李春华,叶春*,刘福兴,王俊力,于海燕,魏伟伟,郑烨,徐宜雪
1.湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室,中国环境科学研究院 2.国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,中国环境科学研究院 3.环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院 4.上海市农业科学院 5.浙江省生态环境预警及质控研究重点实验室,浙江省生态环境监测中心
湖库生态缓冲带湖库水体与陆地之间的过渡带、隔离缓冲空间。湖库生态缓冲带的划定及生态修复对湖库生态保护修复具有重要的意义。在我国湖库流域点源逐步控制、面源污染比重较高的背景下,湖库生态缓冲带的划定和生态修复是非常必要的湖库流域空间管控和生态修复技术手段,也是落实生态环境部《重点流域水生态环境保护“十四五”规划》减排、增容两手抓的有效措施,充分体现了“尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念”。
《浙江省湖库生态缓冲带划定与生态修复技术指南(试行)》(简称《指南》)于2020年11月13日随浙江省生态环境厅、浙江省治水办(河长办)联合印发的《关于推进河湖生态缓冲带划定与生态修复的指导意见》印发,为浙江省各地开展湖库生态缓冲带保护和修复工作提供了有效技术支撑。《指南》的出台为践行“绿水青山就是金山银山”理念、统筹推进山水林田湖草系统治理提供了重要的科学支撑。《指南》是落实《重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制技术大纲》中“开展河湖生态缓冲带生态修复”重要任务的具体举措,对于保障河湖生态空间、水质长治久清具有重要意义。
《指南》在识别自然和人为影响的基础上,遵循客观差异性和分区分类的原则,将浙江省的湖(库)滨带分为大堤型、农田型、养殖塘型、村落型、山体型、景区型、道路型、河口型、平缓滩地型、生物廊道型、岩石型11种类型,将湖库缓冲区分为平原林地型、山体型、农田型、村落型、景区型、城镇型、养殖塘型、地下水潜水层保护型8种类型,提出分类型进行宽度划定和分类修复的生态技术模式,有针对性地指导湖库生态缓冲带宽度划定,制定合理划定方案及采用适宜的生态修复措施。
《指南》中的湖库生态缓冲带指包括湖(库)滨带及向陆域延伸一定距离的缓冲区,由湖(库)滨带和缓冲区2个部分组成。缓冲区是从湖(库)滨带的上边界向陆域延伸一定距离的区域,是为了保护湖库,从湖库流域管理的角度划定的区域,起到缓冲、隔离人类活动对湖泊的影响和水质净化的作用。缓冲区就是通常所说的湖库缓冲带[1]。湖库生态缓冲带划定与《指南》制定的必要性及作用归纳如下。
(1)遵循习近平生态文明思想,践行“尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念”。
《指南》的编制是践行习总书记倡导的“尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念”“给自然生态留下休养生息的时间和空间”的具体举措。湖(库)滨带范围的划定就是基于尊重自然、顺应自然的理念,找出湖(库)滨带的自然边界,并进一步在湖库缓冲带范围内开展生态修复,也是遵循保护自然的理念。
(2)落实生态环境部《重点流域水生态环境保护“十四五”规划》减排、增容两手抓的要求。
