長江經濟帶湖泊環境演變與保護、治理建議

本文節選自《中國科學院院刊》2020年第8期專題：長江經濟帶高質量發展《長江經濟帶湖泊環境演變與保護、治理建議》

羊向東1* 董旭輝2 陳 旭3 王 榮1 王 倩1 林 琪1 徐 敏1

1 中國科學院南京地理與湖泊研究所 湖泊與環境國家重點實驗室

2 廣州大學 地理科學與遙感學院

3 中國地質大學（武漢） 地理與信息工程學院

長江經濟帶覆蓋我國西南至東部沿海 9 省 2 市，自然條件分異明顯。區域內湖泊眾多，成因類型多樣，其中面積大於 1平方公裡的湖泊超過 660 個，大於 10 平方公裡的湖泊 151 個（圖 1），多集中分布於我國西南橫斷山區、長江中下遊和淮河流域。

圖1 長江經濟帶面積大於 1 平方公裡的湖泊分布圖

長期以來，這些湖泊在保障供水、流域經濟發展、蓄洪防災、旅遊休閒等方面發揮著重要服務功能。近幾十年來區域內湖泊生態環境出現了不同程度的退化，尤其是受人類活動幹擾強烈的一些大型湖泊和中小型城市湖泊退化尤為嚴重。這些退化湖泊的共同特點是生物群落結構趨於簡單化，生態系統完整性遭破壞，生物多樣性減少，生態服務功能退化。湖泊退化問題已威脅到流域甚至區域的生態安全和可持續發展。

長江經濟帶湖泊一直是國家水環境治理的重點，此前已著重開展了太湖、巢湖、滇池和洱海水體汙染和富營養化防治工作。儘管投入力度很大，但治理成效較慢。

事實上，湖泊生態系統現狀是長期演化的結果，這就需要我們了解湖泊歷史，分析湖泊退化的時間和演化過程，揭示關鍵驅動要素與機制，釐清氣候變化和人類活動幹擾對湖泊生態系統的影響程度；在此基礎上，提出湖泊保護和治理的對策，包括：治理的參考目標、治理效果的評估、生態質量評價及生態災變預警等。在缺乏長期監測數據的情況下，湖泊沉積記錄研究是解析湖泊長期演化規律的唯一途徑。

1 長江經濟帶湖泊分布和環境現狀

湖泊分布和成因類型

長江經濟帶東、西部湖泊分布及成因類型具有明顯的區域特色。

1 長江經濟帶西部湖群位於我國西南橫斷山區

該區域大、中型湖泊均位於較低海拔，多為構造斷陷湖泊（如雲南九大湖泊），系青藏高原隆升伴生的產物。而在山地不同海拔處則分布著眾多的小型湖泊，主要以冰川遺蹟湖和堰塞湖為主。

2 長江經濟帶東部湖群位於我國江淮流域洪泛平原區

該區域面積超過 1平方公裡 以上的湖泊近 580 個，大於 100 平方公裡的湖泊有 27 個；我國的五大淡水湖泊——鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖和巢湖都分布於此。

主要生態環境問題

區域地理環境的差異和經濟發展的不平衡，導致了長江經濟帶東、西部湖泊不同的生態環境問題。近期，對我國西南山地（高海拔）近 70 個小型湖泊水環境進行調查的數據表明，大多數湖泊保持在貧營養水平，浮遊藻類生物量極低，這與高山湖泊遠離人類活動直接影響有關。同期調查的 47 個西南低海拔湖泊水質數據顯示（圖 2a）：大多數湖泊處於中營養和富營養狀態，以洱海、滇池、星雲湖等湖泊為代表，水質現狀堪憂，藻類生物量高；僅約 28% 的湖泊處於貧營養狀態，如瀘沽湖和撫仙湖等。

