1990-2021年?yáng)|太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖規(guī)模變化下的水質(zhì)變化特征及成因分析*

李一凡，谷孝鴻，曾慶飛，賈冰嬋，訾鑫源，陳輝輝，毛志剛，葛 優(yōu)

(1：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,南京 210008) (2：中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

我國(guó)的湖庫(kù)網(wǎng)圍養(yǎng)殖始于1970s末。人們利用大水面自然資源，發(fā)展高效利用的漁業(yè)增養(yǎng)殖模式，為湖區(qū)增效和漁民增收致富做出了重要貢獻(xiàn)。然而，隨著集約化網(wǎng)圍養(yǎng)殖規(guī)模和密度的增加，加上流域工農(nóng)業(yè)污染的影響，水體富營(yíng)養(yǎng)化和生態(tài)退化現(xiàn)象日益嚴(yán)重。為了保護(hù)湖庫(kù)生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源，各級(jí)部門(mén)有計(jì)劃地開(kāi)展了養(yǎng)殖網(wǎng)圍整治和拆除工作。東太湖是太湖東部一個(gè)典型的草型淺水湖灣，因其適宜的光熱、自然地理和水體條件發(fā)展成為我國(guó)最早開(kāi)發(fā)漁業(yè)養(yǎng)殖的湖泊之一。東太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖規(guī)模經(jīng)歷了幾次變動(dòng)。首先是“以湖養(yǎng)湖”的高密度養(yǎng)魚(yú)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)研究成功，實(shí)現(xiàn)了從粗放粗養(yǎng)的常規(guī)養(yǎng)殖模式到湖區(qū)網(wǎng)圍精養(yǎng)的轉(zhuǎn)變[1]。1990s末，隨著人們對(duì)名特優(yōu)水產(chǎn)品的大量需求，圍網(wǎng)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾腥A絨螯蟹(簡(jiǎn)稱(chēng)河蟹)(Eriocheirsinensis)為主養(yǎng)、混養(yǎng)魚(yú)蝦的生態(tài)養(yǎng)殖模式。2000-2008年是網(wǎng)圍養(yǎng)殖發(fā)展的鼎盛時(shí)期，全湖河蟹水產(chǎn)養(yǎng)殖面積達(dá)118.56 km2。2008年底，東太湖實(shí)施了退圍還湖網(wǎng)圍整治工程，將網(wǎng)圍養(yǎng)殖水面壓縮至30.00 km2。直到2018年末，伴隨著最后一季河蟹養(yǎng)殖結(jié)束，東太湖開(kāi)始了網(wǎng)圍全面清除工作，結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)34年的太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖歷史。

按照中央環(huán)保督察要求，太湖、滆湖、長(zhǎng)蕩湖等全面拆除了湖泊養(yǎng)殖網(wǎng)圍。截至2019年，全國(guó)網(wǎng)圍養(yǎng)殖面積銳減到1.17×102km2[10]。修復(fù)退圍還湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、改善水體生態(tài)環(huán)境和保護(hù)生物多樣性是湖泊治理規(guī)劃的關(guān)鍵。系統(tǒng)回顧網(wǎng)圍養(yǎng)殖水環(huán)境的長(zhǎng)期變化特征，探尋其驅(qū)動(dòng)因素、存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)，將為我國(guó)湖泊“十四五”生態(tài)修復(fù)與保護(hù)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐和借鑒。東太湖是我國(guó)網(wǎng)圍養(yǎng)殖發(fā)展最成熟、整治管理力度最大的水域，本文通過(guò)系統(tǒng)分析1990-2021年水體營(yíng)養(yǎng)鹽在不同湖區(qū)和不同網(wǎng)圍發(fā)展階段的變化規(guī)律，解析影響營(yíng)養(yǎng)鹽變動(dòng)的因素、存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)，為東太湖生態(tài)修復(fù)與保護(hù)以及全國(guó)退圍還湖區(qū)生態(tài)環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及點(diǎn)位設(shè)置

