水体富营养化.doc

洞庭湖水体富营养化评价摘要：为了准确评价洞庭湖所处的营养状态，进而为湖泊富营养的防治提供科学依据，以2002年洞庭湖监测数据为依据，在对各评价指标进行评价分析的基础上，选择了比较适合洞庭湖富营养状态评价的指标体系，得出了洞庭湖目前处于中营养状态，并进行了初步分析论证。分析了洞庭湖水体中氮、磷分布情况，采用指数评价法和浮游植物评价法划分了洞庭湖的营养类型，阐述了总磷与洞庭湖富营养化的关系，提出了减少总磷和防止湖泊富营养化的对策。关键词：洞庭湖 富营养化 评价指标 富营养化的含义是指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中营养物质(一般指氮和磷的化合物)过量从而引起水体植物(如藻类及大型植物)的大量生长。其结果是引起水质恶化、味觉和嗅觉变坏、溶解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、死鱼、阻塞航道，对人和动物产生毒性。富营养化是水体由生产力较低的贫营养状态向生产力较高的富营养状态变化的I种自然现象，为了准确评价湖泊所处的营养状态，进而为湖泊富营养化的防治提供科学依据，国内一些研究者先后提出了模糊数学评价、灰色关联评价、神经网络评价等多种评价方法，在湖泊富营养化评价的应用中均取得了较好的效果。但由于影响湖泊富营养化的环境因子众多，难以根据环境因子的监测数据建立确定性的富营养化评价模型，而且相邻两个评价等级之间的界限是不明确的，评价因子在综合评价中应占多大权重也是不明确的，导致富营养化评价方法具有很强的不确定性。到目前为止，洞庭湖富营养化有2种评价指标体系，并得出中营养与中富营养2种不同的结论，大多学者认同目前洞庭湖富营养化水平处在中营养状态，但对于评价指标体系未进行深入讨论。为此本文就洞庭湖富营养化评价指标结合水动力条件进行分析讨论，提出比较切合实际的评价指标体系，为洞庭湖富营养化的防治提供科学依据。湖泊富营养化是对湖泊过量营养盐输入的生物响应，湖泊生物量的增加将导致水体功能受损。1评价指标与分析1评价指标与分析 洞庭湖富营养化2种评价指标概括起来包括SD、SS、CODMn、TN、TP、ChIa、浮游藻类。以2002年洞庭湖水质实测数据进行统计分析。1.1 SD与SS 2002年洞庭湖水质透明度在0.05 m -1.80 m之间，全湖平均透明度为0.49 m，全湖透明度最高值出现在枯水期、最低值出现在丰水期。悬浮物含量在10.0mg/L-1 200 mg/L，最高值与最低值出现期正好与SD相反。经相关系数统计分析SD与SS的正相关系数达0.95，表明SD主要受水体中泥沙的影响，并非自养性生物(主要是藻类)大量繁殖所致。1.2高锰酸盐指数(CODMn) 高锰酸盐指数常被称为水体受还原性有机(和无机)物质污染程度的综合指标，洞庭湖COD含量在1.20 mg/L-5.91 mg/L之间，全湖平均值2.47 mg/L。全湖中，东洞庭湖水质CODMn年平均含量最高3.16 mg/L，南咀次之为3.03 mg/L;沅水坡头最低为1.70 mg/L)这主要与流域污染源分布有关。1.3营养盐不同类型和功能的湖泊及其湖周社会经济发展差异，富营养化原因及程度就有所不同，但N,P营养盐是造成湖泊富营养化的必要条件。2002年全湖TN含量在0.455mg/L-2.534mg/L之间，年平均1.19 mg/L,各水系中，TN含量以湘江水系最高，年平均1.52 mg/L，东洞庭湖次之为1.42 mg/L，其它水系含量在0.9mg/L左右。全湖TP含量在0.05 mg/L-0.24 mg/L之间，年平均0.08 mg/L，各水系中，西洞庭湖含量最高，年平均0.16 mg/L，南洞庭湖次之，为0.13 mg/L，再其次是东洞庭湖，为0.093 mg/L，湘江河道、沉水河道较低，分别为0.07 mg/L.,0.05 mg/L湘江河道TN含量高的原因主要受到上游排N污染源的影响，而其它水系TN,TP含量差异的原因，是外周面源污染、水土营养盐流失程度差异所致。