封闭性含盐受损水体生态修复和服务功能提升技术与示范

 

（一）示范区名称

筼筜湖生态修复示范区

 

（二）示范区位置（具体的经纬度位置）

筼筜湖生态修复示范区（118.078°-118.107°E，24.467°-24.483°N）位于厦门岛西部，包括筼筜湖的内湖区和外湖区（图1），面积约1.1 km²。

 

图1. 筼筜湖生态修复示范区

   

（三）研究与示范目标（目标对照任务书，说明具体的示范区建设目标）

示范内容：筼筜湖生态修复示范由厦门大学和厦门市筼筜湖管理中心合作完成，该任务拟解决的关键问题是通过新方法和新技术解决封闭性含盐城市水体因积累性污染导致生境退化、生态系统受损和生态服务功能低下的问题。

该任务以严重富营养化的厦门筼筜湖为示范点，通过对筼筜湖水动力、水环境和水生态现状进行调查和分析，采用SHYFEM模型建立封闭海湾水动力-水质模型，并开发充分利用潮、余流的稀释、运输能力降低湾内物质积累的物理修复关键技术。同时，采用稳定同位素示踪的方法构建封闭海湾生态系统的食物网营养结构，运用Ecopath 模型进行生态系统建模与能流分析。接着，以食物网模型为基础，运用Ecosim模型对筼筜湖进行食物网调控的生态修复情景模拟研究。最后，在这些研究基础上，建立示范区，开展物理修复和生态系统调控的技术示范、过程监测和效果评估。

示范目标：针对闽三角沿海城市封闭性含盐受损水体自净能力弱、富营养化程度高、赤潮灾害频发、生物资源和生态系统退化明显的实际，以厦门筼筜湖为典型案例，研发基于水文-水质模型以提高海湾物理自净能力为目标的物理修复关键技术和综合利用红树林等滩涂动植物提高海湾生物自净能力的生物修复和生态系统调控关键技术，建立“海岸-滩涂-水体”一体化的生态修复示范区，开展物理修复、生物修复和生态系统调控等生态修复技术的集成示范，有效降低海湾水质富营养化程度，降低赤潮的发生频率和规模，提高生态系统的稳定性和生物资源的再生能力，使整体生态服务功能得到明显提升。

（四）示范区介绍

筼筜湖原是厦门市的一处天然避风港，同时也是一个优良的渔港，旧称“筼筜港”，水面约 10 km²，与厦门西港相通。20 世纪 70 年代初，由于围海造田、修建西堤，筼筜港变成了基本封闭的潟湖——筼筜湖，水域面积不足 2 km²。此后，由于人为活动的增加和人们环保意识的缺乏，将未经处理的生活垃圾、生活污水、工业废水等直接排入湖中，水体环境急剧恶化。1988年以来，经过近30年以改善水交换条件和增加库容为特征的三期工程治理，湖区环境得到较大改善，但富营养化问题依然严重。基于此，项目从2017年以来进一步开展了以物理修复结合生态系统调控为特征的生态修复技术研究与示范，具体工作如下：

2017-2018年度：

（1）开展了筼筜湖区底泥重金属含量调查，给出对筼筜湖的生态风险评价；

（2）对筼筜湖生态浮床耐盐植物海马齿进行了重金属镉（Cd）的累积、亚细胞分布及化学形态的研究；

（3）对筼筜与生态浮床的大型污损生物进行了初步研究；

（4）在筼筜湖开展水生生物和食物网结构补充调查，建立筼筜湖生态系统营养结构和能流动态模型，分析筼筜湖的物质循环和能量流动的主要途径、效率及其季节变化特征，评估筼筜湖生态系统与服务功能的受损退化程度；

（5）初步建立了生态修复示范区，开展并完成了基于生态模型的筼筜湖生物操纵情景模拟，确定了开展生物操纵的基本方案。

2018-2019年度：

（1）通过对筼筜湖水体中叶绿素含量，总有机碳含量，以及悬浮颗粒有机物（POM）、浮游植物、沉积有机物（SOM）、底栖微藻、石莼和红树凋落植物同位素组成的调查，发现筼筜湖环境特征的显著差异和有机物（OM）来源的同位素组成以及其对POM的贡献反映了初级生产者优势随时间的变化；