東太湖是太湖東南部的湖灣，面積131 km2，平均水深1.3 m，是太湖主要的出水區(qū)域，承擔(dān)了重要的航運(yùn)作用，也是東部下游地區(qū)上海市等地的主要水源地[4]。本文采用的數(shù)據(jù)分為兩部分，其中1990-2005年數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所楊龍?jiān)毖芯繂T提供的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；2006-2021年數(shù)據(jù)來(lái)自本課題組長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位如圖 1所示，數(shù)據(jù)采集和分析方法均參照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》(第二版)[11]的規(guī)定執(zhí)行。14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位包含原網(wǎng)圍區(qū)(1#、7#、13#、14#)、河口區(qū)(2#、9#、11#、12#)、湖心區(qū)(6#、8#)、瓜涇口(10#)、東茭咀(4#)和太浦河口(5#)。整個(gè)太湖的數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖1 東太湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)調(diào)查點(diǎn)位分布(網(wǎng)格代表 2009-2018年網(wǎng)圍整治階段網(wǎng)圍分布區(qū))Fig.1 Distribution of sampling sites in East Lake Taihu (The grid represents the net-pen distribution from 2009 to 2018)

1.2 水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

1.3 數(shù)據(jù)分析

2006-2021年?yáng)|太湖水體TN、TP、Chl.a和CODMn濃度的年際變化數(shù)據(jù)為該年度所有點(diǎn)位和所有采樣時(shí)間的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，采用R x64 4.1.1軟件中g(shù)gplot2包繪制1990-2021年水質(zhì)指標(biāo)濃度變化柱狀圖；采用AutoCAD 2010軟件繪制東太湖網(wǎng)圍規(guī)模變化的三階段水體理化指標(biāo)空間變化(2008年前網(wǎng)圍養(yǎng)殖階段、2009-2018年網(wǎng)圍整治階段和2019年后網(wǎng)圍拆除階段)，數(shù)據(jù)來(lái)自該階段該點(diǎn)位所有采樣時(shí)間的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，采用單因素方差分析(one-way analysis of variance)分析不同點(diǎn)位的組內(nèi)數(shù)據(jù)的顯著性差異；采用R x64 4.1.1軟件中g(shù)gplot2包對(duì)網(wǎng)圍拆除后水質(zhì)指標(biāo)的季節(jié)變化進(jìn)行分析，以保留95%的置信區(qū)間對(duì)14個(gè)采樣點(diǎn)位的數(shù)據(jù)擬合，可視化營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)；為探究東太湖30年來(lái)水體中主要污染因子和太浦河口出水量對(duì)東太湖水質(zhì)的影響，采用R x64 4.1.1軟件中g(shù)gbiplot包和factoextra包，將太浦河口出水量分別與1990-2020年?yáng)|太湖全域水質(zhì)和2008-2020年太浦河口與東茭咀兩區(qū)域水質(zhì)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis)，利用ggcorrplot包展示各指標(biāo)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)和顯著性P值。

選取SD、Chl.a、TN、TP和CODMn這5個(gè)與湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)變化最為密切的參數(shù)開(kāi)展水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式和判定標(biāo)準(zhǔn)參照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》(第二版)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 東太湖1990-2021年水質(zhì)年際變化

東太湖水體TN濃度在1990年為0.53 mg/L，隨著網(wǎng)圍規(guī)模擴(kuò)大，到1999年TN濃度增加到1.01 mg/L。隨著養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)改變，TN濃度有所下降，至2002年下降到0.47 mg/L。但是隨著養(yǎng)殖強(qiáng)度增加，TN濃度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，至2008年網(wǎng)圍整治之前達(dá)到1.3 mg/L。2009-2018年間，TN濃度基本維持穩(wěn)定，平均濃度為1.33 mg/L。網(wǎng)圍拆除后，TN濃度在2020年開(kāi)始有所反彈，至2021年上升至1.87 mg/L(圖 2A)。

1990-2021年間東太湖水體TP濃度變化趨勢(shì)和TN相似，隨著網(wǎng)圍養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和規(guī)模變化。1995年以前， TP平均濃度為0.015 mg/L，滿(mǎn)足地表水Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著網(wǎng)圍養(yǎng)殖的快速發(fā)展，TP濃度呈明顯上升趨勢(shì)，到2007年網(wǎng)圍整治前達(dá)到0.06 mg/L，隨后有所降低，到 2018年網(wǎng)圍拆除前下降到0.051 mg/L。但是，近年來(lái)有上升趨勢(shì)，2021年4月，TP最高達(dá)到 0.128 mg/L(圖 2B)。

東太湖水體的CODMn濃度近30年的變化較為穩(wěn)定，平均值為4.54 mg/L，達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2008年網(wǎng)圍整治和2018年的網(wǎng)圍全部拆除，CODMn濃度在一定時(shí)期均呈現(xiàn)了下降趨勢(shì)。2018年網(wǎng)圍拆除前CODMn濃度達(dá)到最高(6.08 mg/L)。網(wǎng)圍拆除后近兩年CODMn濃度有上升趨勢(shì)，2021年達(dá)到5.72 mg/L(圖 2C)。