《重点流域水生态环境保护“十四五”规划》全面贯彻落实习近平生态文明思想,其主要技术路线一条是减排,一条是增容,增容就是增加环境容量,或者叫增加环境承载力。《指南》对湖库生态缓冲带范围空间的划定,生态缓冲带修复技术中对污染源的清除、削减、隔离,既是减排措施也是增容手段。
(3)是浙江省水环境治理“五水共治”的再升级,面向2035年“生态环境根本好转,美丽中国目标基本实现”的重要举措。
近年来,浙江省全面实施“五水共治”,地表水环境质量改善显著,但水环境质量持续向好的基础仍不稳固。在点源减排对水环境质量提升空间有限的情况下,生态扩容的重要性日益凸显,探索建立系统性、长期性的治水新路径已势在必行。湖库生态缓冲带是山水林田湖草的重要组成部分,在拦截污染、净化水体、提升生态系统完整性等方面具有举足轻重的作用。面向2035年“生态环境根本好转,美丽中国目标基本实现”,推进湖滨生态缓冲带保护与修复,是提升水环境承载力和实现扩容增量的有效手段, 对于恢复水生态系统、实现人水和谐具有重要意义。
(4)湖库水环境质量持续稳定向好的要求。
湖库生态缓冲带划定后,一方面可以加强对该区域的生态修复与保护,提高缓冲隔离能力,减少入湖入库污染;另一方面,通过环境准入措施加强环境管理,限制缓冲带内干扰强度大的人类活动,从而为湖库提供人为设置的保护层。作为湖库保护的一项流域管理手段,湖库生态缓冲带的设置和生态修复是确保湖库水环境质量持续稳定向好的必要措施。
(5)湖(库)滨带生态环境改善的需要。
湖(库)滨带是陆地和湖库水体之间的过渡带,是在湖库水动力和周期性水位变化等环境因子的作用下,形成的以水文过程为纽带、以湿地生物为特征的水陆生态交错带,是湖泊系统中对人类活动和自然过程影响最敏感的部分。目前浙江省众多湖库存在湖(库)滨带生态系统退化、生态功能丧失等问题,湖(库)滨带的生态保护迫在眉睫。
(6)为全国湖库生态缓冲带修复工作提供示范。
生态环境部计划在全国重点湖库实施生态缓冲带划定工作,并将河湖缓冲带生态修复作为“十四五”规划重点任务之一。由于湖库生态缓冲带划定标准及生态修复技术的缺失,致使很多湖库生态缓冲带修复项目很难达到预期效果。以浙江省作为试点,《指南》的编制和应用可为进一步开展全国湖库生态缓冲带建设工作起到示范作用,为全国湖库生态缓冲带范围的划定和生态修复提供科学的依据。
湖库生态缓冲带功能定位的不同,决定其划定方法的差异,也影响对生态修复技术的选择。湖库生态缓冲带的功能可以归纳为“六水功能”:1)水生态功能,可进行生态空间占位,为湖库动植物提供栖息场所或构建生物廊道;2)水环境功能,对周围入湖库污染物进行拦截、净化、缓冲;3)水资源功能,湖滨湿地具有水源涵养、削峰补枯的作用;4)水安全功能,湖滨湿地具有调蓄防洪功能;5)水景观功能,美丽多姿的湖(库)岸带及其附近区域承载着湖库悠久的历史文化,可营造出优美的休闲场所;6)水经济功能,生长在湖滨湿地的鱼类、蚌类等生物资源,可增加当地经济来源。其中,水生态、水环境功能是目标,水资源是必要条件,水安全是前提,水景观和水经济是人本需求。
《指南》对于湖库生态缓冲带的主要作用是指导最大限度地改善湖库水生态功能、水环境功能。浙江省属于多丘陵地带,湖泊水库周围多被山体包围,且降水丰沛;岸带外围污染物很容易沿山体形成径流,直接进入湖体或者通过入湖河流进入湖体。因此,为了较大限度地保护湖库水生态和水环境,《指南》中浙江省湖库生态缓冲带包括2个部分:1)典型湖(库)滨带概念中的水位变幅带和陆向辐射带(不包含水向辐射带);2)缓冲区。这种结构设置也符合对湖库分圈层保护的空间管控理论。
