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实验室的故事③ 三年内,他们建造了一座“水下森林”来保护湖泊——参观了湖泊与环境国家重点实验室

来源:【交汇点新闻客户端】

交汇点讯 夏日炎炎,湖光粼粼。太湖、高邮湖、洪泽湖上,迎来一波又一波野外采样科研人——他们来自中科院南京地理与湖泊研究所(以下简称“地湖所”)湖泊与环境国家重点实验室。

与大众所理解的“实验室”不一样的是,除了配置多台高精尖科研仪器的现代化科研楼,这个“实验室”还分布在我国星罗棋布的湖泊中。6月底7月初,记者两次探访该国家重点实验室,听“湖泊人”讲述他们的科研故事。

突破蓝藻水华控制和生态恢复关键技术,构建“水下森林”

“夏天是湖泊野外实验的‘旺季’,大部分课题组都‘下湖’去了。”7月4日上午,记者来到地湖所副所长张运林的办公室时,他正在查看前方科研团队传来的现场视频:在蓝藻水华肆意生长的夏季,无锡蠡湖生态恢复示范区却依然水清草盛、鱼翔浅底,成群的水鸟时不时飞掠过湖面,一片盎然生机。

“这是所里承担的国家水专项太湖流域梅梁湾项目的示范工程,项目通过验收后,我们仍在继续坚持专业化的维护管理。”张运林介绍,项目组在蠡湖建成了40多万平方米的“水下森林”,示范区内水体总氮、总磷和叶绿素显著下降,透明度维持在80-120 cm,沉水植物覆盖度在60-70%,水质稳定达到地表水Ⅲ类水标准。

不过,2017年项目实施前,这里的水体透明度只有30-40cm。“同时,这里水深较深、水体透明度不高、无法进行水位调控,也成为治理过程中的‘拦路虎’。”张运林说,由地湖所牵头,联合18家产学研用单位承担水体污染控制与治理国家重大专项“十三五”项目“梅梁湾滨湖城市水体水环境深度改善和生态功能提升技术与工程示范”,开展关键技术攻关和示范应用,经过三年多的三期工程建设,才有了现在的治理成果。

太湖竺山湾、梅梁湾等长期受蓝藻水华困扰,但是,将不断滋生的蓝藻全部打捞和处置,目前在能力上和技术上还无法现实。因此,项目突破了“大流量漂浮蓝藻颗粒快速清除技术”等14项关键技术,集成了“河口蓝藻水华综合防控与清除”等5项成套技术,研制了输入性蓝藻污染河网水体的高效除藻装置。

其中,“灭藻井”的成功研发,成为攻击最顽强的“敌人”蓝藻水华的突破口。“我们创新研发了‘原位陷阱灭藻技术’,营造出7个大气压的静水压力,破坏蓝藻细胞中的伪空泡,使其死亡或者失去活性、短期内难以复苏、抑制其生长率,不让蓝藻水华在湖面漂浮、聚集、腐烂、发臭,影响生态系统健康和百姓生活。”

张运林指着视频中正在运行的“灭藻井”说,首先,通过“智能围隔聚藻技术”将蓝藻高效集聚至井口,通过“加压灭藻陷阱”使藻团和藻细胞大量下沉至湖底;然后,对再次上浮的蓝藻,使用加压灭藻船进行移动式“围歼”;同时,利用蓝藻打捞及处置一体化船只进行有效打捞清除;最后,为避免大量蓝藻在湖底累积带来的水质风险,再用湖底蓝藻清扫船进行扫除,防止形成二次污染。该技术灭藻效果显著,目前已经在太湖、巢湖、星云湖等湖泊得到广泛推广应用,在全国已有数个灭藻陷阱应用工程。

模拟生态系统,探索湖泊渔业新模式

湖泊渔业在渔业产业中具有重要地位。地湖所从上世纪70年代就开展湖泊渔业研究,近年来,“湖泊与环境国家重点实验室”在前辈老科学家工作的基础上,积极探索可持续发展的湖泊渔业新模式。

6月30日,在实验楼B栋的鱼类调控实验室,记者见到了刚从洪泽湖调查鱼类资源回来的陈辉辉副研究员。他正在做水草模拟实验,只见数十个装满水的玻璃实验桶里生长着绿油油的长条状水草,“这种水草名叫‘苦草’,是很好的生态修复、水质净化的水生植物。这些玻璃实验桶内的污染物浓度各不相同,我们研究的是不同污染物胁迫对‘苦草’的生长和净化效果的影响。”

不过,该实验的目的不仅仅是通过培育水草来改善水质,还计划通过模拟水生植物种群特征探索如何提高水产品的产量和质量。陈辉辉说,比如河蟹在野外生长时需要水草作为摄食和栖息的场所,水草的配比不同对河蟹生长也会产生不同的影响。

