水生态与水环境的交互作用与机理分析 ————以傀儡湖沉水植物生态修复为例

荆棘鸟

水生态与水环境的交互作用与机理分析                        ————以傀儡湖沉水植物生态修复为例赵宇巍苏州科技大学
近年来,我国一部分浅水湖泊仍因迅速发展的社会经济以及人为扰动而产生富营养化现象。湖泊的富营养化将导致大量的浮游植物增殖,使之沉水植物退化,由“草型”转化为“藻型”湖泊。沉水植物群落恢复技术是湖泊生态修复技术的核心,恢复湖泊生态系统同样面临诸多困难与挑战,目前国内外针对湖泊生态修复成功案例还为数不多,亟需开展此类的研究工作。因此,针对浅水湖泊的水生态与水环境的交互作用,从以下三部分展开相关研究:第一部分为沉水植物种子萌发条件试验研究。通过试验研究种子萌发对不同水环境下的响应,以此确定适合几种沉水植物种子萌发的最佳水环境条件。第二部分为水环境仿真数值模拟。掌握分析傀儡湖近几年的水力与水质特征,通过构建傀儡湖二维水动力与水质模型,精确模拟傀儡湖的流场及污染物的转输和衰减情况,掌握湖泊实际的流场、污染物浓度场至关重要,所以对其一年内不同月份进行对比分析,找出影响湖泊水质的关键环境因子,确定沉水植物生态修复的最佳时机。第三部分为沉水植物水下光场探究及沉水植物生态修复区域划分建议。确定几种沉水植物的光饱和点及傀儡湖光衰减系数,收集整理太阳辐射数据,通过计算得到不同月份傀儡湖水面一天的水表面平均PAR强度,对不同月份不同种沉水植物进行光补偿深度反演,得到空间分布图。建立沉水植物光补偿深度与与透明度的关系模型,基于以上研究成果对傀儡湖沉水植物修复区域进行划分,并提出沉水植物配置及区域分布方案,为傀儡湖水源地科学安全的提高水质提供依据。本研究以浅水湖泊水环境与水生态的交互作用为切入点,采用试验与数值模拟相结合的研究方法,研究几种沉水植物种子萌发的最佳水环境条件、沉水植物生态修复的最佳时机以及最佳修复区域、修复方案。研究主要结论如下1)水环境主要通过诸如水深、流速、基底、水质等对水生态产生影响,不同的沉水植物种子对于不同水环境条件产生差异性响应,三种种子中苦草种子各试验条件下比另外2种种子有较高的最终萌发率、较快的萌发速率和较短的萌发时间。湖水加湖泥为最佳萌发介质,3种沉水植物种子的最终萌发率在53.8%～67.5%之间。故在进行傀儡湖生态修复时,在不破坏原有生态系统的同时,用含藻湖水加疏松湖泥作为苦草、狐尾藻、金鱼藻萌发条件可获得沉水植物幼苗种源,或可利用种子抛洒的方式于近岸和浅水湖泥疏松处实施原位种群重建。(2)风生流是傀儡湖水体流动中起主导因素,不同月份因风场差异导致湖区环流大小位置不同,由于受附近岛屿的阻滞,西南部易形成小范围环流,4～6月大部分流速在2.0～2.5cm/s之间,在进行生态修复初步过程中可利用环流区域,进行水质提升、提高水体透明度;不同月份傀儡湖污染物浓度空间分布呈现明显差异性。各污染物浓度场在一年中7～9月最高且呈现西高东低的现象,4～6月从入湖口到出湖口污染物(TP、NH3-N、CODMn)衰减幅度分别为:64.7%、41.9%、60.7%;7～9月,各污染物浓度均高于其他月份,TP、NH3-N、CODMn最大值为0.075mg/L、0.248mg/L、4.784mg/L。TP为主要污染因子且污染分担率超50%;结合傀儡湖水动力、水质及其他影响因素综合考虑,确定沉水植物生态修复的最佳时机为4～6月。(3)傀儡湖苦草、金鱼藻、狐尾藻的光补偿深度空间分布呈现东北高、湖心低的特点;其在不同季节也存在差异,光补偿深度4～6月及7～9月普遍高于1～3月和10～12月;苦草、金鱼藻、狐尾藻的光补偿深度与傀儡湖透明度的回归方程均呈明显正相关关系。(4)划分傀儡湖生态修复区域(适宜区、过渡区、不适宜区),提出沉水植物生态修复方案。过渡区在修复实施完成后,可转化为适宜区。傀儡湖目前的适宜区为湖心区。在湖流流速很小的区域,水体透明度高,极有利于沉水植物的生长,同时沉水植物的生长反过来又进一步提高水体透明度,改善水质,即体现了水生态与水环境的交互作用。