第1章 我国湖泊水环境状况及生态修复需要解决的主要问题
　　湖泊富营养化是由于氮磷等营养物过量输入而使湖泊从生产力水平较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态的变化过程（王明翠等，2002）。湖泊富营养化引起水质恶化、透明度下降、藻类水华发生、沉水植物减少、群落结构简单化等系列生态环境问题，严重威胁湖泊生态系统健康，并制约社会经济可持续发展。富营养化作为我国湖泊所面临的主要环境问题，政府、企业及科学家与民众都高度重视，投入大量人力、财力和物力，开展了大量调查分析、理论探索、技术研发和工程示范与治理管理等工作，虽然我国湖泊水环境质量总体得到一定程度改善，但生态修复任务仍非常艰巨。因此，了解我国湖泊生态环境特别是水环境总体特征、富营养化湖泊治理与生态修复状况及生态修复需要解决的主要问题等，对进一步提升我国湖泊生态修复工程化水平十分必要。
　　1.1 我国湖泊水环境总体状况
　　我国政府高度重视湖泊水污染治理与生态系统保护及修复工作，尤其是党的十八大提出生态文明建设的总体要求以来，国家对湖泊生态修复力度不断加大，特别是对以太湖、滇池和巢湖“三湖”为代表的重点和重要湖泊流域大力推进了水污染防治和生态修复，为我国大规模治理和修复湖泊提供了较好的技术储备与管理经验。其重要变化体现在伴随控源治污、湖泊水体及流域综合治理修复工作的推进，我国湖泊生态环境状况得到一定程度改善，尤其是水环境质量明显改善，但水生态系统的响应呈现滞后性，藻类水华并没有得到根本性控制；同时，面临较大的经济社会发展需求和压力，我国现阶段水污染防控的任务仍然繁重。因此，科学的总结和认识我国湖泊水环境状况十分必要。
　　1.1.1 湖泊水质持续改善，营养状态总体向好
　　基于近二十年（生态）环境状况公报（图1.1），我国湖泊水质和营养状态总体向好，呈持续改善趋势。2010年后，我国拥有Ⅰ～Ⅲ类水质的湖泊数量显著增加，而Ⅴ类和劣Ⅴ劣水质湖泊数量显著减少，重度和中度富营养状态湖泊数量显著减少，贫营养状态湖泊数量显著增加。2019年，国家开展水质监测的110个重要湖泊（水库）中，水质好于Ⅲ类水质标准的湖泊（水库）占69.1%，比2010年上升46.1个百分点；劣Ⅴ类占7.3%，比2010年下降31.2个百分点。开展营养状态监测的107个重要湖泊（水库）中，贫营养状态湖泊（水库）占9.3%，中营养状态占62.6%，轻度富营养状态占22.4%，中度富营养状态5.6%。其中，“三湖”太湖、巢湖和滇池均为轻度污染，营养状态全湖平均均为轻度富营养状态。
　　图1.1 全国水质类别比例和营养状态类别比例变化特征
　　数据来源：中国（生态）环境状况公报
　　以滇池为例，过去十五年水质改善显著，呈持续向好趋势，“十一五”期间水质恶化趋势得到遏制，“十二五”明显改善，“十三五”企稳向好。氮磷营养盐浓度显著下降，营养状态也改善明显，滇池总体由重度富营养转为轻度富营养。
　　1.1.2 湖泊藻类水华风险依然较大，生态修复任重道远
　　虽然我国湖泊水质呈总体改善趋势，大部分湖泊氮磷含量逐步降低，但湖泊生态系统恢复响应滞后，蓝藻水华发生程度并未改善，水华风险依然较大，生态修复任务艰巨。现阶段太湖、巢湖、滇池等湖泊蓝藻水华仍频频发生，通过卫星遥感监测到近年来太湖蓝藻水华发生面积和发生次数均在增加，尤其是在高温年份（图1.2）。2019年4～10月监测共计发现蓝藻水华聚集129次，与2018年同期相比发生次数有所增加，平均和*大发生面积分别增加39.3%和93.9%。
　　图1.2 太湖近年来蓝藻水华发生面积和发生次数变化特征
　　数据来源：江苏省（生态）环境状况公报
　　1.1.3 外源污染依然严峻，流域水污染排放总量超过承载能力
