科学小论文,颁奖!

在科学探究实验室,我校隆重举行获奖学生颁奖仪式。

苏州名雅科技有限责任公司董事长、优秀校友朱纯华先生与沈海泯校长共同为获奖同学颁发证书与奖品。朱纯华董事长在现场分享中寄语同学们:“真正决定你能走多远的,不是起点,而是你是否愿意长期投入热爱。学习从来不是一场短跑,而是一段漫长的征程。只要坚持走下去,世界终将在某一时刻,给予你最好的回应。

特等奖:曹伟祺

辅导老师:管云云


一等奖:张芷 徐桢程


此次活动共评选出特等奖1名、一等奖2名、二等奖4名及优胜奖4名。高二(1)班曹伟祺同学撰写的地理学科论文《指向太湖湿地生态系统稳健的植被群落修复策略与实践》,凭借独特的视角、严谨的论证与鲜明的实践导向,在众多优秀作品中脱颖而出,荣获本次活动的特等奖。


二等奖:颜果、张语涵、田雨婷、李晨熙、花晓彤


优胜奖:李名钰、李筱烨、钱征羽、王顺彬


本次科学小论文比赛,既是我校学科育人成果的集中展示,也是培育学生综合素养与创新能力的生动实践。学校将持续开展科艺融创系列活动,引导同学们在探索中成长、在思考中进步、在创新实践中逐梦求真、全面发展。


特等奖论文

指向太湖湿地生态系统稳健的植被群落修复策略与实践

Strategies and Practices for Degraded Vegetation Community Restoration Aiming at the Overall Stability of Taihu Lake Wetland Ecosystem

苏州市第六中学校  高二(1)班

曹伟祺

【摘要】太湖的东西山湿地有着净化水质、维系生物多样性等核心作用,而植被作为保证其核心作用实现的关键载体,对环境有着深刻影响,如防蓝藻、吸收过多氮磷,防止其富营养化,同时为生物提供栖息地。本文通过梳理太湖东西山湿地植被生态现状,系统剖析植被退化及生态功能弱化的原因,结合太湖修复湿地实践案例,提出以植被修复为基础的湿地生态功能恢复路径,为太湖流域湿地保护与管理提供理论参考和实践借鉴。

【关键字】太湖东西山湿地;生态系统现状;植被群落修复;生态修复实践


一、太湖东西山湿地植被作用和生态危机

(一)湿地植被分类及其作用

植被群落是在一定区域内,生活在一起的所有植物种群的集合。湿地里的植物很聪明,会根据离岸边的远近、水深不同,竞争共生,就像排队一样整齐。简单来看,我们可以把它们分成4个区域:离湖水最近的岸边,几乎不会被水淹没,以垂柳、芦苇、茭白等为典型代表,其作用是牢牢抓住沿岸泥土,防止湿地沿岸的水土流失,还能拦住来自陆地上的垃圾、污水流进湖里;挺水植被水深0.3至1.5米的区域,这类植物扎根在水中,茎和叶子露出水外,沿着湖岸密集生长,形成一张天然滤网,能过滤掉水里大部分脏东西,以芦苇、香蒲为典型,如一棵芦苇一年能吸收0.5克磷,这相当于1000升水里的磷含量;中水区水深1.5至2.5米,植物要么整个漂在水面,要么叶子浮在上面、根扎在水底,大多为浮萍、菱角、芡实,注意浮萍不能长得太多,否则会盖满水面,使水下缺氧,所以需要控制它们的数量;深水区的净化器沉水植物,水深2.5至4米,植物完全生长在水下,是净化水质的主力。

