周文昌 史玉虎* 潘 磊
(1 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院,湖北 武漢430075;2 湖北洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,湖北 洪湖市 433200)
中國湖泊大于1 km2的數(shù)量大約有2 800個,大于10 km2的淡水湖泊210個,大于100 km2的130個,我國大多數(shù)湖泊主要位于長江中下游和青藏高原(Frumin et al,2011; 姜加虎等,2006)。長江中下游平原是我國淺水型淡水湖泊分布最為密集的區(qū)域,水域面積大于1 km2的湖泊總數(shù)超過650個(羅明科等,2016)。1950年前,長江中游兩岸的絕大多數(shù)湖泊原為通江湖泊,與長江干流及其支流形成獨特而完整的江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(常劍波等,1999)。目前通江湖泊僅剩兩個(洞庭湖和鄱陽湖),這是由于1950年之后修建了一大批水利設(shè)施(胡軍華等,2008; 王利民等,2005)。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,我國自然湖泊和水庫減少了1 000個、水域面積減少了10 000 km2(Frumin et al,2011),而且?guī)硪幌盗猩鷳B(tài)環(huán)境問題,如湖泊調(diào)蓄能力降低,洪澇災(zāi)害頻繁,水鳥、魚類及重要水生植物減少,湖泊呈富營養(yǎng)化(氮、磷)狀態(tài),導(dǎo)致藍藻爆發(fā)(胡軍華等,2008; Frumin et al,2011;杜耘,2011)。湖北省作為長江中游重要的湖泊濕地生態(tài)區(qū)域,目前湖泊面積大于1 km2的僅剩181個,大于10 km2的湖泊僅剩44個(姜加虎等,2006),到2000年,全省湖泊面積僅占建國初期的34%(杜耘,2011),到2005年,湖泊面積為3 025.61 km2(張毅等,2009)。
洪湖湖泊作為長江中游最為重要的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng),隸屬于湖北洪湖市和監(jiān)利縣,位于長江中游北岸,洪湖濕地自然保護區(qū)以洪湖圍堤為界,主要保護對象是保護洪湖水生、陸生生物及其生境共同組成的濕地生態(tài)系統(tǒng)、未受污染的淡水資源和生物物種的多樣性(王學(xué)雷等,2006;Wen et al,2007)。然而,自20世紀(jì)50-70年代,相續(xù)修筑的水利工程,阻隔了江湖自然連通,轉(zhuǎn)為一個封閉型的淡水湖泊(盧山等,2004)。20世紀(jì)90年代后,洪湖濕地進入大湖圈養(yǎng)時期,興起螃蟹養(yǎng)殖,到2004年,養(yǎng)殖面積達251 km2,占湖泊總面積的80%,導(dǎo)致水生植物過度利用,超過湖泊自身生物承載力(盧山等,2009),導(dǎo)致珍稀物種減少,外來物種入侵(喜旱蓮子草、鳳眼蓮)和水質(zhì)不斷降低(李昆等, 2015; 宋辛辛等, 2016; 周文昌等,2016a)。在社會人士的疾呼、人民群眾和政府決策者的支持下,1996年成立了洪湖濕地自然保護區(qū),2000年晉升為省級自然保護區(qū),2008年列入《國際重要濕地名錄》,2014年晉升為國家級自然保護區(qū)(周文昌等,2016a; 馮錦剛等,2014),2017年底,全湖圍網(wǎng)養(yǎng)殖水域全部拆除,水生植物逐漸恢復(fù)。以洪湖濕地自然保護區(qū)為對象,評估長江中游湖泊濕地保護現(xiàn)狀(如水污染),對于人類認(rèn)識湖泊濕地保護形勢和科學(xué)研究具有重要意義。
圖1 洪湖常規(guī)監(jiān)測點位置圖(吳紅艷等,2013)Fig.1 Routine monitoring point location of the Hong Lake Wetland
