太湖流域是我国经济最发达和城市化程度最高的地区之一。改革开放以来，经济高速发展，但与此同时，该地区的生态环境也在逐步恶化，尤其是太湖水体的富营养化已经成为太湖流域生态环境恶化的最集中表现。2007年的太湖蓝藻水华爆发，使太湖沿岸的无锡市生活用水和工业用水发生严重困难，已严重影响了当地经济的发展和社会的稳定。事实上，从中央到地方各级政府也早已认识到了问题的严重性和紧迫性，组织了大量的人力、物力和财力投入其中，并取得了一系列的成果。特别是在点源负荷的控制上，更是积累了大量宝贵经验。同时应该指出的是，在提高湿地生态系统本身自净能力和对面源营养物质的迁移拦截能力方面，目前的工作力度尚需要加强。特别是修复以及完善太湖湿地生态系统对氮、磷等营养物质的拦截、净化功能方面还有许多工作要做。 目前的水体富营养化防治思路多数是就水体论水体，当把水体富营养化看作一个水域生态问题后，各种措施基本上都是以水域生态系统为研究对象而展开。然而，水域生态系统本来就是和陆地生态系统密不可分的，不仅仅包括物质的迁移循环过程，如氮、磷物质的迁移、连续的水文过程等等，还包括一些能量和信息的流动。所以，富营养化虽然是一个水域生态问题，但是其物质来源在陆地，不能隔离开两者之间的天然联系。同时，前人的研究主要是从生物学、生理学、毒理学、水化学或水动力学等单一学科角度开展的，研究者从自己的学科出发，对太湖水质的评价、底泥中的营养盐的释放与沉积、植被的演化、藻类的生理对策、风力驱动下的湖水动力场等单一问题或要素进行了比较深入的研究，但尚缺乏对这些单要素的综合和统一分析。因此，科学全面的认识太湖流域生态系统是制定经济一资源一环境三者协调发展规划的重要基础。这不仅需要各种学科共同参与并在实践活动中相互配合，更应重视在系统理论指导下的成果集成统一。这一点也是迄今为止有关太湖流域研究中最薄弱的环节。 在上述背景下，论文以系统科学思想为指导，从水、生、岩(土)等生态因子协同作用的角度，分析陆地生态系统和水域生态系统的结构及其与植被净化功能的关联，探讨太湖富营养化产生的生态学原因；阐明在人为活动影响下，太湖水域生态系统和陆地生态系统演化的规律和特点；对现状条件下水体营养负荷承受能力进行评价；针对太湖不同区域具体情况，因地制宜地提出改善系统净化功能的途径和措施。 1.太湖流域陆地生态系统的结构与演化分析太湖的污染和富营养化的根源在陆地，发挥和改善陆地拦截物质的功能是解决富营养化问题的关键之一。从水、岩(土)、生、气的作用入手，在水平格局和垂向格局两个方面对陆地生态系统的结构进行分析。然后，对陆地生态系统的水平格局和垂向分层规律进行整合，可划分出丘陵山区、高位平原和低位平原三个次级生态子系统，每个子系统具有不同的结构特征和生态功能。太湖流域陆地生态系统的演化大致经历了三个阶段，上世纪中叶前为第一阶段，太湖流域陆地生态系统经历了漫长而缓慢的渐进式演化过程，人类活动的强度不大；上世纪中叶至90年代为第二阶段，人为活动的规模和力度不断增大，太湖流域陆地生态系统的演化开始加速。20世纪90年代以后为第三阶段，太湖流域陆地生态系统进入快速演化阶段，人为活动的规模和力度进一步增大，已成为系统演化的主导力量。人类活动加速太湖流域陆地生态系统演化的三方面行为是土地利用、水利工程与人工废弃物和施肥。综合以上，对太湖流域陆地生态系统的宏观认识可以归纳为三点： 1.以地表径流的侵蚀、搬运、堆积过程为指向，地貌、植被、岩性及人为活动的作用有明显的地带性特征，可以明确地划分为三个生态子系统。 2.子系统之间及各子系统内部的物质迁移既发生在水平上，又表现在垂向上，反映出水土条件的空间异质性。与之相适应，植物的种类和群落结构特征也有较大差异。在人为活动和植被的双重作用下，地境条件不断得到改造。 3.植被是土壤包气带盐分的重要吸收者，它们在不同的深度上以根群层片的方式拦截来自侧向和上部的盐分，维系着生态系统的水盐均衡。在人为活动日趋强烈的情况下，保护培育各种生活型植物，完善地境生态功能层，对减缓人类对生态系统的盐分压力，有着至关重要的作用。 2.太湖水域生态系统的结构和演化分析太湖水域生态系统的结构分析以水生植物的分布格局为核心，采用了三种手段相结合的办法：一是遥感信息的提取；二是野外调查资料的汇总；三是理论分析。考虑太湖水域生态系统演化的社会经济背景的同时，将遥感解译得到的6个植被分区与各区水体垂直层位的特点相结合，从中提取植物群落类型和植物密度的信息；然后，根据植被类型和植物密度的差异将太湖水域生态系统划分为五类生态子系统，得到各个时期各生态子系统的分布格局图；最后，通过对比不同时期各生态子系统的位置、形状、面积、生物量、物种组成、功能等要素的变化，分析了太湖水域生态系统的演化过程。 