城市湖泊富營養(yǎng)化及氮磷平衡研究
——以湖北省黃石市青山湖1#湖區(qū)為例

施玉齊， 吳曉東,2， 葛緒廣,2， 周夢蝶， 吳 超， 秦 愿， 譚 亞

(1.湖北師范大學 城市與環(huán)境學院， 湖北 黃石 435002； 2.黃石市土壤污染防治重點實驗室， 湖北 黃石 435002)

近年來，中國湖泊流域人口增加，經濟發(fā)展迅速，使湖泊周邊污染不斷加重，大量營養(yǎng)鹽入湖，湖泊富營養(yǎng)化程度提高，嚴重威脅湖泊生態(tài)安全[1]。其中，長江中下游地區(qū)是中國湖泊最為集中的區(qū)域之一，該區(qū)域湖泊富營養(yǎng)化問題尤為突出，而城區(qū)湖泊入湖污染物的含量遠比位于農村湖泊高[2-3]。 湖泊富營養(yǎng)化是指在自然因素和人為因素相互作用下，大量營養(yǎng)鹽進入湖泊使得湖泊轉變成生產力較高的營養(yǎng)狀態(tài)，導致湖泊中藻類大量繁殖，產生異味，湖泊深處溶解氧降低和魚類大量死亡等現(xiàn)象[4]。從人類生產生活層面來說，湖泊還肩負著水產養(yǎng)殖、旅游、娛樂等經濟價值和文化價值。因此，研究湖泊富營養(yǎng)化問題無論是從社會還是環(huán)境角度出發(fā)都具有重要意義。治理湖泊富營養(yǎng)化的首要任務是對湖泊目前所處的營養(yǎng)狀態(tài)進行評價以及研究導致湖泊富營養(yǎng)化的物質。

富營養(yǎng)化評價屬于水環(huán)境質量評價的一方面。具體來說，在水體富營養(yǎng)化發(fā)展過程中，根據湖泊產生的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，歸納總結出影響其現(xiàn)象發(fā)生的代表性指標，再針對具體某一階段的富營養(yǎng)化狀況，對代表性指標定性定量分析描述，以確定該階段的富營養(yǎng)化水平[5-6]。但湖泊富營養(yǎng)化種類和富營養(yǎng)化進程的時間不同，可能導致最適評價方法的選擇不同[7]。目前國際上湖泊富營養(yǎng)化評價方法類型多樣，尚未達到統(tǒng)一的評價標準或模型[8]。富營養(yǎng)化評價最初的方法是采用影響水體富營養(yǎng)化的單一指標進行評價，又稱單因子指數(shù)法[9]。后來，隨著研究者對湖泊綜合性富營養(yǎng)化評價要求的提出，多種因子組合評價的方法逐漸涌現(xiàn)。例如以一種指標為基準，計算其它指標權重的卡爾森指數(shù)法和修正后的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、以數(shù)理統(tǒng)計為基礎的模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)法、以人工神經網絡為理論基礎的評價方法、主成分分析法、遙感技術法和評分法等[10]。近年來，結合實地監(jiān)測和遙感監(jiān)測的兩種方式，對湖泊進行富營養(yǎng)化綜合評價，已成為國內外學者的研究熱點[11]。如殷守敬提出一種將地面觀測數(shù)據的空間插值和遙感反演有機結合的評價方法，獲得巢湖富營養(yǎng)化的空間分布狀態(tài)[12]。 Kallio K等[13]利用ATSA數(shù)據對芬蘭兩個湖泊的葉綠素a濃度進行遙感反演，得到了葉綠素a濃度在連續(xù)兩天時間內的空間位置變化。目前湖泊富營養(yǎng)化評價的方法主要有營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TSI)、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)、單因子評價法、主成分分析法等[8,14]。