洪湖濕地地處湖北省中南部,長江中游北岸(113°12′~ 113°26′E,29°40′~ 29°58′N ) 是 長 江和漢水支流東荊河之間的洼地雍塞湖。氣候?qū)儆诒眮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候,年均氣溫15.9~16.6℃,無霜期>250 d,年均降水量1 174 mm,年均蒸發(fā)量1 354 mm,4-10月降水量占全年的77%,濕地面積344 km2,平均水深1.35 m,以淺水湖泊(307.40 km2)為中心,周邊為湖濱沼澤(36.54 km2)(李昆等, 2015; 肖飛等, 2003; 周文昌等, 2016b)。主要植物類型為挺水植物菰Zizania latifolia、蓮Nelumbo nucifera和蘆葦Phragmites australis,浮葉植物為菱Trapa bispinosa、睡蓮Nymphaea tetragona,沉水植物為微齒眼子菜Potamogeton maackianus、 黑 藻Hydrilla verticillata、穗狀狐尾藻Myriophyllum spicatum和金魚藻Ceratophyllum demersum(王學(xué)雷等, 2002; 宋辛辛等, 2016),以及菹草Potamogeton crispus。
收集歷年洪湖濕地水質(zhì)數(shù)據(jù)(1990-2017年),收集湖北省荊州市環(huán)境保護局(http://www.jzhbj.gov.cn/news_list.aspx?category_id=129)的歷年荊州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報數(shù)據(jù)和胡學(xué)玉等(2006)及Chen等(2006)的總磷和氨氮數(shù)據(jù)。同時,于2017年夏季(8月)和秋季(11月)通過水樣采集器采集湖泊上層50 cm水樣,各自12個樣點和18個樣點,采集路線從西南角(楊柴湖)向東北角(下新河)采集水樣和從南面(排水閘)向北(藍田)采集水樣(圖1)(吳紅艷等,2013)。樣品盛入水樣瓶(500 ml),當(dāng)天轉(zhuǎn)運至實驗室分析水質(zhì)指標(biāo),并與中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)進行比較,分析其超標(biāo)參數(shù)。
1990-2003年,洪湖濕地以Ⅲ類和Ⅳ類水為主,水質(zhì)超標(biāo)主要參數(shù)是氮、磷及其它有機污染物(胡學(xué)玉等,2006; Chen et al,2006)。2004年10月22日,湖北省加強了洪湖濕地保護修復(fù),同年11月29日,在洪湖市召開了“加強洪湖生態(tài)建設(shè)現(xiàn)場辦公會議”,會議落實了5條方針,力爭5年,洪湖濕地水質(zhì)惡化狀況有明顯好轉(zhuǎn),水體總氮、總磷量有下降(張瓊,2005)。自2007年起,湖北省荊州市環(huán)境保護局對洪湖濕地設(shè)置9個監(jiān)測點(吳紅艷等, 2013),并對湖泊水質(zhì)進行監(jiān)測,2004-2011年洪湖水質(zhì)有所改善,2010年達到功能區(qū)劃的水質(zhì)指標(biāo)(Ⅲ類)。然而,2011年,因功能區(qū)劃提升為Ⅱ類,水質(zhì)達標(biāo)率僅為33.3%,但水質(zhì)相對于2010年仍有所改善(表1),實現(xiàn)了2004年湖北省提出5年后,洪湖水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)的目標(biāo)。到2015-2017年,洪湖湖面圍網(wǎng)養(yǎng)殖逐年有序拆除,2017年底,湖面圍欄圍網(wǎng)全部拆除(圖2),但2012-2017年湖泊水質(zhì)呈逐漸惡化趨勢(表1),湖泊水質(zhì)類別以Ⅳ~Ⅴ為主。
圖2 2015-2017年的洪湖濕地拆除圍網(wǎng)養(yǎng)殖水域變化圖Fig.2 Removed enclosure aquaculture in the Lake Honghu from 2015 to 2017
表1 2004-2017年荊州市洪湖濕地自然保護區(qū)水質(zhì)類別Table1 The classification of the water quality in the Lake Honghu from 2004 to 2017
1990-2003年,洪湖濕地水質(zhì)超標(biāo)參數(shù)為總磷、總氮,這可能是1980s-2004年的圍網(wǎng)養(yǎng)殖對湖泊水生植物的過度利用,如2004年圍網(wǎng)養(yǎng)殖達到高峰,其水域養(yǎng)殖面積占湖泊水域面積的80%(盧山等, 2009; 班璇等, 2010)。但自2005年后,洪湖濕地加強了保護,2006-2011年水質(zhì)有所改善,有些年代(2010年),水質(zhì)達到功能區(qū)劃的目標(biāo)水質(zhì)(Ⅲ類),但部分水質(zhì)參數(shù)仍超標(biāo)(表1),其原因可能是洪湖濕地拆除水域養(yǎng)殖2.51萬hm2,實施了增殖放流,恢復(fù)水生植被6 700 hm2,水草覆蓋率從不到40%恢復(fù)到80%以上(馮錦剛等, 2014)。