（环境科学专业论文）广州市两城市湖泊富营养现状调查及防治措施探讨.pdf

摘要 加强环境保护的宣传教育。 以上结论对改善同类型湖泊的营养状况有一定的参考价值，将为合理发挥城 市湖泊的“城市之肾”功能提供方法参考，藉此改善城市居民的生活环境。 关键词：湖泊，水质，藻类，富营养化，防治措施 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 i i a b s t r a c t i n v e s t i g a t i o n o f t r o p h i c s t a t u sa n dt h ec o u n t e r m e a s u r e s f o rt h et w ou r b a nl a k e si ng u a n g z h o u c i t y m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a r n e ：l i a o l l l i s u p e r v i s o r ：a s s o p r o f l i uy u a b s t r a c t u r b a nl a k ee u t r o p h i c a t i o nh a sg r e a ti n f l u e n c eo ni t s a q u a t i cf u n c t i o n s 。b y m o n i t o r i n g t h e p h y s i c a i ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a lp a r a m e t e r s o f d o n g s h a n h u l a k ea n d l i w a r t h ul a k e ，t h ew a t e rq u a l i t ya n dt h et r c l p h i cs t a t u sw e r ee v a l u a t e d ，a n ds o m e c o r r e s p o n d i n g c o u n t e r m e a s u r e sw e r e p u tf o r w a r do f t h e t w ol a k e s r e s u l t so f w a t e rc h e m i s t r yi n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f t n 、t p a n dp 0 4 3 - po ft h et w ol a k e sw e r eh e a v i l yh i g h e rt h a nt h es t a n d a r d t h em a i n c o n t a m i n a n to f d o n g s h a n h ul a k e w a sn h 3 - na n dt h a to fl i w a n h ul a k ew 器o r g a n i c n i t r o g e n t h ec o n c e n t r a t i o no f b o d s w a s h i g h e r t h a nt h a to f c o d m l ii nt h et w ol a k e s r e s n l t so fb i o l o g i c a li n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tc h i o r o p h y l lai nl i w a n h ul a k e w a sh i g h e rt h a ni nd o n g s h a n h ul a k e ；c o r e l a t i o n so fc h i aw i t ht n ，t pw e r en o t a p p r e n e t ，b u t h a dg o o dc o r e l a t i o nw i t hb o d sa n dc o d m n a l g a es p e c i e sc o m p o s i t i o n o ft h et w ol a k e sw e r ea l i k e a l g a la v e r a g ed e n s i t yi nl i w a n l ml a k ew a sh i g h e rt h a n t h a ti nd o n g s h a n h ul a k e i nd o n g s h a n h ul a k e ，c h l o r o p h y t a , b a c i l l a r i o p h y t aa n d c r y p t o p h y t ad o m i n a t e d i nd i f f e r e n tm o n t h s i t s a l g a lg r o w t h sh a se a r l y s u m m e r p i n n a c ka n da u t u m nn l i 2 0 rp i n