造成湖泊富營養(yǎng)化的物質有20多種，其中氮和磷是最重要的影響因素[15]。20世紀60年代，經濟合作與發(fā)展組織對美國北部和加拿大南部的部分湖泊的富營養(yǎng)化過程進行全面調查研究后，將氮磷輸入和富集作為湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生的主要原因[16]。近幾十年，定性定量的研究氮磷循環(huán)過程平衡關系成為重要研究課題[17]。湖泊中氮磷物質主要是在水體、底泥和生物體中遷移和轉化的，包括源過程、去除過程以及湖泊截留過程。湖泊水體中的氮磷通過以上3種循環(huán)過程，維持湖泊水體健康。但大量氮、磷的輸入和累積會改變湖泊內營養(yǎng)鹽的通量平衡，增加富營養(yǎng)化的風險[18]。湖泊氮磷源過程主要包括：外源負荷輸入、底泥釋放、生物固氮、大氣干濕沉降。湖泊中氮磷去除有以下方式：隨出湖河流流出，反硝化作用，人工輸出和水氣界面交換等。氮磷的主要滯留途徑有：沉淀、生物作用。反硝化作用去除是湖泊總氮去除的最主要的方式，湖泊中磷的去除方式主要依靠人工輸出。在湖泊氮磷循環(huán)過程中，各循環(huán)過程并非獨立存在，如藻類生長存在，受到氮磷共同限制作用以及湖體磷濃度的改變對氮去除的影響等[19]。研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)氮磷循環(huán)的各個過程，對于湖泊修復治理極其重要。

湖北省黃石市屬于老工礦城市，近年來工礦城市的各種環(huán)境問題備受關注。青山湖位于黃石市黃石港區(qū)，屬于典型的城市湖泊，長江中游一級湖泊，對黃石市蓄洪防洪、小區(qū)域生態(tài)調節(jié)有著不可替代的作用。青山湖在不同時期水質變化較大，黃石政府先后多次對青山湖進行了治理，環(huán)境有所改善，但并沒有達到非常理想的效果[20-21]。因此，本研究選取位于湖北省黃石市城區(qū)的青山湖1#湖區(qū)，基于基礎指標數(shù)據，研究其富營養(yǎng)化等級和氮磷入湖出湖負荷，以期為其生態(tài)修復提供依據，并具有重要的理論和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青山湖位于湖北省黃石市黃石港區(qū)，東經115°02′41″—115°04′06″，北緯30°13′46″—30°14′29″，黃石第二大的自然內湖，長江一級湖泊，對黃石市蓄洪防洪、小區(qū)域生態(tài)調節(jié)有著不可替代的作用。青山湖由4個子湖構成，從西向東編號為1#，2#，3#，4#湖。20世紀70年代以前，水體較清，水質較好。后來隨著黃石市的工業(yè)建設推進與城市化的不斷發(fā)展，青山湖周邊污染物質進入水體，使青山湖受到嚴重污染。20世紀90年代末，黃石市政府針對青山湖污染現(xiàn)狀，實施了一系列措施，如建設污水處理廠，農場整治，修復湖泊兩岸的生態(tài)環(huán)境以及景觀等[20]。近年來，又對青山湖1#湖區(qū)實施了底泥清淤工程，但污染物去除效果并不顯著[21]。至今，水質較差，湖水仍較渾濁。

本文主要研究青山湖1#湖區(qū)，位于整個青山湖的上游，湖區(qū)西面為湖濱大道，東面為居民點，北面為公園路，南面為校園林業(yè)用地。由于長期接納周邊各類污染物的排放，水質污染嚴重，其水環(huán)境狀況將直接影響到其他湖區(qū)的水質及水環(huán)境健康。因而，在進行青山湖污染整治及生態(tài)修復過程中，應優(yōu)先考慮1#湖區(qū)的修復，以保證上游清水對下游幾個湖區(qū)的持續(xù)補給。

1.2 采樣點布設

根據青山湖1#湖區(qū)水域狀況及研究內容，在湖中設置了9個采樣點(見圖1)。監(jiān)測時間從2018年1月開始至2018年12月，逐月對青山湖1#湖區(qū)9個采樣點進行常規(guī)水質指標定性定量采集。

