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    滆湖水環(huán)境演變及其原因分析

    2013-09-03 10:17:38汪院生
    關(guān)鍵詞:富營(yíng)養(yǎng)化底泥藻類(lèi)

    汪院生

    (江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇蘇州 215128)

    滆湖地處北亞熱帶季風(fēng)區(qū),位于太湖上游,是蘇南地區(qū)第二大淡水湖,南接宜興,北通長(zhǎng)江,東瀕太湖,西連長(zhǎng)蕩湖,總面積 164km2,其中約 117km2在常州武進(jìn)轄區(qū)內(nèi)(其余在無(wú)錫宜興市)。湖面形態(tài)呈長(zhǎng)茄型,長(zhǎng) 22km,平均寬度7.2km,水深約1.1m,是武進(jìn)及環(huán)湖地區(qū)的重要飲用水水源和水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。

    近年來(lái),環(huán)滆湖地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,城市不斷擴(kuò)大。武進(jìn)區(qū)委、區(qū)政府順應(yīng)城市發(fā)展規(guī)律,作出了“挺進(jìn)西太湖(即滆湖),建設(shè)濱湖城”的重大戰(zhàn)略決策,積極推進(jìn)滆湖的整治保護(hù)開(kāi)發(fā)。根據(jù)國(guó)務(wù)院批復(fù)的《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》,滆湖作為太湖的上游,是治理的重中之重。新一輪《常州市城市總體規(guī)劃》把滆湖定位為“滆湖旅游休閑區(qū)”?!督K武進(jìn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)總體規(guī)劃》依托環(huán)滆湖地區(qū)保護(hù)開(kāi)發(fā),將建設(shè)融環(huán)保型工業(yè)、高檔住宅、休閑旅游為一體的多元化經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)。隨著滆湖北部周邊區(qū)域功能的轉(zhuǎn)變,定位的提高,滆湖水環(huán)境的研究也越來(lái)越重要。本文通過(guò)對(duì)滆湖水質(zhì)、水生態(tài)演變進(jìn)行分析,初步探索滆湖水環(huán)境存在的問(wèn)題及其原因。

    1 滆湖水質(zhì)變化及其現(xiàn)狀

    滆湖水質(zhì)污染是近年太湖西部污染的最主要原因之一。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,滆湖湖體水質(zhì)的演變經(jīng)歷了四個(gè)階段,水質(zhì)的污染指數(shù)平均每年上升10%左右,綜合水質(zhì)類(lèi)別由III類(lèi)變?yōu)榱覸類(lèi),水質(zhì)演變所需時(shí)間大大縮短,其中由III類(lèi)水質(zhì)下降為 IV類(lèi)水質(zhì),再由IV類(lèi)水質(zhì)下降為 V類(lèi)水質(zhì),分別用了 6年的時(shí)間,而由 V類(lèi)水質(zhì)下降為劣V類(lèi)水質(zhì)僅用了2年的時(shí)間。這表明滆湖水質(zhì)污染加重的趨勢(shì)越來(lái)越快,污染程度日益加劇,見(jiàn)表1。

    表1 滆湖水質(zhì)變化

    圖1 滆湖全湖總氮、總磷及總有機(jī)碳平均值歷史變化趨勢(shì)

    對(duì)滆湖近幾年各測(cè)站及全湖的水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明2004年81%的湖體處于劣V類(lèi),2005、2006年全湖均處于劣 V類(lèi)狀態(tài)。導(dǎo)致全湖均屬劣V類(lèi)主要是因?yàn)榭偟?、總磷、總有機(jī)碳超標(biāo)。對(duì)近 10年的滆湖全湖總氮、總磷及總有機(jī)碳平均值歷史變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:總氮、總磷及總有機(jī)碳的含量每年都在增加,并且總氮、總磷在 1994~2004年間增加的速度比較快,總有機(jī)碳在 2004~2006年間增加的速度較快,見(jiàn)圖1。滆湖水質(zhì)惡化不僅表現(xiàn)在湖體水質(zhì)理化參數(shù)濃度的增加,同時(shí)也體現(xiàn)在湖體底泥污染物濃度的增加。湖泊沉積物中的C/N比值在某種程度上可概略地反映出沉積物中有機(jī)物的種類(lèi)及來(lái)源。2006年11~12月選取了滆湖34個(gè)底泥樣點(diǎn),并對(duì)總磷(TP)、總氮(TN)、總有機(jī)質(zhì)(TOC)等參數(shù)利用Mapinfo 7.0和Surfer 7.0軟件,對(duì)全湖空間坐標(biāo)進(jìn)行Krigin的統(tǒng)計(jì)插值,作出等值線圖分析,見(jiàn)圖2。從圖2看出,滆湖底泥的C/N比均大于6,而較高的C/N比(14~30)代表湖泊的有機(jī)質(zhì)來(lái)自于外源的污染物輸入。這表明滆湖有機(jī)質(zhì)基本來(lái)自于外源河道的輸入和圍網(wǎng)養(yǎng)殖的飼料投加,而湖泊本身的生產(chǎn)提供的有機(jī)質(zhì)占據(jù)次要位置。同時(shí)對(duì)近 10年滆湖外部和內(nèi)部污染物來(lái)源進(jìn)行了綜合統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表2。結(jié)果表明,通過(guò)各主要來(lái)源進(jìn)入滆湖的氮磷污染物量分別為:5931.72 t/a和493.52t/a,其中入湖河道分別占氮磷總污染的68.36%和65.84%。

