太湖生態修復問題剖析及相應修復技術探究

范 瑜

（江蘇省環境監測中心， 江蘇 南京 210019）

0 引言

目前，太湖流域基本實現了全面“控源截污”，蘇州、 無錫等城市污水管網的覆蓋率已經達到或超90%，排放尾水是國家一級A 標準；環湖河道興建闡壩并在湖岸港汊廣泛構筑不同類型的濕地系統；利用大型機械設備進行重點區域的底泥清淤等。 這些治理措施使太湖連續12 a 實現“兩個確保”目標，流域水質總體持續改善， 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（Ⅲ類）仍有差距，太湖水污染治理遇到了新的瓶頸， 同時給我們提出了新的研究方向， 也為下一步實施太湖生態修復工程提供了良好機遇。太湖淤泥營養鹽在風浪作用下再釋放、湖中水生植被大幅減少、引江入湖輸水氮、磷營養物質偏高等問題成為影響當前太湖富營養化及藍藻繼續暴發的至關重要因素， 成為太湖生態修復面臨的主要問題。解決這些問題，需要統籌考慮恢復和加強太湖草境生境系統、實施太湖生態清淤和防洪疏浚、飲用水源水質深度凈化等綜合工程措施。

1 太湖生態修復的主要問題

1.1 底泥內源的二次釋放

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。據觀測,太湖最高水位(大浦口站)為3.84 m，出現在7月22日；最低為2.66 m，出現在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。 太湖水源補給主要來自苕溪、南溪和運河3 個水系補給，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，頻繁的風浪擾動使得磷不斷地從沉積物中進入水體參與循環， 為藍藻生長提供源源不絕的營養成分， 即使在外源輸入已經徹底截斷的情況下，內源營養鹽補給仍很充足。

底泥造成的二次污染是不可忽視的重要污染源。 據有關資料分析，內源污染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， 同時增加了風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 “引江濟太”調水污染負荷處于高位

“引江濟太”調水水體污染負荷處于高位，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，日取水規模由40 萬m3增加到351 萬m3，太浦閘全年出湖水量達40.64 億m3，較2014年增加了七成，增加量相當于太湖總蓄水量的38%。 湖州計劃將日取水規模從20 萬m3增加到40 萬m3， 嘉興也計劃從太湖取水（日取水44 萬m3）。 由于取水量激增，通過調引長江水補充太湖水源，而長江水源TN，TP 等營養成份比太湖水高，進一步抬高了太湖TP 濃度；同時也導致太湖水動力發生變化，TP 濃度更高的西部、北部水體加速向東部、南部流動，使得水體凈化時間縮短。 此外，湖州等地沿湖建設的大量攔藻壩，在防控藍藻倒灌進入內河的同時，也減少了清水入湖量。監測結果顯示， 近年來太湖東部湖區TP 濃度大幅上升，甚至在冬季發現明顯的藍藻水華現象。

1.4 太湖清淤堆放占地、處置難

環湖地區城鎮化程度高，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排泥場地， 五里湖等臨時排泥場堆放淤泥5 a 后，土地仍無法復耕。無錫市曾尚試用作城市建設回填土、制磚等，但因用量少、成本高，難以大規模推廣[4]。 因此，淤泥的異地堆放、處置成為太湖生態清淤的重大難題之一。

2 生態修復系統的設計

2.1 生態修復與飲用水源水質深度凈化結合

太湖飲用水源安全保障越來越重要， 為解決藍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、最經濟的水質凈化措施，因此在太湖湖區結合太湖水生植物生態系統的恢復、 建設水源生態凈化工程，是非常必要且經濟可行的。不僅能有效解決藍藻暴發對飲用水源安全的威脅， 還消除各級政府多年的心頭之患， 同時也克服了在湖區建設水質凈化工程的限制問題。

可規劃3 級凈化系統，第一級為蘆葦濕地，第二級為沉水植物區，第三級為水源涵養區，形成梯次凈化系統。蘆葦濕地在最外圍，沉水植物凈化區處于中間，取水口周圍為深水涵養區（相當于蓄水池）。三級處理系統可設計成扇形狀或漂帶狀，或多組串聯，以增加凈化水體的流程長度，增強生態凈化的效果。

