全 文 ：湖泊富营养化治理的生态工程 3
孙　刚 3 3 　盛连喜　(东北师范大学国家草地生态工程实验室 ,长春 130024)
【摘要】　1996 年对长春南湖的富营养化实施了生态治理工程. 调查结果表明 ,通过收获水生高等植物和鱼产品
带出湖体的 P 量分别为 149. 6 和 189. 9kg ,通过蚌体生长固定的 P 量为 153. 4kg ,三者合计 492. 9kg ,与湖体全
年 P 输入量大体持平. 生态工程运转后 ,水质明显好转 ,湖水中的总 P 浓度逐年下降 ,浮游植物个体密度减小、
种类数增加. 生态工程是城市湖泊富营养化治理较为理想的方法.
关键词 　生态工程 　磷 　湖泊 　富营养化
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 04 - 0590 - 03 　中图分类号 　X171. 4 　文献标识码 　A
Ecological engineering for eutrophication control in lake. SUN Gang and SHEN G Lianxi ( N ational L aboratory of
Grassland Ecological Engineering , Northeast Norm al U niversity , Changchun 130024) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,
12 (4) :590～592.
An ecological engineering was conducted for eutrophication control in the Nanhu Lake of Changchun. In 1996 ,the re2
moval of phosphorus by harvesting aquatic macrophytes and fishes was 149. 6kg and 189. 9kg , respectively ,and the
phosphorus fixed in molluscs was 153. 4kg. The total output was 492. 9kg ,which amounted approximately to the annu2
al phosphorus input of the lake. After ecological engineering ,the water quality turned better ,the TP concentration in
lake water decreased ,the phytoplankton density reduced ,and the number of phytoplankton species increased. The roles
of molluscs and fish in controlling lake eutrophication should be further studied. Ecological engineering is an ideal
method to control the eutrophication of urban lakes.
Key words 　Ecological engineering , Phosphorus , Lake , Eutrophication.
　　3 国家“973”重点基础研究发展规划项目 ( G2000018606) 、国家自然
科学基金 (39300023)和吉林省自然科学基金资助项目 (0910306) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 03 - 23 收稿 ,2001 - 03 - 13 接受.
1 　引 　　言
湖泊是人类重要的自然资源 ,广泛用于防洪、灌
溉、航运、给水和养殖等. 而城市湖泊的价值则更多地
体现于旅游、娱乐和美学方面 ,以及在改善城市生态环
境中的作用. 由于人类活动的强烈影响 ,这类湖泊大多
已处于富营养化状态 ,严重影响了湖泊价值. 我国主要
湖泊 90 %以上已处于中营养和富营养状态[6 ] . 学者们
对水体富营养化开展了多角度研究 , 包括其成
因[8 ,17 ,19 ] 、评价[1 ,4 ,9 ,12 ] 、机理[2 ,18 ] 、危害[16 ,20 ] 、控制与
治理[3 ,5 ,11 ,15 ]等. 我国富营养化湖泊大部分属于 P 限
制型[10 ] . 目前采取的湖水降 P 措施主要有化学方法、
物理方法和生物方法. 其中 ,化学方法 (如投撒 CuSO4)
容易产生二次污染 ,且剂量难以掌握 ;物理方法 (如清
挖底泥)费用较高 ,并存在一些难以克服的弊病. 生物
方法由于无副作用、廉价和易操作 ,具有较强的应用和
发展前景. 在我国吉林省长春市南湖进行的生态工程
降 P 研究 ,对于城市湖泊富营养化治理具有一定的参
考价值.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地概况
南湖 (43°51′N ,125°18′E) 是一个小型半封闭式的内陆湖
泊 ,属于 P 限制型湖泊. 海拔 214m ,汇水区面积 14. 36km2 . 研
究期间湖水面积 8. 528 ×105m2 ,最大水深 6. 65m ,平均水深
2184m ,最大库容量 3. 369 ×106 m3 ,平均水力学滞留时间 270d
左右. 该地区属于温带大陆性气候 ,四季盛行西南风. 每年冰期
约 150d ,无霜期 140～150d. 多年平均降水量和蒸发量分别为
576. 3 和 1438. 4mm[13 ] .