1.4 Chal与浮游植物 叶绿素是植物光合作用中的重要光合色素，能反映水体的初级生产力储况。2002年全湖Chal在0.27 mg/m36.28 mg/m3之间，年平均1.07 mg/m3，各水系中，以松澄河道南咀最高年平均2.88 mg/m3,湘江河道虞公庙最低年平均0.37 mg/m3. 浮游植物共检出7门35属，生物量在78 812-1 379 02s个/L之间，其中松澄河道南咀最高，沉水坡头最低。全湖优势种以隐藻纲、硅藻纲和绿藻纲为主，优属种属为隐藻、舟形藻、星杆藻、栅列藻。各水系Chal与浮游植物生物量的差异，与水动力学条件，特别是流量、流速、泥沙含量以及N,P营养含量有关。2.监测时间和地点的选择 根据洞庭湖环境地理位置及水文、水动力学条件的差异，共选11个监测断面。各监测断面水质监测期分别为枯水期(1月)、平水期(5月)和丰水期(9月)，样品现场固定后，运回实验室，按国家环保局水和废水监测分析方法进行测定。2结果与讨论2. 1洞庭湖的氮、磷分布及比值 总氮( TN)、总磷( TP)是水域营养状态评价的主要指标，高含量总氮、总磷的存在是水域富营养化产生的必要条件。洞庭湖水体中总氮、总磷的含量大多超过国家地面水环境质量标准中的II类标准，已达到富营养化的浓度水平。就年均浓度而言，总氮在洞庭湖水中存在明显的区域性特征，即各入湖河道控制区的浓度最高，然后随入湖距离的延伸而呈现出浓度递减趋势，说明水系上游的氮流失是洞庭湖氮污染的来源之一。洞庭湖水中总氮的季节性变化，其枯水期浓度为1. 94 mg/ L，平水期浓度为1. 21 mg/ L，丰水期浓度为0. 86 mg/ L，表明总氮含量与湖泊蓄水量大小呈负相关关系。 总磷在洞庭湖水中的分布较均匀，全湖各测点浓度虽有差异，但数值不大，全湖平均值为0. 13 mg/ L，其季节性变化，浓度(平均值)一般是丰水期大于平水期，平水期大于枯水期。一般营养盐浓度N/P 7时，磷是潜在的限制性营养盐。洞庭湖各监测断面N/ P浓度比值范围在7. 822. 1之间，全湖平均值为9. 9。因此，全湖各监测断面均为磷限制因子。2. 2洞庭湖营养状态评价 湖泊生态系统是一个复杂的多元系统，变量因素很多。营养概念又是一个多维概念，它包括营养物质负荷、营养盐浓度、初级生产力、动植物定性与定量和湖泊形态特征等，因此营养状态绝非孤立地测定1,2个参数就能确定。湖泊营养状态反映水体富营养化程度，是划分湖泊类型的依据。目前，评价湖泊营养化状态的方法。较多，各国学者针对具体湖泊进行研究，提出的标准也不尽相同，本文采用指数评价法和浮游植物评价法划分洞庭湖的营养类型。2. 2. 1指数法评价 洞庭湖各区域年均营养监测指标资料示于表1，可以看出，洞庭湖水中叶绿素a( Chla)含量低，透明度(SD)由于受泥沙的影响也很低。 表1洞庭湖各区域的营养监测区域SD(m）CODMn（mg/L)BOD5(mg/L)TP(mg/L)TN(mg/L)Chla(mg/m3)西洞庭湖0.351.980.740.1901.111.38南洞庭湖0.372.250.740.0811.041.87东洞庭湖0.231.920.750.1041.301.60淞澧洪道0.202.370.870.1001.221.85用Carlson营养状态指数TSI对洞庭湖营养状态进行评价，结果表明，按照这种单项评价法，洞庭湖TP、 SD都达到了富营养化的指标(TSI 54) , CODMn达到了中营养(TSI 38 53)程度，而表明湖泊营养状态(生产力)的主要指标叶绿素却处于贫营养状态(TSI 37)。应当指出，由于洞庭湖特殊的水环境条件一水体动荡、水中泥沙含量高，直接影响到湖水透明度(SD)和总磷含量，故用Carlson指数评价洞庭湖的营养状态有其局限性，实地调查表明，洞庭湖没有发生“水华”现象。 利用中国杭州西湖环境质量研究提出的WL,I指数.