基于綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的汾河景區(qū)濕地水體富營養(yǎng)化研究

崔苗 張晨

［關鍵詞］綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；濕地水體；富營養(yǎng)化；水生態(tài)環(huán)境保護；汾河景區(qū)

［摘要］隨著城市化進程的加快，水生態(tài)環(huán)境問題越發(fā)凸顯。黃河支流的汾河景區(qū)作為太原城市的“綠肺”，有著涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境、防止水土流失等重要作用。本研究通過對2021年4—10月汾河景區(qū)14個監(jiān)測點位的濕地水體重要污染物指標進行逐月監(jiān)測，計算汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，評價汾河景區(qū)水體富營養(yǎng)化情況，并針對當前存在的問題提出汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護對策，以期為提升水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、重塑水景觀風貌提供數(shù)據(jù)支撐。結(jié)果表明：2021年汾河景區(qū)總氮全年超標，氨氮在8月超標，其余項目均符合地表水Ⅴ類標準；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為53.89，屬輕度富營養(yǎng)化；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在7、8、9月明顯高于其他月份，在8月達到峰值，且在遠離城市中心的柴村橋監(jiān)測點位最低，在城市中心區(qū)域的南內(nèi)環(huán)橋、南中環(huán)橋南、長風橋、躋汾橋等監(jiān)測點位相對較高，水質(zhì)狀況與溫度和人類活動密切相關。

［中圖分類號］X524；X824［文獻標識碼］A［文章編號］1000－0941（2023）04－0049－04

隨著城市化進程的加快，水質(zhì)惡化、水量失衡、水生態(tài)系統(tǒng)退化等水生態(tài)環(huán)境問題越發(fā)凸顯。流域生態(tài)系統(tǒng)在保護水源、凈化水體、蓄水滯洪、調(diào)節(jié)氣候、保護生物多樣性等方面具有重要作用。水生態(tài)環(huán)境保護和治理可有效緩解水資源匱乏問題、增強自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能、改善居民生活質(zhì)量，是社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設的迫切需要，具有經(jīng)濟和生態(tài)雙重效益[1]。為貫徹落實習近平生態(tài)文明思想，加快實施七河流域生態(tài)保護與修復，2021年山西省人民政府出臺了《關于加快實施七河流域生態(tài)保護與修復的決定》，是從根本上改變?nèi)龝x大地山川面貌、滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要的重要舉措，也是推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的重大決策。

黃河支流的汾河景區(qū)位于太原城區(qū)，本著“以人為本、突出生態(tài)”的建設理念，以建設綠色、生態(tài)、和諧的景區(qū)為目標，通過設計綠色空間，形成景觀節(jié)點，起到涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境、防止水土流失的作用，是太原城市的“綠肺”。本研究通過對2021年4—10月汾河景區(qū)14個監(jiān)測點位的濕地水體重要污染物指標進行逐月監(jiān)測，計算汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，評價汾河景區(qū)富營養(yǎng)化情況，并針對當前存在的問題提出對策，以期為提升水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、重塑水景觀風貌提供數(shù)據(jù)支撐。

1研究區(qū)概況

汾河景區(qū)北起太原市柴村橋北側(cè)，南至迎賓橋南側(cè)，全長32.5km，占地面積約18km2，其中水面面積約9km2，綠地面積約4.5km2，蓄水總量達2450萬m3，集湖區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)治理、防洪排污、園林綠化、旅游休閑、健身娛樂于一體。景區(qū)內(nèi)的園林綠化對揚塵抑制效果良好，夏季最高氣溫比市區(qū)低3℃左右，相對濕度較市中心高10%～20%，整個景區(qū)在挖掘生態(tài)資源、文化資源和旅游資源的基礎上，著力打造“生態(tài)、文化、休閑”三大勝境。

2研究方法

2.1水質(zhì)監(jiān)測

為了解汾河景區(qū)濕地水體水質(zhì)狀況，共監(jiān)測10項污染物指標，包括：pH值、溶解氧、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、氨氮、總磷、透明度、葉綠素a、藻密度，其監(jiān)測方法和標準值見表1，其中藻密度測定時選取的藻類是藍藻。汾河景區(qū)用水屬景觀娛樂用水，其水質(zhì)標準參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）中Ⅴ類標準。

