鄭丙輝，曹 晶,2，王 坤，儲昭升，姜 霞

(1：中國環(huán)境科學(xué)研究院，湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實驗室，北京 100012) (2：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084)

湖泊是地球上重要的淡水資源庫和物種基因庫，與人類生產(chǎn)生活息息相關(guān)，在自然物質(zhì)循環(huán)和流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1]. 湖泊具有引水蓄洪、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候、維護生物多樣性、提供生物生境、供水、航運和休閑旅游等多種功能[2-3]，也是生態(tài)環(huán)境的重要保障，能夠平衡水量、削減洪峰、回補地下水、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等，在維持區(qū)域生態(tài)安全格局方面發(fā)揮著重要作用[4]. 近50年來，隨著人類活動加劇及社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，湖泊開發(fā)強度不斷增大，湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況日益衰退[5]. 湖泊面臨水體富營養(yǎng)化、藍藻水華頻發(fā)、大型水生植物退化、水生生物多樣性下降、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單化等一系列生態(tài)環(huán)境問題，許多湖泊生態(tài)系統(tǒng)逐漸由以大型沉水植物為優(yōu)勢的清水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿∮沃参?藻類)為優(yōu)勢的濁水態(tài)[6-13]，給流域和區(qū)域生態(tài)安全及經(jīng)濟社會發(fā)展帶來巨大影響.

回顧我國水污染治理歷程，自“九五”以來，我國開展了太湖、巢湖、滇池“老三湖”重點流域水污染治理行動，投入了大量財力和物力. 經(jīng)過多年探索發(fā)現(xiàn)“先污染、后治理”是一種投入大、見效慢的湖泊治理模式. 在對我國不同類型湖泊環(huán)境安全狀態(tài)的調(diào)查評估基礎(chǔ)上，逐步認(rèn)識到水質(zhì)較好湖泊優(yōu)先保護的重要性. 自2011年以來，國家實施了水質(zhì)較好湖泊保護專項，針對全國81個水質(zhì)較好湖泊開展保護行動. 實踐表明，“良好湖泊，優(yōu)先保護”是湖泊生態(tài)環(huán)境保護的正確思路，國家及地方政府對湖泊保護和治理的認(rèn)識也進一步提高. 本文總結(jié)了我國水質(zhì)較好湖泊保護專項實施的成效，從湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復(fù)機理出發(fā)，闡明水質(zhì)較好湖泊環(huán)境保護的理論基礎(chǔ)，揭示水質(zhì)較好湖泊實施“優(yōu)先保護”的重要性，為我國湖泊生態(tài)環(huán)境保護與治理提供借鑒.

1 湖泊水生態(tài)系統(tǒng)退化與修復(fù)的一般過程

1.1 我國湖泊水生態(tài)環(huán)境特征

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是指在湖泊中由生物群落及其環(huán)境作用所構(gòu)成的自然系統(tǒng)[14]，儲存了地球上可被利用的大部分淡水，占全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的40%. 我國湖庫提供了全國約40%的飲用水，糧食產(chǎn)區(qū)的1/3在湖泊流域，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的30%也來自湖泊流域[15-16]. 我國有面積1 km2以上的湖泊2693個，總面積約8.1萬km2，其中東部平原湖區(qū)和青藏高原湖區(qū)是我國湖泊分布范圍最廣的區(qū)域，分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的62.7%和77.2%[17]. 而東部平原湖區(qū)多為淺水湖泊， 主要生態(tài)特征為熱分層不明顯[18]、水體擾動對沉積物再懸浮影響大，相較于深水湖泊，更易受外界環(huán)境影響. 近幾十年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展及人類的高強度開發(fā)，我國淺水湖泊正面臨著湖泊萎縮、生態(tài)退化、耗氧有機物污染、富營養(yǎng)化等一系列生態(tài)環(huán)境問題[19]. 2020年，開展水質(zhì)監(jiān)測的112個重要湖泊(水庫)中，Ⅰ～Ⅲ類占比76.8%，劣Ⅴ類占比5.4%，主要污染指標(biāo)為總磷、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)[20]. 水質(zhì)較好湖泊一般指水質(zhì)好于Ⅲ類、湖泊生態(tài)狀態(tài)為草型清水態(tài)或草-藻混合態(tài)[21]、營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)或貧營養(yǎng)、具有飲用水水源功能或重要生態(tài)功能、自然湖濱岸線不低于全湖岸線的75%、山區(qū)湖泊流域森林覆蓋率達到75%的湖泊或水庫.