(二)太湖湿地现状

当前太湖东西山湿地生态环境局面临三大核心问题:植被群落结构过于单一化,生态层次缺失(这是指植被群落的垂直结构不完整)、植被的净化能力衰退,水质调节能力削弱、湿地生物多样性降低,群落整体的稳定性不足。先分析第一点,原生水生植被的基本消失,现以人工栽种居多,四大植物区整体性结构被人为破坏,近岸虽有芦苇等植物生长,但多零散分布,群落的规模化缺乏有效支撑;深水区沉水植物因水质弱化而数量大减,局部虽存余少量菹草等耐污种类,但无法形成完整的水生植被净化体系,除此之外湿地森林植被多以湿地松等针叶树为主,群落色彩单一及缺乏层次感,与水体生态协同性并不充分。其次,太湖湿地植被的氮磷吸收能力的显著减弱,这与太湖三山岛湿地修复前类似,当地因受植被覆盖不足的影响,导致了水体中悬浮颗粒物浓度升高以及水体透明度降低,这同样加剧了水体富营养化。太湖水体监测数据显示,在太湖沿岸退化的湿地中,缺乏植被拦截的区域的总氮和总磷含量较某些植被完整区域分别高出37.9%和10.3%,这亦直接导致了湿地滤水净水的核心功能衰退。最后一点,植被退化引发会连锁效应,导致生物栖息地丧失,例如水雉等水鸟繁衍场所的浮叶植物大幅缩减,只在小干山等少数健康湿地保留较完整的栖息环境;同时,外来入侵物种水葫芦等植物扩张,挤走了本地植被生存空间,又如伊乐藻,本来是我国引进来帮忙的,现在在西山部分区域长势过疯,难以控制,又挤走了本土植物,需要定期清理,耗费大量人力物力;而河蚬等清洁指示生物的分布范围也因植被退化而大大受限,进一步削弱了湿地生态系统的稳定性。


二、植被退化与其对“肾脏”弱化解析

植被退化的核心原因与人为高强度破坏高度直接或间接相关,我们可以归纳为三点:直接高强度人为破坏、污水排放引发的生态破坏、水文改变和调控不足。

(一)高强度破坏:环太湖城市的城市化和旅游业

其发展带来了难以磨灭的毁灭性影响,环湖大堤、公路等工程基建过度靠近湖岸,切断了原有的水陆生态联系,导致沿岸植被生存环境破碎化;度假村、水族馆等设施的无序兴建直接侵占了植被生长区域,使湿地面积大大缩减、植被群落被人为破坏导致的断裂。例如,341省道无锡马山至宜兴周铁段建设项目跨3处生态红线区,永久用地和大临工程占地面积较大。于此同时,水体过度围网养殖不仅消耗大量的水资源,其养殖生物的排泄物还会加剧水体污染,直接抑制了水生植物光合作用与根系发育。

(二)关键诱因:工业化过程中的污水排放

周边工业废水、生活污水的持续排放、农业生产中过度施肥,这些行为使湿地水体氮磷含量超标,引发湿地水华频繁爆发。蓝藻分解消耗水中溶解氧,形成厌氧环境的同时遮蔽光照,导致沉水植物因缺氧和光照不足而死亡,形成“污染—植被减少—进一步污染”的恶性循环,对居民生活带来一定影响,例如:“1990年太湖梅梁湾蓝藻水华事件”1990年夏季,太湖梅梁湾暴发严重的藻类水华,导致以太湖为水源的梅园自来水厂滤池被堵,供水量锐减,严重影响居民生活,还致使116 家工厂被迫停产,造成直接经济损失1.3亿元,此次事件使得太湖等湖泊的水污染和富营养化问题引起了党和国家的高度重视,和“2007年太湖蓝藻污染事件”,2007年4月底,太湖西北部湖湾梅梁湖等出现蓝藻大规模暴发,5月中旬进一步聚集,分布范围不断扩大。5月29日,大批无锡市城区市民发现家中自来水有难闻气味,水质发生变化无法使用。除锡东水厂外,其余占全市供水70%的水厂水质都被污染,影响到200万人口的生活饮用水,城区多家超市中的纯净水被抢购一空。6月2日上午,无锡市对部分自来水厂的出厂水水质取样检测,结果显示达到饮用水标准,百万市民的饮用水问题暂得缓解。

