大型城市富营养化湖泊沉水植物修复工程实践——以武汉东湖为例

周汉娥，胡胜华，2，冯 智，刘国芳,2，吴中奎，胡杨蕊，孙紫童，雷 康

(1.武汉航发瑞华生态科技有限公司，湖北 武汉 430063；2.武汉市桥梁工程有限公司，湖北 武汉 430071)

1 引言

东湖是武汉市第二大城中湖，在武汉城市发展中发挥了重要的作用[1]。然而随着城市的发展，东湖生态系统功能退化极为严重，亟待系统性修复。湖泊水生态系统出现水生植物群落结构单一、分布范围小，水生植被严重退化等问题[2,3]。沉水植物具有净化水质和抑制藻类生长的生态功能[4]。沉水植物恢复工程是沉水植物物种多样性不断增加的过程[5]，是改善城市富营养化湖泊水体水质及生态环境的有效手段[6,7]。国内目前关于水生植物群落修复技术应用并成功实施多集中在中小湖泊中，例如南京月牙湖[8]、马鞍山东湖[9]、广州小翠湖[10]，以及城市公园景观水体[11～13]。在大型淡水湖泊中如何有效恢复沉水植物群落，国内相关工程实践案例尚处于空白。随着国家对水环境问题的重视，提倡尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，故武汉东湖水生态工程具有很强的示范意义与作用，可为大型城市富营养化浅水湖泊治理提供参考和工程应用示范。

2 工程概况

武汉东湖水生态修复工程是东湖水环境提升工程子项目之一，工程范围包括整个东湖。沉水植物修复区包含筲箕湖、汤菱湖、小潭湖、郭郑湖、庙湖、菱角湖、后湖、团湖等8个子湖。东湖水生植被恢复遵循种植以沉水植物为主、局部点缀浮叶植物和挺水植物。根据各子湖水环境现状，确定沉水植被修复面积约3.2 km2，根据东湖湖底底质类型，采用抛种、扦插、沉床等3种种植方式，主要种植苦草、轮叶黑藻、狐尾藻、金鱼藻、马来眼子菜、微齿眼子菜等6种常见沉水植物。

3 水生态修复目标

通过构建完善的生态群落，形成空间结构复杂、种类较为丰富、具有较好水质净化效果沉水植物群落，最终达到修复东湖水环境的目标。

4 沉水植物修复设计

4.1 原位生态修复技术

针对待修复水体，选定浅水区(水深2 m左右)作为主要修复区域。为保证修复区内沉水植物稳定种植，提高沉水植物成活率，采用不透水围隔将修复区与湖区分开，减少湖区水体对修复区内沉水植物的影响。然后清除修复内杂物，采取抛植、扦插或沉床方式种植种苗。后期对种植的沉水植物种苗进行管理维护，及时打捞漂浮和死亡的种植苗，并进行补种。当修复区内沉水植物存活，建立了相对稳定的群落后，逐步扩大围隔面积，扩大修复区范围，逐步实现东湖沉水植物群落恢复。

4.2 沉水植物的选择

修复物种优先选择具有强抗干扰能力的乡土种，具有耐污性强，净化效果好、满足环境需求、定植能力强等特点的沉水植物。同时，沉水植物修复应兼具景观效果，参照同类型生态修复项目[14,15]，确定苦草(Vallisnerianatans)、金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)、轮叶黑藻(Hydrillaverticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、马来眼子菜(Potamogetonmalaianus)、微齿眼子菜(Potamogetonmaackianus)6种沉水植物作为东湖水生态修复工程种植的沉水植物。

4.3 沉水植物种植工序

4.3.1 选定区域

郭郑湖、后湖和团湖中心地带是东湖水深最大地方，筲箕湖、庙湖和小潭湖等小湖汊则是较浅的区域，水深不到2 m[16]，适合作为沉水植物修复区。因此，沉水植物恢复区主要分布在水深2 m左右、水体透明度较高、近岸底质适合、风浪较小且远离航道的地区。东湖各子湖沉水植物种植区域见图1。

图1 武汉东湖沉水植物修复区分布示意

4.3.2 设置围隔并分区

沉水植物种植区使用不透水围隔(抗冻、抗腐蚀且抗氧化的PVC围隔布)将种植区与东湖主湖区隔开，降低外界环境对种植区的影响。不透水围隔采用镀锌钢管(DN80镀锌钢管，单根6 m)桩布设，每隔5.0 m打一根镀锌钢桩。不透水围隔分为上、中、下3部分，上部为直径30 cm的泡沫浮体与围隔布连接，中部的PVC围隔布长度为3 m，底部每隔1.5 m将抗腐蚀尼龙绳与石块连接沉入湖底固定。