n a c l e nl i w a n h ul a k e , c h i o m p h y t ad o m i n a t e di n m o s t l y m o n t h s i t sa l g a lg r o w t h sh a so n l ys u m m e r p i n n a c l e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt p a n da l g a ld e n s i t i e si nt h et w ol a k e sw e r en e g a t i v e t h ep o t e n t i a lr e a s o nw a st h a t s u p e f f i u o l l sn u t r i e ms u b s t a n c e r e s t r a i na i # g r o w t h b a s e u p o n t h er e s u l t so f t h ei n t e r g m t e di n v e s t i g a t i o n ，a n dc o m b i n e dw i t hm a n y 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措旖探讨 i l l a b s t r a c t m e t h o d so ft h ee u t r o p h i c a t i o n 踞s e s s m e m s ，t h ew a t e rq u a i t yo ft h et w ol a k e si n2 0 0 3 c o u l db ec o n s i d e r e d b e i n gh y p e r e u t r o p h i c c o m p a r e d t oa n o t h e rt y p i c a lc i t yl a k e ，x i h ul a k e ，i nc h i n a , w ek n e wt h a tt h e e u t r o p h i c a t i o ns 乜i n l so f t h e t w ol a k e sw a sl e s sh e a v yt h a nt h a t i nx i h ul a k e t h r o u g h t h er e s e a r c h , w e g e ts o m e c o n c l u s i o n s a sf o rt h el o n g - t e r mc u m u l a t e d e f f e c t so fd o m e s t i cs e w a g e ，a l g a ed e v e l o p e de x c e s s i v e l y , w a t e rq u a l i t yo ft h et w o l a k e sd e t e r i o r a t e d , t h et w ol a k e sw e r ea l li nh y p e r e u t r o p h i cs t a t u s a l t h o u g hd a m m i n g a n d d r e d g i n g w o r k sh a db e e nd o n ei n2 0 0 1 ，w a t e rq u a l i t yd i d n tg e to b v i o u s i m p r o v e m e n t i n n e rp o l l u t i o nw a st h ek e yf a c t o rt o c u r ee u t r o p h i c a t i o ni nt h et w o l a k e s t h em a i nc o u n t e r m e a s u r e si n c l u d e ：e s t a b l i s h i n g s t a b l ew a t e r e c o s y s t e m ， f a s t e n i n g n u t r i e n t o u t p u t s ，a n de n h a n c i n g l a k e m a n a g e m e n ta n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o ne d u c m i o n t h e s ec o n c l u s i o n sh a v ec e r t a i nr e f e r e n c e st oi m p r o v et h et r o p h i cs t a t u sf o rt h e s i m i l a rl a k e s t h i sp a p e rc a na f f o r dw a y sa n dm e a n st oe x e r te c o s y s t e mf u n c t i o no f l a k e si nc r i e s ，a n dt h el i v i n gs