1.2 湖泊水生態(tài)系統(tǒng)退化

隨著人類活動加劇，大量氮磷入湖，湖泊污染負(fù)荷不斷增加，湖泊營養(yǎng)水平持續(xù)升高. 水利樞紐工程建設(shè)、江湖阻隔等造成湖泊水位波動、水文自然節(jié)律發(fā)生變化、水生態(tài)非良性演替，進而致使水生植物生境發(fā)生變化，大型水生植物嚴(yán)重退化，部分水體水化學(xué)失衡[22-23]. 水產(chǎn)養(yǎng)殖、過度捕撈等不合理的漁業(yè)活動對水生生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響，造成浮游生物小型化、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單化、生物多樣性下降[8，24-27]. 高強度的流域開發(fā)下，氮磷持續(xù)高位輸入，局部湖區(qū)藻型化，導(dǎo)致重污染區(qū)水華暴發(fā)，水質(zhì)惡化，水生態(tài)功能下降；加上全球氣候變化的影響，湖泊藍藻水華暴發(fā)形勢嚴(yán)峻[28]. 藍藻水華暴發(fā)及不合理的漁業(yè)活動進一步加劇沉水植物退化，加速湖泊生態(tài)系統(tǒng)由以大型水生植物為優(yōu)勢的清水態(tài)向以浮游植物為優(yōu)勢的濁水態(tài)轉(zhuǎn)變[13,29]，湖泊水質(zhì)下降，生態(tài)服務(wù)功能下降或消失，嚴(yán)重時影響到供水安全.

1.3 湖泊水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)是指將已經(jīng)退化的水生態(tài)系統(tǒng)采取一系列的措施進行恢復(fù)或修復(fù)，對已經(jīng)退化的水生態(tài)系統(tǒng)進行補救，使其具有更高的生態(tài)忍受性[30]. 水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的最終目的是通過模仿一個自然的、可以自我調(diào)節(jié)的并與所在區(qū)域完全整合的系統(tǒng)，從而最大限度地減緩水生態(tài)系統(tǒng)的退化，使系統(tǒng)恢復(fù)或修復(fù)到可以接受的、能長期自我維持的、穩(wěn)定的狀態(tài)水平[30]. 雖然水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有時可以在自然條件下進行，但一般還是通過人工干預(yù)的方式來實現(xiàn)，通常包括以下主要過程：重建干擾前的物理環(huán)境條件、調(diào)節(jié)水和土壤環(huán)境的化學(xué)條件、減輕生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境壓力(減少營養(yǎng)鹽或污染物的負(fù)荷)、原位處理(采取生物修復(fù)或生物調(diào)控的措施、包括重新引進已經(jīng)消失的土著動物、植物區(qū)系)、盡可能地保護水生態(tài)系統(tǒng)中尚未退化的組成部分等[30]. 事實上，真正意義上的水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)是一項長期的系統(tǒng)工程，要達到修復(fù)的最終目標(biāo)可能需要比想像更長的時間. 它不僅取決于所修復(fù)水體中水的滯留時間. 而且與所采用的修復(fù)方式密切相關(guān)[30-31].

2 水質(zhì)較好湖泊保護的理論基礎(chǔ)

2.1 水質(zhì)較好湖泊保護思路

由于水質(zhì)較好湖泊所處狀態(tài)不同于重污染湖泊，其入湖氮磷負(fù)荷基本沒有超過水環(huán)境容量，水生態(tài)系統(tǒng)受損程度較低，湖泊治理與保護的壓力相對較低. 因此，水質(zhì)較好湖泊保護的基本策略是“保護優(yōu)先”，其基本思路是“控源減排-綠色發(fā)展-生態(tài)修復(fù)-生態(tài)管理”.

首先，從湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化過程看，氮磷輸入是湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化的首要原因. 雖然水質(zhì)較好湖泊所受環(huán)境壓力較低，但由于這些湖泊所在地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較落后，水污染治理水平也較差，因此，水質(zhì)較好湖泊的保護首先應(yīng)該控源減排，補治理短板，還歷史舊賬.

其次，從湖泊流域經(jīng)濟社會發(fā)展需求看，水質(zhì)較好湖泊普遍面臨著巨大的發(fā)展壓力. 綠色發(fā)展是降低流域經(jīng)濟社會發(fā)展帶來的環(huán)境壓力的關(guān)鍵，核心內(nèi)容是優(yōu)化水土資源利用，調(diào)整生產(chǎn)生活方式，實現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展.

其三，從湖泊水生態(tài)系統(tǒng)退化程度看，水質(zhì)較好湖泊生境條件尚好，生態(tài)系統(tǒng)受損程度較低，通過湖濱濕地修復(fù)、沉水植物修復(fù)、食物網(wǎng)修復(fù)等生態(tài)修復(fù)措施，可以促進湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康.

其四，從流域水環(huán)境管理發(fā)展歷程看，流域水環(huán)境管理從工業(yè)污染源管理、污染物排放總量控制，逐步發(fā)展到流域水質(zhì)目標(biāo)管理. 水質(zhì)較好湖泊保護的目標(biāo)是保證湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康，因此，水質(zhì)較好湖泊保護的環(huán)境管理模式應(yīng)該從生態(tài)系統(tǒng)過程出發(fā)，構(gòu)建流域水生態(tài)管理體系.