南湖是长春市内唯一的水上风景区和天然浴场 ,20 世纪
60 年代以前水质良好. 自 70 年代起 ,随着入湖生活污水和工业
废水逐年增加 ,水质在 70 年代中期开始严重恶化. 1979 年出现
鱼类大量死亡 ;1980 年发生“水华”;1983 年 6 月 18 日 ,湖水突
然变色发臭 ,鱼类浮头死亡 ,溶解氧降至 0～1. 2mg·L - 1 ,透明
度仅有 0. 20m. 自此 ,南湖已进入随时可能发生“水变”的阶
段[13 ] . 1992 年开始进行生态工程综合治理 ,如种植水生高等植
物、养鱼、投放河蚌等. 本文以 1996 年为例 ,说明生态工程的运
转情况.
212 　研究方法
水生高等植物产量采用收获法测定. 鱼类数据来自南湖鱼
场 ,鱼类食性采用消化肠道镜检法. 底栖动物使用彼得生采泥
器.溶解氧采用碘量法. 生物体全 P 含量使用消化2比色法 ,消
化采用高氯酸2浓硫酸混合液 ,比色采用 722 型分光光度计 [7 ] .
应 用 生 态 学 报 　2001 年 8 月 　第 12 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2001 ,12 (4)∶590～592
3 　结果与分析
311 　生态工程的实施
31111 光合耗 P 系统 　人工种植水生高等植物收获后
运出湖区 ,可有效地从水体中除 P. 莲 ( Nel um bo nu2
cif era) 具有许多优良特性 ,是首选的种植对象 :1) 可观
赏 ,无污染环境作用 ,适合城市湖泊 ;2) 个体数量增殖
迅速 ;3)大面积覆被遮光 ,减弱藻类的光能供给 ;4) 地
上部分可光合耗 P ,地下部分可直接从底泥中吸收大
量的 P. 1996 年秋 ,南湖共收获莲的茎叶 536115kg
DW[13 ] . 莲的茎叶含 P 量为 0. 40 % (以干质量计) [13 ] ,
通过莲带出湖体的 P 为 21. 446kg. 1996 年春季向湖中
投放凤眼莲 ( Eichhornia crassipes) 1814kgDW ,秋季收
获16248. 4kgDW 至陆地 ,干质量增加了 882 倍. 凤眼
莲的植株含 P 量为 0. 79 % (以干质量计) [13 ] ,通过凤
眼莲带出湖体的 P 为 128. 217kg. 通过水生高等植物
光合系统从湖体中带走的总 P 量为 149. 663kg.
31112 鱼类除 P 系统 　1996 年向南湖中投放的鱼苗
主要为鲢 ( Hypophthal m ichthys molit ri x) . 春季投苗量
为 583. 6kgDW ,秋季捕获量为 17241. 3kgDW. 鲢的含
P 量为 1. 14 %(以干质量计) [13 ] ,通过鱼类系统带出湖
体的 P 量为 189. 898kg.
31113 河蚌控 P 系统 　河蚌在生长过程中要吸收一定
数量的 P.在生态工程治理中 ,向南湖投放了褶纹冠蚌
( Cristaria plicata) , 1996 年测得其总生产量为 21167g
DW·m - 2 ·a - 1 ,若以全湖全年计则为 1. 848 ×104kg
DW[13 ] . 蚌体的平均含 P 量为 0. 83 % (以干质量
计) [13 ] . 脱离水体 P 循环、以有机态固定在蚌体内的总
P 量为 153. 384kg.
312 　生态工程的效果与评价
31211 表观变化 　实施生态工程治理后 ,水质有了明
显好转. 溶解氧含量升高 ,透明度增大 ,再未出现大规
模的水华和死鱼现象. 南湖重新成为长春市内的浴场
和水上游览胜地. 人工种植的莲和凤眼莲也成为公园
中的一景 ,吸引了大批游客. 每年春季投放的鱼苗到了
秋季还可以提供一定数量的鱼产品. 从整体上看 ,降低
湖水 P 含量的生态工程是成功的.