圖1 青山湖1#湖區(qū)采樣點分布

1.3 樣品采集與指標的測定

采樣點水質監(jiān)測方法參考《水和廢水監(jiān)測方法》(第四版)[22]。水質監(jiān)測指標為總磷(TP)，總氮(TN)，葉綠素a(Chl.a)，高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)，透明度(SD)這5項基本指標。

1.4 數(shù)據處理及方法

1.4.1 水質評價方法 按原國家環(huán)?？偩?、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布GB3838-2002地表水特定項目評價標準，判斷2018年青山湖1#湖區(qū)水質狀況。

1.4.2 富營養(yǎng)化評價方法 在監(jiān)測指標數(shù)據的基礎上，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對青山湖1#湖區(qū)富營養(yǎng)化狀態(tài)進行評價，方法如下。

(1) 確定各水質參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

TLI(Chl.a)=10×(2.5+1.086×lnChl.a)

(1)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624×lnTP)

(2)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694×lnTN)

(3)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94×lnSD)

(4)

TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661×lnCODMn)

(5)

(2) 相關加權綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

(6)

式中：Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重； TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)； TLI(j)為第j種參數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

(3) 富營養(yǎng)等級劃分。根據Carlson理論，判斷出相應的富營養(yǎng)化等級[23]。

1.4.3 氮磷平衡估算方法 氮磷平衡估算以物質平衡原理為依據進行的，氮磷在湖泊中的轉化過程為：輸入-輸出=貯存或損失，氮磷截留量為入湖量與出湖量的差值，已知截留量可進一步計算出氮、磷的截留率[24]。

2 結果與分析

2.1 水質評價

2018年青山湖1#湖區(qū)全湖平均透明度0.33 m，總氮濃度2.45 mg/L，總磷濃度0.200 mg/L，高錳酸鉀指數(shù)8.23 mg/L，葉綠素a濃度45.40 μg /L。總磷為劣Ⅴ類，總氮為劣Ⅴ類，高錳酸鉀指數(shù)達Ⅳ類。2018年青山湖1#湖區(qū)各采樣點水質年均透明度范圍為0.31～0.35 m(見圖2)，從圖2中可看出Q7采樣點(青山湖1#湖區(qū)西北部湖區(qū))附近透明度較高為(0.35±0.18 m)，Q5采樣點附近透明度最低為(0.31±0.17 m)；總氮濃度范圍為2.18～2.97 mg/L(見圖3)，從圖3中可看出Q8采樣點附近總氮濃度最高為(2.97±1.48 mg/L)，Q8采樣點接近入湖口，出現(xiàn)濃度最高的原因可能受到入湖河流水質的影響，而上游副湖全湖平均總氮濃度3.04 mg/L，均高于1#湖區(qū)各采樣點總氮濃度。Q1采樣點位于湖區(qū)的南面，與校園林業(yè)用地接壤，污染相對較少，總氮濃度最低(2.18±1.20 mg/L)；總磷濃度范圍為0.191～0.228 mg/L(見圖4)，從圖4中可看出Q2采樣點附近總磷濃度最高為(0.228±0.125 mg/L)。由Q2采樣點所在的地理位置分析，可能與東北角處居民點排出的生活污水有關。同樣Q9采樣點附近與校園林業(yè)用地接壤，污染相對較少，總磷濃度最低為(0.191±0.101 mg/L)；高錳酸鹽指數(shù)為7.72～8.83 mg/L(見圖5)，從圖5中可看出Q8采樣點附近高錳酸鹽指數(shù)最高為8.83 mg/L，Q6采樣點附近高錳酸鹽指數(shù)最低為7.72 mg/L；葉綠素a濃度范圍為41.82～51.88 μg /L(見圖6)，從圖6中可看出Q4采樣點附近葉綠素a最高為41.82 μg /L，Q8采樣點附近葉綠素a濃度最低為51.88 μg /L。

圖6 青山湖1#湖區(qū)水體葉綠素a濃度

圖5 青山湖1#湖區(qū)水體高錳酸鉀指數(shù)