2.2 熵焓定律與控源減排

熵是衡量一個孤立系統(tǒng)混亂程度的度量指標(biāo)，熵增定律表明在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的總混亂度、總穩(wěn)定度(即“熵”)不會減小，體系總是自發(fā)地向混亂度增大的方向變化，總使整個系統(tǒng)的熵值增大，而該過程是不可逆的. 根據(jù)熵的統(tǒng)計意義，系統(tǒng)熵的降低就是系統(tǒng)的有序度增大，反之，系統(tǒng)熵的升高就是系統(tǒng)的混亂度增加；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)受到破壞，熵值必然增加，隨之而來的生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益必然下降.

湖泊氮磷污染負(fù)荷排放與控制遵循熵焓定律. 氮磷污染物進入河流湖泊自然水體、導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化是熵增的過程，將導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)混亂度增加，這個過程是容易發(fā)生的；而想要在湖內(nèi)進行氮磷控制，使水體、沉積物中氮磷含量降低，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，是熵減過程，必須外加能量降低系統(tǒng)的熵值，才能使生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡，這個過程是困難的. 因此，在污染物源頭進行控制將更加容易(圖1)，即熵增容易，熵減難，污染物源頭控制是關(guān)鍵.

圖1 熵增變化與湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化和修復(fù)的關(guān)系Fig.1 The relationship between the theory of entropy increase and lake ecosystem degradation and restoration

2.3 景觀生態(tài)學(xué)原理與湖泊流域生態(tài)安全格局構(gòu)建

生態(tài)安全格局(security patterns，簡稱SP)對維護或控制某種生態(tài)過程、生物保護和景觀改變具有重要意義[32]. 流域生態(tài)安全格局的構(gòu)建旨在為流域生態(tài)安全和健康提供解決方案[33]，協(xié)調(diào)人類活動方式和高強度開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)的配置，補償和恢復(fù)生態(tài)功能，提高湖泊流域水源涵養(yǎng)能力及湖泊自我保護能力，實現(xiàn)流域可持續(xù)發(fā)展. 景觀生態(tài)學(xué)注重人類活動對景觀格局與過程的影響，強調(diào)廣闊的空間尺度和生態(tài)系統(tǒng)空間格局的生態(tài)效應(yīng)，退化和破壞了的生態(tài)系統(tǒng)保護與重建也是景觀生態(tài)學(xué)的研究重點之一[34-35]. 湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化的重要原因是不合理的土地開發(fā)利用造成水源涵養(yǎng)能力下降、濕地減少和湖濱帶被侵占等問題，進而導(dǎo)致湖泊流域生態(tài)安全格局受損，而引起生態(tài)安全格局部分或全部破壞的景觀改變將導(dǎo)致生態(tài)過程的急劇惡化[36].

圖2 湖泊流域生態(tài)安全格局Fig.2 Ecological security pattern of lake basins

生態(tài)安全格局構(gòu)建意味著如何選擇、維護和在某些潛在的生態(tài)節(jié)點引入斑塊，意味著如何來構(gòu)筑源間連接生態(tài)廊道[36]. 湖泊流域生態(tài)安全格局構(gòu)建可以景觀生態(tài)學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化、控制土地資源開發(fā)利用，有效控制流域空間利用，形成以流域上游水源涵養(yǎng)區(qū)、中游生態(tài)農(nóng)業(yè)與城鎮(zhèn)綠色發(fā)展區(qū)、下游湖濱生態(tài)緩沖區(qū)的湖泊“一湖三區(qū)”流域縱向生態(tài)安全格局(圖2). 在生態(tài)安全格局構(gòu)建過程中應(yīng)充分考慮其水系連通性，入湖河流作為湖泊水環(huán)境與陸地環(huán)境之間的景觀廊道，具有明顯的水系連通性和景觀結(jié)構(gòu)連接性，是貫穿“三區(qū)”的動脈，通過河流-濱岸帶作用，以保證清潔水源入湖. 水質(zhì)較好湖泊的環(huán)境保護應(yīng)以流域生態(tài)安全格局構(gòu)建為前提，統(tǒng)籌生態(tài)系統(tǒng)各組成單元的類型、數(shù)目的空間分布與配置等，使其具有合適的空間構(gòu)型，以保證種群動態(tài)、群落演替、養(yǎng)分循環(huán)等生態(tài)學(xué)過程正常運轉(zhuǎn)，保證生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能.

