洱海富營養(yǎng)化評價及其影響因素分析

李 萍

(大理州環(huán)境監(jiān)測站， 云南 大理 671000)

0 引言

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。水體富營養(yǎng)化會嚴(yán)重破壞水域生態(tài)景觀和水體生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致水中魚類及其他生物大量死亡[2]；也會導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，并影響航運、加速湖泊衰亡等[3]。

洱海既是大理市主要飲用水源地，又是蒼山洱海國家級自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)的核心，具有調(diào)節(jié)氣候、提供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、保持水生生物多樣性等多種功能，是整個流域乃至大理州經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[4]。

近年來由于洱海周圍人口急劇增加，農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)迅速發(fā)展，大量營養(yǎng)物質(zhì)排入洱海，致使洱海富營養(yǎng)化嚴(yán)重。洱海水質(zhì)已由貧營養(yǎng)型逐步過渡到中營養(yǎng)型[5]，且綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)有上升趨勢。

以往對洱海的研究，大多是通過單因子評價法來研究洱海富營養(yǎng)化，本文通過營養(yǎng)狀態(tài)評價法、相關(guān)性分析等方法對洱海富營養(yǎng)化進(jìn)行分析評價，探討了洱海富營養(yǎng)化的影響因素，并在此基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的建議和措施，以期為洱海的保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 采樣位置

2008—2017年在洱海湖區(qū)共布設(shè)11條垂線，如圖1所示，分別是631(桃源)、632(湖心0)、633(雙廊)、280(喜洲)、281(湖心1)、283(龍龕)、284(湖心2)、285(塔村)、286(小關(guān)邑)、287(湖心3)、288(石房子)，每條垂線采集表層水和底層水。

1.2 采樣方法

于每月1—10號對洱海進(jìn)行采樣，水樣采集后，按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)(增補(bǔ)版)[6]及相關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行保存、運輸及測定。

1.3 測定項目與方法

測定項目為總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、透明度等5項，監(jiān)測方法詳見表1。

表1 水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)及監(jiān)測方法

1.4 研究方法

1.4.1 營養(yǎng)狀態(tài)評價方法

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對洱海富營養(yǎng)化程度進(jìn)行評價。

湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價參數(shù)包括chla、TP、TN、SD、CODMn。

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為[7]：

式中：TLI(Σ)—綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj—第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)—代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為[7]：

式中：rij—第j中參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；m—評價參數(shù)的個數(shù)；rij和rij2的值見表2。

表2 中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與chla的相關(guān)系數(shù)rij及rij2值

各項目營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算：

TLI(chla)=10(2.5+1.086 ln chla)；

TLI(TP)=10(9.436+1.624 ln TP)；

TLI(TN)=10 (5.453+1.694 ln TN)；

TLI(SD)=10(5.118-1.94 ln SD)；

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661 lnCODMn)。

1.4.2 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析是指對兩個或多個具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析，從而衡量兩個變量因素的相關(guān)密切程度[8]。利用SPSS統(tǒng)計軟件建立多元線性回歸方程[8]，計算洱海綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、透明度、葉綠素a的逐步回歸統(tǒng)計結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

2.1.1 水質(zhì)類別變化

根據(jù)2008—2017 年大理白族自治州環(huán)境狀況公報[9]，近10年，僅有2008年、2014年洱海的水質(zhì)為Ⅱ類，其余8年均為Ⅲ類，洱海的水質(zhì)介于Ⅱ類和Ⅲ類之間，詳見表3。

2.1.2 指標(biāo)變化特征

選取 2008—2017 年水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、透明度(SD)、葉綠素a (chla)等5項水質(zhì)指標(biāo)和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)的年均值進(jìn)行評價分析，研究洱海富營養(yǎng)化年際變化特征，結(jié)果如圖2～圖7所示。

由圖2～圖4可以看出，2008—2017年，洱海TN、TP、CODMn濃度總體呈上升趨勢。TN峰值出現(xiàn)在2009年，TN濃度在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值以下年份為2008年、2014年，其余年份均在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值以上。2009年以來，TN是洱海的主要污染因子。2014年、2015年TP濃度有所回落，2008—2012年、2014年、2015年洱海TP 濃度在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值以下。2016年開始，TP成為洱海的主要污染因子。CODMn濃度總體處于Ⅰ類和Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間。 chla濃度是反映水體中浮游植物生物量的綜合指標(biāo)之一，也是富營養(yǎng)化水平的重要表征。由圖5可以看出，2008—2017年洱海chla濃度呈先下降后上升趨勢，2014年洱海chla濃度最低。