圖 2 長江經濟帶典型湖群水環境狀況調查結果 （a）47 個西南低海拔湖泊；（b）70 個江淮地區淺水湖泊

江淮地區淺水湖泊，水環境質量總體比我國西南地區差。2016—2017 年，對近 70 個湖泊的四季水質調查資料顯示，超過 93% 的湖泊已經處於富營養狀態。2003—2004 年和 2016—2017 年相同湖泊（共 33 個）的四季水質調查數據對比發現，28 個湖泊（佔比 85%）水質進一步變差，只有少數湖泊營養狀態指數（TSI）略有降低（圖 3）。太湖監測數據顯示 ，2007—2017 年湖水 TN 濃度下降，但仍然超過 2 mg/L；TP 小幅下降後又上升，整體處於較高水平，藻類生物量逐年上升，藍藻爆發面積並無減少趨勢。

除水質惡化外，自 1950 年以來，由於大規模圍湖造田，僅長江中下遊地區湖泊面積和庫容就分別減少約 1.3×104km2 和 5×1010 m3，消亡的湖泊數超過 1000 個。

同時，20 世紀 50—70 年代大量水閘修建阻礙了江湖水系自然連通，改變了江湖之間物質和能量交換關係。此外，研究區湖泊還存在外來種入侵、藻毒素蓄積和三峽工程運行後通江湖泊生態水文過程改變等諸多問題。

2 過去百年來長江經濟帶湖泊環境變化與生態系統退化原因

湖泊沉積物中保存了豐富的生物和理化環境信息，可以通過沉積巖芯提取和多指標分析，重建過去生態環境演化的歷史。針對長江經濟帶湖泊環境問題，許多研究者對長江經濟帶東、西部湖泊開展了近現代環境過程的重建工作，在數年至 10 年時間解析度上，揭示了長江經濟帶不同類型湖泊生態環境演化的階段性特徵，探討了全球變化和日益增強的人類幹擾背景下，湖泊生態系統退化的原因。

長江經濟帶西部湖泊

我國西南橫斷山區是全球生物多樣性最為豐富的地區之一。儘管位於高海拔的山地湖泊很少受到人類的直接幹擾，但是近百年來，人類活動仍通過大氣汙染沉降等間接方式影響了高山湖泊生態系統。

在較低海拔，沉積記錄的分析顯示人類活動的持續幹擾已導致近幾十年該區域湖泊生態系統普遍偏離自然演化的軌跡。瀘沽湖多指標變化顯示，20 世紀 50 年代以來，流域侵蝕逐漸加強，且伴隨著營養輸入的增加，以及藻類的微弱變化；20 世紀 80 年代流域侵蝕達到峰值，入湖營養快速增加，底棲動物群落演替明顯，藻類增長迅速，出現富營養化特徵；20 世紀 90 年代後期，深水層溶氧環境進一步變差，硅藻群落更替明顯。這些變化的階段性在撫仙湖、洱海、程海、星雲湖等湖泊沉積記錄中均有反映。其趨勢的一致性表明，在氣候和人類活動影響下，流域土壤侵蝕加強導致的營養鹽輸入是西南湖泊生態系統退化的重要原因。

長江經濟帶東部湖泊

以長江中下遊淺水湖泊為例，該區湖泊歷史時期與長江保持著暢通的水力聯繫，兩者之間的能量流、物質流和生物流不停交換，形成了自然的江湖生態系統。來自梁子湖、龍感湖、巢湖等多個湖泊的古湖沼學證據顯示，1950 年前，該區域湖泊換水周期短，水體細顆粒懸浮物質和營養物質易隨出水河流排出；開闊湖區的硅藻以適應流水環境的顆粒直鏈藻佔絕對優勢；水生植被多以清水型沉水植物類型組合，如小茨藻、輪藻、密刺苦草等為特徵。

然而，20 世紀 50—60 年代以來的圍墾和閘壩建設阻隔了江湖水力連通，形成半封閉的相對靜水環境；泥沙淤積明顯加快，水體細顆粒懸浮物質增多，沉積物中營養物質積蓄量增加，水體出現富營養化特徵。1980 年以來，西太湖和巢湖等湖泊還經歷了再次的富營養化加重過程，水體 TP 濃度明顯增加，開闊水域水生植物消失，硅藻以富營養種類佔絕對優勢，湖泊演變為藻型生態類型。

不同於江湖阻隔的湖泊，通江湖泊，如洞庭湖和鄱陽湖的富營養化發生時間相對較晚，並受到三峽大壩工程的顯著影響。2003 年以來，三峽工程運行後，出入湖徑流量和輸沙量發生明顯變化，直接影響湖泊換水周期和湖泊富營養化趨勢。