圖4 青山湖1#湖區(qū)水體總磷濃度

圖3 青山湖1#湖區(qū)水體總氮濃度

圖2 青山湖1#湖區(qū)采樣點透明度

青山湖1#湖區(qū)水體TP，TN濃度季節(jié)差異顯著(見圖7)。TP濃度在春季、夏季、秋季和冬季分別為0.170，0.350，0.132，0.131 mg/L，其中夏季總磷濃度0.350 mg/L明顯高于其它季節(jié)，春、秋、冬3季相差不大。TN濃度在春季、夏季、秋季和冬季分別為3.20，1.60，2.05，2.96 mg/L，其中春季濃度最高。

圖7 青山湖1#湖區(qū)水體TP，TN的年內變化

2.2 富營養(yǎng)化狀態(tài)評價

按照綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，計算出全湖年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的值為67，結果表明2018年青山湖1#湖區(qū)水體為中度富營養(yǎng)化水平，9個采樣點均達到中度富營養(yǎng)化水平(見表1)。

表1 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價結果

2.3 氮磷平衡估算

2.3.1 氮磷輸入 根據文獻分析可知，湖泊氮磷來源主要有以下幾方面：上游來水，湖面降水，沿湖生活污水排放，水產養(yǎng)殖等農業(yè)生活用水和地下水帶入等。經實地勘測調查走訪發(fā)現(xiàn)，青山湖1#湖區(qū)湖區(qū)西面為湖濱大道，東面為居民點，北面為公園路，南面為校園用地。從湖區(qū)周邊土地利用類型分析可知，青山湖1#湖區(qū)周邊無工農業(yè)水產養(yǎng)殖等大型生產活動，地下水水量較少，因此該部分在計算青山湖1#湖區(qū)氮磷輸入時可忽略不計。由于老城區(qū)的歷史遺留問題，未完成雨污分流，且西側的污水處理廠處理能力有限，高峰期時，周邊仍有少量生活污水來不及處理通過排污口直接入湖，成為青山湖1#湖區(qū)氮磷來源之一。上游來水和湖面降水中攜帶的氮磷營養(yǎng)物質也可直接影響湖泊氮磷含量。故總結出進入青山湖1#湖區(qū)的氮磷來源有：上游來水、湖面降水、雨污排口污水輸入。下面將詳細估算各部分氮磷輸入負荷量。

(1) 湖面降水。2018年湖面降雨輸入的總磷總氮含量分別為17.18，179.64 kg(見表2)。已知青山湖1#湖區(qū)的湖面面積為1.74×105m2，查閱資料得知黃石市年均降水量為1 441 mm，降水中總氮、總磷濃度多次試驗測得的均值分為0.72，0.069 mg/L，由此估算出降水中攜帶的總磷總氮含量[25]。

(2) 上游來水。上游來水中輸入總氮3 751.88 kg/a，總磷318.96 kg/a(見表2)。青山湖1#湖區(qū)入湖口處年均總氮、總磷濃度分別為2.28，0.194 mg/L。實地調查發(fā)現(xiàn)，1，2，3，11，12月在入湖口處未見明顯水流變化，故計算入湖水量時只需估算4—10月入湖水量，其他月份可忽略不計。監(jiān)測求得平均水流速度0.007 5 m/s，入湖口橫截面積12.08 m2，由此估算出上游來水中攜帶氮磷總量。

表2 2018年青山湖1#湖區(qū)湖面降雨、上游來水氮磷輸入狀況

(3) 排口輸入。實地調查得知青山湖1#湖區(qū)雨污合流排口有3個，分別為2#排口，3#排口，4#排口(見圖8)，各雨污合流排口共計輸入總氮含量72.8 kg，總磷輸入2.5 kg(見表3)。降雨期間，3個雨污合流排口入湖污染物顯著增加，雨水和生活污水通過3個排口直接入湖，成為青山湖氮磷輸入的途徑之一，雨水排口入湖水量較少，可忽略不計。

