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作者:荆淮侨 来源:中国科学报 发布时间:2022/1/24 16:32:25
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为了西湖水更清,他们守护了14年
——中科院水生所杭州西湖生态修复纪实

 

 水生所研究人员在采西湖的底泥和沉水植物   受访者供图

杭州美,最忆是西湖。

作为典型的城市景观湖泊,西湖以秀美的自然景观和深厚的人文底蕴闻名。然而在城市化进程中,湖泊的自然环境不可避免会受到一定影响,那么,如何才能做到人类活动与生态环境保护的平衡呢?

来自中国科学院水生生物研究所的生物生态协同的水质改善和稳态水生态系统构建关键技术及应用团队,从2008年开始,历经14年的时间,在杭州西湖内1.8平方公里的湖区开展了生态修复关键技术和示范工程,让鱼翔浅底的“水下森林”成为杭州西湖一道新景观,也展现了面向应用需求的基础科学研究具有的潜力和价值。该团队也因此获得2021年度中国科学院科技促进发展奖。

从武汉起步:40年“冷板凳”的厚积薄发

人类活动的增加,对水环境保护带来了巨大挑战:伴随着富营养化,水体黑臭、生物多样性减少已屡见不鲜。“许多城市湖泊都经历了从草型湖到藻型湖的转变,大多数发展中国家都没跳出这一过程。”西湖水生态修复项目负责人、中科院水生所研究员吴振斌说。

从科学的角度,实现富营养化城市湖泊高级阶段的生态系统恢复有很多技术前提:如水生态系统中生态位异质性生物之间的关系、基于食物链(网)结构的物质和能量流动规律、影响系统稳定性的环境因子阈值等,只有系统探究这些科学问题,才能实现环境问题的标本兼治。

坐落在武汉东湖之滨的中科院水生所,从上世纪60年代起,即从事湖泊水污染治理与生态修复技术研究。当时,水生所前瞻的认识到水生态保护和修复的重要性,并开展了基础性研究。到了90年代初期,水生所的科研人员在东湖选择了一块代表性的水域,进行沉水植物恢复应用研究。并率先提出以沉水植物恢复为核心的水生态恢复的理论。

“都说‘板凳坐得十年冷’,我们的冷板凳一坐就是40年。正因为一代代的积累沉淀,当国家提出需求时,我们才有底气担起这份责,把事情做好。吴振斌说。

“十一五”期间,中科院水生所牵头承担了国家水专项湖泊共性项目下设的《典型南方城市景观湖泊水质改善与水生植被构建技术》课题。该课题以杭州西湖为代表,开展水生态治理研究,最终实现西湖生态系统良性稳定发展和水质持续改善的目标,并为在全国同类湖泊推广应用提供技术支撑。吴振斌介绍,“西湖总面积6.5平方公里,开展湖沼学研究大小适中,是典型南方城市景观湖泊代表。

项目立项后,水生所的研究团队从武汉到杭州西湖安营扎寨,在一个仓库改建的工作站里开始西湖生态修复问题研究和技术研发历程。十几人的团队轮流常驻,一守就是十余年。

西湖当示范:用科学之力稳定水环境

经过研究分析,研究人员很快摸清了影响西湖水质和水生态退化的关键问题:“香灰土”底质制约沉水植物定植和扩繁,藻类异常增殖严重影响沉水植物生长。

吴振斌表示,尽管西湖水富营养化严重,透明度不高,但恢复的潜力大。团队分析后认为,只要恢复以沉水植物为主的水生植被并维持稳定,就能有效改善西湖水体环境。

但沉水植物恢复不同于陆生植物移栽:为什么刚种植的沉水植物隔天就不见了?为什么小试长得好好的,到湖里就出现各种不良状况?这不是走近科学的悬疑故事,而是科研人员实实在在面对的困扰。

“一段时间看到示范区域沉水植物莫名的消失,真的很沮丧。”水生所研究员刘碧云是西湖课题“十二五”期间的现场技术负责人,她表示,许多看似简单的问题背后,需要科研团队及时逐一解析原因,同时提供施工方可行的解决方案。