目前，在長江中下遊地區仍有相當多湖泊處於水生植物佔優勢的草型狀態。與藻型湖不同，這些草型湖在 1980 年後生態並沒有出現明顯轉變，反映了這些湖泊生態系統在應對外力驅動時保持了較高的彈性。然而，在高強度的人類活動持續幹擾下，未來可能存在由草型向藻型轉變的生態風險。

3 湖泊生態系統服務長期變化

基於長江中下遊湖泊沉積物多指標的分析結果，一些研究者對過去 100 年來的生態系統服務變化進行了評估。總體而言，1950 年以來長江經濟帶湖泊流域調節服務開始呈下降趨勢；1990 年以來快速下降，與供給服務需求呈反向變化關係。

近 70 年來，人類長期不合理的資源利用方式使得長江經濟帶湖泊流域的調節和供給兩類服務呈現出明顯的「此消彼長」的動態權衡特徵，並可能進一步影響未來生態系統服務的供應。更進一步，通過對不同服務指標的邊界條件設定，蘇彥瑜等分別從環境安全和社會基礎兩個方面提出了構建湖泊流域社會-生態系統安全操作空間的思路。該研究發現在長江中下遊地區，一些重要湖泊流域的水質、空氣品質、沉積物質量、土壤穩定性等調節服務指標，目前已經超越了環境上限，處於危險狀態；而清潔能源、產業創新的社會基礎完成度則相對較低，這揭示出該區域可持續發展的短板。

湖泊生態系統服務長期變化過程和安全操作空間研究，有利於公眾和管理部門理解環境上限和社會基礎之間交互複雜的關係，可為區域生態系統的管理和決策提供宏觀控制-預警的依據。由於生態系統服務間權衡效應的存在，進行生態系統管理時應多方考慮相關利益群體，以及當下與未來服務的綜合得失情況，促進人類福祉的可持續發展。

4 基於歷史視角的湖泊保護與治理對策

湖泊治理與保護是一個複雜系統工程，需綜合考慮多種自然和人為驅動要素的生態效應及其長效機制。本文以史為鑑，從過去環境演變的視角，提出如下長江經濟帶湖泊保護及治理對策。

1 對我國西南地區的清潔水源，應採取因地制宜的保護對策

我國西南地區眾多的小型高山湖泊生態環境總體響應大氣沉降的影響，但生態系統仍保持很好的完整性。對此類湖泊應該以保護為主，以維持清潔水源和多樣化的生境為目標，一方面可以通過控制區域大氣汙染物排放，減少汙染物沉降對湖泊營養物的輸入；另一方面儘量避免人類活動（如牧業、森林砍伐等）對流域植被和土壤穩定性的直接幹擾。

我國西南地區重要深水湖泊（如撫仙湖、瀘沽湖等），儘管目前水質環境尚好，但環境演化趨勢表明在人類活動影響下，這些湖泊已經出現早期富營養化跡象。此類湖泊應保護與治理兼顧；維持優質淡水資源，需要從源頭上控制流域侵蝕強度，減少面源汙染；同時，通過入湖河流溼地緩衝帶，削減入湖營養負荷，以確保高標準的水質目標。此外，應避免對外來物種的引入，對其導致的生態風險應加以科學評估。

2 科學設定湖泊治理目標和階段性效果評估標準

生態和環境本底的確定，為湖泊環境治理目標的科學設定提供了重要參考。長江中下遊湖泊水體 TP 濃度的本底值在 50 μg/L 左右，這表明在對該區域富營養湖泊治理中，如果將水體 TP 的削減目標設定過低是不切實際的。通過沉積記錄進行的多生物尤其是水生植物指標的分析，可為生態系統修復提供擬自然的生物群落結構信息。考慮到修複目標的合理性，可依據湖泊歷史演化過程設定階段性修複目標。

此外，由於同一區域或流域內不同湖泊生態演化存在群落結構的差異，針對具體湖泊的生態修復，還需要建立「因湖施策、一湖一策」的治理修複方案。目前的生態環境本底研究，主要針對長江中下遊典型湖泊；而對於淮河流域和西南地區的富營養湖泊，這方面的研究尚未開展，有必要對其進行環境本底的普查，科學指導湖泊生態系統的修復。

