要密闭机械工作面，对淤泥要安全处置，防止二次污染。
2.2.2
引江济巢。利用长江上游侧与巢湖之间的自然水头差，从长江引水经现有河道及开挖河道进入巢湖，经裕溪河注入长江下游，加大江湖水量交换，具有提高水体自净能力、增加巢湖环境容量、抑制蓝藻暴发规模、修复湖泊生态等功能。引江济巢需在做好防治水土流失、实现流域内污水达标排放的前提下才能进行，否则引江济巢就是污染转移，对长江势必产生较大的生态承载能力。
2.2.3
人工增雨。在合适的气象条件下，实施人工增雨作业，增加降水量的同时也降低了湖水温度，稀释湖泊中蓝藻等有害物质浓度，抑制蓝藻暴发，达到改善水质的目的。
2.2.4
底泥覆盖。通过在底泥表面敷设浸透性小的塑料膜或卵石，消减波浪扰动时的底泥翻滚，有效抑制底泥营养盐的释放，提高湖水透明度，促进了沉水植物的生长。美国Eola 湖用卵石覆盖湖底，大大改善了湖水的透明度，同时还防止了硫化氢气体的产生[7]。但若大面积敷设不透水材料，则会严重影响湖体固有的生态环境，目前这方面的争议也比较大。
2.2.5
水生动物修复技术。在湖中放置适当的水生动物可以有效地去除水体中富余的营养物质。如蚌类可以滤食悬浮的藻类及有机碎屑，提高湖水的透明度; 螺蛳摄食固着藻类，同时分泌促絮凝物质，使湖水变清; 放养鲢、鳙则可以直接除藻。谢平研究发现，鲢、鳙养殖密度的上升是导致东湖水华消失的根本原因，并提出了通过放养食浮游生物的鲢、鳙来直接控制蓝藻水华[8]。唐洪玉等通过长刺汊和鲢鱼对藻类牧食力的对比研究发现，单位重量的长刺汊比鲢鱼对藻的摄食效果好，而且长刺汊的生长繁殖速度也远远大于鲢鱼[9]。但在实际应用中，应注重自然规律，选择合适的水生动物，使其能形成合理的生物链循环。
2.2.6
生物膜技术。以表面积较大的天然材料或人工介质为载体，利用其表面形成的粘液状生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物能有效拦截、吸附、降解污染物质。纪荣平等通过人工介质富集微生物，TN、TP 的去除率分别达到22.1%、60.7%。
2.2.7
生物浮床技术。人工构建生物浮床为水生植物、水生动物提供生存环境，按照自然界本身规律，消减水体中污染物质，从而达到净化水质的效果。太湖梅梁湾水源地水质改善项目的初步研究表明，通过构建水芹、河蚬、人工介质三位一体的生物浮床，可有效净化水质，而且水体透明度大大改善，为沉水植物的恢复及物种多样性提供了重要条件[10]。
3 结语
巢湖生态系统的变化，一方面是水体生态系统变化的自然规律，另一方面是人类社会经济活动的结果。当然，在较短的时间尺度（如近几十年），这种变化主要是由于人类活动引起的。由于围垦，湿地面积减小，导致巢湖萎缩430 km2以上;由于建闸，巢湖保持高水位的半封闭湖泊，洄游性鱼种类急剧减少，同时水生植物破坏殆尽。污染物的大量排放导致巢湖底质及水质污染严重。沿湖植被被破坏，水土流失严重，入湖泥沙量增加，淤积愈益严重; 水生植物的减少破坏了水生态系统，导致鱼类组成发生变化，种群结构失衡，趋向小型化。