31212 浮游植物的变化 　生态工程实施后 ,浮游植物
发生两个方面的变化. 一是个体密度大幅度下降 ,1996
年8 月浮游植物密度平均值仅为生态工程实施前
1990 年 8 月的 2. 50 %和 1991 年 8 月的 1. 25 % ,同时 ,
最小值与最大值也明显降低 (表 1) . 二是群落结构和
演替规律发生变化 . 实施生态工程后 ,从1992年起浮
表 1 　生态工程实施前后浮游植物密度的变化
Table 1 Changes in phytoplankton density before and after ecological engi2
neering( ×109ind. ·L - 1)
年度 Year 最小值 Min 平均值 Mean 最大值 Max
19901) 1. 45 2. 40 3. 19
19911) 3. 47 4. 80 5. 68
19922) 0. 57 0. 61 0. 67
19932) 0. 27 0. 40 0. 54
19962) 0. 04 0. 06 0. 11
1)治理前 Before ecological engineering , 2) 治理后 After ecological engi2
neering. 下同 The same below.
游植物门数和种数明显增加 ,到 1996 年出现了 8 个门
的浮游植物 ,种类数达到生态工程实施前的 2 倍以上
(表 2) . 在生态工程实施前 ,每年春季首先成为优势种
的是绿藻门的栅列藻 ( Scenedesm us sp . ) ,然后是蓝藻
门的螺旋鱼腥藻 ( A nabaena spi roi des) (典型的强耐污
种) ,进而是蓝藻门的铜绿微囊藻 ( M icrocystis aerugi2
nosa) 和水花束丝藻 ( A phanizomenon f los2aquae) . 整
个高温季节都由强耐污种占据演替优势种的地位 ,表
明水体富营养化严重. 实施生态工程后 ,春季首先出现
的是轻污至清水型的尺骨针杆藻 ( S ynedra ul na) ,接
着由钝脆杆藻 ( Fragilaria capuci na) 占据优势种地
位 ,此后才被栅列藻代替 ,栅列藻不仅晚出现一个多
月 ,而且演替时间短. 以往在 7、8 月份高温季节成为演
替优势种的螺旋鱼腥藻 ,1992 年以后再未能成为优势
种. 8 月以后 ,又由尺骨针杆藻和钝脆杆藻所代替 ,表
明水质明显好转.
表 2 　生态工程实施前后浮游植物种类数的变化
Table 2 Changes in number of phytoplankton species before and after eco2
logical engineering
门 Phyla 年 　度 Year
19801) 19811) 19821) 19841) 19922) 19932) 19962)
绿藻门 Chlorophyta 32 38 39 32 81 90 71
硅藻门 Bacillariophyta 7 8 9 12 48 50 42
蓝藻门 Cyanophyta 8 15 12 16 19 35 16
裸藻门 Euglenophyta 5 7 15 6 14 11 12
金藻门 Chrysophyta 6
甲藻门 Pyrrophyta 1 5 5
黄藻门 Xanthophyta 3 6 3
隐藻门 Cryptophyta 2 1
合计 Total 52 68 75 67 172 192 156
31213 湖体含 P 量的变化 　南湖中 P 输入的主要途径
有 :每年通过降水进入南湖的 P 量为 41. 8kg ,通过枯
枝落叶进入南湖的 P 量为 207. 2kg ,通过底泥释放到
水中的 P 量为 224. 0kg ,总计 473. 0kg[13 ] . 1996 年通
过收获凤眼莲、莲和鱼类从湖中移走的 P 量分别为
128. 2、21. 4 和 189. 9kg ,通过河蚌生长被固定的 P 量
为 153. 4kg ,合计 492. 9kg ,与全年入湖 P 量大体持平.
实施生态工程后 ,湖水中的总 P 浓度逐年下降 ,
最小值、平均值和最大值都显著减小. 1996 年夏季湖
水的总 P 浓度降至 0. 1mg·L - 1以下 (表 3) .