3 逐步恢復河湖水力聯繫，重塑自然河湖水系格局

河湖系統間的聯通，有助於增加水體的交換強度，縮短湖泊換水周期，增強水體自淨能力，從而維持較好的水質狀況；同時，河湖聯通可建立河流與湖泊間的生態廊道，促進河湖間的水生生物交流。湖泊歷史過程的重建，揭示了 1950 年以來長江中下遊地區強烈圍墾和建閘築壩等人類活動引起的淺水湖泊自然水文節律的改變。這使得絕大多數湖泊從原本好的江河湖水力連通性，變成了相對靜水狀態的水庫型湖泊，最終導致了富營養化的發生和生物群落的演替。尊重自然地理歷史原貌，逐步構建暢通開放的水生態網絡，恢復良性的河湖溼地水系格局，應是當務之急。

建議以史為鑑，在流域尺度上，通過河流疏導、生態清淤、水生和溼地植被恢復等工程並舉，構建以湖泊、運河、骨幹河流為主體的河-湖-溼地水力連通格局，逐步恢復流域河湖水系統保護體系，達到水環境和生態質量改善和提升的目的。

4 扼守系統突變紅線，用突變理論研究指導湖泊生態系統修復

湖泊生態系統臨界轉換具有突然性、後果危害性、恢復滯後性等特點，甚至造成更大尺度上的級聯負效應。因此，古湖沼研究揭示的臨界轉換早期預警信號，有利於對生態系統的管理，避免災難性事件的發生。在長江經濟帶，一些重要湖泊的生態系統已經歷了從清水態向濁水態的轉變，藻類暴發呈現常態化。

對這些湖泊的治理，僅通過流域控源截汙已經無法實現，必須考慮生態系統結構調整的修復策略。特別是那些正在逼近突變臨界點的湖泊，如果得不到及時治理，後果將更嚴重。在這種情況下，可以通過臨界轉換發生前的「閃爍」現象診斷，及時提出保護和治理的應對措施。面對長江經濟帶湖泊較高的突變風險，建議將突變早期預警信號納入監測預警體系，指導湖泊管理、保護和治理。

5 嚴控不當的人類活動，實現多尺度的協同管理

近 20 年來，我國針對滇池、太湖、巢湖等富營養湖泊開展了治理，在汙染控制、水質達標、湖濱溼地景觀改造等方面取得一定成效，但大湖面生態問題並沒有得到緩解。為了從根本上解決流域內水環境問題，必須開展流域之間的統一協作管理，從整體上把握關鍵問題和解決問題，協調好地方各級政府及部門之間的關係，嚴格控制流域內不合理的人類活動，包括毀林、工業和生活廢水的排放，尤其是農業活動中的化肥使用。同時，也要加強對環境系統的監測，把握各環境系統的動態變化過程，及時採取有效的措施遏制生態系統惡化，並制定區域湖泊健康生態系統長效維持管理方案。

致謝 感謝中國科學院南京地理與湖泊研究所王蘇民、張科對文稿提供的寶貴建議！

羊向東 中國科學院南京地理與湖泊研究所研究員、博士生導師。主要從事第四紀古環境、古湖沼、湖泊生態系統演化研究。中國海洋與湖沼學會、江蘇省古生物學會理事；曾任國際硅藻學會理事。曾主持中國科學院知識創新工程重要方向項目、科學技術部重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目等項目。在湖泊硅藻資料庫研究和環境要素定量重建、西南古季風氣候演化、高山湖泊和長江中下遊湖泊古生態、湖泊生態系統突變等方面取得了重要研究成果，發表 SCI 論文 150 餘篇。獲國家自然科學獎二等獎 1 項、江蘇省科技進步獎一等獎 1 項；獲中國科學院優秀教師獎、朱李月華優秀教師獎。

文章源自：羊向東, 董旭輝, 陳旭, 王榮, 王倩, 林琪, 徐敏. 長江經濟帶湖泊環境演變與保護、治理建議. 中國科學院院刊, 2020, 35(8): 977-987.