東太湖水體Chl.a濃度在1990-2007年間趨于穩(wěn)定，均低于10 μg/L。2008年網(wǎng)圍整治后，2008-2010年Chl.a濃度較高，至2010年達(dá)到22.75 μg/L。2010年后呈下降趨勢(shì)，至2015年降至7.21 μg/L。2016年后Chl.a濃度呈上升趨勢(shì)，至2021年最高可達(dá)28.09μg/L(圖2D)。

圖2 東太湖1990-2021年水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度長(zhǎng)期變化趨勢(shì)(2008年：網(wǎng)圍整治；2018年：網(wǎng)圍拆除)Fig.2 Variational trends of nutrient concentration in water of East Lake Taihu from 1990 to 2021 (2008: Net-pen culture governance, 2018: Net-pen culture demolition)

2.2 東太湖不同水域水質(zhì)演變

東太湖水質(zhì)在不同水域不同網(wǎng)圍整治時(shí)期變化情況如圖 3所示。東太湖原網(wǎng)圍區(qū)的水深和透明度近30年來(lái)基本維持穩(wěn)定，分別在1.35 m(P>0.05)和0.80 m(P>0.05)左右波動(dòng)；湖心區(qū)的水深略高于原網(wǎng)圍區(qū)，透明度近年來(lái)略有下降，由2008年之前的0.87 m下降到網(wǎng)圍拆除后的0.51 m；北部河口張家浜水體透明度近年來(lái)有所提升，網(wǎng)圍拆除后達(dá)到0.68 m；太浦河口和北部瓜涇口水深自2018年后增加明顯，分別由2018年的2.51和1.28 m提高到3.05(F=5.07,P<0.05)和3.55 m(F=79.28,P<0.01)，透明度分別由2018年的0.44和0.56 m降低到網(wǎng)圍拆除后的0.29和0.46 m。東太湖入湖口的東茭咀透明度下降嚴(yán)重，從1.18 m降至0.29 m(F=15.70,P<0.01)(圖 3A)。

原網(wǎng)圍區(qū)和湖心區(qū)水體的TN濃度基本穩(wěn)定，維持在1.10 mg/L(P>0.05)左右。位于東太湖北部的張家浜與瓜涇口的TN濃度，自2008年之后呈下降趨勢(shì)，分別由2008年前的1.74和1.76 mg/L降至2019年后的1.26和1.00 mg/L。南部的東茭咀和太浦河口TN濃度上升明顯，分別由2008年前的0.68和0.75 mg/L升至2019年后的2.00 (F=7.62,P<0.01)和1.67 mg/L(F=4.44,P<0.05)。3階段內(nèi)的NH3-N濃度除了東茭咀一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)(F=5.43,P<0.05)，其它區(qū)域均表現(xiàn)為先降低又升高，2019年之后，NH3-N濃度維持在0.22～0.32 mg/L之間 (圖3B)。

圖3 東太湖不同網(wǎng)圍規(guī)模不同區(qū)域水質(zhì)演變 (階段1為2008年前,階段2為2009-2018年,階段3為2019年后)Fig.3 Water quality changes in different regions of East Lake Taihu

東太湖TOC濃度在各點(diǎn)呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，2009-2018年網(wǎng)圍整治階段TOC濃度最高，平均達(dá)到8.12 mg/L，網(wǎng)圍拆除后降低為6.00 mg/L，點(diǎn)位間差異不顯著(P>0.05)。東茭咀和太浦河口水域CODMn濃度近30年呈逐漸上升的趨勢(shì)，網(wǎng)圍拆除后分別達(dá)到4.73和4.70 mg/L。瓜涇口水域的TOC和CODMn濃度近30年逐漸下降(圖3D)。

原網(wǎng)圍區(qū)和湖心區(qū)的Chl.a濃度在2008年網(wǎng)圍整治后分別從17.92和20.77 μg/L上升至22.35和29.52 μg/L，該區(qū)域的SS濃度近30年基本維持在16 mg/L(P>0.05)左右。張家浜和瓜涇口的SS濃度在網(wǎng)圍拆除后有所下降。東茭咀和太浦河口的Chl.a濃度近30年內(nèi)均呈明顯的上升趨勢(shì)，Chl.a濃度分別從2008年前的4.18和5.42 μg/L上升至2019年后的24.95 (F=14.16,P<0.01)和34.10 μg/L(F=5.96,P<0.05)，東茭咀的SS濃度從1.49 mg/L顯著上升至38.38 mg/L(F=9.32,P<0.01)(圖3E)。