　　我国快速经济社会发展与脆弱的水生态环境禀赋条件决定了湖泊水污染防治的长期性和艰巨性。尽管国家日益加大湖泊生态保护和治理力度，但大部分湖泊流域水污染排放总量仍超水环境承载能力，外源污染形势依然严峻，环境保护与经济社会发展间矛盾仍然突出，削减污染负荷，加大污染治理力度任重道远。
　　以云贵高原的滇池为例，地处三江之源，无大江大河补给，人均水资源量209?m3，仅为全国人均水资源量的9.2%，属于水资源极度匮乏地区；同时，滇池流域也是云南省人口高度集中、工业化和城市化程度、经济社会发展水平、投资增长和社会发展等程度均较高，经济社会活力也较高；滇池流域面积占云南省总土地面积的0.7%，但承载着全省24%的GDP和7.6%的人口（潘珉和高路，2010）。滇池流域社会经济发展与生态环境保护间矛盾突出，伴随人口急速增长和经济社会快速发展，流域生态空间被挤占，湖泊河流水生态退化，水体富营养化严重。尽管从“九五”开始，滇池水污染治理和生态修复受到高度重视，污染治理力度不断加大，污水收集处理能力和污染负荷削减能力大幅提升，但入湖污染负荷仍远超滇池水环境承载力。2017年流域TN和TP的入湖量为6265吨和566吨，远超过滇池流域水污染防治“十三五”规划目标水环境容量，滇池外源污染削减任务仍然十分艰巨。
　　1.2 我国富营养化湖泊治理与修复的主要内容
　　我国湖泊富营养化问题开始于20世纪50年代，随人口增加和社会经济发展，湖泊富营养化问题逐渐成为我国环境、资源和生态安全的重要威胁，成为水生态系统保护与修复的重要关注点。总体上，我国富营养化湖泊治理与生态修复开展的工作主要包括监测评价、控源治污、生态修复和流域综合修复管理等方面。
　　我国湖泊富营养化治理与修复也经历了从单一的调查监测与评价、控源治污向湖泊流域综合治理与修复的转变，实现了湖泊富营养化治理与修复的战略转变（王圣瑞等，2016；王圣瑞和段彪，2018）。
　　1.2.1 监测评价
　　富营养化湖泊监测评价主要包括实地调查监测与评价和遥感监测等。从20世纪50年代开始，我国湖泊富营养化问题开始出现，政府和科研人员对富营养化问题的研究主要以实地调查监测为主，实施了一系列的调查和基础研究，包括“主要污染物水环境容量研究”“全国主要湖泊水库富营养化调查研究”和“我国典型湖泊氮、磷容量与富营养化综合防治技术研究”等。通过这些研究项目的实施，基本摸清了我国湖泊及其富营养化现状，发展了湖泊富营养化调查诊断技术，建立了湖泊富营养化调查方法与指标体系，制定了《湖泊富营养化调查规范》（试行版和第二版），为我国湖泊水环境和富营养化调查提供了技术指南等支撑（王圣瑞等，2016）。此外，在调查监测的基础上发展了湖泊营养状态评价方法，水利部门和环境保护部门也分别颁布了湖库营养状态评价标准和分级方法，即《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395—2007）和《地表水环境质量评价办法（试行）》（环办〔2011〕22号）。在实地调查的常规湖泊水文、水质、水生态监测日趋成熟和完善的同时，遥感技术也逐渐应用于湖泊水生态环境监测，以满足湖泊生态系统监测的长期、实时、动态、大范围等要求（江和龙等，2020）。遥感监测技术目前主要应用于水温、透明度、总悬浮物质、有机物、叶绿素、温室气体等湖泊生态环境指标的监测，在湖泊生态环境数据获取与分析方面发挥着重要作用。
　　1.2.2 控源治污
　　随着我国工业化和城镇化快速发展，工业和城镇生活污水成为“九五”时期我国湖泊营养盐主要来源，同时农业和农村面源污染也逐渐显现，“控源治污”成为该时期湖泊水环境治理主要治理策略，主要围绕城镇工业源、生活源、农业和农村面源及湖泊内源污染控制，大力发展了城镇生活及工业污水处理技术、农村生活污水处理技术、流域农业面源污染防治技术和湖泊污染底泥疏浚技术等技术。