2.4 水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論與湖泊水生態(tài)修復(fù)

生態(tài)系統(tǒng)會隨著外部條件如氣候、營養(yǎng)鹽等的變化呈現(xiàn)不同的響應(yīng)(圖3)，當(dāng)響應(yīng)曲線出現(xiàn)向后“折疊”現(xiàn)象時(圖3c)，生態(tài)系統(tǒng)將會有兩種可選的穩(wěn)定狀態(tài)，由一個不穩(wěn)定的平衡邊界隔開，即正反饋和負(fù)反饋兩種調(diào)節(jié)方式(圖3c)[37]. 當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于折疊曲線上分支狀態(tài)時，不能順利通過到下分支狀態(tài)，只有當(dāng)環(huán)境條件達到閾值F2或處于F2附近時，生態(tài)系統(tǒng)才能從上分支自然轉(zhuǎn)換或在特定條件下突破邊界躍遷至下分支狀態(tài)，即正反饋調(diào)節(jié)；而如果試圖通過逆轉(zhuǎn)條件恢復(fù)至上分支狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)會顯示遲滯，逆向轉(zhuǎn)變只有在條件逆轉(zhuǎn)得足夠遠到達到閾值F1時才能實現(xiàn)，即負(fù)反饋調(diào)節(jié)(圖3c)[37]. 可以使用“恢復(fù)力resilience”來表示在不導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)由一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一穩(wěn)定狀態(tài)的情況下所能承受的最大擾動條件，而F2和F1就是能承受的擾動邊界，在邊界范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)可以承受內(nèi)部發(fā)生的擾動變化并進行自我修復(fù)[18]；而一旦擾動超過邊界閾值，生態(tài)系統(tǒng)就會進入另一穩(wěn)定狀態(tài)，想要恢復(fù)就會出現(xiàn)遲滯.

圖3 生態(tài)系統(tǒng)隨外部條件轉(zhuǎn)換的3種模式(a：線性響應(yīng)模式；b：曲線響應(yīng)模式；c：折疊響應(yīng)模式)[37]Fig.3 Three modes of ecosystem transition with external conditions (a, linear response mode; b, curvilinear response mode; c, folded response mode)[37]

對于淺水湖泊，Scheffer等[37-38]提出了以沉水植物占優(yōu)勢的“清水態(tài)”和以浮游植物占優(yōu)勢的“濁水態(tài)”的淺水湖泊穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換模型. 該模型闡釋了營養(yǎng)鹽濃度增加對水體濁度增加以及對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的影響，包含2個主要變化過程：1) 沉水植物可以抑制由營養(yǎng)鹽濃度增加造成的濁度增加，當(dāng)有沉水植物存在時，隨著營養(yǎng)鹽濃度的增加，水體濁度增加幅度小，生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)以沉水植物為優(yōu)勢的“清水態(tài)”或以沉水植物和藻類共存的“清水-濁水(草-藻)”混合態(tài)；2)隨著營養(yǎng)鹽濃度增加至足夠高到濁度超過臨界值時，浮游植物大量繁殖，水體濁度急劇增加，維持水體清水態(tài)的沉水植物消失，生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿∮沃参镎純?yōu)勢的“濁水態(tài)”. 此時營養(yǎng)鹽濃度變化即為引起生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的擾動條件，當(dāng)營養(yǎng)鹽擾動達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的閾值條件時，生態(tài)系統(tǒng)則由“清水態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾崴畱B(tài)”.

由于沉水植物具有防止沉積物再懸浮、為浮游動物提供庇護進而抑制藻類生長、分泌化感物質(zhì)降低藻類數(shù)量等作用，因此即便營養(yǎng)鹽濃度的增加使水體濁度增加，但生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力強，營養(yǎng)鹽擾動只要在其可承受范圍之內(nèi)，就可以進行自我修復(fù). 然而當(dāng)水體濁度逐漸增加時，水下光照將逐漸衰減，沉水植物光合作用將受到限制，數(shù)量逐漸減少，而浮游植物數(shù)量將逐漸增多，此時若環(huán)境擾動繼續(xù)增加至超過生態(tài)系統(tǒng)可承受的邊界閾值，將導(dǎo)致沉水植物消失，浮游植物迅速繁殖，生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈崴疇顟B(tài). 此時將營養(yǎng)鹽濃度降低至穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換時的水平往往不足以恢復(fù)沉水植被豐富的清水狀態(tài)，必須采取更加嚴(yán)格的營養(yǎng)鹽削減措施，因為由圖2c可知，清水狀態(tài)恢復(fù)所發(fā)生的營養(yǎng)鹽水平要遠遠低于清水狀態(tài)崩潰所發(fā)生的營養(yǎng)鹽水平，表現(xiàn)出一種遲滯的模式[37].