t a n d a r df o rc i t yi n h a b i t a n t sc o u l db ei m p r o v e d k e y w o r d s ：l a k e ，w a t e rq u a l i t y ，a l g a e ，e u t r o p h i c a t i o n ，c o u n t e r m e a s u r e s 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 第1 章前言 第1 章前言 1 1 湖泊富营养化的定义、现象、原因及影响 1 1 1 定义 水体富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、 磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物 迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象【1 】。 由于占优势的浮游生物不同，水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象 在江河湖泊中称为“水华”( w a t e rb l o o m ) ，在海中则叫作“赤潮”( r e dt i d e ) 1 2 1 。 富营养化可分为天然富营养化和人为富营养化【2 】。天然富营养化是自然过 程，一般需要几千年甚至上万年。而人为富营养化是由于人为排放大量含营养物 质的工业废水和生活污水进入水体而引起，可在短时期内出现。 在湖沼学中，富营养化的原意是指湖泊按贫营养湖富营养湖沼泽 森林的生态系干式过渡演化历程中的一种长时间内不可逆的自然现象口】，目 前通常是指由于人类活动引起的湖泊中氮、磷等营养盐浓度异常升高的现象。 1 1 2 现象 湖泊富营养化，即外来干扰所引起的逆行演替，可以看作是生态平衡遭到破 坏的一个典型实例。大量的营养物质( 氮、磷等) 进入水体后，由于加速了藻类， 主要是蓝藻( c y a n o p h y t a ) 的生长，水体中的有机物质大幅度增加。但蓝藻不能 很好地被食草动物所利用，以致水体中出现初级产品相对过剩。同时，大量的死 亡有机物质沉积于水体下层，并因其分解而造成严重的缺氧状况。于是，很多水 生动物逐渐消失，而藻类现存量越来越大，水质不断恶化。在富营养化水体中， 由于群落结构的破坏和一系列功能失调，因而不能正常地完成物质循环和能量流 动的过程。这正是生态系统( e c o s y s t e m ) 失去平衡状态或生态平衡失调的重要 标志【4 】。 1 1 3 原因 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 第1 章前言 经过世界各国科技工作者的深入研究，特别是加拿大瓦j r 伦泰因和r a 渥 伦华达，日本的板本以及奥地利的h 列夫勒等人所作的贡献，已基本弄清富营 养化现象主要是由水体中氮、磷等营养元素含量增多所致【5 1 。 氮磷的来源包括外源和内源。外源主要有工农业生产排入的废水，生活污水， 养殖废水及废物，水面航行船只遗弃的废水废物，还有通过大气沉降进入水体的 污染物。内源主要是沉积物中氮磷的溶出 6 1 。 1 1 4 影响 富营养化不一定就是污染。富营养化使水域的浮游植物( p h y t o p l a n k t o n ) 初 级生产率增加，从而导致次级生产率增加，因而适度的富营养化对当地的水产养 殖【7 】和渔业生产是有益的。如某些河口区和上升流区存在大渔场便是很好的例 子。但这种情况往往只限于某些自然过程而引起的富营养化。有些人为富营养化， 如渔业水体人工投肥使水体富营养化，是生产过程，也是有积极作用的【舯。 然而由于人为因素引起的富营养化往往很难富至“恰倒好处”【9 】，因而会对水 域生态平衡、渔业、水产养殖、以及人民身体健康构成严重的威胁。首先，是对 生物群落的影响。由于水环境中氮磷元素的增加，某种藻类或浮游生物迅速繁殖， 使浮游生物的生物量( b i o m a s s ) 迅速增加，这时浮游生物的物种数却大大减少， 物种之间的生态关系和生态系统的平衡被打破。其次，由于水体中浮游植物大量 增加，使水的透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和 氧的释放，表层水面植物的光合作用可能造成溶解氧过饱和，而下层溶解氧却严 重缺少，造成鱼类的大量死亡。第三，富营养化水体中底层堆积的有机物质在厌 氧条件下分解产生有害气体，对水生生物，特别是鱼类产生毒害作用。另外，富 营养化水体中硝酸盐和亚硝酸盐含量增加，使水质变坏【l 。 1 2 湖泊富营养化的评价理论与方法 湖泊富营养化的综合评价是对湖泊富营养化发展过程中某一阶段营养状态 的定量描述【6 】。其主要目的是通过对具体湖泊富营养化代表性指标的详细调查， 判断该湖泊的营养状态，了解其富营养化进程及预测其发展趋势，为湖泊水质管 理及富营养化的控制提供科学依据。 近半个世纪以来，国外很多学者基于世界上几百个湖泊水质特性的详细调 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 2 第1 章前言 查，对湖泊富营养化程度综合评价的方法和标准进行了深入的探讨，提出了多种 形式的评价参数和方法”。