崇明島河網水系營養(yǎng)狀態(tài)分析與富營養(yǎng)化評價

陳 松，姜德剛

（1．上海市崇明縣水利排灌（河道）管理所，202150，崇明；2．同濟大學環(huán)境科學與工程學院，200092，上海）

崇明島位于長江河口，三面環(huán)江，一面瀕海,是我國第三大島,也是世界上最大的沖積洲島。密集的河網水系是崇明島五大特色生態(tài)景觀之一，在整個島域的生態(tài)建設中發(fā)揮著獨特的作用和服務功能。全島的調水和引排水主要由涵閘控制，形成了獨特的河網型水系。崇明島河網水質狀況受長江和海水的雙重影響，近年島內經濟和旅游業(yè)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化速度加快，大量的生活污水、城鎮(zhèn)廢水和農業(yè)面源污染致使入河污染源增大。加上水動力不足，大量的外源和內源污染物在水體中不斷積累，河道富營養(yǎng)化程度呈不斷加劇的趨勢。目前國內已針對長江流域水系的營養(yǎng)狀態(tài)展開大量研究。但對位于長江河口的崇明島水系營養(yǎng)狀態(tài)的系統(tǒng)研究比較少。因此本文選取典型營養(yǎng)狀態(tài)表征因子葉綠素 （Chl-a）、總磷（TP）、總氮 （TN）、高 錳酸鹽指數（CODMn）和透明度（SD），并結合綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數全面評價崇明島河網水系營養(yǎng)狀態(tài)和富營養(yǎng)化程度。

一、實驗方法

崇明島河網由南橫引河與北橫引河貫通而成的環(huán)島運河與其他豎河構成復雜的平原河網。于2009年8月和12月，對崇明島2條市級河道（南橫引河和北橫引河）和6條縣級河道（鴿籠港、老滧港、新河港、堡鎮(zhèn)港、四滧港和八滧港）以及崇西水閘（作為崇明水質的背景值）中共57個監(jiān)測點進行分析。透明度采用塞氏盤法，總氮和總磷通過QuAAtro連續(xù)流動化學分析儀測定，高錳酸鹽指數采用《水和廢水監(jiān)測方法規(guī)定》中標準方法測定；葉綠素濃度通過Phyto-PAM浮游植物熒光儀進行測定。

水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)主要取決于各環(huán)境因子的綜合作用，如營養(yǎng)鹽、有機物和透明度等。因此本文采用了Aizaki修正的綜合營養(yǎng)指數來評價崇明島河道富營養(yǎng)化程度。其計算公式為：式中，TSIM（Σ）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數，TSIM（j）為第j種因子的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數，Wj為第j種因子綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數的權重。崇明各河道營養(yǎng)狀態(tài)表征因子特征見表1。

表1 2009年8月和12月崇明各河道營養(yǎng)狀態(tài)表征因子特征

二、結果與討論

從表1可以看出，除CODMn外，Chl-a、TP、TN和SD都表現出了明顯的季節(jié)性差異。

對崇明河道各環(huán)境因子采用系統(tǒng)聚類分析。聚類分析的原則是同一類個體具有較大的相似性，不同類個體間差異較大。如圖1所示，當聚類距離都為10時，8月被分為4類。崇西水閘單獨為一類，水質狀況良好。鴿籠港和老滧港被劃為一類，具有較高的Chl-a、TP和CODMn含量。這兩條河道位于崇明中部，所在區(qū)域人口密集，城鎮(zhèn)化程度較高。八滧港為一類，水體中 Chl-a、TP、CODMn最高，但SD最低。八滧港位于崇明東部，河道受面源污染嚴重，水質較差。其他河道為一類，水體中Chl-a、TP和CODMn含量相對較低。因此8月崇明島河道水質與該地區(qū)農業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化程度密切相關。聚類距離同樣為10時，12月則被分為兩類。鴿籠港、老滧港與臨近的新河港為一類，CODMn明顯高于其他河道。其他河道與崇西水閘為一類，CODMn相對較低。說明12月崇明島河道水質可能與長江客水和城鎮(zhèn)化程度相關。