（2）通过对筼筜湖6个站位上覆水和表层沉积物物理化学因子以及大型底栖动物群落的综合调查，发现了大型底栖动物在为筼筜湖现状提供重要生态信息方面的中心作用，并作为跟踪这一具有较高价值的生态系统恢复进展和未来演变的有效生物工具；

（3）筼筜湖的大型污损生物优势种存在着季节更替，并且不同的环境因素会影响其时空上的差异，以沙筛贝为主的贝类污损生物是生态浮床实施过程中的“双刃剑”。

 

（五）示范区工作进展（所有的进展，包括过去的进展和最新的进展，应是示范区工作的所有内容）

项目实施以来，示范区总体进展如下：

（1）完成了对筼筜湖及毗邻的厦门西港的水文、水质、底质和水生生物等的历史资料的收集，初步建立了筼筜湖的水文-水质模型（图2）；

图2. 筼筜湖的水文-水质模型

 

（2）开展了筼筜湖区底泥性状和重金属含量调查，给出对筼筜湖的底泥现状评价及生态风险评价；

（3）开展了筼筜湖主要生物类群的稳定同位素调查，并对生物的食源以及营养级进行分析；

（4）在筼筜湖开展水生生物和食物网结构补充调查，建立筼筜湖生态系统营养结构和能流动态模型，分析筼筜湖的物质循环和能量流动的主要途径、效率及其季节变化特征，评估筼筜湖生态系统与服务功能的受损退化程度；

 

图3. 筼筜湖食物网结构图

 

（5）初步建立了生态修复示范区，开展并完成了基于生态模型的筼筜湖生物操纵情景模拟，确定了开展生物操纵的基本方案。

此外，在项目实施期间，厦门市筼筜湖管理中心在示范区开展了一系列湖区生态改善工作，具体包括：

➢  2016年完成筼筜湖第四期综合整治工作，主要完成松柏湖截污，建成新滨北1号污水泵站、南岸17号、18号沟污水泵站，改造南、北两岸截污泵站、南12号海水泵站，建设6座跨湖人行桥及松柏湖环湖步道工程，联通了环湖步道等工程。达到了环湖截污，基本实现了“晴天污水不入湖”的治理目标。

➢  2016年至2018年进行湖明路18号排洪沟黑臭水体整治工作，主要开展截污除臭、水体交换、清淤等工作，并结合河长制工作开展常态化管理。至2018年6月顺利通过国家部委专项督查考核，消除黑臭。

➢  开展沟口除臭、推流曝气、底泥除臭等试验，有效减少湖区臭味来源，改善局部弯角水质。

➢  开展筼筜湖淤积情况扫海测绘工作，结果显示，筼筜湖已回淤情况严峻，为改善湖区环境，拟再次进行生态清淤。

➢  开展 “清网行动”，打击湖区打击非法捕捞现象。

➢  开展湖区基础调查，2016年至2017年，开展筼筜湖区生态调查和水生生物残毒检测工作、底泥性状调查和湖区鸟类调查工作，大致厘清了筼筜湖现有水生生物和淤积底泥情况，以及湖区鸟类活动情况。

➢  开展厦门会晤筼筜湖水质保障工作，统筹开展湖区源头减排、中间控制和末端治理工作有效减少入湖污染量，确保了筼筜湖水质的稳定。

➢  编制《筼筜湖区水质管理工作方案》，从大流域的宏观角度，综合协调流域内各相关职能部门，常态化开展管理工作，提升湖区水环境质量。

➢  推动《厦门经济特区筼筜湖区管理办法》修法工作，进一步规范新形势下筼筜湖区的日常管理工作，提升管理的法制化，并于2020年5月1日正式颁布。

➢  推动第二排洪泵站建设，进行湖区“西水东调”和“东水西调”工作调研，以提升筼筜湖防洪标准，进一步改善水动力。

 

（六）所应用的关键技术

本项目在筼筜湖示范区实施的关键技术如下：

1、基于水文-水质模型以提高海湾物理自净能力为目标的物理修复关键技术；

2、综合利用红树林等滩涂动植物提高海湾生物自净能力的生物修复技术；

3、潟湖生态系统调控关键技术。

 