2.3 東太湖網(wǎng)圍拆除后水質(zhì)季節(jié)變化

網(wǎng)圍拆除后東太湖水體中TN和TDN濃度季節(jié)變化規(guī)律相似， 最低值均出現(xiàn)在7-10月，平均值分別為0.89和0.63 mg/L；10月至次年1月濃度較高，平均值分別為1.57和0.95 mg/L(圖4A，C)。

圖4 東太湖網(wǎng)圍拆除后氮、磷濃度的季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variations of nitrogen and phosphorus concentrations in East Lake Taihu after the complete renovation of net-pen

網(wǎng)圍拆除后東太湖水體中TP和TDP的平均濃度除了2021年4月份，基本維持穩(wěn)定，分別為0.05 (P>0.05)和0.02 mg/L(P>0.05)左右。2020年和2021年1月相對(duì)較高，TP平均可達(dá)0.10 mg/L。2021年4月因采樣當(dāng)天風(fēng)浪較大，底泥再懸浮，TP(F=15.56,P<0.01)和TDP(F=133.98,P<0.01)濃度顯著升高(圖4B，D)。

東太湖網(wǎng)圍拆除后，水體SS、CODMn、Chl.a和TOC在2019年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，直到2020年1月分別達(dá)到38.33 mg/L、6.91 mg/L、35.30 μg/L和4.24 mg/L，沒(méi)有出現(xiàn)季節(jié)波動(dòng)。但2020-2021年，逐漸呈現(xiàn)夏秋季低、冬春季高的趨勢(shì)， 2020年7-10月最低，SS、CODMn、Chl.a和TOC分別為13.29 mg/L、4.32 mg/L、14.65 μg/L和3.57 mg/L(圖5)。

圖5 東太湖網(wǎng)圍完全拆除后SS、Chl.a、CODMn和TOC濃度變化特征Fig.5 Variations of SS, Chl.a, CODMn and DOC concentrations in East Lake Taihu after the complete renovation of net-pen

2.4 東太湖30年不同階段水質(zhì)主成分和相關(guān)性分析

TN是主成分分析中貢獻(xiàn)度最大的水質(zhì)指標(biāo)(圖6)，表明TN是1990-2020年間東太湖主要的污染因子，TN、TP、CODMn和Chl.a濃度之間具有顯著的正相關(guān)性(P<0.05)。30年間網(wǎng)圍面積和太浦河口出水量與東太湖水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

圖6 1990-2020年?yáng)|太湖水質(zhì)主成分分析圖和相關(guān)性熱力圖Fig.6 Principal component analysis diagram and correlation thermal map of East Lake Taihu from 1990 to 2020

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)太浦河口與東茭咀水域的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度自2008年后顯著上升，且2005年起“引江濟(jì)太”工程進(jìn)入長(zhǎng)效運(yùn)行，太浦河口出湖水量開(kāi)始增加。因此，對(duì)2008年網(wǎng)圍整治工程實(shí)施后的水質(zhì)指標(biāo)與出湖水量和降雨量進(jìn)行主成分分析，可知TN依舊是太浦河口與東茭咀的主要污染因子，TN濃度與透明度和Chl.a濃度具有顯著相關(guān)性(P<0.01)。降雨量與各水質(zhì)指標(biāo)之間并無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)，太浦河口出水量與Chl.a濃度有顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(圖7)。

圖7 2008-2020年?yáng)|太湖水質(zhì)主成分分析圖和相關(guān)性熱力圖Fig.7 Principal component analysis diagram and correlation thermal map of East Lake Taihu from 2008 to 2020

3 討論

3.1 網(wǎng)圍養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整和規(guī)模變動(dòng)對(duì)東太湖水質(zhì)年際波動(dòng)的影響