表3 青山湖1#湖區(qū)雨污合流排口氮磷輸入狀況

圖8 青山湖1#湖區(qū)雨污合流排口分布

2018年一場大約持續(xù)12 h的中到大雨歷時內，實測出各排口平均流速、排污口橫截面積、總氮總磷濃度均值。由此估算出該場雨歷時內，2#排口輸入的總氮、總磷量大概為13，0.4 kg；3#排口輸入的總氮、總磷量大概為22.3，0.7 kg；4#排口輸入的總氮、總磷量大概為37.5，1.4 kg，求和得到3個排口輸入氮磷分別為72.8，2.5 kg。從黃石氣象局公布的氣象資料查閱得知，2018年類似雨量的降雨大約有30場，進一步估算出2018年青山湖由雨污排口輸入的總氮、總磷含量分別為2 184，75 kg。

青山湖1#湖區(qū)2018年入湖總氮負荷6 115.40 kg，總磷負荷411.14 kg，共計6 526.54 kg(見表4)；其中上游來水中攜帶的總氮、總磷含量分別為3 751.88,318.96 kg；雨污合流排口輸入總氮、總磷含量分別為2 184,75 kg；湖面降雨輸入總氮、總磷含量分別為179.53,17.18 kg；上游來水輸入的總氮負荷占總量的61.35%，總磷負荷占輸入總量的77.58%，氮磷負荷總量占比62.37%。

表4 青山湖1#湖區(qū)氮磷輸入負荷

2.3.2 氮磷輸出 青山湖1#湖區(qū)通過出湖河流輸出總氮、總磷輸出量為1 939.51，198.21 kg/a。由于青山湖1#湖區(qū)目前主要功能為城市蓄洪景觀湖泊，不具有灌溉等農用生產功能，由此青山湖1#湖區(qū)出湖水是帶走湖泊氮磷的主要方式，其他方式出湖的氮磷負荷較小，可忽略不計。類比上游來水的計算方法，實測出出湖口總氮年均濃度為2.44 mg/L，總磷年均濃度0.82 mg/L，平均流速0.016 7 m/s和入湖口橫截面積2.345 m2，由此估算氮磷輸出量。

2.3.3 氮、磷的平衡計算 氮、磷截留量分別為4 175.89，212.93 kg/a，進一步計算出截留率為68.28%，51.79%(見表5)。

表5 青山湖1#湖區(qū)氮、磷截留量

3 討 論

3.1 主要污染負荷來源

上游來水是城市湖泊的主要污染負荷來源。例如南京的玄武湖是典型的城市富營養(yǎng)化湖泊，入湖溝渠收納的鎖金村地區(qū)和紫金地區(qū)的雨水和生活污水成為其污染負荷的主要來源，同時也是加重湖泊富營養(yǎng)化的主要渠道[26]。北京的昆明湖，由于上游官廳水庫—永定河山峽段—永引—昆玉河輸水沿線水質基本沒有得到稀釋自凈，水質仍為較差，因此成為昆明湖出現(xiàn)明顯富營養(yǎng)化的主要原因[27]。云南省撫仙湖水質與103條入湖河流的水質和營養(yǎng)狀態(tài)密切相關，得出影響撫仙湖入湖河流的主要污染因子是總磷和總氮，進而影響撫仙湖營養(yǎng)水平[28]。

本文通過對青山湖1#湖區(qū)氮磷平衡的研究及污染負荷總量的分析結果得出相同結論，即上游副湖是青山湖1#湖區(qū)最大氮磷污染物負荷來源。副湖是青山湖1#湖區(qū)最主要的入湖水源。上游副湖全湖平均TN濃度為3.04 mg/L，TP濃度為0.361 mg/L，TP為劣Ⅴ類，TN為劣Ⅴ類，水質較差。副湖周邊仍有少量的農業(yè)生產廢水和餐飲行業(yè)生活污水進入，進而影響下游青山湖1#湖區(qū)水質。2018年青山湖1#湖區(qū)氮磷入湖總氮負荷6 115.4 kg，總磷負荷411.14 kg。上游來水中攜帶的總氮、總磷含量占青山湖1#湖區(qū)總氮總磷輸入總量比例最高，分別為61.35%，77.58%。青山湖1#湖區(qū)湖區(qū)西面為湖濱大道，東面為居民點，北面為公園路，南面為校園用地。從數(shù)據和湖區(qū)周邊土地利用類型分析出青山湖1#湖區(qū)氮磷輸入的主要來源為上游來水，由于受到周邊農業(yè)生產和人類活動的影響，上游副湖水質營養(yǎng)物質含量較高，成為青山湖1#湖區(qū)最大氮磷污染物負荷來源。雨污合流排口輸入的氮磷含量占比次之，分別為35.71%，18.24%，成為第二大主要污染源。