1954 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　孙 　刚等 :湖泊富营养化治理的生态工程 　　　　　　　　　
表 3 　生态工程实施前后湖水总 P浓度的对比
Table 3 Comparison of TP concentration in lake water before and after ecological engineering( mg·L - 1)
年度
Year
7 月 J uly
最小值 Min 平均值 Mean 最大值 Max
8 月 August
最小值 Min 平均值 Mean 最大值 Max
9 月 September
最小值 Min 平均值 Mean 最大值 Max
19911) 0. 125 0. 183 0. 424 0. 105 0. 125 0. 137 0. 113 0. 146 0. 269
19922) 0. 085 0. 130 0. 340 0. 055 0. 111 0. 134 0. 072 0. 129 0. 238
19932) 0. 038 0. 061 0. 202 0. 031 0. 086 0. 142 0. 047 0. 101 0. 275
19962) 0. 015 0. 044 0. 153 0. 009 0. 062 0. 117 0. 018 0. 078 0. 196
4 　讨 　　论
鱼类放养与水体富营养化进程之间的关系一直没
有定论. 由于放养密度、实验条件和方法的不同 ,报道
结果相差很远甚至完全相反. 一种观点认为 ,滤食性鱼
类因摄食大量藻类、细菌形成自身生物量而有效去除
了部分营养盐 ;另一种观点则认为 ,养鱼加速了水体的
富营养化 ,因为鱼类的摄食与排泄造成了营养的短路
代谢 ,特别是加速了 P 的活化过程[14 ] . 但相对于整个
系统来说 ,渔获物确实将一部分 P 移出 ;而且绿藻门
的栅列藻属 ( Scenedesm us) 和蓝藻门的微囊藻属 ( M i2
crocystis)是鲢的主要食物 ,这些浮游植物正是引起南
湖发生“水华”和“水变”的主要种类 ,鲢的摄食能够有
效地抑制南湖浮游植物的生长. 鱼类对水体富营养化
的净作用 ,还值得进一步研究.
凤眼莲、莲、鱼类和河蚌从湖中移走的 P 量分别
为总除 P 量的 26. 1、4. 3、38. 5 和 31. 1 %. 为了保证翌
年莲的生长 ,只将莲的茎叶取走. 这里没有考虑莲的地
下部分从底泥中直接吸收的 P 量. 另外 ,水生植物可
促进湖水含 P 物质的沉降 ,抑制底层沉积物的再悬
浮 ,使 N、P 等营养物质经底泥进入地球化学循环 ,从
而降低水中 P 含量. 因此莲的实际降 P 作用应更大.
软体动物在以往的湖泊富营养化治理中尚未引起人们
重视 ,今后应加强研究. 生态工程不会造成二次污染 ,
可以保持湖泊的持续利用性 ,是城市湖泊富营养化治
理较为理想的方法.
参考文献
1 　Cai Q2H (蔡庆华) . 1993. Comprehensive evaluation of eutrophication
in Donghu Lake , Wuhan. Oceanol et L i m nol S in (海洋与湖沼) , 24
(4) :335～339 (in Chinese)
2 　Chen S2L (陈少莲) ,Liu X2F (刘肖芳) , Hua L (华 　俐) . 1991. The
role of silver carp and bighead in the cycling of nitrogen and phospho2
rus in the East Lake ecosystem. Acta Hydrobiol S in (水生生物学报) ,
15 (1) :8～26 (in Chinese)
3 　Dai M (戴　莽) ,Ni L2Y(倪乐意) ,Xie P (谢 　平) et al . 1999. Ex2
perimental studies on the effects of submersed macrophytes on the eu2
trophication of lake water using large2sized enclosures. Acta Hydrobiol
S in (水生生物学报) ,23 (2) :97～101 (in Chinese)
4 　Dai Y2Z(戴友芝) , Tang S2Y(唐受印) , Zhang J2B (张建波) . 2000.
The distribution of zoobenthos species and bio2assessment of water
quality in Dongting Lake. Acta Ecol S in (生态学报) , 20 (2) : 277～
282 (in Chinese)
5　Fan C2X (范成新) . 1997. Status , trend and comprehensive control
strategies of Taihu Lake’s eutrophication. S hanghai Envi ron Sci (上
海环境科学) ,16 (8) :4～7 (in Chinese)
6 　Jin X2C(金相灿) ,Liu H2L (刘鸿亮) , Tu Q2Y(屠清瑛) et al . 1990.
Eutrophication of Chinese Lakes. Beijing :China Environmental Science
Press. 26～33 (in Chinese)
7 　Jin X2C (金相灿) , Tu Q2Y(屠清瑛) . 1990. Investigation Standards
for Lake Eutrophication. Beijing : China Environmental Science Press.