　　1991年国家启动了第一期太湖治理工程，开展了一系列水污染治理行动；1998年底的“聚焦太湖零点达标”行动，以太湖流域工业污染源达标排放为目的，实现了太湖流域内70%～80%的工业污水排放达到控制。现阶段我国湖泊治理与修复策略已经从“控源治污”转变为“控源治污与生态修复并重”，其中“控源治污”仍然是富营养化湖泊治理与修复的重要内容，是开展湖泊生态修复的前提。
　　1.2.3 水体修复
　　随着对湖泊治理研究的深入，逐步认识到单纯的控源治污，无法真正实现对湖泊水生态系统状况的改善，湖泊富营养化及其引起的生态环境问题，并不是单一的水质问题。需要在污染源控制的基础上重视湖泊生态系统的良性循环，充分发挥湖泊生态系统自我调节能力，才能实现湖泊富营养化治理与修复。因此，在进行湖泊污染源治理的同时，湖泊生态系统恢复与重建工作逐渐开展起来，布局了多个湖泊生态修复示范工程与环境管理能力建设等项目。湖泊水体生态修复按照湖泊功能区分湖滨带与缓冲带、入湖河口与湖滨大型湿地、湖湾及浅水区和敞水区等区域实施生态调控，相应的修复技术得到发展和应用。例如，湖滨带和缓冲带生态修复技术包括人工湿地技术、人工浮岛技术、前置库技术与湖泊陡岸带基底恢复技术等；湖泊水体水质改善与生态修复技术包括高等水生植物修复技术、生物操控技术及水生态综合调控技术等。
　　1.2.4 流域修复与综合管理
　　多年的湖泊保护与治理实践使人们进一步认识到湖泊富营养化实质上是湖泊生态系统对流域人类活动，如污染排放水平与社会经济发展模式等方面的响应。湖泊富营养化状态及变化趋势受到流域社会经济发展阶段、自然生态环境状况、环境污染程度和生态保护投入等直接影响。因此，富营养化湖泊治理与修复需要从流域层面调整生产生活方式与社会经济发展理念，积极探索统筹山水林田湖草一体化保护和修复，开展湖泊流域综合修复，持续推进流域生态工程建设。流域综合修复战略的提出标志着我国湖泊保护和修复进入了一个新阶段，随着湖泊保护及修复思路的转变，许多综合的湖泊保护与修复思路和技术体系得到了发展。例如在总结洱海、抚仙湖、星云湖和杞麓湖的湖泊治理与修复工作基础上，金相灿等（2013）提出了“湖泊绿色流域建设”的治湖新理念，以“污染源系统控制、清水产流机制修复、湖泊水体生境改善、系统管理与生态文明建设”为思路，以六大体系为主要建设内容实施湖泊综合治理与修复（图1.3）；另外，2018年以来“湖长制”在全国的全面推行，也进一步推动了湖泊流域综合修复。
　　图1.3 湖泊绿色流域建设六大体系概念框架图（金相灿等，2013）
　　1.3 我国湖泊生态修复需要解决的主要问题
　　尽管我国湖泊水质总体有了很大程度改善，但湖泊生态系统仍较脆弱，社会经济发展带来的生态保护与修复压力依然较大。已开展的湖泊生态修复工作在修复机理研究、技术集成、标准规范和工程维护管理等方面存在不足，影响了湖泊生态修复工程整体效益的发挥。科学认识这些问题对于提高我国富营养湖泊生态修复效益和推进规模化湖泊生态修复有着重要指导意义。
　　1.3.1 对机理原理的认识存在较大不足
　　国际上关于湖泊富营养化发生机理和治理及修复原理等方面的基础研究多是以深水湖泊为主，而我国富营养化湖泊则主要为浅水湖泊，由于浅水湖泊和深水湖泊具有不同的地貌形态、水文水动力过程和物质循环等特征，因此，关于我国富营养化湖泊生态修复缺乏丰富的可供借鉴的国际经验，主要是以我国学者开展的研究成果为主。湖泊富营养化问题是一个复杂的水环境问题，涉及湖泊生态系统生物和非生物组成及其相互关系等内容。富营养化与生态系统变化的关系是治理与修复富营养化湖泊的关键问题，但关于湖泊生态系统变化和修复机理的认识仍不清楚，如蓝藻水华发生机理、沉水植物退化与重建机理等，制约了湖泊治理

目录
前言