荷蘭Veluwe湖的治理歷程可以很好地反映這種遲滯模式(圖4)[39]，1960s末至1970s初，當(dāng)TP濃度升高至0.15 mg/L時，大型水生植物群落崩潰，清水狀態(tài)消失，渾濁狀態(tài)持續(xù)了約20年之久，直到1990s TP濃度下降至0.1 mg/L時才開始逐漸恢復(fù)清水狀態(tài)，而當(dāng)水體中TP濃度降低至0.05 mg/L左右，才有可能實現(xiàn)濁水態(tài)向清水態(tài)的轉(zhuǎn)變[39]. Zhao等[40]基于巢湖、滇池等生態(tài)系統(tǒng)中控制營養(yǎng)輸入使生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)緩慢或恢復(fù)遲滯的現(xiàn)象，提出了7種不同的湖泊富營養(yǎng)化恢復(fù)軌跡模式(圖5)，進一步說明生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變后想要恢復(fù)的艱難性.

圖4 沉水植物隨TP濃度增加后降低的響應(yīng)遲滯曲線(實心點代表1960s末和 1970s初沉水植物隨TP濃度增加由清水態(tài)向濁水態(tài)的正向轉(zhuǎn)變， 空心點代表TP的逐漸減少最終導(dǎo)致1990s由濁水態(tài)向清水態(tài)的逆向轉(zhuǎn)變)[37,39]Fig.4 The response hysteresis curve of submerged vegetation with increasing TP concentration (solid dots represent the positive transition of submerged vegetation from clear state to turbid state with increasing TP concentration in the late 1960s and early 1970s; the hollow dots represent the gradual reduction of TP concentration that eventually led to the reverse transition from turbid state to clear state in the 1990s)[37,39]

圖5 Chl.a濃度隨TP濃度升高及降低的7種假設(shè)恢復(fù)軌跡(虛線曲線表示Chl.a濃度的目標(biāo)值； ①為Chl.a濃度隨TP濃度增加的路徑，②為Chl.a濃度隨TP濃度增加后降低的逆向回歸路徑，③④⑤為 在不同環(huán)境條件下的左向遲滯路徑，⑥⑦⑧為在不同環(huán)境條件下的右向遲滯路徑；虛線直線表示 Chl.a閾值、參考狀態(tài)或控制標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)軌跡可能多次跨越該線才能達到恢復(fù)目標(biāo))[40]Fig.5 Seven hypothetical recovery trajectories of Chl.a concentration increasing and decreasing with TP concentration (the dotted curve indicates the environmental goal of Chl.a concentration; ① is the path of Chl.a increasing with TP concentration, ② is the reverse regression path of Chl.a concentration decreasing with TP concentration increasing, ③④⑤ are the leftward hysteresis paths under different environmental conditions, ⑥⑦⑧ are the rightward hysteresis paths under different environmental conditions; the dotted line represents the Chl.a threshold or reference state or control standard, and the ecosystem restoration trajectory may cross this line many times to achieve the restoration goal)[40]

那么湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)為什么會出現(xiàn)這種遲滯的現(xiàn)象，沉積物營養(yǎng)鹽的釋放延緩了水體實際營養(yǎng)水平對外部負(fù)荷減少的反映是重要的原因[41]. 淺水湖泊由于水淺，沉積物中積存的營養(yǎng)鹽濃度可以達到上覆水的數(shù)十倍，在風(fēng)浪擾動作用下，沉積物中營養(yǎng)鹽不斷向上覆水釋放，即使外源得以控制，但水體營養(yǎng)鹽濃度難以在短期內(nèi)達到預(yù)期效果[42-43]. 另外營養(yǎng)鹽濃度及形態(tài)、風(fēng)浪大小、光照強弱、魚類及群落結(jié)構(gòu)等均會影響生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[18]. 因此，富營養(yǎng)化淺水湖泊由于在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換前后生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(沉水植物優(yōu)勢地位消失)、驅(qū)動因素(擾動達到閾值)和關(guān)鍵過程(營養(yǎng)鹽流動出現(xiàn)障礙)均發(fā)生了顯著變化，生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了明顯的不可逆性[44].

由此可見，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論對于湖泊生態(tài)恢復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義，根據(jù)湖泊所處的不同生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)選擇修復(fù)節(jié)點是非常重要的. 當(dāng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)處于以沉水植物占優(yōu)勢的清水態(tài)時，“清水維持”是湖泊生態(tài)修復(fù)的首要目標(biāo)，此時通過恢復(fù)沉水植物可以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的清水穩(wěn)態(tài)維持. 當(dāng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)處于“清水-濁水(草-藻)”混合態(tài)時，生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，處于一個不穩(wěn)定的平衡，此時若在恢復(fù)沉水植物的同時實施控源減排消除高營養(yǎng)鹽脅迫，生態(tài)系統(tǒng)是有可能實現(xiàn)從“清水-濁水”混合態(tài)向 “清水態(tài)”轉(zhuǎn)換的. 而當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于以浮游植物為優(yōu)勢的“濁水態(tài)”時，由于生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換，要想實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的過度轉(zhuǎn)換，需要投入多倍的人力、物力和時間成本，要先使?fàn)I養(yǎng)鹽濃度下降至穩(wěn)定狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)逆轉(zhuǎn)的較低閾值水平，才能通過沉水植物恢復(fù)達到湖泊生態(tài)修復(fù)效果，這樣的治理效益很低. 只有在一種穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)下實施治理才足以恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)初始狀態(tài)并產(chǎn)生持久效果. 因此，應(yīng)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變之前進行治理，在營養(yǎng)鹽濃度未達到狀態(tài)轉(zhuǎn)變的閾值水平，即在一個生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)力范圍之內(nèi)進行治理，才能實現(xiàn)較高的治理效益. 水質(zhì)較好湖泊多為草型清水態(tài)或草-藻混合態(tài)，因此，對水質(zhì)較好湖泊開展水環(huán)境保護治理是一項防治并重、資金節(jié)約、治理效益高的措施.