七十年代末期，随着我国湖泊富营养化研究工作的开 展，国外评价方法在我国的一些湖泊中进行了尝试。在全国湖泊营养状态详细调 查基础上，吸收国外评价方法建立的理论和原则，建立了一些适合我国湖泊的富 营养化评价指标和体系。国内外的评价方法主要有特征法、生物指标评价法、参 数法、营养状态指数( t r o p h i c s t a t ei n d e x ) 法、灰色系统理论等1 6 1 。 1 3 湖泊富营养化的机理 输入湖泊的氮磷大体有三条去路：一是通过食物链把由生产者固定的氮磷转 移并积累到各消费者体内，这些氮磷最终可通过各种水产品的收获而输出；二是 进入腐屑链，即存在于动植物尸体或排泄物中，它们在水中为异养细菌所矿化， 或者沉积到湖底，再由底泥中的细菌矿化后重新进入食物链；第三条去路则是有 相当数量的氮、磷随出湖径流和各种用水输出湖泊【1 2 1 。 1 3 1 氮与湖泊富营养化 水中的氮包括有机氮和无机氮。除某些固氮蓝藻外，水生植物只能利用以下 三种形式的氮：氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮【1 孤，而这三种形式的氮都是无机氮， 故这里只讨论无机氮。 湖泊水体中，一般情况下亚硝酸盐的含量都比较低，因为亚硝酸盐是介于铵 盐与硝酸盐之间的一种不稳定的中间形式，当水体中溶解氧较高时，在氮存在形 式的变化中它不可能维持较高的浓度，它一般仅在低浓度时可为某些藻类所利用 1 3 1 。氨氮和硝态氮也是能被浮游植物直接利用的氮，当这两种氮单独存在时，藻 类可以有效吸收利用，但当它们同时存在时，绝大多数浮游植物总是优先利用氨 氮，在氨氮耗尽后才用硝态氮f 1 4 】。因为藻类必须把硝酸盐氮还原为氨氮以后才能 同化利用【l ”。一般情况下，水体中硝酸盐氮含量应高于氨氮含量，这说明水体中 硝化作用能够顺利进行【1 5 1 。但是，不同水体的氨氮和硝酸盐氮的含量有较大差异， 由于有机物污染，或旅无机氮化肥，并且自净能力又差的水体，或当温度较低， 硝化作用因受温度影响而较慢时【l5 1 ，常常表现出的是氨氮含量高于硝酸盐氮含 量。硝酸盐氨含量低，说明湖水的氨化作用强于硝化作用，隐示水体自净能力较 差，那么与之相关连的水体p h 值、溶解氧等理化条件也较差【i “。此时污染严重。 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措旖探讨 第1 章前言 1 3 2 磷与湖泊富营养化 磷常为湖泊生产力的第一限制性营养元素，而浮游植物所能直接利用的磷的 形式是无机态的正磷酸盐，其含量往往不足湖水总磷浓度的5 【1 7 】。但是，水中 有机磷可以不断地转化为磷酸盐。因此溶解无机磷量和浮游植物生长情况的关系 不是主要的，重要的是磷的循环速度和颗粒磷同溶解磷之间的交换。因此用总磷 量代替现在通用的磷酸盐量来表示水体的肥度是较为适宜的，因为任何时候水中 大部分磷是结合或成粒状磷或有机磷状态存在的【1 3 】。 1 3 3 氮磷比与湖泊富营养化 在藻类等浮游生物生长所需的各种营养盐类中，氮、磷是主要的限制因子， 而磷是最主要的限制因子。根据计算，每1 克氮可增殖1 0 8 克藻类，每1 克磷 可增殖7 8 克藻类【18 j 。由此可见，水体中氮、磷含量直接决定了藻类的繁殖速率， 进而影响到湖泊富营养化进程。 根据r e d f i e l d 的假设【”j ，一个典型藻类的分子式应为( c h 2 0 ) 1 0 6 ( n h 3 ) 1 6 ( h 3 p 0 4 ) ，根据藻体中所含碳、氮、磷原子比率为1 0 6 ：1 6 ：1 ，假定藻体以同 样比率吸收n 和p ，则可用此比率来确定限制性营养盐。这就是说，临界的氮磷 比按元素计应为1 6 ：1 ，按重量计应为7 2 ：1 。从理论上讲，如果氮磷比小于该 比值，氮将限制藻类的增长；如果氮磷比大于该比值，则可认为磷是藻类增长的 限制因素。如比率接近7 时，则两者均可能是限制性营养盐【6 】。在实际应用中， 藻类增长所需的氮磷均为可溶性的n 0 3 、n h 4 + 或p 0 4 3 ，按照r e d f i e l d 分子式计 算出来的比值并不实际。一般认为，当氮磷重量比大于1 0 时，磷可以考虑为藻 类增长的限制因素【2 0 】。也有研究认为，藻类生长对氮磷比的要求是1 0 - - 1 7 ：1 最 合适，当湖泊中氮磷比值小于1 0 时，表明磷供应充分，藻类生长受到氮素限制； 反之当氮磷比值大于1 7 时，表明氮供应充分，藻类生长受磷的限制阱】。由于湖 泊水体中营养盐浓度在全年循环中变化很大，以氮磷平均值为基础的氮磷比值， 常与藻类的氮磷比值有很大差异，故判断限制性营养盐的氮磷比率应以藻类最大 生物量时期即藻类生长最旺盛时期的值作为基础值。有时氮磷浓度过高反而会抑 制藻类生长，这时湖泊里现异常富营养化状态【l ”。 另外，也有看法认为湖泊中氮、磷的绝对量和相对比例都是控制藻类生物量 的关键因子。据大量的实验室和现场研究证明，生物可利用的磷的浓度低于 5 u g l ，磷就可能称为限制因子：生物可利用氮的浓度低于2 0 9 9 l ，氮就可能称 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 4 第1 章前言 为限制因子；若二者都低于其限值，氮磷都可能是限制因子；若二者都高于其限 值，氮、磷都不会成为主要的限制因子瞄 。 