生态缓冲带作为一种保护隔离措施,被广泛应用于水土侵蚀控制、面源污染治理、水体生态修复、城市园林绿化等领域,可以有效缓冲或减轻人类活动和自然过程对保护目标的干扰[2]。河湖生态缓冲带的应用最早可追溯到18世纪欧洲的林业管理实施中[3],美国最早的应用是在20世纪60年代[4]。我国的生态缓冲带概念始于“九五”期间的湖泊治理工作,之后逐渐推广应用,已从最初的模糊概念逐步发展为一系列理论及成套技术,并在我国湖泊生态保护修复中发挥了重要作用[5-8]。
湖(库)滨带的宽度受湖库的自然属性或水位调控的影响较大。湖(库)滨带的概念是在我国湖泊富营养化治理与生态修复的实践过程中提出的,但是对于其准确的范围划定研究比较滞后。湖(库)滨带包括水位变幅带和陆向辐射带,其中,水位变幅带指湖(库)最高和最低水位之间的范围,而陆向辐射带宽度的界定方法比较模糊,大都采用定性描述或经验划定[9-11]等方法,这也是目前困扰湖(库)滨带生态修复者和管理者的难题之一。近期,笔者所在的研究团队以自然滩地型湖滨带为典型基础类型,根据湖滨带从水体向陆地过渡中植物分布特点,采用移动窗格法界定湿生草本植物生长的边界作为陆向辐射带的边界。这种确定边界的方法,已经成功应用于太湖、长潭水库、下渚湖等地,实践证明是一种可行的用于界定自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度的方法[12]。
在湖库缓冲区划定方面,研究较多的是植被缓冲带的宽度,如人口密度远小于我国的加拿大和美国,其河(湖)岸带植被缓冲带平均宽度为15.1~29.0 m[13]。在以面源污染等拦截净化功能为主的湖泊缓冲区宽度研究方面,欧洲学者对丹麦414个湖泊缓冲区做了研究,结果表明,湖泊缓冲区的设置对湖泊水质有正效益,且宽度越大,水质越好;若沿湖25~400 m宽的缓冲区被农田侵占,则农田面积占比与湖体水质呈负相关,即农田面积占比越高,湖泊水质越差[14]。
由于目前我国湖库水质普遍劣于欧洲和美国,大部分富营养化湖库周边人口密度比欧美国家高,污染源复杂,这就要求我国要加大湖库生态缓冲带的宽度;缓冲带的修复除了利用植被外,还需要利用其他有助于污染物去除、削减的措施及技术。在国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称“水专项”)研究中,对于湖泊缓冲区的设置及生态构建,选取了较宽的范围,如胡小贞等[15]在对地形地貌、土地利用结构、人口及分布等进行综合分析的基础上,初步确定太湖缓冲区宽度为1.5~2.0 km;Li等[8]利用污染源区和生态敏感区迭代法,划定了太湖竺山湾湖泊缓冲区的宽度为0.8~2.0 km;Cao等[16]研究提出,以拦截暴雨面源污染物TP、TN为主的巢湖缓冲区的有效宽度分别为0.755和2.143 km。《指南》从湖库从严保护的角度出发,借鉴以上研究成果,作为缓冲区宽度选择的依据。
另外,2008年水利部颁发了《全国河道(湖泊)岸线利用管理规划技术细则》(简称《细则》),并在一些地区开展了河流、湖泊保护岸线范围划定工作。该《细则》与《指南》制订的原则和目标不同,在划定依据、划定范围、划定后的措施方面都有很大的差异,《指南》更有利于湖泊生态环境的保护,划定后的范围也可以为水利部的《细则》提供更好的参照与支撑。
欧美国家在湖库缓冲带生态修复方面的研究主要聚焦在植被缓冲带类型、植被宽度的选择方面[17-19],在湖滨带区域开展了水质改善、大型水生植物恢复及收割管理技术、食物链调控技术等研究及应用[20-22];日本在恢复湖滨湿地、种植大型水生植物、构建岸前缓冲湿地等多种技术提高湖滨缓冲带的自身健康和对污染物的拦截净化能力方面做了大规模的实践[23],同时,日本还注重在缓冲带范围内通过实施严格的环境法规或制度来控制或减少入湖污染物量[24]。
