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综合集成学科优势 着力解决国家需求
【发布时间:2009-08-20 】 【 】【打印】【关闭

 

   中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊生态系统动力学与恢复生态学团队,带头人秦伯强、刘正文。主要成果:揭示了长江中下游湖泊营养本底较高而易富营养化的机制,提出了大型浅水湖泊内源释放的概念性模式,定量评估了长江中下游地区湖泊内源释放通量,阐明了浅水湖泊较高内源释放是浅水湖泊富营养化难以治理的关键因素;揭示了浅水湖泊独特的营养动力学和水下光场结构是导致浅水湖泊生态系统种群结构演替的重要驱动因素,而真光层深度小于水深是沉水植被退化的主要原因和湖泊生态修复的主要限制因子;研究提出在浅水湖泊开展生态修复必须以控源和流域综合管理为前提,湖泊生态修复必须开展以环境条件改善为保障的水生高等植物恢复等综合治理手段。在富营养化水体盲目地开展水生植物的种植不是生态修复的方法和措施。

   中国科学院于20024月启动知识创新工程重大项目,以南京地理与湖泊研究所为依托单位,组织水生生物研究所、生态环境研究中心等单位的研究队伍,在全国率先开展“长江中下游地区湖泊富营养化的发生机制与控制对策研究”。长江中下游地区人口众多、经济发展快速,但面临的许多环境问题严重影响其可持续发展,其中湖泊生态环境问题尤为突出。该地区是我国淡水湖泊的主要集中区,约占全国淡水湖泊总面积的60%,且大部分为浅水湖泊,生态环境复杂,普遍存在湖泊富营养化问题,湖泊生态结构遭到严重破坏,治理难度极大,国际上没有可供借鉴的成功经验和技术。

   综合学科优势,项目开展的主要研究工作主要包括:长江中下游不同类型湖泊营养演化的历史过程的研究,揭示了湖泊营养本底的自然演化过程并区分了人类活动与自然演化在湖泊富营养化过程中的贡献。湖泊生源要素生物地球化学循环与富营养化过程的研究,查清了湖泊沉积物中营养盐的赋存形态。研究表明,通过改性黏土等物理化学作用和草型生态系统构建等方法,可改变沉积物中的营养盐赋存形态,达到控制沉积物内源营养盐释放的作用。针对长江中下游浅水湖泊受风浪扰动强烈的特点,研究了水动力作用与浅水湖泊内源之间的动力关系,提出了浅水湖泊的营养盐内源释放模式及估算内源释放通量的方法。湖泊生态系统结构变化对富营养化灾变过程的驱动与反馈研究,对国际上流行的用于解释蓝藻水华暴发的氮磷比理论提出了挑战,揭示了蓝藻水华暴发导致沉积物中磷的大量释放,而控制湖泊活性磷是控制湖泊蓝藻水华的有效途径。湖泊的富营养化控制和生态系统管理对策研究,初步揭示了湖泊水生植被生长对于水质净化与生态修复的作用。试验研究了恢复水生植物的关键技术,并在太湖梅梁湾水源地水质改善技术的示范工程中得到应用并初步取得成功。

   项目的实施,直接促成了国家“863重大水专项“太湖水污染控制与水体修复技术及工程”的立项。立项后,南京地理与湖泊研究所又积极组织中国科学院院内兄弟所(生态中心、水生所、南京植物所等)、高等院校(南京大学、东南大学等)及技术实业公司(上海佛欣爱建河道治理有限公司),综合发挥研究所、高校和实业公司的各学科优势和技术特长,承担了太湖梅梁湾水源地水质净化示范工程等试验研究,针对经济发达地区的水环境治理和水质改善,通过联合攻关,建立了在国际上少见的国内第一个超大规模的生态治理试验示范工程。

   太湖是典型的大型浅水湖泊,水深平均约2、湖面开阔、吹程长、风大浪高、底泥再悬浮严重,加之地处经济高度发达地区,污染及富营养化造成水质恶化,生态系统退化。项目实施的水域梅梁湾是整个太湖中水环境条件最恶劣的区域。2003年全年平、枯、丰水期水质均为劣V类,由于该区域位于太湖的西北,在夏季偏南风作用下,不仅常常风大浪急,岸带侵蚀严重,底泥稀少,而且蓝藻水华容易堆积,水体透明度低,成为制约高等水生植物生长的主要因子。