(三)改变水文规律:水利工程的大规模建设

堤坝修建破坏了原有的水循环模式,进而导致湿地水位波动失衡,部分区域长期由于干涸或积水过深,超出植被适宜生长的水位范围。除此之外,风浪扰动又导致了底泥再次悬浮,进一步降低水体透明度,阻碍水生植物萌发与幼苗在水中的定植,而现有保护措施缺乏对植被生境的系统性修复,因而加剧了退化进程。例如,上世纪60年代,太湖流域开展了大规模的“联圩并圩”运动。圩堤将一些小型湖泊、泄水河汊围成内湖,使其失去了直接调节流域水量的作用,泄水功效消失。例如,由澜溪塘、頔塘、运河等河道组成的杭嘉湖排水走廊,由于1958年后在太浦河以南吴江县境内联圩并圩,兴建万亩以上大圩21座,使漾溪塘、运河等排水河道出现多处“卡脖子地段”,河道断面上游宽下游狭,排水不畅。吴娄—乌镇线堵塞原断面的71.3%;庙港—澜溪塘、严墓线被堵塞50.2%;乌镇至王江泾线堵塞69%。在昆山、青浦边界原有25个向东的排水口仅剩2个,过水断面减少90%。据调查,建国初期,太湖流域汛期雨量达到900毫米以上时,太湖出现的最高水位超过4米,经联圩并圩运动后,到80年代,雨量达到500毫米时,太湖水位高度已经超过4米,这说明联圩并圩很大程度上降低了太湖水系的泄洪能力。

上述三小点可以体现植被和人对湿地生态保护有着重要作用,也体现了人与自然的和谐共生的重要性。


三、生态系统修复路径

结合太湖三山岛等湿地修复的成功经验,针对东西山湿地特点,应构建 “生境改善—植被重建—功能强化”的三维修复体系,具体可分为三大步:

(一)建立健全湿地生态屏障,改善植被生存基底

使用多层立体生态围隔技术作为湿地生态前置保障,通过前置4层围隔系统改变湿地水流流向,削弱湖水风浪对其的扰动,减少蓝藻滋生与悬浮底泥现象。根据实践,多层立体生态围隔技术技术可使围隔系统内水体透明度普遍提升至240%以上,悬浮的颗粒物浓度降低至45.2%,为植被修复创造适宜环境。同时,加强对外源污染管控,建立生活污水集中处理机制,接着开展以农业为源的污染治理,直接从根本降低了湿地水体富营养化程度。

使用改良底泥等措施,以针对太湖东西山湿地中局部水域的底泥发黑现象、有机质过剩问题,使用环保微生物制剂和轻度翻耕。在东山半岛近岸浅水区,每亩水域投放20kg复合芽孢杆菌制剂,紧接着使用人工水下旋耕机以提升底泥中微生物的活性,实践数据表名60天后底泥中的硫化物含量降低至32%,为沉水植物的根系发育提供了疏松生长环境。

实施微地形塑造策略,结合西山岛水域垂直深浅差异,人工开挖浅滩与深槽交替的微地形。浅滩区域保留原有淤泥质基底,用于挺水植物进行定植;深槽区域,大致位于水深1.5至2米深的距离采用碎石和沙土铺设,以提升水体交换能力,亦为鱼类等生物提供隐蔽繁衍场所,目前已在西山岛南部100亩水域建立试点,试点水体流速较改造前提升至15%。

季节性补水调控,根据太湖水位变化规律,制定东西山湿地季节性补水计划。每年3-4月(沉水植物萌发期),通过闸门调控将湿地水位稳定在1.2m左右,满足菹草、苦草等植物光照需求;7-8月汛期,适当抬高水位至1.8m,避免挺水植物被洪水淹没,2023年试点后东山半岛沉水植物覆盖率较往年提高18%。

(二)重建立体植被群落,强化群落适配性与恢复生态结构

建立湿地植物立体群落修复设施,构建挺水+浮叶+沉水的立体垂直复合型植被体系。以环保粗纤维为支撑构架,再组装浮岛单元栽植上芦竹、千屈菜、鸢尾等本土挺水植物,通过利用其根系特性吸附污染物;在中水区培育粉牡丹睡莲等浮叶植物,形成了一石二鸟的美丽景观与高效净化的双成效。