由圖6可以看出，近年來，洱海透明度有緩慢回升趨勢，2011年為10年來的最高值。

由圖7可以看出，2008—2017年洱海TLI(∑)總體呈上升趨勢，整體處于中營養(yǎng)狀態(tài)。在中營養(yǎng)狀態(tài)下，TLI(∑)值越高，富營養(yǎng)化程度越重，說明洱海富營養(yǎng)化有加重的趨勢。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 指標(biāo)相關(guān)性分析

為探究洱海富營養(yǎng)化的限制性影響因素，利用 Pearson 相關(guān)系數(shù)法進(jìn)一步分析洱海2015—2017 年1—12月36組月份的 TP、TN、CODMn、chla、透明度、TLI(∑)的相關(guān)性。

由表4可知，洱海TLI(∑)與chla、TN、TP、CODMn呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.855、0.772、0.899、0.782；TLI(∑)與透明度呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.753。洱海chla與TN、TP、CODMn呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.586、0.623、0.619；chla與透明度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.449。

TN、TP、CODMn濃度上升，說明洱海外源性污染輸入增加，會促進(jìn)洱海浮游植物的生長，加重洱海富營養(yǎng)化程度。

表4 洱海富營養(yǎng)化指標(biāo)相關(guān)分析表

2.2.2 原因分析

(1)洱海流域農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重

洱海流域面源污染包括農(nóng)村生活污水、農(nóng)村畜禽糞便和農(nóng)田面源污染等[10]。流域內(nèi)大部分村落生活污水直接進(jìn)入或通過河流和地表徑流進(jìn)入洱海。養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，但是養(yǎng)殖方式粗放，畜禽糞便集中處理難度大[10]。流域內(nèi)高施肥量作物種植面積逐年上升，農(nóng)田氮、磷流失嚴(yán)重。

(2)入湖河流污染嚴(yán)重

洱海流域北部主要入湖河流羅時江、永安江和彌苴河流經(jīng)右所、鄧川、上關(guān)，這些地區(qū)大部分為農(nóng)業(yè)用地，主要污染為農(nóng)業(yè)面源污染[5]。南部有波羅江，流經(jīng)鳳儀，污染主要來源為農(nóng)田徑流，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及村落污染。東部有玉龍河、下河等，主要污染為海東、挖色村鎮(zhèn)的生活污水。西部蒼山十八溪優(yōu)質(zhì)的水源被截取作為飲用水源和工農(nóng)業(yè)用水，利用后大多成為污水排入洱海。

(3)旅游業(yè)快速發(fā)展帶來巨大的壓力

目前大理旅游業(yè)已進(jìn)入高速增長期，流域內(nèi)旅游業(yè)主要集中在住宿和餐飲服務(wù)上，隨著旅游人數(shù)增加，帶來收入的同時，拋棄的各種垃圾、住宿和餐飲排放的污水加重了污染，給洱海的保護(hù)也帶來前所未有的壓力。

(4)治理配套設(shè)施不完善

洱海周邊地區(qū)村民分散居住，生活居住區(qū)緊鄰洱海，生活廢棄物和生活污水難集中處理。在雨季，由于雨污未進(jìn)行分流，大多污水達(dá)不到處理濃度，污水處理廠不能完全發(fā)揮功效。在人口增長和生活水平提高的雙重影響下，生活廢棄物和生活污水成倍增加。居民每人每天排放大量的氮、磷進(jìn)入水體。

3 建議

(1)調(diào)整洱海流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色生態(tài)、觀光休閑農(nóng)業(yè)。推廣施用有機(jī)肥，循環(huán)利用農(nóng)業(yè)灌溉用水。配套完善的污染收集處理設(shè)施，提高畜禽糞便處置率。

(2)進(jìn)行主要入湖河流的環(huán)境綜合整治。嚴(yán)格水資源管理，開展無序取水整治。進(jìn)行湖濱濕地恢復(fù)，增強(qiáng)水源涵養(yǎng)保持能力。

(3)合理規(guī)劃、科學(xué)布置洱海周邊餐飲客棧，集中設(shè)置污水處理設(shè)施，收集餐飲生活污水。

(4)完善城鄉(xiāng)污水收集、垃圾收集清運處置設(shè)施，確保村鎮(zhèn)污水、垃圾得到有效收集處理。

(5)充分依靠廣大人民群眾，動員全社會力量參與洱海保護(hù)治理，提高全民生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識，努力營造“保護(hù)洱海，共建生態(tài)文明”的良好社會氛圍。