長江中游平原洪湖濕地水體污染現(xiàn)狀及治理對策

周文昌 史玉虎* 潘 磊

（1 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢430075；2 湖北洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，湖北 洪湖市 433200）

中國湖泊大于1 km2的數(shù)量大約有2 800個，大于10 km2的淡水湖泊210個，大于100 km2的130個，我國大多數(shù)湖泊主要位于長江中下游和青藏高原（Frumin et al,2011; 姜加虎等,2006）。長江中下游平原是我國淺水型淡水湖泊分布最為密集的區(qū)域，水域面積大于1 km2的湖泊總數(shù)超過650個（羅明科等,2016）。1950年前，長江中游兩岸的絕大多數(shù)湖泊原為通江湖泊，與長江干流及其支流形成獨特而完整的江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)（常劍波等,1999）。目前通江湖泊僅剩兩個（洞庭湖和鄱陽湖），這是由于1950年之后修建了一大批水利設(shè)施（胡軍華等,2008; 王利民等,2005）。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國自然湖泊和水庫減少了1 000個、水域面積減少了10 000 km2（Frumin et al,2011），而且?guī)硪幌盗猩鷳B(tài)環(huán)境問題，如湖泊調(diào)蓄能力降低，洪澇災(zāi)害頻繁，水鳥、魚類及重要水生植物減少，湖泊呈富營養(yǎng)化（氮、磷）狀態(tài)，導(dǎo)致藍藻爆發(fā)（胡軍華等,2008; Frumin et al,2011;杜耘,2011）。湖北省作為長江中游重要的湖泊濕地生態(tài)區(qū)域，目前湖泊面積大于1 km2的僅剩181個，大于10 km2的湖泊僅剩44個（姜加虎等,2006），到2000年，全省湖泊面積僅占建國初期的34%（杜耘,2011），到2005年，湖泊面積為3 025.61 km2（張毅等,2009）。

洪湖湖泊作為長江中游最為重要的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)，隸屬于湖北洪湖市和監(jiān)利縣，位于長江中游北岸，洪湖濕地自然保護區(qū)以洪湖圍堤為界，主要保護對象是保護洪湖水生、陸生生物及其生境共同組成的濕地生態(tài)系統(tǒng)、未受污染的淡水資源和生物物種的多樣性（王學(xué)雷等,2006;Wen et al,2007）。然而，自20世紀(jì)50-70年代，相續(xù)修筑的水利工程，阻隔了江湖自然連通，轉(zhuǎn)為一個封閉型的淡水湖泊（盧山等,2004）。20世紀(jì)90年代后，洪湖濕地進入大湖圈養(yǎng)時期，興起螃蟹養(yǎng)殖，到2004年，養(yǎng)殖面積達251 km2，占湖泊總面積的80%，導(dǎo)致水生植物過度利用，超過湖泊自身生物承載力（盧山等,2009），導(dǎo)致珍稀物種減少，外來物種入侵（喜旱蓮子草、鳳眼蓮）和水質(zhì)不斷降低（李昆等, 2015; 宋辛辛等, 2016; 周文昌等,2016a）。在社會人士的疾呼、人民群眾和政府決策者的支持下，1996年成立了洪湖濕地自然保護區(qū)，2000年晉升為省級自然保護區(qū)，2008年列入《國際重要濕地名錄》，2014年晉升為國家級自然保護區(qū)（周文昌等,2016a; 馮錦剛等,2014），2017年底，全湖圍網(wǎng)養(yǎng)殖水域全部拆除，水生植物逐漸恢復(fù)。以洪湖濕地自然保護區(qū)為對象，評估長江中游湖泊濕地保護現(xiàn)狀（如水污染），對于人類認(rèn)識湖泊濕地保護形勢和科學(xué)研究具有重要意義。

圖1 洪湖常規(guī)監(jiān)測點位置圖（吳紅艷等，2013）Fig.1 Routine monitoring point location of the Hong Lake Wetland

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

洪湖濕地地處湖北省中南部，長江中游北岸(113°12′～ 113°26′E，29°40′～ 29°58′N ） 是 長 江和漢水支流東荊河之間的洼地雍塞湖。氣候?qū)儆诒眮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年均氣溫15.9～16.6℃，無霜期＞250 d，年均降水量1 174 mm，年均蒸發(fā)量1 354 mm，4-10月降水量占全年的77%，濕地面積344 km2，平均水深1.35 m，以淺水湖泊（307.40 km2）為中心，周邊為湖濱沼澤（36.54 km2）（李昆等, 2015; 肖飛等, 2003; 周文昌等, 2016b）。主要植物類型為挺水植物菰Zizania latifolia、蓮Nelumbo nucifera和蘆葦Phragmites australis，浮葉植物為菱Trapa bispinosa、睡蓮Nymphaea tetragona，沉水植物為微齒眼子菜Potamogeton maackianus、 黑 藻Hydrilla verticillata、穗狀狐尾藻Myriophyllum spicatum和金魚藻Ceratophyllum demersum（王學(xué)雷等, 2002; 宋辛辛等, 2016），以及菹草Potamogeton crispus。