第1章 我国湖泊水环境状况及生态修复需要解决的主要问题 1
1.1 我国湖泊水环境总体状况 1
1.1.1 湖泊水质持续改善，营养状态总体向好 1
1.1.2 湖泊藻类水华风险依然较大，生态修复任重道远 3
1.1.3 外源污染依然严峻，流域水污染排放总量超过承载能力 3
1.2 我国富营养化湖泊治理与修复的主要内容 4
1.2.1 监测评价 4
1.2.2 控源治污 4
1.2.3 水体修复 5
1.2.4 流域修复与综合管理 5
1.3 我国湖泊生态修复需要解决的主要问题 6
1.3.1 对机理原理的认识存在较大不足 6
1.3.2 关键技术及集成体系不健全 7
1.3.3 标准规范严重缺失 7
1.3.4 工程维护管理的技术支撑不到位 7
1.4 本章小结 7
第2章 我国湖泊稳态转换及生态系统修复研究进展 9
2.1 富营养化湖泊生态系统稳态转换的阶段性 9
2.1.1 科学基础 9
2.1.2 研究进展 12
2.1.3 应用实践 13
2.2 湖泊生态系统稳态转换的生境要素驱动机制 14
2.2.1 科学基础 14
2.2.2 研究创新 17
2.2.3 应用实践 21
2.3 富营养化湖泊蓝藻水华发生机制 22
2.3.1 科学基础 22
2.3.2 研究创新 24
2.3.3 应用实践 27
2.4 湖泊沉水植被退化及修复机制 27
2.4.1 科学基础 27
2.4.2 研究创新 29
2.4.3 应用实践 35
2.5 富营养化湖泊食物网调控原理 36
2.5.1 科学基础 36
2.5.2 研究创新 38
2.5.3 应用实践 39
2.6 本章小结 40
第3章 高原高营养负荷湖泊清水稳态构建 42
3.1 湖泊稳态转化及高营养负荷条件下的生态修复 42
3.1.1 湖泊生态系统退化及稳态转化 42
3.1.2 高营养负荷条件下湖泊生态修复需要解决的主要科学问题 43
3.2 高营养负荷湖泊水质及水生态特征 44
3.3 高原重污染湖泊草型清水态构建——以滇池为例 45
3.3.1 滇池生态系统环境胁迫的识别与内负荷释放 45
3.3.2 沉水植物恢复是湖泊治理和生态修复的重点和难点 46
3.3.3 草型清水态构建与维持关键技术 47
3.3.4 高原重污染湖泊清水稳态构建应用实践 47
3.4 本章小结 48
第4章 高原富营养化初期湖泊水生态系统优化调控 49
4.1 湖泊生态系统演替及退化 49
4.1.1 湖泊生态系统演替及波动 49
4.1.2 湖泊生态系统退化 50
4.1.3 富营养化初期湖泊生态系统演替及退化特征 51
4.2 高原富营养化初期湖泊水生态退化机理及优化调控关键参数 52
4.2.1 高原富营养化初期湖泊水生态退化机理 52
4.2.2 高原富营养化初期湖泊水生态系统优化调控关键参数 53
4.3 本章小结 54
第5章 长江中下游湖泊生态退化机制及修复途径 55
5.1 长江中下游湖泊主要生态环境问题 55
5.1.1 水质改善虽初见成效，但规模蓝藻水华尚未得到有效遏制 55
5.1.2 湖泊生态空间被大量侵占，江湖阻隔问题严重 57
5.1.3 水生植被退化严重，食物网结构简单化 59
5.2 长江中下游湖泊生态退化机理 62
5.2.1 江湖阻隔和水位自然节律改变导致食物链缩短及食物网简单化 63
5.2.2 生态空间受损及被侵占等导致生态系统结构和功能退化 66
5.2.3 不合理的渔业活动加剧食物网结构简单化及水生植被退化，共同加重蓝藻水华暴发 67
5.3 长江中下游受损湖泊生态修复建议 71
5.3.1 恢复湖泊生态空间，优化水文节律，改善生境连通性和完整性 71
5.3.2 优化湖泊食物网结构，增强食物网碳氮磷周转和生态系统恢复力 71
5.3.3 加强并实施水生植被分类恢复，提升湖泊生态系统多样性和稳定性 72