1990-2021年期間，東太湖TN、TP、CODMn和Chl.a濃度平均值存在年際波動(dòng)，與網(wǎng)圍養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整和規(guī)模變動(dòng)密切相關(guān)。東太湖是典型的草型湖泊，1980s以苦草(Vallisnerianatans(Lour.) Hara)、馬來(lái)眼子菜(PotamogetonwrightiiMorong)、微齒眼子菜(PotamogetonmaackianusA. Bennett)和輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)占優(yōu)勢(shì)。中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所的一批科技人員開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)大水面水草資源高效利用的網(wǎng)圍養(yǎng)殖模式，以草魚(yú)(Ctenopharyngodonidella)、團(tuán)頭魴(Megalobramaamblycephala)、鯉(Cyprinuscarpio)、鯽(Carassiusauratus)、青魚(yú)(Mylopharyngodonpiceus)為主養(yǎng)，搭配鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)、鱖(Sinipercachuatsi)和翹嘴紅鲌(Erythroculterilishaeformis)。到1997年，全湖網(wǎng)圍養(yǎng)魚(yú)面積達(dá)60 km2(圖 8)。隨著網(wǎng)圍養(yǎng)魚(yú)強(qiáng)度增加，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益凸顯。據(jù)報(bào)道，水產(chǎn)品只能攝食約70%的餌料[12]，多余的餌料、養(yǎng)殖藥物殘留和水產(chǎn)品的排泄物一同沉入湖底[13]。微生物經(jīng)過(guò)自身生理作用分解釋放出大量的氮、磷到水體中，增加沉積物污染風(fēng)險(xiǎn)，加速湖泊富營(yíng)養(yǎng)化[14-16]。根據(jù)楊清心等的研究[17]，東太湖網(wǎng)圍養(yǎng)魚(yú)產(chǎn)量為7500～11250 kg/hm2時(shí)，相當(dāng)于向湖中投入超過(guò)產(chǎn)量60%的氮、磷，即每生產(chǎn)1 t的魚(yú)就會(huì)向湖內(nèi)釋放141.25 kg的氮和14.14 kg 的磷。

圖8 東太湖網(wǎng)圍完全拆除前(1984- 2019年)的漁業(yè)養(yǎng)殖面積和河蟹養(yǎng)殖比例Fig.8 Fisheries farming area and the ratio of Chinese mitten crab farming of East Lake Taihu from 1984 to 2019

到1990s末網(wǎng)圍養(yǎng)魚(yú)鼎盛時(shí)期，東太湖水體TN、TP和CODMn濃度達(dá)到了一個(gè)小高峰(圖 2)。因東太湖還保持較高的水草覆蓋度，Chl.a濃度變化不明顯，依舊維持較低的水平。隨后，東太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖模式逐漸轉(zhuǎn)向了高經(jīng)濟(jì)效益的河蟹為主，同時(shí)套養(yǎng)魚(yú)蝦的生態(tài)混養(yǎng)模式，最大程度地利用河蟹餌料，加上沉水植物伊樂(lè)藻(ElodeacanadensisMichx)和輪葉黑藻的有效管控和螺類(lèi)投放，在提高綜合效益的同時(shí)盡可能減湖泊外來(lái)物質(zhì)輸入對(duì)水質(zhì)的影響[18]。直到2000年初，水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈下降趨勢(shì)。

隨著河蟹養(yǎng)殖強(qiáng)度增大，2008年全湖養(yǎng)殖面積達(dá)到118.56 km2，占全湖水面的90.50%。近乎全湖的網(wǎng)圍覆蓋，嚴(yán)重影響了水生植物的收割和氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的輸出，從而導(dǎo)致湖泊的自?xún)裟芰ο陆?，加重了東太湖水質(zhì)的惡化[19]。Luo等也發(fā)現(xiàn)陽(yáng)澄湖中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與網(wǎng)圍面積的大小呈正相關(guān)[20]。因此，2008年網(wǎng)圍整治前，營(yíng)養(yǎng)鹽水平達(dá)到第2個(gè)小高峰。隨后，網(wǎng)圍養(yǎng)殖整治將面積縮減為30 km2，東太湖的水質(zhì)狀況得到了改善。直到2018年養(yǎng)殖網(wǎng)圍全部拆除，2019年有個(gè)平緩的響應(yīng)期，近兩年水質(zhì)狀況不容樂(lè)觀，2020年?yáng)|太湖的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達(dá)到69，接近整個(gè)太湖水平(圖9)。

圖9 2002-2020年太湖和東太湖 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.9 Variations of comprehensive trophic level index of Lake Taihu and East Lake Taihu from 2002 to 2020

3.2 網(wǎng)圍拆除后東太湖水質(zhì)變化原因分析

影響東太湖水質(zhì)狀況的可能因素有流域河流排污和土地利用、湖體水生植物現(xiàn)存量和群落結(jié)構(gòu)改變、水文水動(dòng)力、與整個(gè)太湖的連通影響以及氣候變化和極端天氣等。