4.3.3 清除杂物，生态驱鱼

清除不透水围隔内的杂物、水面漂浮物、杂草；采用围拖网、人工拍打水面、地笼等生态驱鱼手段，将草食性鱼类和大规格的杂食性底层鱼类(鲤、鲫等)驱赶至修复区外，防止因鱼类摄食、扰动影响沉水植物的生长。

4.3.4 提升水体透明度，改善种植环境

沉水植物种植应满足种植最低透明度不小于水体深度。针对水体透明度不达标的区域，在沉水植物种植前，可采取投加絮凝剂的方式提升水体透明度。

4.3.5 沉水植物种植

沉水植物种植密度根据项目设计沉水植物种植数量的面积确定。沉水植物种植方式采用抛种法和扦插法，局部水深较深区域采用沉床种植法。东湖底质类型大致分为抛石碎石型硬底质、自然淤泥底质和两者结合的底质类型。抛石碎石基底沉水植物根系无法定植，需采用可降解无纺布包裹抛种法；自然基底底泥土较多，土质较松软，适合采用扦插法。因此东湖沉水植物修复主要采用抛种法和扦插法，局部水深较深区域采用沉床种植法。扦插和抛种比例按照6∶4控制，实际实施区域根据水位变化和底质情况调整。具体操作如下。

(1)扦插法。将预处理后的沉水植物种苗直接扦插入湖底土壤中，插入深度为5～10 cm。当水深过大人工无法直接扦插时，可采用辅助工具进行扦插种植，具体操作方式是用一节长1～1.5 m的竹竿顶端将湖底挖成U型缺口，取沉水植物种苗的根部嵌入至缺口中，再将竹竿缺口向下平稳快速插入湖底10 cm左右拔出。扦插种植主要在水深不超过1 m，淤泥或粘土底质的区域中实施。

(2)抛种法。选泥土粘性较大的为佳。将植物的种子、芽孢完全裹入泥土，或将植物鲜体的一部分根茎裹入泥土并用无纺布包裹，缓慢抛入水中即可。

(3)沉床法。用竹片或毛竹编制长宽为1 m×1 m的种植床，将植株根系或植株底端用底质改良材料包裹并固定于床体，再将种植床沉入水中。

4.4 日常运行及维护

沉水植物群落修复后，需定期进行相关的维护和管理，主要包括：①植物栽植后，为避免水禽类牧食和游船干扰，需布置警戒线、警示牌和警示标识；②定期观察是否有枝条上浮，及时清理上浮的枝条；③定期观察修复区水体透明度，在透明度较低，不利于水生植物生长时，可适当采用人工投加生物絮凝剂方式，改善修复区域水体透明度；④栽植成苗半月之后，观察栽植成苗区的植物存活与定植情况，如果密度未达到设计的2/3，应重新补栽；⑤植物群落建立后，适度控制沉水植物生长旺盛期的生物量，当沉水植物多数枝条长到水面时，应注意进行中等强度的收割；⑥防止由于打捞漂浮起来的植物，而把正常生长的水生植物一并大量打捞，造成植物生物量明显减少。

5 效果评价

通过构建完善的生态群落，科学的种植与养护技术，对东湖各子湖进行针对性整治，东湖水环境提升效果明显。沉水植物长势较好，植物覆盖度明显提高，水体透明度显著提升。以东湖鹅咀示范区为例，在沉水植物修复区内，植物生长良好，水下森林初现，水质与围隔外区分明显，围隔内水体透明度显著提高，总体感官效果较佳。不透水围隔内沉水植物覆盖度可达70%以上，透明度可达120 cm。修复区沉水植物生长情况见图2和图3。

图2 武汉东湖沉水植物种植区航拍

6 结论与讨论

对沉水植物修复不仅提升了东湖修复区内透明度，也改善了东湖修复区生态环境，本工程也可为其他大型湖泊生态修复工程提供参考。沉水植物修复只是武汉东湖水生态修复工程一部分，该项目还将采取种植挺水植物和浮叶植物、构建水生动物群落、建设立体生态平台等措施，构建健康稳定的生态系统，最终实现提升东湖水环境的目的。