浮游藻類的生長是富營養(yǎng)化的關鍵過程。大量的事實表明N和P是限制水生植物生產量的最主要元素，是影響藻類初級生產力的主要營養(yǎng)鹽，也是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的重要因素。因此TN和TP經常被作為一項關鍵因子用來評價營養(yǎng)鹽對藻類的限制水平和水體富營養(yǎng)化的影響。Redfield比例（N/P為16）被認為是浮游植物健康生長的營養(yǎng)元素比例。由圖2可知，崇明島內各級河道的TN和TP范圍為11.9～79.7，其中8月明顯低于12月。崇明河道除了8月的鴿籠港、老滧港和八滧港外，TN和TP均高于16。較高的TN和TP說明P可能是崇明島大部分河道中浮游藻類生長的限制因子。對各因子進行相關性分析發(fā)現，只有TP與Chl-a含量有顯著正相關（R=0.68，P＜0.01），如圖3所示。這證實了P對崇明河道富營養(yǎng)化有重要貢獻。TP較高的鴿籠港、老滧港和八滧港的Chl-a含量明顯高于其他河道，也說明了對P的控制可能是改善崇明島富營養(yǎng)化現狀的關鍵。

圖4為8月和12月崇明河道的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數評價結果。除新河港外，8月河道的TSIM要高于12月。當TSIM大于53時，可以認為水體已處于富營養(yǎng)狀態(tài)。崇明水體的營養(yǎng)狀態(tài)保持在一個較高的水平。8月TSIM變化范圍為56.5～65.8。所有河道TSIM均超過53，八滧港和鴿籠港顯著高于其他河道。與8月相比，12月各河道的TSIM略低，變化范圍為 50.5～58.3。但除南橫引河和堡鎮(zhèn)港外，其他河道也呈富營養(yǎng)狀態(tài),反映出目前崇明大部分河道已發(fā)生了明顯的富營養(yǎng)化現象。崇西水閘水質在8月和12月均為中營養(yǎng)狀態(tài)，因此島內營養(yǎng)物質的輸入是引起水體富營養(yǎng)化的主要原因。

對市級河道而言，長江客水主要從位于西部的崇西水閘進入，因此西部市級河道水質相對較好，營養(yǎng)鹽濃度較低。與市級河道相比，縣級河道水容量不及市級河道，納污能力相對較弱，因此縣級河道的TSIM高于市級河道。

三、對策措施

綜上所述，目前崇明島河道水質營養(yǎng)水平較高，且大部分已發(fā)生富營養(yǎng)化。河道營養(yǎng)物質的來源主要與城鎮(zhèn)、農村污水以及農業(yè)化肥的施加有關，所以應以流域為重點，加大力度監(jiān)測富營養(yǎng)化發(fā)生河段污染物的外源輸入特征和影響因素，掌握各河道的污染狀況和變化趨勢，為制定防治技術和手段提供基礎數據。應結合不同地區(qū)的特點采取各種措施應對。

①加大引清調水的科學管理。水文因子及水動力學特性與水生態(tài)系統(tǒng)中各生態(tài)因子的變動密切相關。如排水的時間，排水方式、排水速度和水位變動、水滯留時間、水交換率等都會改變水體結構、生態(tài)因子的變化、物質和能量循環(huán)改變，從而引起水質的改變。所以應根據生態(tài)學、水力學、水文學的相關原理，建立計算機調度控制模型，科學調度水資源。崇明作為上海一個獨立控制的水利片區(qū)，要進一步充分利用海島內已初步形成的南引北排、西引東排的獨特的水利條件，加強科學調度的研究、加大科學調水的力度，特別是適時增加夏季的換水頻率和時間，防止藻類的暴發(fā)。

②加大節(jié)水灌溉技術和生態(tài)農業(yè)技術的推廣。主要是在面源污染治理上，要通過節(jié)水灌溉技術的全面運用來實現少用水少污染；要通過有機農業(yè)、精準農業(yè)的技術推廣，鼓勵農民采用科學合理的施肥技術，應用合理的耕作制度，改善化肥施用結構，增加化肥尤其是磷肥的利用效率，實現種植業(yè)清潔生產；要通過畜禽綜合整治、標準化精養(yǎng)魚塘的技術推廣來實現畜禽養(yǎng)殖控制和生態(tài)化水產養(yǎng)殖污染控制。

③加快城鎮(zhèn)污水處理廠和污水收集處理系統(tǒng)的建設。在崇明島中部城鎮(zhèn)集中區(qū)建設和完善污水收集處理與河道污染防控系統(tǒng)，對進入河道的各種污水進行有效的管理，在城鎮(zhèn)集中區(qū)努力控制城鎮(zhèn)生產生活污水的無序排放。

④加快河道綜合整治進程，增強全民環(huán)保意識。在北部農業(yè)發(fā)達地區(qū)的河道兩側建造生態(tài)護岸、防洪渠和緩沖帶以降低侵蝕和徑流帶來的營養(yǎng)物質的流失所造成的面源污染。同時要進一步完善河道的長效管理機制，要加大環(huán)保宣傳力度，提高全民對水環(huán)境保護重要性的認識。

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