我国通过国家高技术研究发展计划(“863”计划)、“水专项”等重大项目的实施,推动了湖库生态缓冲带修复技术的快速研发与应用,突破了几十项关键技术并形成一系列的成套技术,在太湖、巢湖、洱海、博斯腾湖等进行了工程示范,取得了显著成效。如多自然型湖滨带生态建设和生态修复成套技术,主要包括陆向污染控制、多自然型湖滨带生境改善、湖滨带植物修复与重建、湖滨带维护管理等技术,能有效削减区域内污染负荷,恢复湖滨带的净化、缓冲、隔离功能,最终达到恢复湖滨带生态功能的目标;湖泊缓冲带生态建设与功能恢复成套技术集成了缓冲带支浜生态拦截、近自然湿地恢复与建设和草林复合系统建设技术,根据河网型湖泊缓冲带的水体特征和水环境质量目标,有效利用支浜、湿地等小水体及其周边的草林系统的生态空间,科学构建农村、农业与大型入湖河流之间的缓冲系统。这些成套技术的研发和应用为我国从流域角度开展湖泊缓冲带的生态修复提供了扎实的基础,也为《指南》的编制提供了借鉴[25-27]。
湖(库)滨带划定的理论基础是尊重并尽可能恢复湖库的自然健康岸带特征。浙江省湖(库)滨带共分为大堤型、农田型、养殖塘型、村落型、山体型、景区型、道路型、河口型、平缓滩地型、生物廊道型、岩石型11种类型。其中,平缓滩地型是最接近于自然健康岸带的类型,大堤型、农田型、养殖塘型、村落型、景区型、道路型这6种类型是人类干扰影响湖(库)滨带的结果,河口型、岩石型是2种自然存在的特殊湖(库)滨带形式,生物廊道型是根据保护珍稀生物需求而做出响应的类型。
由湖(库)滨带结构可知,湖(库)滨带由水位变幅带和陆向辐射带2个部分构成。水位变幅带是湖(库)最低水位线和最高水位线之间的区域。最低、最高水位线可采用多年平均水位线,对于人为调控的湖泊、水库,可以采用设计或调控的最低水位线和最高水位线;对于确定了生态水位的湖泊、水库,可以采用生态水位作为最低水位线。湖(库)滨带以最低水位线为下边界,宽度划定的主要任务是确定上边界。上边界可按照《指南》中不同类型的湖(库)滨带的参照宽度来确定。其中大堤型湖(库)滨带陆向辐射带的上边界划定主要是考虑到稳固大堤型的湖岸,参照《水利部关于加快推进河湖管理范围划定工作的通知》(水河湖〔2018〕314号)要求执行。农田型、养殖塘型、村落型湖(库)滨带宽度划定有相似之处,均采用历史数据对照法或横向类比法来确定,且优先选择历史数据对照法;同时应根据实际情况和发展状况,因时因地制宜确定宽度。横向类比法参照同地区同类型湖泊的自然滩地型湖(库)滨带的平均宽度来确定。平缓滩地型是最贴近健康的自然缓坡型岸带,也是农田型、养殖塘型、村落型的宽度参照体。平缓滩地型湖(库)滨带的陆向辐射带由最高水位线延伸到湿生草本植物消失的边界。浙江省湖(库)滨带常见湿生草本植物包括但不限于蔊菜、酸模、灯芯草、莲子草、小蓬草、薹草、沿阶草、钻叶紫苑。其他几种类型的宽度划定按照《指南》可较容易执行。
另外,浙江省湖库有的会出现不同湖(库)滨带类型重叠现象,如大堤向湖内侧有永久性滩地或间歇性滩地,被开垦为农田,这是2种类型的叠加。归属多类型的湖(库)滨带宽度选择优先等级依次是大堤型、道路型和除此之外的其他类型。除了大堤型、道路型以外的具有多种类型归属的湖(库)滨带类型取各类型最大宽度。
图1 浙江湖库缓冲区宽度的主要影响因素Fig.1 Main influencing factors of the buffer width of lakes and reservoirs in Zhejiang Province