此外,底质改良剂的研究,也对养殖水体的质量起到非常关键的作用。在实验楼的天台,遮阳篷下整齐排列着数十个有机玻璃实验桶,水面下蛰伏着张牙舞爪的螃蟹。“我们从高淳的合作基地运来培育河蟹的底泥和水,研究如何通过控制底质改良剂的投放配比来提高螃蟹的质量。”该实验团队相关人员说,在系统分析不同年限河蟹养殖池塘底泥与养殖效益关系的基础上,进一步开展不同底泥改良剂对池塘水质和河蟹生长的影响,目前已进入池塘小试阶段,未来希望研究成果能投入应用生产。

陈辉辉他们的实验,是谷孝鸿研究员团队工作的日常缩影。多年来,谷孝鸿研究员带领团队将渔业与生态相结合、将产业与环境保护相结合,为湖泊鱼类结构调整、渔业模式转型以及生态系统修复等方面提供持续的科学支撑。他牵头的“浅水湖泊鱼类资源与水环境协同调控关键技术研究与应用”项目,成果已在太湖、洪泽湖、高邮湖等全国众多湖泊推广应用,累计示范推广面积765万亩,创造经济产值 80.04亿元,新增效益31.57亿元,促进了渔民增收及区域社会经济可持续发展,获得2021年中国水产科学研究院科技进步一等奖。

未来:把流域管控好,湖泊才能真正变好

在湖泊与环境国家重点实验室,还“留守”着一批长于运用高精尖科研仪器分析采样数据的科研人员。

仙林园区的两座五层科研楼中,分布着各种大型仪器实验室和专业实验室。走进伽玛能谱仪实验室,记者见到了高级工程师夏威岚,他告诉记者,想要重现湖泊过去的环境生态演变,首先要确定湖底沉积物的年代。“我们用伽玛能谱仪测量湖泊底泥中放射性铅同位素的比活度值,根据放射性核素的半衰期,计算出不同深度底泥的沉积年龄,这样我们就能够建立起近200年来的年代时间序列,这是我们研究湖底沉积物的第一步。”

“我们会继续利用同位素质谱仪分析样本的同位素比值,判断样本所处年代的气候环境。”负责稳定同位素质谱仪的工程师刘一兰举例道,曾经有一份湖泊沉积物的样本出现明显异于正常沉降的物质,它的形成过程和原因存在着很大的争议。经过有机碳稳定同位素分析,她推断这些物质是由洪水冲刷到湖里的,可以作为其沉积年代当地发生过洪水的重要依据。

除了伽玛能谱仪、同位素质谱仪,研究所还拥有可观测样品表面的扫描电子显微镜、观测样本内部的透视电子显微镜、测量细胞各种指标的流式细胞仪等大型仪器。“我们这类大型仪器实验室属于支撑部门,负责分析处理数据后反馈给科研人员,以便他们后续研究。”刘一兰总结。

《中国湖泊志》《中国湖泊资源》《太湖》《鄱阳湖》……在地湖所所史馆,陈列着系列厚重的科学专著。据介绍,从上世界50年代末起,该所先后多次开展全国湖泊综合调查与科学考察,创建了我国湖泊流域科学研究的分支体系,建成了全国1平方公里以上的湖泊数据库,为我国湖泊资源利用和环境保护奠定了基础。近年来,又先后承担科技部基础性工作专项、第二次青藏高原综合科考等重大项目,开展了中国主要湖泊水量水质与生物资源调查、中国湖泊沉积物底质调查、中国湖泊微生物多样性及资源调查等多项工作,为我国湖泊生态安全和流域经济社会发展提供可靠、系统、规范的科学数据和决策依据。

近期,地湖所还将发布重磅科研成果《中国湖泊生态环境研究报告》,这将是我国首次系统阐述全国和典型湖泊生态环境状况及长期变化趋势的研究报告,对揭示湖泊生态环境长期变化过程与驱动机制具有重要的科学价值,可为有关部门在湖泊保护、生态修复和资源利用等方面提供决策参考,对提升社会公众关注和保护湖泊环境的意识具有重要意义。

“湖泊出现的一系列生态环境问题,很大程度上都是受到流域上的污染物影响。”张运林表示,未来,实验室将把湖泊和流域作为一个整体来做系统性研究。“以前我们的研究更多集中在湖泊层面,湖里出现了蓝藻水华就治理蓝藻水华,出现了重金属就治理重金属,这实际上是一种末端治理,有必要提前从流域层面进行管控、治理和修复,比如对土地利用方式、人类活动、工农业生产等进行管控,只有把流域管好之后,湖泊才有可能真正变好。”

作为科研“国家队”,实验室将更加突出国家需求导向,面向生态文明建设和可持续发展国家战略需求,进一步优化科研布局,凝练主攻方向和新兴前沿方向,聚焦“湖泊形成与环境演变”“湖泊生态与环境修复”“湖泊流域过程与效应”“流域管理与可持续发展”等方向,创新发展湖泊流域系统科学。同时,改革体制机制,改革科研组织模式,强化协同攻关,开展基础理论研究、应用技术研究,进行工程实践和示范应用,形成完整的创新链条,把实验室建设成为湖泊生态环境治理与水安全保障的科技创新策源地,服务山水林田湖草沙系统修复与湖泊流域高质量发展。

新华日报·交汇点记者 蔡姝雯 实习生 孙广哲

编辑: 叶真

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