作为一个全年向游客开放的风景名胜区,西湖水位也常年维持稳定。这意味着用降低水位来恢复沉水植物的老办法行不通。加之西湖独特的“香灰土”底质,含水量有机质含量都非常高,植物的根扎不下去。“种不活、又看不见”,在项目初期带来了不小的考验。

“一开始也有怀疑,但我们相信方向没有错,就沉下心来埋头做。毕竟有几十年的积累,解决问题有底气。”吴振斌说。

随后,以中科院水生所团队为核心,研发了微生境改善功能材料与沉水植物协同的底质生境修复技术、生物活性物质长效防控水华藻类、强化生物协同净化功能的水生态系统重建等技术体系,并在超过一平方公里的湖区重建了稳定的沉水植物复合群落,有效控制了着生藻类异常增殖,让沉水植物重现西湖。

为改善西湖水体环境,每天有40万立方米的钱塘江水被引入西湖。但钱塘江水体中总氮含量较高,高于西湖平均水平。“在外源截污完成的背景下,钱塘江引水中较高的总氮含量是西湖入湖氮通量的最主要来源”,刘碧云介绍,针对相关问题,水生所联合上海交大、浙江省水利河口研究院等合作团队,先后实施了大规模降氮示范工程、西湖生态引布水示范工程,都为西湖湖区水质提升和水生态修复奠定良好的基础。

经过10余年的持续治理,在苏堤西侧的示范区里,从最初的沉水植物“寸草不生”,到现在沉水植物群落盖度达30%以上,并实现了群落四季自然更替。“不仅是科研人员,连西湖上的船工也能感受到这里的变化。”吴振斌说,随着水生环境的改善,再看西湖十景也有了不同的感受。

在茅乡水情、上香古道,能看到黑水鸡、白鹭嬉戏,也能看到湖里的鱼在水下森林尽情畅游,吸引了更多市民游览,成为一处新晋网红打卡点。“船工也会向游客科普,水下都是什么植物,也激发了许多市民的环保热情。”吴振斌说。

激励几代人 留下绿水青山的守护人

除了带给市民更多的获得感,西湖生态修复工程对回答相关领域的科学问题、突破关键技术瓶颈的意义更加重大。

“其他团队到西湖看过之后,对他们所做的项目也会更有信心。”刘碧云表示,“十一五”主要解决沉水植物从无到有,到了“十二五”,工作重心转向了沉水植物的稳态扩繁和自然更替,“十三五”期间,就是健康水生态系统稳定和西湖水生态修复综合评价,这一路走来,既是团队的进步,也是整个研究领域的成就。据统计,项目实施至今,累计产出了上百篇科研论文以及40余项发明专利。更重要的是,一批批新生力量的加入,让这份工作不断传承。

凌晨三点的杭州西湖,是水生所研究员张义最熟悉的景色。作为世界文化遗产,涉及西湖的许多施工,必须在夜间进行。从研究生到研究员,经过12年的历练,张义逐渐成长为团队骨干力量。“这是科研最好的时代,能有这样的平台施展自己的专业能力,我们是幸运的。

作为现场指导,张义每年一半以上的时间都在西湖边。有时需要施工,深夜开始,到凌晨五点结束,他都会全程在场。“听起来有点辛苦,但是绝对值得。”

不久前,水生所研究团队又开始主持武汉市重要湖泊生态修复课题,从武汉的湖泊开始,在西湖积累经验,再反哺于武汉湖泊生态,对于水生所的科研人员而言,更加意义非凡。“希望我们的工作能给其他湖泊带来借鉴,同时根据不同湖泊特点研发针对性修复技术,应用到国内更多的水环境修复工程中。”张义说。

“有鱼有草,人水和谐。守护优美水体生态环境,是新一代的科研人员肩负的责任,”水生所所长殷战表示,从武汉湖泊到杭州西湖,经过了几代人的努力,针对不同水体特征带来的挑战,仍需艰辛努力。作为水生态修复的国家队,水生所将适应新形势,进一步发挥好体系化、建制化优势,出成果出人才并重,面向国家重大需求,贡献自己的力量。

 

 

 
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