223～229 (in Chinese)
8 　Kuang Q2J (况琪军) , Xia Y2C (夏宜　) . 1992. Algae in Taipinghu
Reservoir and its trophic level. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,3
(2) :165～168 (in Chinese)
9 　Lu W2X(卢文喜) ,Zhu T2C(祝廷成) . 1998. Artificial neural network
evaluation of lake eutrophication. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,
9 (6) :645～650 (in Chinese)
10 　Peng J2X(彭近新) . 1988. Water Quality Eutrophication and Control.
Beijing :China Environmental Science Press. 64～69 (in Chinese)
11 　Pu P2M (濮培民) , Wang G2X (王国祥) , Hu C2H (胡春华) et al .
2000. Can we control lake eutrophication by dredging ? J L ake Sci (湖
泊科学) ,12 (3) :269～279 (in Chinese)
12 　Shu J2H(舒金华) . 1993. Assessment of eutrophication in main lakes of
China. Oceanol et L i m nol S in (海洋与湖沼) , 24 ( 6) : 616～620 (in
Chinese)
13 　Sun G(孙　刚) . 1997. Studies on Energy Ecology in the Nanhu Lake
of Changchun [ Ph. D. Dissertation ] . Changchun :Northeast Normal U2
niversity. 35～73 (in Chinese)
14 　Sun G(孙　刚) ,Sheng L2X(盛连喜) ,Feng J (冯 　江) et al . 1999.
Relationship between fishery and eutrophication in Chinese lakes. J
Northeast Normal U niv ( Natural Science) (东北师范大学学报自然
科学版) , (1) :74～78 (in Chinese)
15 　Wang J (王　俊) ,Jiang J2X(姜建祥) ,Lu Y2K(吕耀坤) et al . 1996.
Evaluation and prevention of lakes and reservoirs nourishment in Jilin
Province ,China. J L ake Sci (湖泊科学) ,8 (1) :75～80 (in Chinese)
16 　Xu L2H(徐立红) , Chen G2S (陈国胜) , Chen J2P (陈加平) et al .
1998. Toxic effects of microcystin on fish liver. Acta Hydrobiol S in
(水生生物学报) ,22 (4) :378～379 (in Chinese)
17 　Yang Q2X(杨清心) . 1996. Algal bloom in Taihu Lake and its control.
J L ake Sci (湖泊科学) ,8 (1) :67～74 (in Chinese)
18 　Zhang K2X(张开翔) . 1992. On the artificial eutrophication of lakes.
Trans Oceanol L i m nol (海洋湖沼通报) , (1) :88～98 (in Chinese)
19 　Zhang S2Y(张水元) ,Liu Q2X(刘衢霞) ,Huang Y2T(黄耀桐) . 1984.
The main sources of nitrogen and phosphorus in Lake Donghu ,
Wuhan. Oceanol et L i m nol S in (海洋与湖沼) ,15 (3) :203～213 (in
Chinese)
20 　Zhu X2R (祝心如) , Yao W2X (姚渭溪) , He F2Z (何芬珠) et al .
1993. Water pollution and eutrophication of the northwest part of the
Chaohu Lake. Oceanol et L i m nol S in (海洋与湖沼) ,24 (2) : 191～
196 (in Chinese)
作者简介 　孙 　刚 ,男 ,1969 年生 ,博士后 ,副教授 ,主要从事生
态系统生态学、污染生态学和生态工程学研究 ,发表论文 60 余
篇. Tel. :043125683129 ( H) ,Fax :043125695065 (O) , E2mail :sun2
gang @mail. nenu. edu. cn
295 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