觀音湖富營養(yǎng)化研究

張海柱，蔣紅斌，田婷婷

(四川省遂寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000)

1 引言

觀音湖位于遂寧市船山區(qū)，2006 年底過軍渡水利樞紐下閘蓄水而形成[1]，總面積約19 km2，水岸線20 km，自然、人文景觀十分豐富，湖邊濕地公園入選國家林業(yè)和草原局《2020 年通過驗收的國家濕地公園名單》。

由于遂寧市城鎮(zhèn)化和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，城市工業(yè)廢水、初期雨水和農(nóng)業(yè)面源污染的匯入，觀音湖水質(zhì)逐年惡化，早在2010 年春季呈現(xiàn)富營養(yǎng)化[2]，其余季節(jié)水質(zhì)良好，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。為了解觀音湖水質(zhì)情況，弄清富營養(yǎng)化成因，掌握富營養(yǎng)化變化趨勢，從2010 年，每年春季，均對觀音湖富營養(yǎng)化情況進行了研究和分析。

水體富營養(yǎng)化，主要是總磷、總氮[4]等營養(yǎng)物質(zhì)隨著地表徑流進入湖泊等緩流水體引起藍藻大量繁殖的現(xiàn)象，本文對引起富營養(yǎng)化的物質(zhì)逐年進行了調(diào)查，利用《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[5]進行了分析，為及時進行水體富營養(yǎng)化預(yù)警調(diào)查和評價，水體富營養(yǎng)化防治和環(huán)境管理提供技術(shù)支撐。

2 調(diào)查內(nèi)容和方法

2.1 點位選取

選取了聯(lián)盟河入涪江前500 m(★1)、明月河入涪江前500 m(★2)、涪江二橋(★3)、觀音湖下穿隧道處(★4)和過軍渡壩前(★5)5 個點位。

2.2 調(diào)查指標(biāo)

現(xiàn)場測定的溶解氧和實驗室分析的總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a。分析方法均采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法和規(guī)范[6～10]。

2.3 樣品的采集和保存

按照地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[11]、湖泊和水庫采樣技術(shù)指導(dǎo)[12]、樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定要求執(zhí)行[13]。

2.4 調(diào)查方法

利用《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(表1)對觀音湖的富營養(yǎng)化程度進行調(diào)查。

表1 湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

觀音湖水域功能類別為Ⅲ類，2021年5月，對觀音湖庫區(qū)開展了水質(zhì)調(diào)查監(jiān)測，調(diào)查結(jié)果見表2，選擇的5個調(diào)查點位水質(zhì)類別均滿足Ⅲ類功能區(qū)水質(zhì)要求，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為50、51、41、42、45，均為中營養(yǎng)，湖庫區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值為45，總體呈現(xiàn)中營養(yǎng)。

表2 各點位營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果

3.2 富營養(yǎng)化趨勢

觀音湖水庫富營養(yǎng)化調(diào)查工作始于2010年，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為51，為輕度富營養(yǎng)化。2013～2015 年，觀音湖水質(zhì)逐年惡化，水體富營養(yǎng)化逐年加重，較為嚴重的是在2015 年，2 號點位明月河呈現(xiàn)重度富營養(yǎng)化，湖庫區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值為63，總體呈現(xiàn)中度富營養(yǎng)。2015 年底，對湖庫區(qū)及其支流河道進行了大力整治，湖庫區(qū)和支流水質(zhì)逐年改善，富營養(yǎng)化呈現(xiàn)減輕態(tài)勢，2017～2021 年連續(xù)5 年只有2019 年爆發(fā)了一次富營養(yǎng)化。