   项目组通过综合实施生态工程,利用消浪、控藻、去除微量有机污染物、改造底质、提高透明度、恢复水生植被、修复湖滨湿地以及构建长效管理等一系列技术,创建并优化水源区生态系统结构,消除示范区藻类水华,降解微量有机物,确保水源区原水的供水质量及安全,形成太湖饮用水水源地水质改善的成套技术。

   课题组把提高科学性、深人开展工程规模研究作为项目执行中确保成功的重中之重。将科研工作与示范工程紧密结合,相互促进。主要体现在:一是在工程技术研究方面,为保证工程的科学性,各项示范工程实施前必须有可行性研究报告与方案设计,同时预先要开展各专项技术的创新性研究及技术集成研究;二是在基础、应用基础研究方面,在工程平台上,对重污染大型浅水湖泊富营养化机理、生态修复理论与途径等科学问题开展多学科交叉融会的综合性研究;三是结合工程实施中需要解决的问题,有针对性地开展现场实验、对比研究。

   在项目实施的各项技术中,消浪与围隔技术及工程是基础;水生植被恢复、管理与生态系统构建技术及工程是核心;生物控藻技术与工程、湖滨带生态系统构建、稳定与保护技术与示范工程和微量有毒有机污染物的监测和去除技术是辅助;机械除藻和絮凝除藻技术是应急。各项技术与工程综合起来,围绕着一个核心:恢复水生植被,构建健康稳定的可自我调节的生态系统,实现净化水质的目的。两年来,事实证明这一综合性的示范工程已初显成效,示范工程区内水环境质量有所改善。特别是生物多样性明显改善,浮游植物生物多样性指数和底栖生物多样性指数都从原来的重污染状态进人了中度污染范畴。

   针对这一国家重大项目的实施,课题组坚持每两个月一次工作进展汇报,每半年一次课题检查与总结的制度,不断就计划执行情况、课题进展情况(工程、研究两方面)、研究成果、存在问题等进行总结。课题实行全程全方位动态管理和目标管理,经费调控,严格奖惩,根据总结检查的结果,针对完成情况进行整改。课题组还特别加强和规范了工程管理,严格规定所有示范工程必须首先做出研究报告及详细的工程设计报告,并经专家咨询论证后方可进入招标实施阶段,同时对所有在建项目加强检查,与工程监理方保持密切联系,及时发现、解决问题,保证示范工程的顺利实施。

   太湖梅梁湾水源地水质净化示范工程是我国迄今为止实施的湖泊生态修复及水质净化最大规模的试验研究,试验示范区面积达7平方公里。根据该水域的环境条件状况,项目组创造性地提出了一系列集成和配套的水质改善技术,目前广泛应用于其他湖泊水源地水质净化工程。

20054月,由国家“863太湖梅梁湾水源地水质改善技术”项目与中国科学院知识创新重大项目“长江中下游地区湖泊富营养化发生机制与控制对策研究”共同主办,在南京召开了“大型浅水湖泊富营养化过程与控制国际学术研讨会”,与会专家学者200余人,来自16个国家和地区的一批世界著名湖泊学家和环境科学家参加了大会并做报告进行湖泊科学及其环境整治的交流。大会围绕浅水湖泊物理过程与生态效应、浅水湖泊沉积物与营养盐生物地球化学循环、浅水湖泊藻类水华发生机制及生态系统响应、浅水湖泊富营养化控制与生态修复以及浅水湖泊可持续管理等五个主题开展深入研讨与广泛交流,对丰富大型浅水湖泊科学理论和有效治理湖泊环境起到了积极推动作用。大会将太湖“863项目试验示范工程作为考察现场,示范工程给世界各地湖泊学家留下了深刻印象,得到了广泛的好评。

 

                              撰稿人:谷孝鸿

 

点 评:

  长江中下游地区湖泊富营养化的发生机制与控制对策研究,是中国科学院知识创新工程重大项目。经过3年来的努力,在湖泊底泥内源污染及释放机制、富营养化湖泊内源污染控制及生态修复的理论和治理等方面取得了创新性进展,解决了国家重大需求。这是一个科研院所、高校和企业联合攻关取得成效的案例,主要经验是必须集中优势力量,强化学科交叉;整合各种资源,既要发挥各方面的优势和特长,更要形成集成优势;选好依托单位和项目负责人。

 

 

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