端午赛龙舟:水清舟疾 民俗里的科学

作者: 张云帆

来源: 中国科学院南京地理与湖泊研究所

发布日期: 2024-06-08 08:01:08

本文介绍了端午节赛龙舟习俗及其背后的科学意义,特别是湖泊水质对龙舟赛的影响以及科研人员在湖泊治理方面的努力。文章详细阐述了太湖的污染问题、治理措施及其效果,展示了科技创新在环境保护中的重要作用。

编者按:

又是⼀年端午佳节到,万户千⻔喜⽓多!吃粽⼦、赛⻰⾈、避五毒、挂⾹囊,这些习俗,⼤家都体验了吗?它们除了具有深厚的⽂化意义,还是科学家眼中的“宝藏”。值此端午节,我们特别策划推出系列⽂章,邀请科学家解读端午习俗背后的科学。

⻰⾈争渡可谓最“热闹”的习俗。⻰⾈赛的举办地通常选在江河湖泊之间,⻰⾈⽐赛不仅取决于选⼿本身,还受⽔质的影

响。⽔质的好坏直接影响到⻰⾈赛的体验和安全。来看看,科研⼈员在治理湖泊⽅⾯做了哪些努⼒。

“内、外”污染致藻类泛滥

太湖是⽆锡、苏州和上海的重要⽔源,但近⼏⼗年来,湖⽔中氮、磷等营养物质过多导致了富营养化问题,严重影响湖⽔⽔质。特别是在春夏季,在⼀些太湖滨岸会发⽣“湖泛”现象,其本质是藻类泛滥成灾。这些污染不仅会影响周边地区的发展,更会对⽔源地的供⽔安全构成威胁。

湖泊污染主要来⾃外源和内源两个⽅⾯。外源污染主要来⾃⼯业废⽔、农业污染等排放,⽽内源污染则主要源⾃湖底底泥。底泥是湖泊底部的沉积物,约有90%以上的污染物质积聚在其中,尤其是富含氮、磷等营养物质,主要来源于外部污染物的输⼊及湖泊内的⽣物死亡。当外源污染得到控制时,底泥中的污染物质仍有可能重新释放到⽔体中,进⼀步污染湖⽔。太湖污染亦是如此,因此,太湖治理必须“内外”兼治。

科学“净化”湖泊底泥

近年来,太湖治理均是从内源和外源两种污染来源⼊⼿。⾸先,针对减少外源污染,政府部⻔出台了各项法律法规禁⽌乱排乱放,要求⼯业废⽔和⽣活污⽔需经过处理净化,并达到排放要求标准后才能进⾏排放,这有效地从源头控制污染输⼊,减少了太湖湖区的污染负荷。相较于外源污染,内源污染是湖泊⽔质污染的“顽疾”,污染物在湖泊底泥中富集后会导致底泥营养物质过剩,并造成湖泊基底硬化,即底泥的“劣质化”。

劣质化底泥会持续不断地缓慢释放污染物,使这些污染物持续在湖⽔和底泥之间循环,从⽽对湖泊⽔质造成⻓久破坏。

过去,研究⼈员采⽤底泥疏浚结合⽣态修复的技术⼿段,即将污染严重的底泥直接挖出,并结合⽔⽣植物种植和⼈⼯湿地的构建以增强湖泊的⾃净能⼒。然⽽,疏浚过程会造成的潜在环境⻛险,仍然是解决内源污染过程中全世界⾯临的重要问题。

针对劣质化底泥导致植物难以扎根⽣⻓,且⽔体光补偿深度对沉⽔植被⽣⻓分布构成限制的问题,中国科学院南京地理与湖泊研究所科研⼈员创新性地采⽤了前期“⽔养草”、后期“草养⽔”的治理理念,集成创新了污浊⽔体⽔⽣态⽴体修复的湿地稳定化技术。

采⽤⽣态絮凝、⽔下黏⼟薄层覆盖双重措施,营造⽔体透明度提升与底质⽣境改善“窗⼝期”,借助模块化三维植物纤维毯耦合沉⽔植物草⽪技术快速恢复沉⽔植被,形成⾼污浊⽔体⽔层—底泥⽔⽣态⽴体修复技术。该技术突破了快速⾼效、⼤规模、低成本、⼯程化恢复受损⽔体⽣境的关键性技术瓶颈。

⽔清岸绿静待“⻰⾈”

中国科学院南京地理与湖泊研究所紧扣富营养湖泊治理和蓝藻⽔华控制的国家重⼤战略需求,聚焦太湖⽔环境与藻华快速精准监测与模拟应⽤,以理论创新-技术突破-系统应⽤为主线,创建了预测预警理论及空天地⼀体化的监测⽹络;研制了⽔体-沉积物集成监测平台,构建了不同类型湖库⽔环境及⽣态系统多途径、⼴覆盖监测技术体系;开发了⽣态系统动⼒学模型和预测预警技术,在国际上率先实现了藻华及湖泛监测预警业务化运⾏,在太湖“两个确保”中发挥了不可替代的作⽤。

经过多年来对太湖⽔体污染的治理和修复,数据显示,截⾄2023年,太湖⽔质藻情达到2007年以来最好⽔平,连续16年实现安全度夏,湖⼼区⾸次达Ⅲ类地表⽔⽔质标准。2023年全年蓝藻⽔华同⽐减少50多次。流域⽔⽣⽣物多样性指数有所提升,从“良好”提升到“优秀”等级。

进⼀步研究显示,在太湖治理上,以汛期农村污⽔流⼊为代表的外源污染的减少和内源污染的控制仍是⽔质治理的难题。太湖的水质治理仍然需要依靠科技创新和综合治理措施,结合内外源污染治理,才能逐步实现湖泊⽣态系统的全⾯恢复。

众桨划“湖”战⿎擂,⻰⾈竞渡迎端午。⻰⾈赛不仅是⽂化的传承,更是⽣态环境改善的⻅证。期待通过共同努⼒,太湖⽔⾯再现千帆竞渡、⽔清岸绿之景!

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