就全球范围来说，在气候潮湿的地区藻类增长趋于磷限制。在许多磷限制的 湖泊中，总磷和叶绿素水平通常呈简单的线性关系。美国e p a 建议总磷浓度 o 。0 2 5 m g l 和正磷酸盐浓度o 0 0 5 m g l 是湖泊和水库的磷浓度的上限。某些研究 认为，可溶性氮和可溶性磷的比值2 9 ：1 可视为蓝藻主导藻类群落的临界值；低 于此值时，蓝藻可能迅速增长。然而，我们都知道许多蓝藻具有从大气中同化氮 气的能力口3 】，这使得蓝藻能在缺氮的条件下比其他藻类增长得更快阱】。研究还 表明，蓝藻也能适应缺磷的环境，因为蓝藻能在富磷时吸收和储存足够使用数天 的磷【2 4 1 。蓝藻的氮磷营养限制，往往要用生物学评价( b i o a s s a y ) 的方法来确定 【州。 尤其应该指出的是，限制因子原理局限于“稳定状态”条件，藻型富营养化浅 水湖泊缺乏生活史长、稳定性高的生物种群，以藻类为绝对优势种群的富营养化 湖泊生态系统结构不稳定、功能单一，对包括营养盐在内的环境因子波动缓冲能 力弱，因而藻型富营养化浅水湖泊往往处于“非稳定状态”，简单地运用限制因子 原理，刻意寻找限制因子，往往难以奏效 2 5 1 。限制因子原理还应包括最小因子定 律和耐受限定律，即每一种生物对每一个环境因子都有一个耐受范围，即生态幅 ( a m p l i t u d e ) ，当某一环境因子处于最适区时，物种对其他因子的耐受限将会增 大，因此。这时因子量值的变化对生物种群的影响往往不很明显。加之因子替代 作用和因子补偿作用，对复杂的湖泊生态系统中的藻类种群丽言，仅仅控制了个 别营养盐的浓度，往往难以有效控制其种群密度【2 6 j 。t i l m a n 等甚至建议，不要 说某湖泊是“磷限制”或“氮限制”，而应认识到，一种营养盐所限制的是个别藻类， 而不是湖泊及其所有藻类【2 ”。业已证明，在营养盐负荷超过某水平时，其他因 子而不是营养盐可能成为制约藻类的重要因子口5 1 ，如海洋中的铁元素【2 甜。 1 3 4 有机物与湖泊富营养化 本文所选有机物指标包括：溶解氧( d o ) ，五日生化需氧量( b o d 5 ) 和高 锰酸盐指数( c o d m 。) 。这三个指标与湖泊富营养化的关系如何呢? 湖水中的有机物耗氧分解时，会消耗水中的d o ，使水质恶化。水中的d o 除受到气温的影响外，还受到浮游植物的影响，水中浮游植物光合作用产氧，能 增加水中的d o ，因而有机物含量高的湖泊，水中d o 浓度高，特别是过饱和时， 指示水体浮游植物繁盛，富营养化程度高。 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 第l 章前言 b o d s 是指在好气条件下，微生物分解水体中有机物质的生物化学过程以及 氧化无机物质( 如硫化物、亚铁等) 所需要的d o 的量。它间接地反映湖泊水中 可生化降解的有机物含量，进而可以了解水体被此类有机物质及无机还原物污染 的程度，因而在湖泊富营养化研究中，具有重要意义。 c o d m 。是指在一定条件下，以k m n 0 4 为氧化剂与水样进行氧化还原反应所 消耗的量，以氧的m r d l 表示。c o d m 是表示水体中有机物含量的指标之一。 1 9 8 8 年对2 4 个湖泊的调查表明( 金相灿，刘鸿亮等，1 9 9 0 ) ，c o d m 。和b o d 5 与c h l a 呈现显著的相关关系：c o d m n 与c h l a 的相关系数r = o 8 3 ；b o d 5 与c h l a 的相关系数r = 0 7 9 。 由以上分析可知，选取这三个有机物指标对监测湖泊富营养化意义较大。 1 4 城市湖泊富营养化研究动态 城市湖泊是指位于一些大中城市市区或近郊的小型湖泊，湖岸大多经过人工 整治，岸线较为整齐，水位受人工调控，基本上丧失了湖泊的自我调节功能。湖 泊水源除了来自湖泊流域地区的地表径流和湖面降水的补给以外，大部分来自城 市工业废水和生活污水，导致湖底所积蓄的淤泥较厚，底质中有机质、氮、磷等 营养物质十分丰富【。 据研究，在相同的外界环境条件下，有些生态系统可能出现两种或多种不同 的稳定状态，这就是多稳态现象( m u l t i p l es t a b l es t a t e s ) 2 9 1 。m o s s 等 3 0 , 3 1 , 3 2 3 3 ，3 4 ，3 5 ，3 6 】 通过在地处北温带的英格兰东部的富营养浅湖群n o r f o l kb r o a d s 中所作的研究， 提出了浅水湖泊具有水生大型植物和浮游植物占优势的两种稳定状态的假说( 我 国一般称之为草型和藻型) ，一旦处于某种状态，就具有一系列的反馈机制，维 持这种状态的稳定【3 7 】。我国城市湖泊水生植物以浮游藻类为主【6 1 ，属于藻型富营 养化。 城市湖泊是城市生态系统的一个重要组成部分【3 8 】。但随着城市化进程的加 快，打破了城市原有生态系统的平衡，同时也对城市湖泊诱发出多种潜在威胁睁w 。 由于大量富含氮、磷等营养物质的城市污水进入湖泊水体，导致湖水中藻类等浮 游植物过量繁殖，致使城市湖泊富营养化问题日益突出。