青山湖1#湖區(qū)所在的黃石港區(qū)是老城區(qū)，由于歷史原因，未完成雨污分流，且西側的污水處理廠處理能力有限，高峰期時，周邊仍有少量生活污水來不及處理通過排污口直接入湖，間接地加重了青山湖1#湖區(qū)的富營養(yǎng)化程度。這種合流制管道溢流污染己成為部分城市水體水質改善的主要制約因素之一，如巢湖市環(huán)城河內中心城區(qū)合流制排水系統(tǒng)中，雨天污水中CODMn，TP，SS(懸浮物)以及TN一般是旱流污水的幾倍之多，有時甚至是旱流污水的幾十倍，加重了環(huán)城河水質的富營養(yǎng)化程度[29]。鎮(zhèn)江市老城區(qū)古運河水系，晴天和雨天雨污合流排口水質不同，并發(fā)現(xiàn)雨污合流排口污染控制工程可行性，有效降低了排入古運河的降雨徑流的各項污染物指標，從而保護了古運河的水環(huán)境[30]。青山湖1#湖區(qū)本身面積也比較小，加上城市建設對其水系的干擾，使得青山湖1#湖區(qū)與外界的交換能力和流動性較差。青山湖1#湖區(qū)屬于城市湖泊，而城市湖泊具有較低的耐污染負荷能力，當外來營養(yǎng)鹽和其他污染物大量輸入和不合理開發(fā)利用時，會使得城市湖泊的很難恢復到之前狀態(tài)[31]。因此氮磷輸入是造成湖泊富營養(yǎng)化的主要原因，特別是以青山湖為代表的城市湖泊，上游來水中攜帶的氮磷成為城市湖泊的主要污染負荷來源。通過減少上游來水中的總氮、總磷濃度，對降低青山湖1#湖區(qū)營養(yǎng)水平十分必要。

3.2 污染物質截留原因

氮磷平衡研究結果顯示，總氮的截留率達到68.8%，總磷的截留率達到51.76%。這種現(xiàn)象的原因可能有兩種：①通過上游來水、湖面降水、雨污合流排口入湖的氮、磷以溶解態(tài)的形式存在湖水中。雖然氮、磷在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中有多種存在方式，但能被浮游植物利用的只有硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮3種無機氮營養(yǎng)鹽和溶解態(tài)的正磷酸鹽[32]。水生生物吸收利用溶解態(tài)的氮磷來促進自身的生長發(fā)育，降低水中溶解態(tài)的氮磷含量，使得少量氮磷截留。②大部分氮磷會以顆粒物吸附態(tài)的形式留存于湖底，被底泥截留下來，成為底泥一部分。國內外眾多學者對湖泊底泥中氮、磷的釋放規(guī)律以及底質中氮、磷的存在形態(tài)作了深入的研究，影響其釋放的因素主要為溫度、溶解氧、擾動狀況、pH值等。當溫度升高，擾動增大，pH值升高時，湖泊中氮磷的釋放通量增大[31,33]。在環(huán)境適宜的條件下，底泥中被吸附的氮磷可能又被重新釋放到水體中，再次污染湖泊水質，加重湖泊的富營養(yǎng)化程度。

青山湖1#湖區(qū)氮、磷的截留率較高，其原因可能與氮、磷的去除方式不多有關。氮磷元素所共有的去除過程有：①隨出湖河流流出；②生物轉化利用再由人工捕撈攜帶出湖；③通過魚類運輸、鳥類運輸和淺層地下水運輸流出湖泊水體。湖體中氮元素還能通過反硝化或厭氧氨氧化作用生成N2或N2O，以氣體的形式離開湖泊生態(tài)系統(tǒng)。在眾多氮的去除方式中，通過反硝化作用去除是湖泊總氮去除的最主要的方式，湖泊中磷的去除方式主要依靠人工輸出[19]。青山湖作為城市景觀湖泊，無水產養(yǎng)殖等農業(yè)活動，所以人工輸出較難，而魚類運輸、鳥類運輸和淺層地下水運輸3種方式氮磷出湖量較少，故大部分氮磷被水生植物或底泥截留下來。