1.2 研究方法

收集歷年洪湖濕地水質(zhì)數(shù)據(jù)（1990-2017年），收集湖北省荊州市環(huán)境保護局（http://www.jzhbj.gov.cn/news_list.aspx?category_id=129）的歷年荊州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報數(shù)據(jù)和胡學(xué)玉等（2006）及Chen等（2006）的總磷和氨氮數(shù)據(jù)。同時，于2017年夏季（8月）和秋季（11月）通過水樣采集器采集湖泊上層50 cm水樣，各自12個樣點和18個樣點，采集路線從西南角（楊柴湖）向東北角（下新河）采集水樣和從南面（排水閘）向北（藍田）采集水樣（圖1）（吳紅艷等,2013）。樣品盛入水樣瓶（500 ml），當(dāng)天轉(zhuǎn)運至實驗室分析水質(zhì)指標(biāo)，并與中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）進行比較，分析其超標(biāo)參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 洪湖濕地水質(zhì)變化

1990-2003年，洪湖濕地以Ⅲ類和Ⅳ類水為主，水質(zhì)超標(biāo)主要參數(shù)是氮、磷及其它有機污染物（胡學(xué)玉等,2006; Chen et al,2006）。2004年10月22日，湖北省加強了洪湖濕地保護修復(fù)，同年11月29日，在洪湖市召開了“加強洪湖生態(tài)建設(shè)現(xiàn)場辦公會議”，會議落實了5條方針，力爭5年，洪湖濕地水質(zhì)惡化狀況有明顯好轉(zhuǎn)，水體總氮、總磷量有下降（張瓊,2005）。自2007年起，湖北省荊州市環(huán)境保護局對洪湖濕地設(shè)置9個監(jiān)測點（吳紅艷等, 2013），并對湖泊水質(zhì)進行監(jiān)測，2004-2011年洪湖水質(zhì)有所改善，2010年達到功能區(qū)劃的水質(zhì)指標(biāo)（Ⅲ類）。然而，2011年，因功能區(qū)劃提升為Ⅱ類，水質(zhì)達標(biāo)率僅為33.3%，但水質(zhì)相對于2010年仍有所改善（表1），實現(xiàn)了2004年湖北省提出5年后，洪湖水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)的目標(biāo)。到2015-2017年，洪湖湖面圍網(wǎng)養(yǎng)殖逐年有序拆除，2017年底，湖面圍欄圍網(wǎng)全部拆除（圖2），但2012-2017年湖泊水質(zhì)呈逐漸惡化趨勢（表1），湖泊水質(zhì)類別以Ⅳ～Ⅴ為主。

圖2 2015-2017年的洪湖濕地拆除圍網(wǎng)養(yǎng)殖水域變化圖Fig.2 Removed enclosure aquaculture in the Lake Honghu from 2015 to 2017

2.2 洪湖濕地夏季和秋季水質(zhì)變化規(guī)律

表1 2004-2017年荊州市洪湖濕地自然保護區(qū)水質(zhì)類別Table1 The classification of the water quality in the Lake Honghu from 2004 to 2017