浙江省共有湖泊、水库1 283个,都分布在同一气候带、同一湖区。其中水面面积小于1 km2的湖泊、水库有1 139个;水面面积为1~10 km2的有133个;水面面积为10~100 km2的有11个,水面面积大于100 km2的只有1个。浙江省整体经济水平较发达,而且各地区经济差异较小。浙江省湖库缓冲区宽度的主要影响因素包括5个方面(图1):1)湖库特征,包括湖库水深、水面面积大小、流域大小、所在区位;2)水质目标,湖库水质目标、功能不同,所需要的保护范围也有差异;3)周围土地利用类型,其直接决定污染源强度、入湖污染负荷;4)周边坡度,坡度越大,污染物进入湖体速度越快;5)土壤侵蚀强度,其影响污染物迁移速度。由于浙江省土壤侵蚀强度以微度为主,水土流失较轻微,所以土壤侵蚀强度基本可以忽略。
4.2.1湖库水深对生态缓冲带宽度划定的影响
湖库生态缓冲带的宽度划定需要考虑湖库水深的差异。湖库水深直接影响湖(库)滨带的宽度,浅水湖泊的湖(库)滨带宽,可以达到100 m以上;而深水湖泊的湖(库)滨带窄,一般为几米至几十米,有的甚至为0 m。浅水湖泊的湖(库)滨带对陆域污染物的过滤和去除发挥着重要的作用,而深水湖泊的缓冲带应将缺失的湖(库)滨带范围补齐才能更好地起到对污染物截留净化作用。很多湖库虽然平均水深较大,但仍然存在浅水区域,拥有较宽的湖(库)滨带。因此,建议考虑岸带资源利用情况,将湖(库)分片划定浅水区、深水区,再确定相应区的湖(库)滨带宽度,这要比将全湖(库)作为深水湖泊(水库)一刀切划定湖(库)滨带宽度更节省空间。考虑到浙江省人均土地占有率偏低,建议在将湖(库)划分为深水区、浅水区的基础上,再确定相应湖(库)滨带宽度,而不是按照全湖(库)平均水深来界定。
4.2.2湖库流域面积对缓冲区宽度划定的影响
浙江省大多数湖库为流域面积小于10 km2的小流域类型,其次是流域面积为10~1 000 km2的中等流域类型,流域面积≥1 000 km2的相对较少。按此分类依据,浙江省湖泊中只有东钱湖属于中型湖泊,其余都属于小型湖泊,水库则大、中、小型3类均有分布。浙江省湖库很多被山体包围,流域面积与湖库水面面积比值相对较小,多为4~8。根据湖库缓冲区的文献统计和近20年湖库缓冲区的研究及实践,不同流域面积对缓冲区宽度的影响可用耦合极值限定法及插值法来确定,最宽处不超过临近山体的山脊线。
4.2.3湖库功能对缓冲区宽度划定的影响
湖库的功能定位越高,需要保护的程度就越高,因此,水体功能定位越高的湖库应该具有更宽的缓冲区。结合我国饮用水水源地管理的相关制度,可将湖库的功能分为饮用水水源地(包括备用和规划的饮用水水源地)湖库和非饮用水水源地湖库2种类型。
4.2.4湖库近岸土地利用类型对缓冲区宽度划定的影响
土地利用类型与污染源类型及强度密切相关,污染强度高的应该设置更宽的缓冲区。基于对浙江省湖库周边土地利用类型卫星遥感图片研究及主要湖库的现场调研、资料查阅,确定了其湖库近岸土地利用类型主要有平原林地型、山体型、农田型、村落型、景区型、城镇型、道路型等,这些土地利用类型可以按照对湖库污染途径及强度进行合并分类考虑。在此重点对浙江省分布较广的山体型及造成面源污染的农田型缓冲区范围划定进行阐述。
山体型缓冲区是指湖(库)滨带紧邻山体的缓冲区类型。浙江省丘陵众多,很多湖库被山体包围。该类型缓冲区坡度较大,容易产生坡面漫流污染。美国对缓冲带坡度与污染物迁移拦截能力的研究表明,坡度越大缓冲功能越差,当坡度大于10°,即使再延长缓冲带宽度,最多也只能截留20%左右的营养盐。因此,在山体型的缓冲区内应坚决移除所有污染源。由于山体型缓冲区的特殊性,无论浅水、深水,还是大、中、小型的湖库,均要将缓冲区宽度延伸到山脊线处。