在核心区域通过对沉水植物的修复设施,加以针对东西山不同水域透明度差异的分析区别,分阶段对沉水植物进行恢复。恢复后的菹草等本地沉水植物,可以重建水下植被群落。这种布局可使核心区域的总氮去除率达到49.86%,显著提升水体净化效能。在透明度大于1.2米的核心区域,可直接移栽菹草、苦草幼苗;在透明度0.8至1.2米的过渡区,优先投放沉水植物种子,待幼苗长至10厘米左右后再来补栽下一批幼苗,此举在2024年西山岛东部水域实施,过渡区沉水植物成苗率可达75%,较直接移栽显著提高了20%。

优化乡土植物组合,在挺水植物层,除去湿地原有的芦竹、千屈菜以外,新增太湖本土植物的水芹、香蒲等,按芦竹6:香蒲5:水芹4:千屈菜5的比例进行混种。香蒲根系可吸收水体中过量的磷,水芹则能耐受轻度污染,此举在东山半岛北部养殖区周边种植实施后,水体总磷去除率进一步提升了8%。

(三)功能强化,长效运营与协同增效

建立原生植物种子库,实现群落可持续发展。借鉴太湖生态岛规划的相关经验,系统性调查湖底沉积物中的水生植物卵孢子,实验室筛选百年前的原生植物种类,建立太湖湿地的原生植物种子库。优先选用芦苇、菹草等本土优势净水效果好的物种,也避免了外来物种入侵风险,通过种子直接播种与幼苗移栽相结合的方式,提高植被定植的成功率。也应对山体植被进行优化改造,增加阔叶树种比例,构建乔木灌木草本垂直复合的群落,进一步减少水土流失。

实现生态产品价值转化,在东西山湿地周边,发展湿地和生态农业融合发展的模式。在东山半岛利用挺水植物聚集的周边水域,养殖太湖银鱼、青虾等本地特色物种,但每亩产量控制在50千克以内,同时适量的虾蟹粪便可作为植物天然肥料,不会对水体透明度产生过大影响,植物净化后的水体又为鱼虾提供优质环境,形成植物和微生物和水生生物循环链,2023年带动周边农户每亩增收3000元。

(四)实施动态监测与长效管理

建立植被、水质、生物的综合监测体系,定期跟踪植被覆盖度、湿地生物多样性及水体氮磷含量变化幅度,评估修复结果,优化修复方法。完善湿地保护的相关法律法规,加大对围网养殖、违规占用湿地建设等行为的监管力度,将植被保护纳入生态红线管理。

通过科普宣传提升公众保护湿地意识,鼓励当地社区参与到植被养护,形成政府主导、科技支撑、公众参与长效综合管理机制。推行湿地养护责任区制度,将东西山湿地划分为20个责任区,每个责任区由几名当地村民,经过培训,负责日常巡查、杂草清理、植物补栽。村委会每月组织一次养护效果评比,对表现优秀的责任区给予每人200到300元补贴,目前已有120名村民参与,累计清理杂草15吨,补栽本土植物8000余株,改善了民生又改善了环境。

强化对外来物种的重点防控,建立地面人工巡查和空中无人机监测的双重防控体系。每周组织2次地面人工巡查,重点排查水葫芦、加拿大一枝黄花等严重破坏生态的物种,平衡利用无人机对东西山湿地全域的巡查,尤其是偏远人难以检测的水域,进行航拍监测,发现外来物种后24小时内组织人工打捞,并对打捞的植物进行集中粉碎、堆肥处理,避免种子二次传播,2024年上半年外来物种入侵面积较去年同期减少了45%。