对洞庭湖的营养状态进行综合评价，表明洞庭湖的营养状态为中营养型，其评价结果与洞庭湖的实际相符，洞庭湖浮游藻类主要是绿藻和硅藻也说明了这一点。2. 2. 2浮游植物评价 根据1996年监测结果，全湖共检出浮游藻类7门38属，浮游藻类的组成见表20含量高，直接影响到湖水透明度(SD)和总磷含量，故用Carlson指数评价洞庭湖的营养状态有其局限性，实地调查表明，洞庭湖没有发生“水华”现象。 利用中国杭州西湖环境质量研究提出的WLI指数.对洞庭湖的营养状态进行综合评价，表明洞庭湖的营养状态为中营养型，其评价结果与洞庭湖的实际相符，洞庭湖浮游藻类主要是绿藻和硅藻也说明了这一点。2. 2. 2浮游植物评价根据19%年监测结果，全湖共检出浮游藻类7门38属洞庭湖浮游藻类在组成上以绿藻、硅藻为主。 从浮游植物量来看，目前一般认为，小于3x105个/L为贫营养，3x105个/L到1x106为中营养，大于1x106个/L为富营养。对照此标准，洞庭湖营养化程度较低，所设各监测断面均为贫营养水平。 叶绿素a是评价湖泊营养状态的1个重要参数，对照有关湖泊富营养化程度的评价标准，可知洞庭湖属贫一中营养型。3总磷物理状态与湖泊富营养化的关系 洞庭湖的富营养化过程完全是外源性的，破坏或不适当改造湖泊环境的行为在洞庭湖流域均有发生，有些情况还十分严重。在湖泊富营养化的主要因子中，洞庭湖的营养因子和环境因子都已达到发生湖泊富营养化的最低浓度或条件。营养因子和环境因子都是湖泊富营养化发生及发展的外在条件，也即外因。湖泊富营养化的内因是湖泊的内在条件和因素，即湖泊的生态因子，这主要是指其本身的生态条件和水生生态系统的结构。洞庭湖属过水性湖泊，因而具有较强的自净能力和湖水的更新能力，如果没有这一特点，洞庭湖就会受到严重污染，并严重富营养化。 磷与湖泊初级生产力的关系，曾被许多湖泊学家仔细研究过，从而得出磷是湖泊生产力主要限制因子的结论。从我国对26个湖泊、水库富营养化的调查情况看，除极少数湖泊外，悬浮态磷在总磷中占主导地位，同时说明溶解态磷的浓度在一般情况下都是很低的。研究结果表明，洞庭湖水中悬浮态磷的比例很高，特别是在水中含有大量泥沙的丰水期，总磷浓度高达0. 1 mg/ L以上，并且悬浮态磷在总磷中占80%以上，每年入湖的大量泥沙是洞庭湖水中总磷的重要来源。同时，由于洞庭湖是过水性湖泊，随着泥沙的沉降或流失，悬浮态磷很快脱离水体并难以释放，才使洞庭湖水未达到富营养状态。因此可以说，影响洞庭湖水富营养化过程的各种因素中，除了洞庭湖特殊的水文生态条件外，总磷的物理状态分布起着很重要的作用，即由于在整个洞庭湖水体中悬浮态磷占主导，溶解态磷的浓度水平很低，仅0. 02 mg/ L左右，而作为被植物吸收的最主要形式的溶解性正磷酸盐浓度水平更低，仅0. 008 mg/ L，从而使整个洞庭湖的营养水平不高，仅为中营养状态。3.对策 调查结果表明，目前洞庭湖的水质状况较好，尚未达到富营养状态，但局部湖区存在不同程度的污染，如不加以控制，洞庭湖将面临湖泊萎缩、有机污染日益严重和湖泊富营养化等严重环境恶化的威胁。因此，湖泊水质保护规划、污染控制和防治工作应提到议事日程上来。3 1控制悬浮态磷 由于洞庭湖接纳大量未经处理的污水，其中包括相当数量的浮游固体，特别是流域流失的泥沙，携带大量磷污染物并悬浮在湖水中，造成总磷浓度相当高。因此，在湖泊富营养化控制中，应当首先考虑去除悬浮态磷，这样做的结果，势必会大大改善湖泊水质;何况去除的方法也比较简单、经济。3. 2防止和控制湖泊上游的水土流失 从洞庭湖总磷分布的特征可以看出总磷与悬浮物(主要是泥沙)关系密切，洞庭湖通过各入湖河道输入的泥沙量每年达1. 38亿耐，这是洞庭湖受到消亡威胁的大敌，也是造成洞庭湖水富营养物质的重要原因。因此，应该采取积极措施，增加湖泊流域的植被覆盖率，防止和控制流域水土流失和营养物质流失，以保护洞庭湖生态环境，控制其营养状态发展。3. 3加强环境综合治理减少和控制工业废水、生活污水对湖泊的污染，加强废水治理，推广无