据我国主要湖泊水库富 营养化程度评价的结果表明，在1 6 个富营养型湖泊中，有1 3 个属于城市湖泊【”， 如杭州西湖6 ，4 0 ，4 ”、武汉东湖4 2 4 3 1 、南京玄武湖【6 1 、北京四海 4 4 1 等城市湖泊的水 质均己达到富营养化和重富营养化程度1 4 5 i 。国家环境保护总局2 0 0 3 年6 月5 日 公布的2 0 0 2 年中国环境状况公报表明，2 0 0 2 年，我国城市内湖除北京昆明湖水 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 6 第1 章前言 质达到类之外，杭州西湖、武汉东湖和济南大明湖水质均为劣v 类【4 6 】。城市湖 泊的价值主要体现于旅游、娱乐和美学方面，以及在改善城市生态环境中的作用， 如杭卅f 西湖、武汉东湖、北京市的昆明湖等，已建成国内外著名的风景游览胜地 【6 j 。城市湖泊由于地处城区，受人类活动的强烈影响，被街区包围，大量城市废 水入湖，造成水体严重富营养化，其特征表现为1 4 7 ：总氮和总磷浓度异常高，透 明度很低，水体叶绿素a 极高。这类湖泊大多已处于富营养化状态，严重降低了 湖泊价值，迫切需要治理。 1 5 研究对象的概况 东山湖和荔湾湖都是广卅i 市公园内小型浅水人工湖泊。东山湖位于广州市东 山区西南部，平均水深1 9 5m ，面积0 2 0k n 1 2 ，容积6 2 4 0 万m 3 。荔湾湖位于 广州市荔湾区西南部，平均水深1 5 5n l ，面积0 1 4k m 2 ，容积2 1 7 0 万m 3 6 1 。 湖区气候类型：这两个湖均地处广州市区，属亚热带季风气候，多雨、湿润， 年平均气温2 2 5 ，1 月最低气温4 o9 c ，6 月最高气温3 6 6 ，年平均降雨量 1 4 9 9 m m ，蒸发量1 2 7 6 m m ，日照1 8 9 5 2 h ，年太阳总辐射4 2 7 4 2 4c a t c m 2 ，净辐 射为1 9 6 1 6 7c a l c m ：z ( 2 0 0 0 年的资料) 。 1 。6 研究内容、目的和意义 1 6 1 研究内容 研究内容主要包括以下几点： 1 东山湖和荔湾湖( 简称两湖) 水质指标的监测、分析和评价 2 两湖水生生物指标的监测、分析和评价： 3 两湖富营养化现状评价； 4 两湖和城市湖泊杭州西湖的比较； 5 两湖富营养化的原因分析； 6 两湖富营养化防治措施探讨。 1 6 2 研究目的 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 7 第1 章前言 研究目的主要包括： 1 了解两湖2 0 0 3 年的水质情况； 2 了解两湖2 0 0 3 年水生生物情况； 3 恰当评价两湖2 0 0 3 年的富营养化状况； 4 通过对现状和原因的分析，提出合适的防治富营养化的措施。 1 6 3 研究意义 水是生命之源，是人类生存和可持续发展的基础，也是城市的命脉。城市水 环境不仅是人们生存、居住的外部环境的重要组成部分，而且是城市可持续发展 的支柱【4 羽。作为城市水环境重要组成部分的城市湖泊，不仅是当地市民休闲游玩 的首选地，而且具有独特的生态功能，是城市生态系统的一个重要组成部分，被 称为“城市之肾”。但是，一方面，我国城市湖泊污染严重，很多城市湖泊处于富 营养化或异常富营养化状态，水质堪忧：另一方面，随着城市开发进程的加快， 湖泊被侵占的现象屡屡发生，特别是房地产开发中的填湖建房现象严重，造成城 市湖泊面积锐减i 删。这些都严重损害了城市的天然自净能力，影响了市民的生活 质量。因此，在城市开发中加强对城市湖泊的保护刻不容缓。 本文研究广州市两个典型的城市湖泊：东山湖和荔湾湖的富营养化现状，并 力求提出有效可行的防治措施，意义如下 ( 1 ) 正确判断这两个城市湖泊近期的水质； ( 2 ) 为改善广州市的城市水环境状况提供参考： ( 3 ) 为提高广州市居民的休闲游玩环境提供科学依据； ( 4 ) 为改善同类型的小型城市湖泊的水质提供参考； ( 5 ) 为合理发挥城市湖泊的“城市之肾”功能提供方法参考。 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措旋探讨 第2 章实验方法与分析评价标准 第2 章实验方法与分析评价标准 2 1 研究范围、采样布设及频次 以东山湖和荔湾湖的湖区为研究范围，按照环境监测技术规范的要求口o 】，每 个湖确定6 个代表性的采样点( 如图2 1 和图2 - 2 所示) 。 图2 一l 东山湖采样图 r i g 2 - 1s a m p l i n gp o i n t so f d o n g s h a n l a u l a k e 图2 - 2 荔湾湖采样图 f i g 2 - 2s a m p l i n gp o i n t so f l i w a r d a u l a k e 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 9 第2 章实验方法与分析评价标准 水质采样分析为2 0 0 3 年3 月到2 0 0 3 年7 月，每月采样一次，共采五次样。 水生生物采样分析为2 0 0 3 年3 月到2 0 0 3 年1 0 月，每月采样一次，共采7 次样 ( 2 0 0 3 年8 月未采样) 。2 0 0 3 年3 月到7 月时，水质分析和生物分析同步取样， 以便进行资料的分析比较。 