圖10 2002-2020年太湖流域 降雨量(數(shù)據(jù)來(lái)源：水利部太湖流域管理局)Fig.10 Rainfall in Lake Taihu Basin from 1999 to 2020 (Data source: Taihu Basin Authority)

圖11 2005-2020年太湖出入 湖水量(數(shù)據(jù)來(lái)源：太湖流域管理局)Fig.11 Volume of water input and output of Lake Taihu from 2005 to 2020 (Data source: Taihu Basin Administration Bureau)

2)水生植物現(xiàn)存量和群落結(jié)構(gòu)改變的影響。水生植被可以固定水體中的氮、磷，并通過(guò)抑制湖泊底泥再懸浮控制沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，改善水質(zhì)[24]。合理的水生植被群落結(jié)構(gòu)組成和生物量是維持健康湖泊生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵[25]。1960s，東太湖以馬來(lái)眼子菜為主，占全湖面積的90%。2002年發(fā)展為以伊樂(lè)藻+微齒眼子菜+輪葉黑藻+苦草群叢為主，共發(fā)現(xiàn)沉水植物17種，浮葉植物13種和漂浮植物9種[26]。2019年以后，由于缺少漁民對(duì)沉水植物伊樂(lè)藻、輪葉黑藻、苦草的種植和對(duì)浮葉植物的打撈，沉水植物演替為以狐尾藻(MyriophyllumverticillatumL.)、金魚(yú)藻(CeratophyllumdemersumL.)和菹草(PotamogetoncrispusL.)占優(yōu)勢(shì)。2021年沉水植物面積銳減到13.17 km2，浮葉植物野菱(Trapaincisavar.sieb.)瘋狂擴(kuò)張，達(dá)到34.97 km2，水生植物總面積占全湖總面積的45%，主要分布于原網(wǎng)圍區(qū)(表 1)。當(dāng)外界的干擾超過(guò)其耐受限度時(shí)，沉水植物面積萎縮，群落結(jié)構(gòu)趨于單一化，或者消失[27-28]。當(dāng)水生植物群落結(jié)構(gòu)單一化時(shí)，易形成“瘋長(zhǎng)”，腐敗壞水[29]。且浮葉植物較沉水植物有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力，又缺少漁民打撈，因此網(wǎng)圍拆除后浮葉植物占優(yōu)勢(shì)[8]。傅玲研究發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)型組合的植物群叢對(duì)氮、磷去除效果優(yōu)于單一植物群叢[30]。原網(wǎng)圍區(qū)因夏秋季金魚(yú)藻、狐尾藻、野菱生物量高于其它區(qū)域，水質(zhì)優(yōu)于其它水域，和網(wǎng)圍拆除前差異不大；但因缺少人工管護(hù)，秋、冬季腐敗壞水風(fēng)險(xiǎn)加大，特別是對(duì)于生物量較高的漂浮植物野菱。沉水植物多樣性的提高及群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的健康與穩(wěn)定具有重要意義。但整體來(lái)說(shuō)，東太湖湖心、原網(wǎng)圍區(qū)、張家浜和瓜涇口水體營(yíng)養(yǎng)鹽相對(duì)于網(wǎng)圍拆除前變化不大， Chl.a濃度上升。水體營(yíng)養(yǎng)鹽上升最高的是太浦河口和東茭咀，整體拉升了網(wǎng)圍拆除后東太湖氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的平均水平。

表1 2017-2021年?yáng)|太湖水生植被類(lèi)群面積Tab.1 Area changes of different aquatic vegetations in East Lake Taihu from 2017 to 2021

3)東太湖水文水動(dòng)力變化和與大太湖的連通影響。本課題組的研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)圍存在對(duì)表層和中層的湖流衰減影響最大，可衰減73%～96%；圍網(wǎng)拆除后，水動(dòng)力條件改變(水流運(yùn)動(dòng)對(duì)沉水植物的拉伸、攪動(dòng)、拖曳作用)對(duì)沉水植物生物量以及群落組成都有明顯影響[31-32]。狐尾藻的抗剪切力強(qiáng)于伊樂(lè)藻和輪葉黑藻，這與東太湖現(xiàn)階段沉水植物以狐尾藻占優(yōu)勢(shì)有一定關(guān)系。

