2　内沙湖退化湖泊生态系统修复实践

2.1　研究区域现状和原因分析

2.1.1　研究区域

内沙湖是武汉市武昌中心城区的一个小型浅水湖泊，因粤汉铁路（今武大铁路）的修建由沙湖分离而成。多年来一直承担调蓄功能。调蓄期间，生活污水随雨水大量排入，水质不断恶化。2007年至2008年的水质监测数据表明内沙湖水质为劣Ⅴ类，远远不能满足城市湖泊水功能区划的定位需求。为改善内沙湖湖泊水质，武昌区水行政主管部门于2007年实施了“清水入湖”“景观绿化”两大工程，把内沙湖建设成了内沙湖公园，并与2012年完成了前进路泵站和新生路泵站间的联通涵管，内沙湖不再承担调蓄功能，周边的生活污水也不再进入内沙湖，内沙湖基本完成了外源截污。经过综合整治，内沙湖周边环境状况有了显著改观，内沙湖湖泊生态系统出现向健康湖泊生态系统演替的迹象，湖泊水质也有了一定程度的改善，但距内沙湖的功能区划定位需求还有很大差距。为进一步改善内沙湖水质，需要进行必要的人工干预，在人工辅助条件下加速湖泊生态系统的演替，尽快恢复内沙湖湖泊生态系统的健康，以早日满足内沙湖的功能区划定位对水质的需求。

2.1.2　现状调查结果

2012年11月进行的湖泊调查发现：内沙湖为武汉市武昌区的一个市内小型浅水湖泊，湖泊面积0.0579km2，岸线总长1.18km，汇水面积4.42km2，规划正常水位19.15m，最高控制水位19.65m，分大小两个湖区。大湖区长约312m，宽约165m。小湖区长约129m，宽约52m。湖泊最大水深近3m（图1），透明度在30cm左右。没有河流流入。内沙湖大部分湖区的淤泥已被清除，目前该湖除部分区域的近岸带有较深淤泥外多为硬质底质（图2）。调查结果表明：内沙湖经过截污、清淤等工程的实施，水质得到了明显的改善，但浮游植物密度仍然较高，浮游动物群落小型化没有得到有效改善，水体透明度较低，水体感官效果差，与该湖功能区划对水质的要求还有一定差距。调查中没有发现对湖泊生态系统具有重要意义的沉水植物成体，但却发现了高密度的菹草石芽，也没有发现大型底栖动物，甚至摇蚊幼虫和水丝蚓也没有，生态系统结构未能实现根本转变，仍然属于典型的“浊水态”生态系统。但内沙湖目前已截断了大部分外源负荷，同时实施了底泥疏浚，湖泊水体的污染负荷得到有效降低，内沙湖生态系统具备了生态修复的条件。

2.1.3　原因分析

内沙湖生态系统在实施截污、清淤等工程后没有得到有效恢复的原因是：草鱼的大量放养直接导致沉水植被的退化；以前的底泥疏浚工程在移除底泥的时候把大部分底栖动物也一并移除了，同时严重破坏了底栖动物的生境，导致了底栖动物群落的严重退化。另外，低层活动的杂食性鱼类生物量偏高（图3）也可能是导致大型沉水植物和底栖动物群落退化的重要原因。鱼类是湖泊生态系统变迁最重要的驱动因子之一，是影响水体透明度和水体营养盐浓度的重要因素：草食性鱼类通过摄食可直接破坏水生植物的生长；鲫鱼等杂食性鱼类的幼鱼和鲢、鳙等滤食性鱼类会导致浮游动物群落小型化，降低浮游动物群落对藻类的牧食压力；底栖鱼类在觅食过程中不断扰动沉积物；此外，鱼类的排泄物还会影响湖泊中营养盐的地球化学循环。底栖动物通过滤食和刮食及凝絮作用，可有效降低水体中的悬浮颗粒物（包括藻类）浓度和沉水植物叶面上的附着藻类，同时通过部分种类底栖动物的直接摄食、转化，可直接降解湖泊水体中不断沉降到湖底的有机碎屑，改善水下光照条件，促进沉水植物的生长，有效提高水体自净能力，改善湖泊水质。因此，内沙湖大型水生植物，特别是沉水植物群落的缺失以及不合理的鱼类群落结构和底栖动物群落的退化可能是内沙湖长期保持“浊水态”的主要原因之一。同时，调查发现，内沙湖底泥疏浚后，沉积物的表层又逐渐积累了厚度约5～10cm的絮状物，这些絮状物在受到扰动后极易发生再悬浮。由于内沙湖属于典型的浅水湖泊，高密度的鱼类，特别是鲤、鲫等底层活动的杂食性鱼类的活动不断搅动沉积物，造成的沉积物的不断再悬浮，加速了水体营养盐的再循环速率，为藻类提供了充足的营养盐，从而使内沙湖水体悬浮物浓度高达107mg/L，是内沙湖在全面截污后水生态系统难以恢复及水体感官效果仍然较差的主要原因。