采样深度的确定：在水中，光线作为生态学的因子是有明显效果的。m a u c h a ( 1 9 3 7 ，1 9 4 2 ) 曾计算过，在地球上任何一处的水表面的光强度，对藻类的同化 作用是足够用的，因此水表面的光线，对于藻类的出现不是一个限制的因素。只 要有实际光照的一小部分，就足够藻类进行适度的光合作用1 8 。还有研究表明， 白天靠近水面的日照强度对藻类有抑制作用【l3 1 。由于这个原因，许多浮游藻类， 其发生的适宜条件不是在水的表面，而是在一定的深度中【8 l 。由于东山湖和荔湾 湖的平均水深都在3 m 以内，属于浅水湖泊，湖水一年四季不发生分层现象，故 可采表层( o 5 m ) 水样来近似代表全湖水层藻样的状况【l ”。 2 2 参数选择与测定方法 2 2 1 参数的选择 2 2 1 1 所选参数的类型 浅水湖泊生态系统存在：清水状态、大型植物占主导和浑浊的浮游植物占主 导这三种状态，而物理的、化学的和生物的因子决定了这三种状态之间的转换【5 ”。 在东山湖和荔湾湖的监测中，也应包含物理、化学和生物因子。 湖泊水体特征调查是湖泊富营养化调查的核心内容，也是制定湖泊富营养化 控制方案的核心资料。湖泊水体特征调查一般应包括1 47 j ：1 水质调查：a 水质指 标：必测项目( t n 、n h 3 - n 、t p 、p 0 4 3 - _ p 、d o 、c o d 、b o d 5 、p h 值) ；b 物理 指标：气温、水温、透明度、水色；2 水生生物调查：a 初级生产力调查( 叶绿 素a ) ；b 生态调查( 浮游植物) ；3 底质调查，包括t k n ( 凯氏氮) 、t p 与有机 质。由于受资金及人手的限制，本文重点进行水质调查和水生生物调查，调查的 项目包括： 1 形态氮因子：总氮( t n ) 、氨氮( n h 3 - n ) 、硝氮( n 0 3 - n ) 、亚硝氮( n 0 2 。- n ) ： 2 形态磷因子：总磷( t p ) 、可溶性磷酸盐( p 0 4 - p ) ； 3 有机物指标：溶解氧( d o ) 、五日生化需氧量( b o d 5 ) 、高锰酸盐指数 廖秀瓶广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措旖探讨 1 0 第2 章实验方法与分析评价标准 ( c o d m n ) ； 4 其他水质指标：透明度( s d ) 、水温、气温、p h 值 5 水生生物指标：叶绿素a ( c h l a ) 、藻类群落结构。 2 2 1 2 选择参数的原因 氮磷是研究湖泊水库富营养化最重要的元素【l i 】。除某些固氮蓝藻外，水生植 物只能利用以下三种形式的氮：氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮【1 3 l ，因而选择t n ， n h 3 - n ，n 0 3 - n 和n 0 2 - n 。 磷常为湖泊生产力的第一限制性营养元素，而浮游植物所能直接利用的磷的 形式是无机态的正磷酸盐，因而选择t p 和p 0 4 3 - _ p 。 溶解氧、五日生化需氧量和高锰酸盐指数是反映湖泊水体系统中氧变化和氧 平衡的主要指标，也是表征水体中耗氧性污染物数量的综合指标【1 1 l 。因而选择 d o ，b o d 5 和c o d m 。 光是湖泊初级生产力的主要能源。透明度就是用来了解光沿水体深度分布情 况的指标1 1 1 1 。 温度是控制因子，在生物代谢中虽不参加其反应，但可影响其强度。水温一 方面可通过控制光合作用的酶促反应和呼吸作用强度，直接影响浮游植物的毛生 产或净生产过程：另一方面，水温可通过控制水体中的各类营养物( 如无机盐、 二氧化碳、有机物等) 的溶解度、离解度或分解率等理化过程间接影响浮游植物 的生产力 4 1 。另外，水的p h 值，以及微生物活动情况等，均受到温度的影响【1 1 】。 在自然水体中，气温是决定湖泊溶解氧饱和度的一个关键因子，但对于富营 养化的水体而言，溶解氧还受到藻类光合作用的影响。 天然水的p h 值一般在6 5 到8 5 之间。受废水污染的湖泊水，因废水酸碱 含量不同，其p h 值会有较大的变化。在生长季节，由于湖泊水体中的浮游植物 在其光合作用过程中吸附水中的碳酸盐，可使水体的p h 值上升到8 和9 以上， 因此，p h 值是个了解藻类生长活动大小的极好指标，是最重要和最常用的湖 泊水质指标之一1 1 1 。因而选择s d 、水温、气温和p h 值。 藻类植物具有色素，能进行光合作用。因此，浮游植物色素的测定可作为生 物量的重要指标【5 2 】，叶绿素与湖泊的氮磷浓度有较好的相关性。单位浮游植物中 的叶绿素量可阻显示各季节、各湖泊的浮游生物中藻类种类的变化。从叶绿素a 含量的测定确定藻类生物量的大小，叶绿素含量是水体中浮游植物生物量的综合 指标。因此，为了确定不同功能水体的水质标准，可用叶绿素a 作为衡量浮游植 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 第2 章实验方法与分析评价标准 物生物量的一项指标。水生生物学家也普遍采纳叶绿素a 作为淡水与海水藻类生 物量的指示物岱3 1 。因此选择c h l a 。 水生生物调查是湖泊富营养化调查中的一个主要内容。