3 討論與分析

1990-2003年，洪湖濕地水質(zhì)超標(biāo)參數(shù)為總磷、總氮，這可能是1980s-2004年的圍網(wǎng)養(yǎng)殖對湖泊水生植物的過度利用，如2004年圍網(wǎng)養(yǎng)殖達到高峰，其水域養(yǎng)殖面積占湖泊水域面積的80%（盧山等, 2009; 班璇等, 2010）。但自2005年后，洪湖濕地加強了保護，2006-2011年水質(zhì)有所改善，有些年代（2010年），水質(zhì)達到功能區(qū)劃的目標(biāo)水質(zhì)（Ⅲ類），但部分水質(zhì)參數(shù)仍超標(biāo)（表1），其原因可能是洪湖濕地拆除水域養(yǎng)殖2.51萬hm2，實施了增殖放流，恢復(fù)水生植被6 700 hm2，水草覆蓋率從不到40%恢復(fù)到80%以上（馮錦剛等, 2014）。2012-2017年，洪湖水質(zhì)呈惡化趨勢（表1）?？赡苡袔追N原因：一是四湖流域上游大量工農(nóng)業(yè)及生活廢水排入洪湖濕地；二是1980s-2004年的長期過度圍網(wǎng)養(yǎng)殖，水生植物過度利用，導(dǎo)致水體自身承載力下降，底泥污染物釋放；三是最近幾年的外來物種（鳳眼蓮、喜旱蓮子草）在洪湖濕地爆發(fā)，外來植物覆蓋湖泊大面積水域，僅鳳眼蓮Eichhornia crassipes在2017年入侵洪湖濕地面積達1 200 hm2(洪湖濕地國家級自然保護區(qū)管理局,2017)，導(dǎo)致水生植物的結(jié)構(gòu)變化，影響水下光合植物和濕地動物的生存空間，進而影響濕地凈化水質(zhì)功能。班璇等(2010)評價了圍網(wǎng)養(yǎng)殖對局部湖泊的污染極為嚴(yán)重；宋辛辛等（2016）通過分析1950s的洪湖濕地沉水植物優(yōu)勢種群的變化表明，洪湖濕地自2000年后，洪湖沉水植物群落分布破碎化明顯，并認(rèn)為1990s-2005年的圍網(wǎng)養(yǎng)殖導(dǎo)致水生植物的過度利用，降低了水質(zhì)等級，建議取締圍網(wǎng)，控制入湖水質(zhì)，提升水體透明度，恢復(fù)水生植物。2015年6月湖北省林業(yè)廳和荊州市人民政府向省政府聯(lián)合上報了《關(guān)于加快推進洪湖拆圍與漁民上岸工作的請示》，同年11月16日，省政府主持召開《推進洪湖國家級自然保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展專題協(xié)調(diào)會議》，對拆除洪湖圍欄圍網(wǎng)、妥善安置漁民等工作進行部署，于2017年12月，湖北省水產(chǎn)局代表省政府對洪湖拆圍工作進行了驗收，拆圍面積達1.25萬hm2。本研究表明拆圍后的洪湖水質(zhì)從8月的超標(biāo)參數(shù)氨氮、化學(xué)需氧量和總磷變?yōu)閮H總磷超標(biāo)（表2）。拆除圍網(wǎng)改善了洪湖濕地水質(zhì)，這可能是由于拆圍后減少了魚餌料的投入，逐漸恢復(fù)的水生植物凈化了水質(zhì)；但湖泊總磷仍然超標(biāo)，尚待加強研究與管理。

表2 2017年8月和11月洪湖濕地水質(zhì)指標(biāo)Table2 Water quality for the Lake Honghu on August and November in 2017

4 洪湖濕地水污染治理建議

一是加強洪湖濕地水質(zhì)監(jiān)測。由于洪湖濕地長期受到湖泊周邊居民生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水及上游來水影響，污水會導(dǎo)致大量的磷沉積于湖泊中，引起藻類大量繁殖，隨著藻類的衰老而死亡，大量的溶解性有機物釋放出來，可能影響湖泊水質(zhì)，須加強改善湖泊周邊環(huán)境條件。同時，死亡的藻類越多，釋放出來的溶解性有機物也會越多，使得顆粒有機碎屑不能迅速礦化，形成大量顆粒物沉積湖底，并和死亡的水生生物（均富含磷）一起累計在底泥（謝麗強等, 2001），成為污染湖泊水質(zhì)的潛在風(fēng)險。

二是加強水生植被恢復(fù)的監(jiān)測研究，同時加強外來植物（鳳眼蓮、喜旱蓮子草）的治理，培育凈化水質(zhì)較強的鄉(xiāng)土水生植物，為恢復(fù)濕地水質(zhì)提供科技支撐。據(jù)研究報道東湖湖泊污染后，通過優(yōu)化植被結(jié)構(gòu)，加快以沉水植物為主的恢復(fù)途徑，顯著降低了水體中的總氮、總磷含量，這些水生植物包含蓮、蘆葦、苦草Vallisneria natans、狐尾藻Myriophyllum verticillatum和金魚藻（馬劍敏等,1997）。

三是加強荊州市洪湖流域濕地監(jiān)測與管理。研究表明，洪湖濕地最小生態(tài)水位為24 m，這個水位是洪湖濕地恢復(fù)的極限低水位，是維持湖泊生態(tài)功能，確保水生動植物生存的需要（王學(xué)雷等,2008）。同時，濕地最小生態(tài)水位也是確保冬季內(nèi)荊河航運和來年抗春抗旱，以及夏季農(nóng)田灌溉的需求（魏顯虎等, 2007; 陳世儉等, 2002）。因此，整合荊州市洪湖流域水資源管理，降低流域內(nèi)水資源的不合理利用，確保洪湖濕地最小生態(tài)水位需求。

致謝：湖北洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站和湖北洪湖濕地國家級自然保護區(qū)管理局的大力支持。