2.2 生態修復與清淤、防洪疏浚工程結合

2.2.1 實施生態清淤

太湖清淤淤泥的處置問題一直是個大難題（淤泥堆放占地及處置費用高等），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、行洪通道或航道等。

馬建華等[5]建議，清出的淤泥不必運往堆泥場，可用作抬高修復蘆葦濕地基底的回填土。據測算，淤泥就地處置作為濕地基底填土比異地處置費減少64%。并提出，大規模修復以蘆葦為主的濕地是目前消除藍藻爆發、 改善生態系統和今后確保藍藻不再爆發和保持太湖良好的生態系統的關鍵措施。

2.2.2 改善湖內水動力條件

西部沿岸進行深度清淤和疏浚， 疏通原有古河道，利于入湖河流水流向南擴散、行洪，并利于濟太水源向南部需水較大地區輸送。 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域，主要是下游出口區域，更應加強清淤疏浚，確保防洪安全。

2.2.3 建設規?；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，確保進入太湖水源經該生態濕地凈化后再向湖內輸送。在西部疏浚區東側，湖內淤泥厚度很薄，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，墊高基底進行蘆葦種植，規?；謴筒菥碀竦叵到y， 對西部入湖徑流水源形成生態凈化屏障。

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，被開挖的地方深變為垅溝（可超過3 m以上），形成股埂與垅溝相間，股埂成為種植蘆葦的“基座”（堆成水深低于1 m 之內的股埂）。

太湖底泥底部沉積物為全新統灰黃色粘土、黃灰色粘土、 褐灰色粘土， 或上更新灰黃色粉砂質粘土、青灰色粉砂夾褐黃色粘土等[6]。粘性強、硬塑性強度高，施工時可將其部分黃土開挖出來堆成股?。S土開挖量可根據實際需要確定），同時根據需要設計股埂和垅溝的寬度與深度， 在挖出的垅溝中填放淤泥，待溝中淤泥適當干化后再耙平，或將挖出的部分黃泥直接摻合在淤泥中（黃土和淤泥摻合比例需做進一步試驗），以增強堆放淤泥的強度，促其固化，然后在其上種植蘆葦等水生植物，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。蘆葦根系發達，湖中大風時不易被撥起，不僅起到阻風消浪的作用，同時可作為藍藻的自然擋隔，真是一舉多得。 水草種植、濕地恢復區選擇在淤泥深度淺的區域， 同時盡量靠近清淤區域，以減輕施工難度。

2.4 濕地修復與生態旅游工程建設結合

可將部分濕地植物設計為蓮花等水生觀賞景觀植物，成片規模化種植，與清水交相映襯，成為很好的旅游景觀。同時，蓮花生長又能吸收大量水中N、P營養物質，起到凈化水質的作用。

2.5 實施湖區生態養殖

每年放養一定量魚類，但不投餌放養，進行生態養殖。通過搭配合理魚類品種，特別是增加放養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，根據魚類食性放養不同魚種，還搭配放養一定數量以腐質為食的魚種。魚要定期打撈，以減少水中生物量，把水中營養物質真正拿走。

3 水生植物用于生態修復的凈化作用分析

3.1 水生植物對營養成分直接吸收

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87%，72%，菖蒲和蘆葦可作為富營養化水體的凈化植物。

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。 在監測的30 d 內梭魚草、茭草、香蒲和苦草濕地內TP 的凈化效率分別為90%，97%，90%和98%。 梭魚草、茭草、香蒲和苦草濕地內可溶解性磷酸鹽的凈化效率分別達97%，98%，95%和99%。

相關研究表明，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91.7%； 蘆葦對TP 的凈化效果最好， 去除率高達82.05%。 陳燕平等[9-10]研究了17 種濕地植物對輕度富營養化水體中N，P 的去除作用，研究發現植物吸收對N，P 的去除起著主要作用， 貢獻率分別為46.8%和51.0%。 因此，蘆葦和昌蒲可作為太湖人工濕地恢復的優選水生植物。

3.2 草型水生植物的抑藻作用

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

根據李靈慧等[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 濃度呈明顯負相關。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。

3.3 濕地系統的消浪作用

種植蘆葦等水生植物能有效降低底泥沉積物營養物質再懸浮。 根據許曉偉等[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、蘆葦底泥降低的效果最好。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源磷釋放有抑制作用，能夠修復富營養化湖泊。