3 水質(zhì)較好湖泊保護的中國實踐

3.1 水質(zhì)較好湖泊保護思路形成

我國湖泊治理經(jīng)歷了很多年努力，就太湖、巢湖和滇池“老三湖”而言，太湖流域自1980s以來流域內(nèi)河湖水質(zhì)不斷下降，2007年暴發(fā)水華導(dǎo)致供水危機后，地方政府組織開展大規(guī)?？卦粗挝邸⒄{(diào)水引流、生態(tài)修復(fù)、河網(wǎng)綜合整治等行動[45-46]. 巢湖大力治理開始于“十五”期間，以“水質(zhì)改善、國控斷面達標(biāo)、藍藻抑制”為目標(biāo)，全面啟動了環(huán)巢湖地區(qū)生態(tài)保護與修復(fù)工程建設(shè)[47]. 滇池治理自“九五”以來便開始被重視，“九五”期間的治理重點是工業(yè)污染和城鎮(zhèn)污水處理，“十五”期間治理重點轉(zhuǎn)向污染控制和生態(tài)修復(fù)，“十一五”至“十二五”又實施了六大工程[48].

雖然“老三湖”的治理投入了大量的財力物力，但治理成效不理想，水體中污染物削減效率不高. 如太湖“十一五”期間的總氮和總磷濃度分別為2.38和0.085 mg/L，“十二五”期間分別降低為2.08和0.066 mg/L，“十三五”期間總氮繼續(xù)降低至1.48 mg/L，但總磷濃度反彈至0.079 mg/L. 巢湖“十一五”期間的總氮和總磷濃度分別為1.68和0.128 mg/L，“十二五”期間分別降低至1.63和0.092 mg/L，“十三五”期間總氮濃度持續(xù)降低至1.50 mg/L，但總磷濃度仍保持在0.092 mg/L. 滇池外海“十一五”以來氮磷濃度下降趨勢顯著，總氮、總磷濃度分別從2.54和0.152 mg/L持續(xù)降低至“十三五”期間的1.42和0.086 mg/L. 雖然“老三湖”水質(zhì)有所改善，但治理成本巨大. 以太湖為例，“九五”至“十二五”，用于太湖治理的累積投資成本約為2388億元；“十三五”期間太湖繼續(xù)投入515億元用于流域水污染治理. 因此，湖泊保護治理首先應(yīng)控源減負(fù)，其次再進行生態(tài)修復(fù)，這是湖泊治理幾十年總結(jié)的歷史經(jīng)驗，也是實現(xiàn)湖泊低成本治污最大化的一種有效途徑.

2008年，國家啟動了“全國重點湖庫生態(tài)安全調(diào)查與評估”項目，建立了湖泊生態(tài)安全評估方法，將湖庫分為3種類型，即“污染治理型(重度污染)”、“防治結(jié)合型(中度污染)”和“生態(tài)保育型(水質(zhì)較好)”[49]. 2009年，持續(xù)開展“全國重點湖庫生態(tài)安全保障策略研究”項目，提出湖泊生態(tài)環(huán)境分類治理與保護的技術(shù)思路，原環(huán)境保護部出臺了《湖泊生態(tài)環(huán)境保護實施方案編制指南》[50]. 太湖、巢湖、滇池和烏梁素海等為典型的“污染治理型(重度污染)”湖泊. 這類湖泊流域社會經(jīng)濟較為發(fā)達，環(huán)境壓力強大；此類湖庫富營養(yǎng)化嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)失衡，水華頻繁暴發(fā)危及飲用水安全[51]. 洞庭湖、洪澤湖、鄱陽湖和三峽水庫等為典型的“防治結(jié)合型(中度污染)”湖泊. 這類湖泊的流域社會經(jīng)濟發(fā)展需求旺盛，環(huán)境壓力逐步加大，多數(shù)處于輕度富營養(yǎng)水平，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生境出現(xiàn)退化跡象，局部區(qū)域出現(xiàn)水華；此類湖泊的環(huán)境保護應(yīng)以“污染防治與生態(tài)修復(fù)”相結(jié)合為主[51]. 撫仙湖、梁子湖和瓦埠湖等為典型的“生態(tài)保育型(水質(zhì)較好)”湖泊. 這類湖泊的流域經(jīng)濟發(fā)展需求才剛開始顯現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境保持較好，環(huán)境保護應(yīng)以“污染防治、優(yōu)化調(diào)控和生態(tài)補償”為主要策略[51].