受陆地生态系统的影响，20世纪70年代末至今的20多年间，太湖水域生态系统的演化大致经历了三个阶段：高等水生植物的分布格局经历了封闭环形→破碎→集中三个阶段，相应的，太湖水域生态系统的自净功能经历了多层次复合式自净→分散自净→集中自净三个阶段，同时，污水的分布经历了太湖沿岸→由缺口向湖心的分带→多污带逼近东太湖这样三个阶段。由此看出，高等水生植物的分布格局与污水的分布格局具有一致性，污水分布范围的变化主要是由于太湖水域生态系统净化功能的演变所致。说明高等水生植物在净化、固定入湖污染物方面发挥着重要的作用，在宏观层次上对水质具有控制作用。 太湖水环境的急剧恶化只是近几十年来人类活动施加的环境压力增大所致，是一种暂态。太湖水域生态系统存在着部分恢复和改善的可能性。只要减缓和撤除人类干扰或人为改变系统结构，太湖的水体富营养化是可以得到控制的。 3.太湖水域环境容量评价从生态地质学的观点出发，分析了生物在太湖流域氮、磷净化功能中的地位，水生植物(包括高等植物和浮游藻类)是太湖水域生态系统内部物质、能量循环过程中最基础的一环和最具活力、最积极的要素。植物的生产量可以作为衡量湖泊自净能力大小的集总参数，它不仅包含着植物作为初级生产力吸纳水中氮、磷能力的信息，还隐含了植物对水体物理、化学过程以及这些过程中氮、磷迁移、固定的控制作用的信息。当前阶段，太湖水域生态系统对氮、磷的自净主要体现为高等植物摄取、吸收，对周围水体氮、磷的固定作用并不明显：水体富营养化的趋势和污染水的分布格局尚未在整体上根本改变高等植物的生境，仍存在相当大的水域可供高等植物生存繁衍，使之达到一定的生产量以保证总的自净能力和正常吸收代谢功能；高等植物具有直接摄取、吸收氮，及通过控制周围水体小环境的物理、化学条件而固定、转化氮的能力，高等植物的生物量越大，湖泊净化氮的功能越强，太湖水域生态系统氮的环境容量和高等植物生物量的动态变化具有一致性。与这相反，藻类对氮的吸纳作用只是一种短时的快速周转，在截流、固定氮的方面，远远不如高等植物，反倒是内源污染的主要原因之一。建立在集中参数系统概念基础上的环境容量的计算必然是针对某一特定时期，特定目标和特定约束条件而展开的。对太湖水域生态系统环境容量的计算，以东太湖及太浦河水质保持在Ⅲ类水状态及苏州吴中地区不出现水华大规模频发为约束，1986年太湖总氮的环境容量为24029.0吨，总磷的环境容量为1811.67吨；1993年总氮的环境窬量为24953.5吨，总磷的环境容量为1312.95吨；1998年总氮的环境容量为22945.6吨，总磷的环境容量为2477.98吨。为保证2007年以及后续若干年东太湖水质保持在111类水标准，2007年太湖外源全氮负荷的总量控制应保持在1.83万吨，外源全磷负荷的控制量为1 143～2479吨。 4.太湖流域生态系统自净功能的改善要改善太湖流域生态系统自净功能，必须从源、汇两方面进行治理。源的治理是指减少陆地生态系统的物质产生量和入湖量；汇的治理是改善水域生态系统自净能力。 太湖流域陆地生态系统的结构改善应以系统理论中的隔离机制为指导，采用化整为零、层层设防、分而治之的思想，把物质的运移路程人为肢解，将侵蚀、搬运、堆积和污染控制在局部地段，不形成全系统的完整通道。对于丘陵山区子系统，在山顶地段以提高植被覆盖度，在地形平坦的地段可采用苗栽或播种办法，在土层薄的坡面以封育为主，在坡度小于15°的山坡上，人工林地之间应保留部分天然植被带，或者在顺坡方向多样化布设人工林地，使整个坡面形成乔、灌、草的完整组合，在坡度超过25°的坡地，应尽可能减少人为干扰和垦殖，即使要利用也应沿等高线种植并预留自然植被带；对于高位平原子系统，在农田、林地中每一定间隔开挖一条垂直坡面流向的浅沟，以汇集农田林地流失的化肥、农药等物质，每隔一段时间将沟中的水体和底泥回田；对于低位平原子系统，应构建人工湿地，改善太湖流域水域生态系统的结构，充分利用已有的生境条件，通过局部地段的植物补植、重建、间种和科学管理等措施，恢复高等水生植物的环状分布格局，构筑拦截净化陆源物质的多层次生物屏障，抑制浮游藻类的爆发。 太湖水域生态系统可大致分为三个区域：太湖乌龟山一焦山以北水域，应以高等水生植物群落的重建为主；太湖西岸和贡湖湾—胥口湾一带，可直接补植各种高等水生植物，建立完善的植物层片；东太湖是目前太湖中生境条件最好、高等水生植物最繁茂的地带，但在过度养殖造成的相对敞水区，存在着“天窗”状入侵的浮游藻类。为减少相对敞水区的出现，须控制渔业的发展规模，逐步压缩食草型鱼类的养殖面积和产量，在围网间留出适当的生态安全距离，使高等水生植物有足够的空间繁殖。