    圖2 滆湖底泥碳氮比空間等值線圖

    表2 滆湖氮、磷主要來(lái)源的污染物負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)

    2 滆湖水生態(tài)演變

    20世紀(jì)80年代以前,滆湖生態(tài)環(huán)境良好,水質(zhì)類(lèi)別達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn),水生動(dòng)植物資源十分豐富,湖中有魚(yú)類(lèi) 60余種,水生植被覆蓋率達(dá)90%以上,漁業(yè)生產(chǎn)力達(dá) 8000t/年以上,是江蘇境內(nèi)著名的水產(chǎn)品養(yǎng)殖基地。隨著滆湖周邊地區(qū)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口規(guī)模的增大,污染物入湖排放日益增多,滆湖生態(tài)狀況逐年惡化。到 21世紀(jì)滆湖水體質(zhì)量已降到Ⅳ類(lèi)以下,湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水面占74.6%,水草資源呈急劇減退趨勢(shì),水草區(qū)下降到僅占湖區(qū)面積的14.4%,其余湖區(qū)基本屬于藻類(lèi)占優(yōu)勢(shì)的無(wú)水草區(qū)。短短 10多年,滆湖已由淺草型湖泊變成了藻型湖泊,面臨嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)。

    2.1 藻類(lèi)等浮游植物快速繁殖

    1999年洪澇災(zāi)害后,水草腐爛加上外源污染致使滆湖水草資源嚴(yán)重衰退。“七五”期間滆湖浮游植物平均密度為120.61萬(wàn)個(gè)/L,生物量為0.807mg/L;“八五”期間平均密度和生物量分別為114.46萬(wàn)個(gè)/L和0.955mg/L。20世紀(jì)90年代初期滆湖已經(jīng)有向富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展的趨勢(shì),那時(shí)起滆湖周?chē)h(huán)境惡化,工廠林立,人口密度增大,圍網(wǎng)面積擴(kuò)大等因素造成營(yíng)養(yǎng)鹽滯留水中,有利于藍(lán)藻、綠藻生長(zhǎng),藍(lán)藻出現(xiàn)的時(shí)間加長(zhǎng),而且以大型群體種類(lèi)為主。進(jìn)入 21世紀(jì)初期水體中浮游植物數(shù)量比20世紀(jì)90年代中期翻了幾番,而生物量方面也已為1994年的10倍。這說(shuō)明滆湖已經(jīng)從草型湖泊發(fā)展到真正意義上的藻性湖泊。從水體中葉綠素a濃度的變化可以看出,20世紀(jì)90年初至2000年滆湖水域中的Chl.a濃度值有逐年緩慢上升的趨勢(shì),由 2.8mg/m3上升到9.4mg/m3。2000年以后 Chl.a的年平均值由9.4mg/m3上升到15.5mg/m3,呈現(xiàn)出快速上升的趨勢(shì)。表明水體中已經(jīng)存在大量藻類(lèi)生長(zhǎng),2004年比1992~1994年平均值增加了5倍多。可以用藻類(lèi)綜合指數(shù)評(píng)價(jià) 2004年滆湖水體富營(yíng)養(yǎng)化程度,藻類(lèi)綜合指數(shù)=(藍(lán)藻門(mén)+綠球藻目+中心綱硅藻+裸藻)種類(lèi)/鼓藻目種類(lèi),此指數(shù)<1為貧營(yíng)養(yǎng)型;1~3之間為中營(yíng)養(yǎng)型;>3為富營(yíng)養(yǎng)型。評(píng)價(jià)的結(jié)果滆湖藻類(lèi)綜合指數(shù)為6.74,大大超過(guò)3,表明滆湖水體目前已經(jīng)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化。