3.2 水質(zhì)較好湖泊保護專項組織實施

2011年，鑒于水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境惡化及生態(tài)服務(wù)功能退化問題，為避免眾多湖泊再走“先污染、后治理”的老路，國家財政部和環(huán)境保護部聯(lián)合啟動了水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護專項，按照突出重點、擇優(yōu)保護、一湖一策、績效管理的原則，推進水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護工作，并優(yōu)先在云南撫仙湖和洱海、湖北梁子湖、山東南四湖、安徽瓦埠湖、遼寧大伙房水庫、吉林松花湖以及新疆博斯騰湖8個湖泊開展水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護試點. 2014年9月，原環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會以及財政部發(fā)布了《水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護總體規(guī)劃(2013-2020年)》，將365個水質(zhì)較好湖泊納入規(guī)劃，明確了湖泊保護總體要求、具體保障策略等[21]. 截至2016年，中央財政累計投入218億元，支持全國77個湖泊實施生態(tài)環(huán)境保護工作，帶動地方和社會投入超過400億元，惠及29個省(區(qū)、市).

3.3 水質(zhì)較好湖泊保護專項實施成效

在流域經(jīng)濟社會快速發(fā)展背景下，基于有限的資金投入和發(fā)展方式調(diào)整，這些湖泊總體持續(xù)保持著良好的環(huán)境狀態(tài). 根據(jù)2010-2020年《中國環(huán)境狀況公報》，2010年以來監(jiān)測的重點湖庫中，中度富營養(yǎng)狀態(tài)湖庫所占比例呈顯著下降趨勢，中營養(yǎng)狀態(tài)的湖庫所占比例呈顯著上升趨勢. 2010年中度富營養(yǎng)湖庫占比為22.2%，2020年下降為4.5%；2010年中營養(yǎng)湖庫占比為33.3%，2020年上升為61.8%. 2010年，水質(zhì)較好湖泊鏡泊湖、洱海和博斯騰湖為Ⅲ類水質(zhì)，洪澤湖、鄱陽湖和南四湖為Ⅴ類水質(zhì)，達賚湖、白洋淀和洞庭湖為劣Ⅴ類水質(zhì)，主要超標(biāo)指標(biāo)為總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)；2019年，洪澤湖、鄱陽湖水質(zhì)好轉(zhuǎn)為Ⅳ類，南四湖好轉(zhuǎn)為Ⅲ類，白洋淀和洞庭湖好轉(zhuǎn)為Ⅳ類；2020年，丹江口水庫和洱海水質(zhì)為優(yōu)，白洋淀為輕度污染.

湖庫是保障飲用水安全的重要基石，但也面臨脆弱性增加的風(fēng)險. 在我國，湖庫型水源地數(shù)量占比為40.6%，北京、上海、深圳等10個重點城市湖庫型水源地占比高達65.4%. 就服務(wù)人口而言，湖庫型水源地服務(wù)的人口占比為47.2%[52]. 國家和地方重點針對湖庫型水源地實施“優(yōu)先保護”，全國集中式飲用水源地水質(zhì)達標(biāo)率明顯提升. 2009年集中式飲用水源地水質(zhì)達標(biāo)率僅為73%，隨著水質(zhì)較好湖泊的環(huán)境保護治理，水質(zhì)較好湖泊水質(zhì)穩(wěn)中改善，地表水飲用水源地水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，2016年以來呈顯著提升的趨勢，2016年地表水飲用水源達標(biāo)率為93.6%，2019年達標(biāo)率升高為95.8%，2020年達標(biāo)率升高為97.7%[53].

經(jīng)過專項實施，水質(zhì)較好湖泊的水生態(tài)也逐步得到恢復(fù)[21]. 截至2016年，納入中央財政支持范圍的77個水質(zhì)較好湖泊中，17個湖泊水質(zhì)較基準(zhǔn)年有所提高，57個湖泊水質(zhì)保持不下降. 湖岸線、湖濱濕地生態(tài)修復(fù)成果顯著，77個湖泊湖濱緩沖帶面積共增加175.67 km2，濕地面積恢復(fù)444.47 km2，生態(tài)涵養(yǎng)林面積增加1168.53 km2，湖泊生物多樣性顯著提高. 如“十二五”以來，云南洱海水質(zhì)穩(wěn)定保持在Ⅲ類，有28個月達到Ⅱ類，超過“十一五”同期7個月；湖南東江湖水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅱ類，飲用水源一級保護區(qū)達到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各地湖泊流域生態(tài)環(huán)境也得到顯著改善. 江蘇白馬湖、四川邛海、安徽太平湖等湖泊通過轉(zhuǎn)變粗放式養(yǎng)殖模式，改變種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展生態(tài)旅游，提升了生態(tài)系統(tǒng)健康狀況[54-56]. 此外，水質(zhì)較好湖泊保護法規(guī)制度逐步完善，湖泊長效保護機制初步建立. 湖泊保護應(yīng)在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)變之前進行治理，避免生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)出現(xiàn)的遲滯性，并且還能節(jié)約治理成本，獲得更大的治理效益.