在汾河景區(qū)從北至南布設14個監(jiān)測點位，包括柴村橋（入水口）、勝利橋北（濕地）、勝利橋南（1#池）、迎澤橋（2#池）、南內(nèi)環(huán)橋（3#池）、長風橋（4#池）、躋汾橋（5#池）、南中環(huán)橋南（6#池）、九院沙河南側(cè)（渾水渠）、南環(huán)高速北500m平臺處、通達橋北500m平臺處、晉陽橋南350m處（1#閘壩北）、迎賓橋北200m平臺處、迎賓橋南（2#閘壩北）。樣品采集時間為2021年4—10月，其中4、5、10月是汾河景區(qū)的枯水期，采樣頻次為每月1次；6—9月是汾河景區(qū)的豐水期，采樣頻次為每周1次，取全部監(jiān)測結(jié)果的平均值作為研究數(shù)據(jù)。

2.2綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算

依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》，選取總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、透明度（SD）、葉綠素a（Chla）為參數(shù)計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，對汾河景區(qū)水體富營養(yǎng)狀況進行評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

TLI（Σ）=∑mj=1TLIj×Wj（1）

式中：TLI（Σ）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI（j）為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

以葉綠素a作為基準參數(shù)，Wj的計算公式為

Wj=rij2∑mj=1rij2（2）

式中：rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)葉綠素a的相關系數(shù)。中國湖泊（水庫）的葉綠素a與其他參數(shù)的相關系數(shù)分別為rTN=0.82，rTP=0.84，rSD=-0.83，rCODMn=0.83[2]。各參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式分別為

TLI（Chla）=25+10.86lnρChla（3）

TLI（TP）=94.36+16.24lnρTP（4）

TLI（TN）=54.53+16.94lnρTN（5）

TLI（SD）=51.18-19.4lnCSD（6）

TLI（CODMn）=1.09+26.61lnρCODMn（7）

式中：TLI（Chla）、TLI（TP）、TLI（TN）、TLI（SD）、TLI（CODMn）分別為葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；ρChla為葉綠素a濃度，mg/m3；ρTP、ρTN、ρCODMn分別為總磷濃度、總氮濃度、高錳酸鹽指數(shù)，mg/L；CSD為透明度，m。采用0～100的連續(xù)數(shù)值[3]對汾河濕地水體營養(yǎng)狀態(tài)進行分級，詳見表2。

3結(jié)果與評價

3.1監(jiān)測點位水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

2021年汾河景區(qū)14個監(jiān)測點位水質(zhì)監(jiān)測的10項指標中，除迎澤橋（2#池）外其余各監(jiān)測點位的總氮均超過標準值，迎賓橋北200m平臺處pH值偏高，其余指標均符合景觀娛樂用水標準（見表3）。14個監(jiān)測點位的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和評價等級見表4，除柴村橋（入水口）營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)、評價等級為良好外，其余各監(jiān)測點位營養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營養(yǎng)，評價等級均為輕度污染。氮、磷營養(yǎng)鹽是水體富營養(yǎng)化的主要來源，汾河景區(qū)水質(zhì)狀況相對良好，水體富營養(yǎng)化情況較輕，其中遠離城市中心的柴村橋監(jiān)測點位水質(zhì)狀況最好，未出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的情況，而位于城市中心區(qū)域的南內(nèi)環(huán)橋、南中環(huán)橋南、長風橋、躋汾橋等監(jiān)測點位水體富營養(yǎng)化情況相對嚴重，可以看出人口密度相對較大的區(qū)域水體富營養(yǎng)化相對嚴重，人類活動對水體質(zhì)量有重要影響。隨著城市快速發(fā)展和工業(yè)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程加快，未經(jīng)處理或處理不達標的工業(yè)廢水、生活污水、有機垃圾、家禽家畜糞便、農(nóng)業(yè)化肥等流入水體，都是水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽的主要來源。此外，河道底泥污染增加水的滲透壓和硬度，破壞自然緩沖作用，阻礙水體自凈和淡水生物生長，造成水體富營養(yǎng)化，破壞水生態(tài)環(huán)境。