    2.2 水生高等植物數(shù)量銳減

    在淺水湖泊中,水生高等植物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化有著重要影響,是水體處于清水狀態(tài)的關(guān)鍵因素。從滆湖水生高等植物長(zhǎng)期變化的分析可以看出,滆湖的水生高等植物數(shù)量與覆蓋度從20世紀(jì)末開(kāi)始逐漸下降,進(jìn)入21世紀(jì)后下降的速度急劇增加。目前只有南部水域有群落規(guī)模的沉水植物生長(zhǎng),主要為馬來(lái)眼子菜、黑藻和苦草,約占全湖面積的6.1%左右。2004年10月調(diào)查結(jié)果顯示,與1994年比較,,水草的種類(lèi)大量減少,僅能見(jiàn)到菹草、苦草、輪葉黑藻、槐葉萍等少數(shù)種類(lèi),水草的生物量也大量減少,僅為 1994年的8%左右。而從2006年底調(diào)查結(jié)果看,目前滆湖可能的總生物量不到 1994年的 4%。2009年滆湖南部沉水植被大部分已消失,水生植被呈點(diǎn)狀分布,南部湖區(qū)僅有苦草,中部為狐尾藻,北部湖區(qū)有菹草和金魚(yú)藻。目前,整個(gè)湖泊已退化為藻型湖泊,呈現(xiàn)為重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

    2.3 魚(yú)類(lèi)等物種多樣性銳減

    滆湖魚(yú)類(lèi)物種多樣性已由20世紀(jì)60~70年代的60種以上逐步減少到現(xiàn)在的不足30種。根據(jù)對(duì)三種雜食性魚(yú)類(lèi)(鯽、鯉、黃顙魚(yú))食物生態(tài)位的研究,發(fā)現(xiàn)這三種魚(yú)的腸道內(nèi)的食物組成趨于一致,即有機(jī)碎屑和水草成為主要餌料。這表明滆湖整個(gè)水域雜食性魚(yú)類(lèi)的餌料生物嚴(yán)重匱乏,生長(zhǎng)明顯下降。滆湖水體中小型食浮游動(dòng)物的魚(yú)類(lèi)黃顙魚(yú)、鯉鯽魚(yú)以及養(yǎng)殖有70%~80%的團(tuán)頭魴和草魚(yú),對(duì)浮游動(dòng)物的增殖和水生高等植物生長(zhǎng)均有負(fù)面影響,而且經(jīng)濟(jì)價(jià)值也不高,底層雜食性魚(yú)類(lèi)數(shù)量增加,也降低了底棲動(dòng)物生物量。因此,水質(zhì)污染,餌料匱乏,生長(zhǎng)繁育水域遭破壞,魚(yú)類(lèi)結(jié)構(gòu)也不合理,致使魚(yú)類(lèi)物種多樣性下降。

    3 水環(huán)境惡化的原因

    滆湖水質(zhì)、水生態(tài)的演變實(shí)際上也隱含著其發(fā)生的原因。如水質(zhì)急劇惡化,富營(yíng)養(yǎng)化加劇,反映的是湖區(qū)主要污染物(氮、磷)的超負(fù)荷增加,所有增加其發(fā)展程度的排污因素都是其主要原因。出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)明顯退化的原因則是生態(tài)系統(tǒng)在外界環(huán)境和生態(tài)壓力下所產(chǎn)生的一系列系統(tǒng)功能衰退現(xiàn)象,如自然凈化作用的喪失等。

    3.1 湖區(qū)污染負(fù)荷量的增加

    近 10多年來(lái),來(lái)自滆湖流域內(nèi)的各污染排放途徑進(jìn)入湖體的氮、磷等主要污染物的數(shù)量,一直呈不斷增加趨勢(shì)。如1994年調(diào)查資料顯示,滆湖總氮、總磷的負(fù)荷量分別為 4120.29t/a和347.03t/a。至 2004年湖水的氮、磷負(fù)荷量分別達(dá) 6422.96t/a和 506.42t/a,絕對(duì)增量分別為2302.67t/a和159.39t/a。其增加率分別為55.88%和45.91%。導(dǎo)致上述氮、磷增加的原因如下。