（七）数据与结果（示范区在运行中所得到的相关数据和结果分析）

根据2017-2019年筼筜湖每月监测的水质指标数据，计算年度的平均值及标准差。表1是水质指标的平均值及标准差统计表。

从结果来看，DO存在年际波动，2019年度DO平均值为6.52 mg/L，大于其它年度； DIN在2019年低于其它年份，平均值为1.31 mg/L，但仍大于水质标准0.5 mg/L；DRP在2018和2019年略低于2017年，平均值均为0.06 mg/L，略高于0.045 mg/L的标准；BOD₅和COD存在着年际间的波动，保持在2-4 mg/L之间，BOD₅有小幅度的年际增长，COD则在2018年上升之后有一个较大幅度的减小；TN在2017年至2019年间呈较明显的下降，2019年的TN平均值为2.89 mg/L；筼筜湖2019年透明度较2017年有明显下降，为1.18 m；筼筜湖Chl-a浓度在2017年达到5.17 mg/m³，而在2019年下降至1.52 mg/m³；赤潮发生天数在2018和2019年较2017年的147天，均有下降，分别为147天和57天。

 

表1 2017-2019年筼筜湖水质指标

^*TN、透明度和Chl-a浓度数据由第三方单位提供：厦门市生态环境局

 

DO在秋、冬季时浓度较高，达到6.76 mg/L；DIN在春季时较大，在秋季时最小，分别为2.10mg/L和1.26mg/L；DRP浓度在夏季和冬季平均值为0.07mg/L，高于春季和秋季；BOD则在夏季时较高，秋季最低，分别为3.22mg/L和1.61mg/L；COD在春季时达到最大值，为3.44mg/L，而在秋季，值最小为1.90mg/L。

表 2 筼筜湖水质指标季节性变化

 

从浮游植物优势种季节变化可以看出，中肋骨条藻是筼筜湖绝对优势种，2017-2019年春季分别为0.78、0.91和0.84。其次小球藻和和隐藻也是筼筜湖各年经常出现的优势种。

表3  2017-2019年筼筜湖浮游植物优势种季节变化

注：（）中为优势度

 

从筼筜湖各湖区浮游植物变化来看，骨条藻（中肋骨条藻）仍是各湖区的绝对优势种，在外湖、内湖和干渠都有广泛分布，且在2018年各湖区的优势度达到0.74、0.78和0.80。其次隐藻、小球藻也是各湖区频繁出现的优势种。

 

 

 

 

表4  2017-2019年筼筜湖各湖区浮游植物优势种变化

（八）示范效果（示范区在运行后的效果评估）

从表1数据来看，水体中TN从2017年4.44 mg/L下降至2019年的2.89mg/L，TN含量减少了约35%；水体透明度从2017的0.91m上升至1.18m，提高约30%；叶绿素浓度从2017年5.17 mg/m³下降至2019年的1.52 mg/m³，减少了约71%；2018年和2019年赤潮发生天数较2017年分别减少了约61%和32%；此外，骨条藻是筼筜湖常见的赤潮藻类，包括外湖、内湖和干渠均有大量分布，分布范围较广，数量较大，其在2019年的平均丰度达到9.99×10⁶个/L，而2017年下降至9.12×10⁵个/L，丰度下降了约91%，分布范围和面积均有所下降。可见筼筜湖经过三年的生态修复，水质有了较为明显的改善，透明度有了较大的提升，赤潮发生的面积和次数也有较为明显的下降，达到了考核指标要求。

 

（九）产生的社会经济效益

本示范区的研究成果，将直接服务于厦门筼筜湖的生态修复与水质提升工程，并可进一步推广到我国南方热带、亚热带沿岸区域的咸水、半咸水封闭水体的生态修复与服务功能提升，将产生重大的社会生态效益和经济效益。在示范区内应用的基于生态模型的生物操纵情景模拟方法，将推动生物操纵技术和理论向更加有效和完善的方向发展。

本项目还有效服务于筼筜湖管理的提高，有力促进了《厦门经济特区筼筜湖区管理办法》的修订，该管理办法已于2020年5月1日颁布实施。