农田型缓冲区指针对湖(库)滨带向陆向延伸400 m以内具有分片或连片农田的缓冲区类型。浙江省耕地保护形势十分严峻,耕地资源呈现耕地总量少、人均耕地少、耕地后备资源少(“三少”)的特征。全省陆地面积为10.54万km2,仅占全国总面积的1.06%,是我国陆地面积较小的省份之一。其中,山地和丘陵面积占70.4%,平原和盆地占23.2%,河流和湖泊占6.4%,素有“七山一水两分田”之称。浙江省对农业污染防治高度重视,2018年3月浙江省农业厅印发了《浙江省农田面源污染控制氮磷生态拦截沟渠建设技术规范(试行)》,浙江省农业生态与能源办公室编印了《浙江省农田面源污染控制氮磷生态拦截沟渠知识手册》。上述2个规范虽尚未强制实施,但随着治理强度增大,大部分农田将配备生态拦截沟渠或生态水塘。因此,农田型缓冲区宽度设置时也将该项措施作为考虑依据。鉴于以上考虑,《指南》没有强制要求在划定缓冲区范围内的农田退出,而是提出了对暂时不能退出的农田需匹配相应的生态沟渠、湿地净化等措施。
《指南》按照国家现有相关技术政策、标准、规范的要求和规定,在对浙江省各类型湖(库)滨带、缓冲区环境现状和特征进行分析总结的基础上,提出了各类型生态修复技术,供各级生态环境部门、规划和设计单位以及有关用户开展生态缓冲带修复工作时使用,可为浙江省湖(库)滨带的建设、保护和管理提供技术依据。各类型湖(库)滨带、缓冲区生态修复应从实际情况出发,因地制宜,统筹规划,使各项技术发挥最佳效应。
《指南》中已经明确了湖库生态缓冲带生态修复基本原则:因地制宜、自然性、整体性、系统性、多样性、协调性。在实施湖库生态缓冲带修复时,不一定要完全按照《指南》中推荐的技术实施,但以上原则是十分重要的,需要在设计的时候领会运用。
由湖(库)滨带和缓冲区的类型及定义可知,有一些类型名称是相同的,例如农田型、村落型、养殖塘型等,宜将这些湖(库)滨带的陆向辐射带与缓冲区的修复技术相结合、相衔接。湖库缓冲带生态修复措施主要包括干扰去除、生境改善和植物修复,工程后期的维护管理除了日常维护,还要考虑湖(库)滨带的水生态系统调控(图2)。
图2 浙江省湖库生态缓冲带修复措施Fig.2 Restoration measures for ecological buffers of lakes and reservoirs in Zhejiang Province
湖库生态缓冲带是在水域与陆地之间一定区域内人为构建的缓冲隔离空间,作为山水林田湖草的重要组成部分,具有拦截污染、净化水体、提升生态系统完整性等作用。湖库生态缓冲带修复是提升水环境承载力和实现生态扩容增量的有效手段,对于恢复水生态系统、实现人水和谐具有重要意义。《水污染防治行动计划》中明确提出要开展河湖岸带空间的保护及生态修复,《重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制技术大纲》中也明确将河湖缓冲带生态修复列为考核指标之一。《指南》的颁布和实施,可以为进一步在我国五大湖区湖泊流域进行推广应用提供实践经验。其他地区可以从《指南》的制定思路和内容结构——湖(库)滨带与缓冲区现状调查、范围划定、系统设计、工艺选择、生态监测、维护管理等方面获得启发,《指南》中的湖库生态缓冲带分类也很有代表性,其他区域可以在此基础上进行增减,借鉴《指南》的制定原则,出台适合本地区的指导文件,为本地区湖库生态缓冲带保护修复提供指导和技术支撑。