自2015年開(kāi)始，東茭咀和太浦河口處的TN、TP、Chl.a和SS濃度均出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，透明度也下降到現(xiàn)在的0.30 cm左右，與整個(gè)太湖接近。楊井志成等[8]發(fā)現(xiàn)2018網(wǎng)圍拆除后，在太浦河口附近水域監(jiān)測(cè)到藍(lán)藻水華，面積為8.79 km2，占比為4.31%。研究認(rèn)為是圍網(wǎng)拆除后，水動(dòng)力增強(qiáng)，原圍網(wǎng)區(qū)底泥沉積物釋放至太浦閘口附近水域，加重了該片水域的富營(yíng)養(yǎng)化程度。在本研究中，太浦河口和東茭咀水域的Chl.a濃度同太浦河口出湖水量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。郝文彬等[33]運(yùn)用環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型也發(fā)現(xiàn)，加大望虞河入湖流量可顯著改變東部湖區(qū)的水循環(huán)條件。2015和2016 年，持續(xù)兩年的特大洪水（圖，加上整個(gè)太湖東部人工水生植物刈割打撈，東茭咀附近的水生植物急劇減少[34]。網(wǎng)圍和水生植物具有降低湖水流速，阻礙沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽再懸浮的作用[35]。網(wǎng)圍拆除、經(jīng)由太浦河等出湖口的出湖水量增加（圖11）、水生植物消失，東茭咀附近水動(dòng)力作用加強(qiáng)，加上原網(wǎng)圍區(qū)底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，綜合因素引起東太湖南部區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度大幅上升。在朱偉等[36]的研究中也發(fā)現(xiàn)入湖水量的增加開(kāi)始影響太湖存在的“西濁東清”水質(zhì)結(jié)構(gòu)，水體交換周期縮短會(huì)使東西太湖水質(zhì)出現(xiàn)均化的現(xiàn)象，東部太湖水質(zhì)會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

4)極端天氣影響。2016年的特大洪水造成太湖出現(xiàn)磷反彈，洪水造成的年度性水體交換周期縮短已經(jīng)對(duì)東部太湖水質(zhì)產(chǎn)生了不利的影響[36]，認(rèn)為2016年突然出現(xiàn)的磷反彈與這一年發(fā)生的特大洪水一次性多增加579 t磷通量有著顯著的關(guān)系。在本研究中，東太湖TN、TP、CODMn和Chl.a濃度在2016和2017年有較大提高可能與強(qiáng)降雨有關(guān)，雖然相關(guān)性不顯著。

3.3 東太湖網(wǎng)圍全拆除后的生態(tài)修復(fù)措施建議

東太湖退圍還湖是太湖受損生態(tài)系統(tǒng)局部水域水質(zhì)改善、生態(tài)修復(fù)和多樣性保護(hù)的關(guān)鍵，也是太湖生物資源養(yǎng)護(hù)及漁業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展和下游區(qū)域優(yōu)質(zhì)水源保障供給的重要基礎(chǔ)。東太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖拆除，目標(biāo)是重構(gòu)良好的生態(tài)系統(tǒng)，但3年來(lái)的環(huán)境演變并沒(méi)有顯現(xiàn)出最初設(shè)想的效果，需要加強(qiáng)對(duì)東太湖的管理，并對(duì)近階段東太湖優(yōu)質(zhì)水生植被退化的現(xiàn)狀進(jìn)行人工干預(yù)，確保恢復(fù)健康自然的草型生態(tài)系統(tǒng)格局。

3.3.1 應(yīng)及早開(kāi)展水生植物資源調(diào)控強(qiáng)化水質(zhì)凈化 針對(duì)當(dāng)前東太湖水生植被浮葉植物菱占優(yōu)勢(shì)、覆蓋度高，沉水植物狐尾藻和金魚(yú)藻占優(yōu)勢(shì)、不易被魚(yú)類(lèi)等利用等導(dǎo)致東太湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低的問(wèn)題，建議對(duì)東太湖不同區(qū)域水生植被進(jìn)行調(diào)控，組織精準(zhǔn)刈割，適度移出過(guò)量浮葉植物和沉水植物，收割控制沿湖岸蘆葦?shù)取８鶕?jù)多樣性-穩(wěn)定性理論，在目前沒(méi)有水生植物分布區(qū)域，開(kāi)展微地形地貌生態(tài)改造提高透明度恢復(fù)沉水植物，在浮葉植物優(yōu)勢(shì)區(qū)開(kāi)展風(fēng)浪消減-浮葉植物塊狀刈割-沉水植物擴(kuò)繁，在沉水植物單一區(qū)開(kāi)展沉水植物多樣性維持與調(diào)控。2021年在原網(wǎng)圍區(qū)開(kāi)展1 km2浮葉植物刈割試驗(yàn)示范，試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)表明，沉水植物群落結(jié)構(gòu)得到改善，生物多樣性提高，生態(tài)完整性得到恢復(fù)，水質(zhì)清新，顯現(xiàn)出較好的效果，為東太湖水生植被管理探索了經(jīng)驗(yàn)。