2012-2017年,洪湖水質(zhì)呈惡化趨勢(表1)??赡苡袔追N原因:一是四湖流域上游大量工農(nóng)業(yè)及生活廢水排入洪湖濕地;二是1980s-2004年的長期過度圍網(wǎng)養(yǎng)殖,水生植物過度利用,導(dǎo)致水體自身承載力下降,底泥污染物釋放;三是最近幾年的外來物種(鳳眼蓮、喜旱蓮子草)在洪湖濕地爆發(fā),外來植物覆蓋湖泊大面積水域,僅鳳眼蓮Eichhornia crassipes在2017年入侵洪湖濕地面積達1 200 hm2(洪湖濕地國家級自然保護區(qū)管理局,2017),導(dǎo)致水生植物的結(jié)構(gòu)變化,影響水下光合植物和濕地動物的生存空間,進而影響濕地凈化水質(zhì)功能。班璇等(2010)評價了圍網(wǎng)養(yǎng)殖對局部湖泊的污染極為嚴(yán)重;宋辛辛等(2016)通過分析1950s的洪湖濕地沉水植物優(yōu)勢種群的變化表明,洪湖濕地自2000年后,洪湖沉水植物群落分布破碎化明顯,并認(rèn)為1990s-2005年的圍網(wǎng)養(yǎng)殖導(dǎo)致水生植物的過度利用,降低了水質(zhì)等級,建議取締圍網(wǎng),控制入湖水質(zhì),提升水體透明度,恢復(fù)水生植物。2015年6月湖北省林業(yè)廳和荊州市人民政府向省政府聯(lián)合上報了《關(guān)于加快推進洪湖拆圍與漁民上岸工作的請示》,同年11月16日,省政府主持召開《推進洪湖國家級自然保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展專題協(xié)調(diào)會議》,對拆除洪湖圍欄圍網(wǎng)、妥善安置漁民等工作進行部署,于2017年12月,湖北省水產(chǎn)局代表省政府對洪湖拆圍工作進行了驗收,拆圍面積達1.25萬hm2。本研究表明拆圍后的洪湖水質(zhì)從8月的超標(biāo)參數(shù)氨氮、化學(xué)需氧量和總磷變?yōu)閮H總磷超標(biāo)(表2)。拆除圍網(wǎng)改善了洪湖濕地水質(zhì),這可能是由于拆圍后減少了魚餌料的投入,逐漸恢復(fù)的水生植物凈化了水質(zhì);但湖泊總磷仍然超標(biāo),尚待加強研究與管理。
表2 2017年8月和11月洪湖濕地水質(zhì)指標(biāo)Table2 Water quality for the Lake Honghu on August and November in 2017
一是加強洪湖濕地水質(zhì)監(jiān)測。由于洪湖濕地長期受到湖泊周邊居民生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水及上游來水影響,污水會導(dǎo)致大量的磷沉積于湖泊中,引起藻類大量繁殖,隨著藻類的衰老而死亡,大量的溶解性有機物釋放出來,可能影響湖泊水質(zhì),須加強改善湖泊周邊環(huán)境條件。同時,死亡的藻類越多,釋放出來的溶解性有機物也會越多,使得顆粒有機碎屑不能迅速礦化,形成大量顆粒物沉積湖底,并和死亡的水生生物(均富含磷)一起累計在底泥(謝麗強等, 2001),成為污染湖泊水質(zhì)的潛在風(fēng)險。
二是加強水生植被恢復(fù)的監(jiān)測研究,同時加強外來植物(鳳眼蓮、喜旱蓮子草)的治理,培育凈化水質(zhì)較強的鄉(xiāng)土水生植物,為恢復(fù)濕地水質(zhì)提供科技支撐。據(jù)研究報道東湖湖泊污染后,通過優(yōu)化植被結(jié)構(gòu),加快以沉水植物為主的恢復(fù)途徑,顯著降低了水體中的總氮、總磷含量,這些水生植物包含蓮、蘆葦、苦草Vallisneria natans、狐尾藻Myriophyllum verticillatum和金魚藻(馬劍敏等,1997)。
三是加強荊州市洪湖流域濕地監(jiān)測與管理。研究表明,洪湖濕地最小生態(tài)水位為24 m,這個水位是洪湖濕地恢復(fù)的極限低水位,是維持湖泊生態(tài)功能,確保水生動植物生存的需要(王學(xué)雷等,2008)。同時,濕地最小生態(tài)水位也是確保冬季內(nèi)荊河航運和來年抗春抗旱,以及夏季農(nóng)田灌溉的需求(魏顯虎等, 2007; 陳世儉等, 2002)。因此,整合荊州市洪湖流域水資源管理,降低流域內(nèi)水資源的不合理利用,確保洪湖濕地最小生態(tài)水位需求。
致謝:湖北洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站和湖北洪湖濕地國家級自然保護區(qū)管理局的大力支持。