5.3.4 加强湖泊良性生态系统循环与平衡研究，支撑生态修复工程建设 72
5.4 本章小结 72
第6章 湖泊保护治理技术及应用 74
6.1 我国湖泊保护治理技术体系 74
6.1.1 我国湖泊保护治理技术体系概述 74
6.1.2 清水产流机制修复技术 75
6.1.3 流域污染源系统治理技术 76
6.1.4 入湖河流治理及湖滨湿地修复技术 77
6.1.5 湖泊生境改善技术 79
6.1.6 流域综合管理及监控预警技术 82
6.2 我国湖泊保护治理技术概况 83
6.2.1 湖泊生态修复技术及其阶段性特征 83
6.2.2 我国湖泊治理技术应用 87
6.2.3 我国湖泊生态修复技术发展 96
6.3 本章小结 99
第7章 湖泊生态修复工程的维护管理问题及技术需求 100
7.1 湖泊生态修复工程的运行维护管理问题 100
7.1.1 资金保障问题 100
7.1.2 管理及激励问题 101
7.1.3 法规与机制问题 102
7.1.4 管护问题 103
7.1.5 公众参与问题 104
7.2 湖泊生态修复工程运行维护管理技术需求 104
7.2.1 运行维护管理主要内容 105
7.2.2 运行维护管理办法 107
7.2.3 运行监测 114
7.2.4 绩效评估 116
7.2.5 事故应急预案 117
7.3 本章小结 117
第8章 云贵高原湖泊生态修复工程运行维护管理 118
8.1 生态修复工程概况 118
8.1.1 湖滨带与缓冲带生态修复工程 118
8.1.2 底泥污染控制工程 121
8.1.3 蓝藻水华控制工程 122
8.1.4 水生植物恢复与水生态调控工程 123
8.2 生态修复工程的效益评估 127
8.2.1 绩效评估方法 127
8.2.2 评估体系指标构成与选取 127
8.2.3 指标评分方法 128
8.3 生态修复工程的运行维护与管理 132
8.3.1 湖滨带生物多样性恢复工程 133
8.3.2 底泥污染控制工程 137
8.3.3 蓝藻水华控制工程 138
8.3.4 水生植物恢复与水生态调控工程 138
8.4 本章小结 141
第9章 长江中下游湖泊生态修复工程运行维护管理 142
9.1 生态修复工程概况 142
9.1.1 入湖河流污染控制工程 143
9.1.2 水质改善修复工程 145
9.1.3 底泥疏浚工程 146
9.1.4 典型岸带基底修复工程 147
9.1.5 湖区外源污染控制工程 148
9.2 生态修复工程的绩效评估 149
9.2.1 绩效评估方法 149
9.2.2 评估指标选取原则 150
9.2.3 指标评分方法 150
9.3 生态修复工程的运行维护与管理 152
9.3.1 底泥疏浚工程的维护管理 152
9.3.2 水质改善工程的维护管理 153
9.3.3 生态修复工程的维护管理 157
9.3.4 外源污染控制工程的维护管理 158
9.3.5 人为活动的管理 159
9.4 本章小结 160
第10章 我国湖泊生态修复面临的挑战与展望 161
10.1 我国湖泊生态修复面临的挑战 161
10.1.1 湖泊水体营养盐浓度普遍较高 161
10.1.2 生物修复与环境条件修复关系不明 162
10.1.3 修复湖泊的生态系统稳定性差 162
10.2 我国湖泊生态修复展望 162
10.2.1 持续加强外源入湖营养盐控制和内源污染负荷削减 162
10.2.2 开展基于生态系统完整性的湖泊生态修复 163
10.2.3 重视湖泊生态系统修复效果的稳定维持和综合调控 163
10.3 本章小结 163
主要参考文献 165
附录A 主要湖泊生态修复技术清单 174
附录B 主要依托专项课题清单 179