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，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， 釋磷強度隨著時間變化先逐漸增大；而在溫度為35 ℃時，TDP 釋放強度明顯增大，在第14天左右達到最高點，后又逐漸減小。溫度對底泥釋磷會產生一定的影響，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，改變了底泥的化學物理特性，有助于降低底泥內源性磷釋放強度。

3.6 水深的增加，N，P 濃度明顯下降

白曉華等[16]研究認為，太湖TN 高濃度大多出現在低水深時，一般隨水深升高，濃度逐漸下降。 太湖西北區、 湖心區以及湖東區和貢湖的深水區， 水體TP 濃度隨水深增加而降低，含P 較高的地區，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，是太湖生態修復的重要方面。

3.7 生態修復的示范工程與效果

梅梁灣水源地水生植物恢復技術，建立了7.5 km2水源地水質改善示范區， 在2006年夏季藍藻暴發時，確保了牽龍口水廠安全生產，而鄰近示范區外的充山水廠卻被迫停產。 示范區內的懸浮物濃度較示范區外的懸浮物濃度低30%， 相當于去除顆粒態N 500 t 以上、P 10 t 以上[17]。 但是，對水質凈化效果好的沉水植物恢復面積有限，僅在淺水區域小規模分布。

針對五里湖底泥污染、 水質惡化與生態系統嚴重退化的問題， 在西五里湖建立2.87 km2的工程示范區生態修復改善了五里湖的水質和水生態與環境。在疏浚的基礎上進行水生植被重建的示范區內，水體及沉積物中的TN，TP 含量均比較低[18]。 單純疏浚措施區域，對于長期水質改善效果不明顯。

梅梁灣和五里湖生態修復示范區工程為下一步規?；鷳B修復示范工程實施提供了一定經驗。

4 討論和建議

（1）草境生境系統的恢復是太湖生態修復的重要途徑。國家水專項專家研究結果也顯示，只有實現藻型生境向草型生境轉化，TP 濃度才有望持續改善。 由于太湖營養鹽水平較高，同時風浪較大，對沉水植物恢復較難， 從梅梁灣示范工程生態修復效果分析看，沉水植物也只是在淺水區恢復了一定規模。因此， 選擇蘆葦濕地的恢復是當前符合實際的重要措施。太湖飲用水源安全是太湖污染防治最高目標，而防洪安全則為其主要功能， 以生態修復與飲用水源地水質深度凈化、 生態清淤與水利防洪疏浚工程相結合為抓手， 是統籌解決太湖內源形成的富營養化、藍藻暴發等問題的有效途徑。

利用水生植物生長對N，P 營養成份吸收作用，以及化感物質的抑藻作用； 蘆葦生長對淤泥中N，P營養成份等直接吸收， 包括對部分有害物質的凈化等，蘆葦的遮陰降溫效果、發達的根系和生長旺盛的地上莖桿具有良好的擋風消浪作風， 對底泥再懸浮抑制作用；通過清淤疏浚改善太湖水動力環境等；設計、構建太湖新的生態修復系統，從而進一步治理太湖內源污染，控制富營養化，達到抑制藍藻暴發的目的。

（2）股埂、垅溝式施工方式的應用，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黃色粘土層， 由于其粘性強、硬塑性好，分布淺，可先將其開挖出的部分硬質黃土（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， 標高在2.21 ～2.51 m 范圍，不觸及太湖2.80 m 標高（吳淞高程）的紅線限制。

（3）加快規?；痉豆こ痰难芯亢蛯嵤航┠陙?，太湖區域實施了梅梁灣水源地、五里湖等數10個生態修復示范工程，這些工程包括了清淤疏浚、消浪措施及水生植被修復等內容， 但在底泥清淤時碰到了淤泥堆放處置難的最大難題， 給生態修復的規?；纬芍萍s。因此，建議總結這些示范工程的建設經驗基礎上， 系統考慮太湖疏浚清淤與淤泥就地處置、消浪措施、水生植被恢復等問題，盡快開展研究和試驗股埂、 垅溝式施工方式， 來就地處置太湖底泥、建設蘆葦濕地等示范工程，為下一步實現規?；謴吞菥成鷳B系統提供經驗， 加快太湖生態修復步伐，從而進一步治理太湖富營養化、以有效控制藍藻的暴發。