在研究湖泊富营养化 与水生生物的关系中，水生生物的种群组成、密度变动、生物量、群落结构与功 能均是监测湖泊富营养化状况的重要指槲】。因而作藻类群落结构分析。 2 2 2 参数的测定方法 水质调查参数和水生生物调查参数的测定方法见表2 1 。 表2 - 1 参数测定方法 t a b l e2 - 1 a n a l y z i n gm e t h o d so f p a r a m e t e r s 序号项目分析方法 检出限( m g l )方法来源 lt n 过硫酸钾消解法 0 0 5 4 2 n ”r 1 3 - n纳氏比色法 o 0 5 2 3 n 0 3 乞n酚二磺酸分光光度法 0 0 2 2 4 n 0 2 ：n( n - 1 萘基) 乙烯二 o 0 0 5 o ，l湖泊富营养化调查规范 胺比色法 第二版【l o q 5t p 过硫酸钾消解法 o o l 6 p 0 2 - p铝锑抗比色法 0 0 1 , - , 0 6 7d o碘量法o 2 十水和废水监测分析方法妒0 7 】 8 b o d s稀释与接种法2 “0 0 0 9 c o d m 酸性高锰酸钾法 0 5 5 1 0s d黑白盘法 1 1 水温水银温度计法6 + 4 l 湖泊富营养化调查规范 1 2气温水银温度计法 第二版 1 3 p h 值精密p h 试纸 1 1 4 + + 1 4c h l a分光光度法i s 0 1 0 2 6 0 1 0 8 l 1 5 藻类群落浓缩镜检计数 湖泊富营养化调查规范 结构第二版 ：检出下限 “：无量纲 2 3 分析评价标准 2 3 1 水质评价标准 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措施探讨 第2 章实验方法与分析评价标准 2 3 1 1 国标的评价标准 我国目前尚未有专门的湖泊水质标准。国家g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地表水环境质量 标准中提到：本标准适用于中华人民共和国领域内江河、湖泊等具有使用功能 的水体。按照该标准的水域功能和标准分类：类主要适用于一般工业用水区及 人体非直接接触的娱乐用水区，东山湖和荔湾湖均为景观湖泊，是人体非直接接 触的娱乐水体，因而适用于g b 3 8 3 8 2 0 0 2 的类评价标准。另外一些项目参照 g h z b l - 1 9 9 9 地表水环境质量标准类。 表2 - 2 湖泊水质评价标准( i v 类) ( r a g l ) t a b l e2 - 2e v a l u a t i o ns t a n d a r d sf o rl a k ew a t e rq u a l i t y ( c l si v ) ( m g l ) 项目 t n n h r n n 0 1 - n * n 0 2 - n t p p 0 4 3 - _ p + 标准值1 51 52 0 1 o0 10 0 0 5 项目d oc o d b o d s c h l p g 几) +s d ( m ) +p h 标准值3 1 063 01 56 9 注：+ 表示出自g h z b l 1 9 9 9 ； + + 美国e p a 建议p 0 4 3 - p 浓度0 0 0 5 m g l 是湖泊磷浓度的上限。 g b 3 8 3 8 2 0 0 2 中还提到，针对特定的水体，要按照水域功能类别选取相应的 类别标准，进行单因子评价，评价结果应说明水质达标情况，超标的应说明超标 项目和超标倍数。 2 3 1 2 湖泊营养状况与氮浓度的关系标准 无机氮= ( n h 3 n ) + ( n 0 3 - - n ) + ( n 0 2 。- n ) ，有机氮= 总氮无机氮5 4 1 。近 几十年来，很多人致力于淡水中氮浓度对藻类生产力制约重要性的研究，曾得出 了无机氮和有机氮浓度与藻类生产力之间的正相关关系【6 】，如表2 3 所示。 表2 - 3 湖泊营养状况与湖水中氮浓度间的相关关系 t a b l e2 - 3 r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt r o p h i e s t a t u sa n d n i t r o g e ni nl a k e 湖泊营养状况无机氮( r a g l )有机氮( m g l ) 极贫营养 1 2 + ( v o l l e n w e i d e r 修正，o e c d 报告n o d a s c s i6 8 2 7 ) 廖秀丽广州市两公园湖泊富营养化现状调查及防治措掩探讨 第2 章实验方法与分析评价标准 2 3 2 生物评价标准 2 3 2 1 0 e c d 湖泊营养状态的c h l a 划分标准 参照o e c d 湖泊营养状态的c h l a 划分标准，以 7 8 g l 为重富营养型， 1 l 7 8 9 9 l 为富营养型，3 1 l p g l 为中营养型， 5 ，清洁；4 d 5 ，轻微污染；3 d 4 ，中等污染；d 3 ，重污染 5 引。 2 3 3 2o e c d 结合优势种法 参照o e c d 中提到的总氨、总磷、叶绿素a 和透明度指标，再结合s e i r g e n s e w 提出的的湖泊营养状态划分标准中的优势种指标n i ，得到下面这个评价标准。 表2 4o e c d 结合优势种的湖泊富营养化评价标准