2.2　技术方案

在调查分析内沙湖在污染负荷得到有效控制后仍长期维持浊水态机制的基础上，通过包括水位调控、鱼类调控、水体透明度改善、湖泊底质改善、沉积物-水层交换控制、沉水植物群落恢复、底栖动物群落恢复、健康食物网构建、清水态生态系统优化与稳定和滨岸带修复等工程措施，调整和优化内沙湖生态系统结构，并结合城市景观湖泊的生态功能，恢复和重建健康湖泊生态系统，有效改善内沙湖水质，实现内沙湖“清水态”生态系统。

内沙湖生态系统修复主要内容分五个部分：污染源控制工程、基础条件建设工程、高等水生植被构建工程、食物网构建工程、底栖群落构建工程与清水态生态系统优化与稳定工程。

2.2.1　外源污染控制工程

尽管以前在外源截污方面做了很多工作，但调查之中仍发现10处点源污染：内沙湖东北角的原连通沙湖的和新生路泵站地下箱涵的节制闸密封性较差，明显可见大量污水渗漏到内沙湖来。新生路内沙湖北侧的垃圾处理站的车辆洗刷污水和部分垃圾渗出液通过靠近内沙湖一侧墙体上的孔洞排出，再通过探井排到地下箱涵内，探井盖严重破损，遇到大雨或者排污量较大时，腥臭的污水可进入近在咫尺的内沙湖。靠近武昌文化宫一侧的岸边的三个排污口以前做了堵塞的工作，但调查时发现两处排污口仍存在明显的渗漏现象，余下的一个排污口原堵塞物已不见，洞口内可见地下箱涵内在污水流动，可预见此排污口遇暴雨时箱涵内的污水必涌出到内沙湖中。另外，在市政一公司家属院发现三处排污口，其中一个排污口为简易厕所。外源污染：节制闸处采用钢筋混凝土砌墙，封死闸口，后采用黄黏土封填的方法防治渗漏，并在黏土上构建挺水植物群落，对渗漏的污水进行拦截；改造垃圾处理站处的排污口，避免地表排污，采用地下管道连接墙上的孔洞和探井，更换已经破损的井盖；采用砂石料完全封堵6个排污口。

2.2.2　基础条件建设工程

由于内沙湖生态系统已经严重退化，现有的环境条件不能满足湖泊生态修复、特别是沉水植被恢复的眼球，需要对现有的环境条件进行改善，以满足沉水植被恢复的要求。通过基础条件根据内沙湖的具体情况，基础条件建设主要包括底质改造工程、水位控制工程、鱼类调控工程和水下光照改善工程等。

调查发现由于以前的底泥疏浚，内沙湖大部分湖区的底质为硬质；以前在内沙湖从事水质改善的公司在湖内投放了大量海绵和砖块；在湖泊的最北段和最南端及靠近武昌文化宫一侧的近岸带有大量建筑垃圾，这种底质状况给沉水植物的种植和着床生长造成了一定困难。同时，调查也发现，内沙湖的湖底呈深V形，在湖心地带存在一个深沟，给鱼类群落调控带来很大困难。

鉴于这些情况，项目组采用干湖的办法，捕除了草鱼、团头鲂等草食性鱼类、鲤鱼和基鲫鱼等底层活动的杂食性鱼类及鲢鳙等滤食性鱼类，并对底质进行为期2周的晾晒，然后采用微型旋耕机对底质进行疏松，捡除海绵、砖石等杂物，在改善施工条件的同时为沉水植物群落的构建创造了适宜的基质条件。

2.2.3　高等水生植被构建工程

高等水生植被构建是内沙湖生态系统构建的关键工程，工程内容包括先锋植物种类选择与种植、沉水植物功能群物种选择与群落构建、浮叶植物种类选择与构建、挺水植物种类选择与构建，以及整个工程区水生高等植物结构优化与稳定工程等。

另外，对内沙湖大湖区靠近栈桥一侧的莲藕设置了物理阻碍，防止过度蔓延。

2.2.4　食物网构建工程

食物网构建是决定清水态建立的一个关键，即使清水态成功建立了，不合理的食物网结构可能导致其生态系统不稳定，甚至崩溃，水质重新变得混浊。清水态食物网结构构建主要包括掠食性鱼类、食浮游动物鱼类、底层杂食性鱼类、植食性浮游动物、浮游植物、细菌等构件的重建与优化，使其成为促进清水态生态系统形成与维持稳定的食物网结构。

2.2.5　沉积物-水层交换控制工程

浅水湖泊混水态主要原因之一是沉积物-水层作用剧烈，物质交换通量大，而决定这一通量大小的主要因子之一是底栖生态系统结构，改变生态系统结构特征，降低沉积物-水层物质交换通量，以促进清水态生态系统的形成。沉积物-水层交换控制工程包括构建释氧功能群、滤水功能群和刮食功能群的构建等。

2.2.6　清水态生态系统结构优化与稳定工程

在完成水生高等植被的构建、食物网构建和底栖群落构建工程后，各部分之间协调发展、有机融合后才能形成稳定的清水态生态系统。在系统的形成过程中，通过对系统中多个要素的连续监测，据此在优化水生高等植被结构、食物网结构和底栖生态系统结构的同时，建立水层-底栖平衡、刮食功能群-沉水植被平衡、底栖鱼类-沉水植被平衡、滤食功能群-浮游植物平衡等，最终建立稳定的清水态湖泊生态系统。