3.3 總氮和總磷的貢獻

水體富營養(yǎng)化最早由Naumann引入到湖泊、水庫等淡水體系[14]，Naumann認為：水溫、pH值和溶解氧以及總磷和總氮等營養(yǎng)鹽的輸入是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的主要因子[15，16]，氮和磷的超標(biāo)為富營養(yǎng)化的發(fā)生提供了內(nèi)在條件[2]，并且氮、磷的控制是治理和消除富營養(yǎng)化的主要研究方向[17～19]。浮游植物生長和生理平衡所需的TN/TP為16，即Redfield定律[20]，當(dāng)TN/TP<10時，水體中的浮游植物表現(xiàn)為氮限制，為了吸收水中較多的磷，發(fā)生生物固氮作用，當(dāng)TN/TP>20 時，水體中的浮游植物表現(xiàn)為磷限制，較低的磷含量抑制了生物氮素的合成。當(dāng)?shù)妆冉橛趦烧咧g時，限制因素變得不確定。 TN/TP研究成為判定水體中限制性元素和評價水體富營養(yǎng)化的重要工具[21，22]。根據(jù)近幾年的調(diào)查結(jié)果，研究了湖庫區(qū)總氮和總磷的年度變化趨勢(圖1)和TN/TP的年度變化趨勢(圖2)。在發(fā)生富營養(yǎng)化嚴重的年份如2015 年和2019 年，總磷和總氮都相對較高，2015 年以前，總磷和總氮都呈現(xiàn)上升趨勢，2015 年以后，總磷和總氮尤其是總磷呈現(xiàn)下降趨勢，和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的變化趨勢相一致。2019 年，總氮和前幾年無變化，由于總磷的大量輸入，TN/TP創(chuàng)下最近幾年低谷，氮成為限制性因素，雖然總氮含量不高，但是，為了吸納水中大量的磷，促進了生物固氮作用，導(dǎo)致當(dāng)年發(fā)生了富營養(yǎng)化。2020 年和2021 年表現(xiàn)為磷限制，較低的磷含量抑制了氮素的有機合成。

圖1 近幾年總氮和總磷濃度變化趨勢

圖2 近幾年TN/TP變化趨勢

3.4 原因分析和應(yīng)對措施

3.4.1 原因分析

觀音湖發(fā)生富營養(yǎng)化的根本原因在于匯入其中的小流域水質(zhì)差，為湖庫區(qū)帶來了過多的營養(yǎng)物質(zhì)。每年初春季節(jié)，水溫、氣溫升高和降水減少，下游過軍渡水電站為保持水面高度而停止瀉流，導(dǎo)致水流緩慢甚至靜止，水體在湖庫區(qū)停留時間延長。湖庫區(qū)優(yōu)勢藻類為擬多甲藻，條件適宜則快速生長且大量增殖，短期內(nèi)形成藻個體的高密度，從而爆發(fā)富營養(yǎng)化。

3.4.2 應(yīng)對措施

對觀音湖庫區(qū)周邊的支流進行截污整治，減少帶來的營養(yǎng)物質(zhì)輸入。每到初春季節(jié)，加大上游來水流量，增大觀音湖水量，減少渠河等支流的分流水量，加大庫區(qū)水體流速，消除富營養(yǎng)化發(fā)生的必要條件。利用生物調(diào)控技術(shù)，種植水生植物和選擇性的調(diào)控不同食性的魚種及其投放比例，消化水體中過多的營養(yǎng)物質(zhì)和水生生物。

4 結(jié)論

遂寧市觀音湖2010年發(fā)生了水體富營養(yǎng)化事件，2015年以前，觀音湖水質(zhì)逐年惡化，富營養(yǎng)化現(xiàn)象逐年加重，2015年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為63，達到了中度富營養(yǎng)化狀態(tài)。2015年以后，對湖庫區(qū)和支流進行了整治，水體水質(zhì)逐年變好，湖庫區(qū)基本消除了富營養(yǎng)化。

近幾年湖庫區(qū)總氮2015年濃度達到最高，總磷濃度2019年達到最高，變化趨勢和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)相一致，TN/TP2019年達到最低，水中大量的磷元素促進了水生生物固氮作用，從而爆發(fā)了富營養(yǎng)化。2020年至今，水體表現(xiàn)為磷限制，水體水質(zhì)良好。