4 總結(jié)及展望

我國湖泊眾多，湖泊在區(qū)域國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中提供了極其重要的生態(tài)服務(wù)功能，湖泊生態(tài)環(huán)境工作是我國流域水生態(tài)環(huán)境保護的重要任務(wù). 太湖、巢湖、滇池“老三湖”是我國污染較重的湖泊，國家和地方自“九五”以來就開始開展湖泊治理保護工作，花費了大量的人力、物力和時間成本，進行了大規(guī)模的治理，目前初步遏制了“老三湖”水質(zhì)繼續(xù)惡化的趨勢，但這種“先污染、后治理”的老路走得很艱難，原因是“老三湖”的水生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，由清水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈崴畱B(tài)，而且一旦生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，想要實現(xiàn)恢復(fù)或逆轉(zhuǎn)，就會出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象，就需要花費更多的治理成本來達到初始狀態(tài)，治理效益低. 對于我國環(huán)境質(zhì)量較好的湖庫，國家和地方實施了水質(zhì)較好湖泊保護行動，經(jīng)過實踐檢驗，水質(zhì)較好湖泊環(huán)境保護成效顯著，在湖泊水質(zhì)較好、生態(tài)系統(tǒng)相對健康狀態(tài)下進行保護和治理是實現(xiàn)治理效益最大化的良好途徑，也符合當(dāng)前國家要求的生態(tài)文明建設(shè)的新要求.

由于不同湖泊氮磷污染、生態(tài)系統(tǒng)受損程度各不相同，首先要開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的調(diào)查和評估，科學(xué)確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)所處的狀態(tài)；其次按照“綠色發(fā)展、控源減排、生態(tài)修復(fù)、生態(tài)管理”的湖泊保護思路，制定水質(zhì)較好湖泊“一湖一策”的生態(tài)環(huán)境保護策略.

1)構(gòu)建湖泊流域綠色發(fā)展體系. 以湖泊承載力為基礎(chǔ)，確定湖泊保護重點. 以湖泊水質(zhì)持續(xù)改善和水生態(tài)系統(tǒng)健康為目標(biāo)，識別污染物時空分布特征以及水文氣象等關(guān)鍵影響因素和社會經(jīng)濟發(fā)展總量、結(jié)構(gòu)及效率的影響，依據(jù)湖泊承載力對湖泊進行分期分區(qū)保護. 構(gòu)建綠色流域，協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與湖泊保護. 協(xié)調(diào)經(jīng)濟總量、經(jīng)濟發(fā)展速度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及人口總量、人口增長速度、人口結(jié)構(gòu)和生活習(xí)慣；嚴(yán)把水資源紅線、土地利用紅線，提高流域水土利用效率. 制定湖泊流域生態(tài)補償機制，保證全流域湖泊保護. 按照各流域水環(huán)境功能區(qū)劃的要求，建立流域環(huán)境協(xié)議，明確流域在各行政交界斷面的水質(zhì)要求，按水質(zhì)情況確定補償或賠償?shù)念~度，給出流域生態(tài)補償政策.

2)實施湖泊流域生態(tài)修復(fù)工程. 上游水源涵養(yǎng)區(qū)：重點做好水土流失防控措施，增加入湖水量，減少泥沙入湖；中游生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展區(qū)：實施污染治理工程的同時，建設(shè)入湖河流生態(tài)廊道、生態(tài)濕地等工程，保證清水入湖；下游湖濱緩沖區(qū)：建設(shè)緩沖區(qū)減少湖泊直接環(huán)境壓力，修復(fù)湖濱帶提高湖泊防護能力；湖泊：實施湖泊食物網(wǎng)調(diào)控、沉水植被恢復(fù)等生態(tài)調(diào)控工程，形成“一湖三圈”的流域生態(tài)安全格局.

3)實施科技攻關(guān)，解決水質(zhì)較好湖泊保護的理論與技術(shù)問題. 十五年的“水專項”重點針對重污染湖泊開展了系統(tǒng)研究，取得了豐碩成果. 首先要總結(jié)水質(zhì)較好湖泊保護的成功模式；其次研究水質(zhì)較好湖泊的生態(tài)系統(tǒng)退化過程與修復(fù)理論，研發(fā)湖泊流域生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法等，形成技術(shù)指南向全國推廣應(yīng)用.