    3.1.1 工業(yè)點(diǎn)源污染物排放量增加

    據(jù)資料統(tǒng)計(jì)2005年武進(jìn)地區(qū)工業(yè)污水COD排放量為 19765t,占整個(gè)常州各區(qū)市地區(qū)的38%,氨氮排放量 1226.6t,占整個(gè)常州各區(qū)市地區(qū)的38%。近幾年資料顯示,雖然自2001年以來(lái)工業(yè)污水排放量無(wú)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),但 COD的排放量呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì),氨氮的排放量也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中排放污水量在 5.0萬(wàn) t/a以上的有江蘇鐵本有限公司、武進(jìn)江南漂整有限公司、常州市科萊博化工有限公司等。

    3.1.2 滆湖上游及周邊地區(qū)污染物排放量增加

    近 10多年來(lái),由于滆湖上游及周?chē)貐^(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和工業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展,排入滆湖水域中的生活污水和工業(yè)廢水的數(shù)量逐年增加,進(jìn)入湖內(nèi)污染物數(shù)量也呈迅速增加的趨勢(shì)。如前所述,2004年度通過(guò)入湖河道進(jìn)入滆湖的總氮為 4055.19t,總磷為 324.94t,較 10 年前(1994年)的3461.86t(總氮)和290.09t(總磷)的入湖量分別增加了1084.57t和47.76t,分別占氮、磷增加量的47.1%和29.96%。

    另外,非武進(jìn)區(qū)污染排放進(jìn)入滆湖的量占有很大的比例,可能是造成了滆湖污染的主要污染源問(wèn)題。據(jù)對(duì)武進(jìn)區(qū)域內(nèi)污染排放分析,經(jīng)武進(jìn)區(qū)排入滆湖水域中的總氮量為945.37t/a,總磷量為88.92t/a,僅分別占入湖總量的23.3%、27.4%,表明大部分污染物并非來(lái)自武進(jìn)區(qū)本地,占70%~80%的污染物則來(lái)自武進(jìn)區(qū)以外的地區(qū)匯入。顯然在抓好武進(jìn)區(qū)污染治理的同時(shí),也應(yīng)對(duì)武進(jìn)區(qū)外與滆湖污染有關(guān)的區(qū)域進(jìn)行污染排放控制。根據(jù)資料估算,從金壇市進(jìn)入的污染物量占23.66%,從京杭運(yùn)河進(jìn)入的占24.92%,污染貢獻(xiàn)率總和可達(dá)48.54%。

    3.1.3 湖泊人工養(yǎng)殖投餌量的增加

    調(diào)查資料顯示,1994年滆湖人工圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積為0.31萬(wàn)hm2,投入人工餌料15500t,養(yǎng)殖魚(yú)產(chǎn)量為 9140t,人工養(yǎng)殖活動(dòng)帶入湖內(nèi)的凈增氮、磷量分別180.8t和21.19t。2004年滆湖圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積為0.47萬(wàn)hm2,養(yǎng)殖投餌量為49000t,養(yǎng)殖魚(yú)產(chǎn)量為19600t,人工養(yǎng)殖活動(dòng)帶入湖內(nèi)凈氮、磷量分別為1117.52t和127.4t。二者相比較,總氮量增加了 936.72t,總磷增加了 106.21t。養(yǎng)殖投餌增加的氮、磷量占全湖氮、磷增加總量的比例分別為40.88%和66.67%,表明人工養(yǎng)殖投餌是滆湖氮、磷負(fù)荷藥量增加的主要原因之一。

    3.1.4 湖泊底泥釋放量的增加

    2004年滆湖人工養(yǎng)殖面積達(dá) 0.47萬(wàn) hm2,較 1994年增加了 0.16萬(wàn) hm2。調(diào)查資料顯示,在人工網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)內(nèi),由于魚(yú)糞和殘留餌料的堆積,已形成厚度達(dá)20cm以上的富含氮,磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的淤泥,氮、磷的含量分別達(dá)1.87g/kg和0.567g/kg,較非養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的底泥高出1倍以上。從而使人工養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)底泥向水體中釋放的氮、磷釋放量急劇增加。據(jù)中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所調(diào)查資料顯示,養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的氮、磷釋放速率分別為19.16mg/(m2·d)和0.852mg/(m2·d),非養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)氮、磷釋放速率分別為 5.88mg/(m2·d)和 0.243mg/(m2·d)。顯然養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)底泥氮、磷釋放量較非養(yǎng)殖區(qū)大得多,是后者的3.2~3.5倍。表明湖泊漁業(yè)養(yǎng)殖是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)惡化的主要來(lái)源之一。