3.3 治理建議

(1) 由于上游來水是青山湖1#湖區(qū)氮磷的主要來源，直接恢復沉水植物凈化水質難度較大，尤其在深水區(qū)。建議采用生態(tài)浮床，在凈化水質，達到外源清水入湖的同時，還能改善湖面景觀。

(2) 建議對單純的污水直排口和污水溢流口，進行封堵截污，以減少入湖污染源；針對雨水排口，可在排口附近湖水區(qū)域采取高效原位強化凈化處理措施，可采用生物生態(tài)凈化壩，以控制初期雨水對湖體的污染；對合流排口溢流口進行改造，減少入湖水量，并在排口附近水域采取原位強化處理措施以控制合流污水對湖體的污染。

(3) 由于青山湖1#湖區(qū)周邊存在大量硬質護岸及石質基底，不僅不利于水生植物生長，而且也不利于對流域內面源污染的攔截。建議回填少量客土或疏挖底泥軟化湖濱帶，種植水生植物，促進水陸交錯區(qū)物質循環(huán)，增加水體自凈能力，提高水環(huán)境容量。后期濱水帶的植物群落形成還能成為鳥類覓食地，可為其提供很好的棲息地。

4 結論與展望

黃石市青山湖1#湖區(qū)2018年全湖平均總磷為劣Ⅴ類，總氮為劣Ⅴ類，高錳酸鉀指數(shù)為Ⅳ類，總體已達到中度富營養(yǎng)化水平。上游副湖輸入總氮、總磷含量占青山湖1#湖區(qū)輸入總量的61.35%，77.58%，成為青山湖1#湖區(qū)氮磷的主要來源，雨污合流排口輸入次之，進而加重了青山湖1#湖區(qū)的富營養(yǎng)化。從全湖整體來看，總磷年均濃度最高點出現(xiàn)在湖區(qū)東北角居民點附近，可能與居民點排出的生活污水有關。受上游副湖的水質的影響，入湖口附近總氮年均濃度最高，而湖區(qū)總磷總氮年均濃度最低點均與污染相對較少的校園林業(yè)用地接壤。2018年全年總氮入湖總量為6 115.40 kg，總磷入湖總量為411.14 kg，總氮出湖總量為1 939.51 kg，總磷為198.21 kg，截留率分別為68.28%，51.79%。通過上游來水、湖面降水、雨污合流排口入湖的氮、磷以溶解態(tài)的形式存在湖水中或大部分氮磷會以顆粒物吸附態(tài)的形式留存于湖底，被底泥截留下來，成為底泥一部分。作為城市景觀湖泊，在氮磷平衡機制中，氮磷輸出的主要途徑為出湖河流輸出和氮素反硝化作用，去除方式相對較少，進一步導致大部分氮磷被水生植物或底泥截留下來。為防止青山湖1#湖區(qū)富營養(yǎng)化程度加重，逐步實現(xiàn)水質改善和生態(tài)系統(tǒng)恢復，建議對上游來水采用生態(tài)浮床，在凈化水質，達到外源清水入湖的同時還能改善景觀。建議加強入湖管網雨污分流，在短期內無法改造的情況下，可在排口附近湖水區(qū)域，采取高效原位強化凈化處理措施。

本文采用的基礎指標數(shù)據，還存在一定人為誤差。在以后的研究中可將傳統(tǒng)觀測數(shù)據與遙感等前沿手段結合，使得評價結果更具有準確性、省時性和時空同步性等特點。本文對青山湖1#湖區(qū)氮磷平衡的研究，從主要的輸入來源、輸出途徑進行估算，準確性還需提高。在進一步的相關研究中，應深入探討氮磷平衡過程。