3.3.2 加強(qiáng)對(duì)東太湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)并建立湖泊生態(tài)檔案 東太湖網(wǎng)圍拆除后水環(huán)境和水生態(tài)波動(dòng)較大，建立生態(tài)檔案掌握發(fā)展動(dòng)態(tài)和變化規(guī)律對(duì)于東太湖生態(tài)修復(fù)和綜合管控至關(guān)重要。因此，需要加強(qiáng)對(duì)東太湖水質(zhì)、浮游藻類(lèi)、水生植被、魚(yú)類(lèi)等生物資源，以及水位、流速和水下光照等物理環(huán)境因子的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，合理調(diào)控東太湖的水生植物群落結(jié)構(gòu)及生物量和覆蓋度，科學(xué)評(píng)估東太湖保持Ⅲ類(lèi)以上水質(zhì)需要的物理和生物條件，確保東太湖良好生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)與水生態(tài)安全。

3.3.3 創(chuàng)建東太湖漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)與利用新模式 東太湖草型生態(tài)系統(tǒng)是生物多樣性和漁業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)的有利條件，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升和生態(tài)漁業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。東太湖不能發(fā)展大規(guī)模集約化的人工養(yǎng)殖，但東太湖草型結(jié)構(gòu)及優(yōu)質(zhì)的餌料生物資源，需要在保護(hù)中利用，讓生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部形成良性循環(huán)。東太湖宜開(kāi)展河蟹、團(tuán)頭魴、鱖、河川沙塘鱧等太湖魚(yú)米之鄉(xiāng)特色魚(yú)類(lèi)品種的增殖放流，既可修復(fù)漁業(yè)種質(zhì)資源、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)完整性，又實(shí)現(xiàn)了沉水植被-底棲動(dòng)物-浮游生物-漁業(yè)的食物鏈能流耦合。通過(guò)構(gòu)建“道法自然”、“人放天養(yǎng)”的生態(tài)模式，在提升東太湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的同時(shí)，為東太湖網(wǎng)圍拆除后獨(dú)具特色的漁業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造了新的模式，也是綠水青山就是為金山銀山生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值轉(zhuǎn)化的最好詮釋。

4 結(jié)論

1)30年來(lái)東太湖的TN、TP、CODMn和Chl.a濃度整體呈上升趨勢(shì)。網(wǎng)圍養(yǎng)蟹的水質(zhì)相對(duì)于網(wǎng)圍養(yǎng)魚(yú)較優(yōu)，但均隨著養(yǎng)殖強(qiáng)度的增大而變差，網(wǎng)圍規(guī)?？s減對(duì)改善水質(zhì)有正面效應(yīng)。2008年后太浦河口和東茭咀透明度下降明顯，現(xiàn)在維持在30 cm左右；營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和Chl.a濃度升高顯著。東茭咀和太浦河口水域的Chl.a濃度與太浦河口出湖水量呈顯著正相關(guān)。網(wǎng)圍拆除、出湖水量增加和水生植被消失造成的水動(dòng)力作用增強(qiáng)，加上原網(wǎng)圍區(qū)底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，是引起東太湖南部區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度大幅上升的主要原因。

2)東太湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖拆除，目標(biāo)是重構(gòu)良好的生態(tài)系統(tǒng)，但3年來(lái)的環(huán)境演變并沒(méi)有顯現(xiàn)出最初設(shè)想的效果，需要加強(qiáng)對(duì)東太湖的管理，及早開(kāi)展水生植物資源調(diào)控，強(qiáng)化水質(zhì)凈化，加強(qiáng)對(duì)東太湖泊湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)并建立湖泊生態(tài)檔案，創(chuàng)建漁業(yè)新模式，確?；謴?fù)健康自然的草型生態(tài)系統(tǒng)格局。

致謝：感謝楊元龍副研究員提供的1990-2005年?yáng)|太湖的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，感謝羅菊花副研究員提供的2017-2021年?yáng)|太湖水生植被類(lèi)群面積數(shù)據(jù)，感謝闞可聰、仝天衡在樣品采集上的幫助。