    3.2 湖泊水生態(tài)系統(tǒng)功能的降低

    大型水生植物是實(shí)施水體自凈功能和對(duì)藻類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)的主要生物群體。近些年來(lái),滆湖水草覆蓋面積的大幅減少,使滆湖基本上由一個(gè)草型湖泊演變成為藻型湖泊,與原先的草型湖泊相比較,湖水的凈化能力顯著下降,藻類(lèi)大面積出現(xiàn)。其原因?yàn)椋?/p>

    (1)水生植物可以從湖泊水體和底泥中吸收氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),有效地降低湖水中營(yíng)養(yǎng)物的濃度。而水草生物量的大幅下降,生物自凈功能基本喪失;

    (2)大型水生植物在生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程中,不斷地與藻類(lèi)等浮游植物爭(zhēng)奪陽(yáng)光和養(yǎng)份,能起到抑制造成水體富營(yíng)養(yǎng)化危害的藻類(lèi)的生長(zhǎng)。水草生物量的萎縮,使得藻類(lèi)缺少了其對(duì)光的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,此消彼長(zhǎng),藻類(lèi)將逐步快速增長(zhǎng);

    (3)大型水生植物的根系,不僅能起到固定湖底泥沙的作用,可以減少風(fēng)浪卷起泥沙等污染物造成的二次污染,而且還可以通過(guò)其對(duì)懸浮物的固持作用和底泥營(yíng)養(yǎng)物的吸收,來(lái)提高湖水的透明度和水質(zhì)類(lèi)別。水草的死亡和腐爛,不僅使其無(wú)法發(fā)揮上述作用,而且還增加湖體污染物負(fù)荷。

    3.3 湖泊庫(kù)容的降低

    滆湖是一個(gè)集飲水水源、農(nóng)業(yè)灌溉、旅游休閑和漁業(yè)生產(chǎn)多功能為一體的中型淺水型湖泊,是江蘇省第六大湖泊,也是太湖流域湖泊群中的重要組成部分,其社會(huì)經(jīng)濟(jì)在當(dāng)?shù)氐淖饔檬菢O其重要的。但人們對(duì)滆湖的開(kāi)發(fā)呈過(guò)度趨勢(shì),滆湖的開(kāi)發(fā)開(kāi)始于20世紀(jì)60年代的大規(guī)模 “圍湖造田”,半個(gè)世紀(jì)以來(lái),滆湖一直處于漸進(jìn)式的開(kāi)發(fā)狀態(tài),大規(guī)模的開(kāi)發(fā)設(shè)想和規(guī)劃自 20世紀(jì)90年代以來(lái)沒(méi)有間斷,但首當(dāng)其沖的是起自20世紀(jì)60~70年代開(kāi)展的的圍湖造田。

    圍湖造田活動(dòng)對(duì)滆湖所造成的影響是累積性的、漸進(jìn)式的。據(jù)統(tǒng)計(jì),20世紀(jì)60~80年代,在滆湖沿岸共圩去100多km2的湖面,這不僅極大減少了滆湖的調(diào)蓄水面積,加大了抗洪的壓力,更重要的是誘使湖體環(huán)境容量下降,對(duì)突發(fā)性污染物的輸入和生態(tài)系統(tǒng)微結(jié)構(gòu)的損害抵抗或緩沖能力大大削弱。這種影響是長(zhǎng)期的和持續(xù)性的,因此必須在適度范圍內(nèi)加以改正,以逐步恢復(fù)其原來(lái)或接近原來(lái)的庫(kù)容。

    4 小結(jié)

    滆湖水質(zhì)不斷惡化,綜合水質(zhì)類(lèi)別由 III類(lèi)變?yōu)榱英ヮ?lèi)。滆湖污染物主要是外源污染,藻類(lèi)等浮游植物快速繁殖,水生高等植物和魚(yú)類(lèi)等物種多樣性銳減,致使整個(gè)湖泊已退化為藻型湖泊,呈現(xiàn)為重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。區(qū)域水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、水質(zhì)惡化,主要原因在于工業(yè)點(diǎn)源污染和農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷量不斷增加,湖泊水生態(tài)系統(tǒng)功能和庫(kù)容能力不斷降低。因此需以“水域綠化”為湖泊生態(tài)修復(fù)重點(diǎn),有序推進(jìn)底泥生態(tài)清淤,加快退田還湖規(guī)劃的實(shí)施等水污染整治和保護(hù)對(duì)策,才能達(dá)到較好的效果。

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