四、治理成效

让我们先通过横向对比消夏湾湿地、湖滨湿地公园与太湖湖体的核心指标,可清析看出生态修复对水质的净化作用。

水质修复的同时,植被与鸟类生存状况持续向好案例:浮叶植物芡实的恢复,成为太湖湿地生态改善最生动的注脚。水雉因体态优美被称为“凌波仙子”,其对繁殖环境要求较为苛刻,其巢穴必须在依托浮力强且叶片茂密的浮水植物上搭建。早年因围网养殖挤占生境,芡实群落大幅缩减,水雉在太湖周边难觅踪迹。近年来,太湖流域通过退渔还湖、生境修复等举措,在滆湖塔下片区等区域重建大片芡实湿地,成片的芡实叶片覆盖住水面,不仅仅可以为水雉提供了承载鸟蛋的天然育儿床,又以茂密叶丛遮蔽巢穴、躲避天敌。2024年观测显示,水雉首次在滆湖安营扎寨,繁殖期内频繁出现在芡实丛中,同时同地还记录到1260余只、30余种鸟类,包括黑翅鸢、红隼等国家二级保护动物。芡实与水雉的“共生回归”,直接印证了湿地植被修复对特有鸟类栖息地的重建成效,也体现了其对太湖湿地生态生境的显著成效。


五、结语

植被对太湖东西山湿地有着重要作用,太湖湿地的保护需要我们持续守护、任重道远、多方携手。从2007年蓝藻污染引发的“饮水危机”,让我们在经济飞速发展的奔跑中反思生态破坏的影响,到如今太湖北部湖区首次达到地表水Ⅰ类标准、水雉等珍稀鸟类重返家园;从被碎片化问题萦绕的湖滩湿地,到连片芦苇荡与芡实丛构筑的生态滤网,人们对太湖治理走过了那条以“科学施策、久久为功”为核心的修复之路,太湖治理的成效不仅仅是体现在一组组持续改善的数据中,亦镌刻湖光山色间、生机盎然的湿地间。这场跨越十余年的治理,以系统性修复破解了湖泊生态的复杂难题。当我们看到消夏湾湿地以94.2%的总磷去除率将清水注入太湖,当我们看着东太湖生态清淤后水生植被覆盖度从不足30%提升至60%以上,当人工芦苇湿地与天然湿地的鸟类多样性差异渐渐消失走向正道,我们看到的是植被修复到水质净化到生物回归的良性生态闭环的形成。这种以自然的力量修复自然的方法,让太湖摆脱了末端治理被动,构建起源头防控、过程拦截、生态修复的全链条治理体系,为大型淡水湖泊治理提供了太湖智慧。

而这份治理成功的背后,更加离不开多方协同的合力治理。政府主导推进的生态清淤、控藻深井项目建设,科研机构研发的挺水+浮叶+沉水立体生态修复模式,企业严格落实污染减排要求,更多公众主动地参与对湿地保护,共同织就了一张守护太湖的苏绣锦缎。正如小天鹅连续12年越冬、红头潜鸭集群现身的生态奇观,这是不只是对治理成效的最佳见证,亦是对 “全民护湖”理念的生动回应。

当然,太湖治理并非到了终点。总氮浓度的波动、局部生境的碎片化,仍在需要我们头悬梁锥刺股,时刻准备着:湖泊生态修复是一场持久战。但从水不清、岸不绿到水清、岸绿、鸟飞、鱼游的水墨蜕变已经向大家证明,只要坚持尊重自然、顺应自然、保护自然,只要保持“一张蓝图绘到底”的定力,太湖必将持续焕发新的生态活力,成为人与自然和谐共生的典范,也为更多面临生态问题的湖泊,点亮通往生态之美的希望灯塔。


参考文献(见下图)

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首届科学小论文获奖名单
特等奖

地理类:高二1班 曹伟祺

一等奖

地理类:高二5班 张芷

数学类:高二3班 徐桢程

二等奖

地理类:

高二5班 颜果  高二4班 张语涵

高二8班 田雨婷

物理类:

高一3班 李晨熙  花晓彤

优胜奖

生物类:高二10 班 李名钰

数学类:高二3班 李筱烨

物理类:高二3班 王顺彬

信息类:高二3班 钱征羽

来源:教学处

文字:司学芹

编辑:朱丽敏

审核:党总支、校长室

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