3.2汾河景區(qū)濕地水體富營養(yǎng)情況

2021年4—10月汾河景區(qū)10項水質(zhì)監(jiān)測指標中有2項指標超過地表水Ⅴ類標準，其中總氮超標率為100%，氨氮在8月時超標，超標率為14.3%，其余項目均達標。汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)平均值為53.89，屬輕度富營養(yǎng)（見表5）。水體富營養(yǎng)化的主要污染物為總磷、總氮和氨氮，其中總氮是造成汾河景區(qū)水體輕度富營養(yǎng)化的主要污染物。

2021年4—10月汾河景區(qū)的水溫維持在12.9～29.5℃，總氮、總磷和葉綠素a在多數(shù)湖泊中呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，在春、夏季濃度較高，高溫創(chuàng)造了適宜生物生長和擴散的環(huán)境，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，水體富營養(yǎng)化情況隨之嚴重。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明主要污染物月均值濃度和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與溫度變化密切相關；汾河景區(qū)的主要污染物月均濃度值從4月到8月逐漸上升，8月至10月有所下降，在8月達到最高峰；7、8、9月的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)明顯高于其他月，8月達到最高。

4汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護對策

汾河景區(qū)作為山西城市生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，其水生態(tài)系統(tǒng)建設在保護水環(huán)境質(zhì)量、維護生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護生物多樣性、改善人居環(huán)境、美化城市景觀等方面有著不可替代的作用。汾河景區(qū)以生態(tài)環(huán)境綜合整治為目標，通過截污控污、生態(tài)修復等水生態(tài)系統(tǒng)建設措施，有效遏制了水體惡化，研究結(jié)果顯示2021年汾河景區(qū)水質(zhì)狀況基本良好。然而受氮、磷等富營養(yǎng)元素和農(nóng)藥、汽車尾氣、有機難降解物、霧霾等污染物的影響[4]，2021年汾河景區(qū)屬輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，總氮全年超標，是造成水體富營養(yǎng)化的主要污染物，且在夏季污染物濃度達到峰值，水體富營養(yǎng)化和水污染問題依然存在。

水生態(tài)的健康安全是保證水景觀持久發(fā)揮效能的基礎，從水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀三個方面提出加強汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護的相關建議：①添加生物炭和干蘆葦稈以增加微生物群落中硝化螺旋菌門的數(shù)量，促進細菌的硝化速率，脫氨微生物的高度富集可以加快水中含氮污染物的去除速度，減少亞硝態(tài)氮的累積濃度，從而減輕總氮對汾河景區(qū)的污染；②依據(jù)源頭治理的原則，加強水生態(tài)環(huán)境管理，保障生態(tài)補水，加強水質(zhì)監(jiān)測，全面排查汾河流域取水口，嚴厲打擊非法取水，實現(xiàn)科學治污、精準治污，并實施流域聯(lián)防聯(lián)控機制，建立水質(zhì)異常及時預警機制，確保汾河景區(qū)水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達標；③加強河流沿岸生態(tài)防護林建設，打造綠色生態(tài)廊道，保護河流沿岸生態(tài)空間，并通過向河內(nèi)投放魚苗、在河底培育水生草本植物等措施，恢復河流自然生態(tài)環(huán)境，逐步形成山水合一、河湖相通、古今交匯、自然與人文相輝映的生態(tài)功能區(qū)，彰顯“三面環(huán)山、一水中分、一湖點睛、九河環(huán)繞”的水韻龍城新格局。

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［作者簡介］崔苗（1990—），女，山西晉中人，工程師，碩士，主要從事水質(zhì)監(jiān)測工作;通信作者張晨（1986—），女，山西太原人，副教授，博士，主要從事水污染控制、水生態(tài)修復工作。［收稿日期］2022-07-18

（責任編輯李佳星）

［基金項目］國家自然科學基金項目（22106096）；山西省回國留學人員科研資助項目（2021—102）；中央引導地方科技發(fā)展專項資金項目（YDZX20191400002539）；山西省水利科學技術研究與推廣項目（2022GM026）