長江流域總磷問題思考

尹煒 王超 張洪

摘要：“十三五”以來，長江干流水體中總磷濃度達標，但中上游支流和中下游湖泊水體中的總磷超標明顯，總磷已經(jīng)成為長江流域水體主要污染指標。尤其是長江上游梯級水庫的建成運行，改變了水沙條件，顆粒態(tài)磷大幅減少，溶解態(tài)磷有所增加，磷輸移形態(tài)的改變加劇了中下游的總磷問題，并產(chǎn)生了系列生態(tài)環(huán)境效應。上游支流水體中磷的輸入加速了梯級水庫水體中磷的累積，水質污染和富營養(yǎng)化潛在風險增加;中下游顆粒態(tài)磷減少改變了磷形態(tài)的分布，增加了環(huán)境脆弱性;下游淺水湖泊水體中磷超標驅動了內(nèi)源循環(huán)，加速了湖泊富營養(yǎng)化過程;長江入海磷通量劇減，將對近岸水域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深遠影響。針對長江總磷問題開展了分析研究，結果表明：①應對磷輸入源頭采取控制措施，諸如加強“三磷”問題治理，遏制中上游重點支流的磷超標趨勢，同時要加快城鎮(zhèn)污水收集/處理基礎設施建設，完善農(nóng)業(yè)面源管控和湖泊生態(tài)修復體系，控制中下游磷排放源;② 應當實施上游梯級水庫群泥沙聯(lián)合調(diào)度，減少庫內(nèi)淤積，增加輸沙能力以及增加中下游顆粒態(tài)磷水平和磷入海通量;③ 建議完善總磷監(jiān)測的標準方法，強化全沙總磷的監(jiān)測，磷濃度和通量監(jiān)測并重，以便為長江總磷管控提供科學系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐。

關 鍵 詞：總磷; 水沙變化; 富營養(yǎng)化; 入海通量; 監(jiān)測方法; 對策建議; 長江流域

中圖法分類號： X52

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.008

0 引 言

磷是生物生長的必要元素，但過量的磷會造成河流湖泊富營養(yǎng)化、浮游生物和淡水藻類大量繁殖、水的含氧量下降、水質惡化等問題[1-2]。磷是評價河湖水體健康與否的重要指標[3-4]，因此對地表水體中含磷總量進行控制，是保持水體水質和維持水生態(tài)系統(tǒng)健康的重要措施。

河流是磷等生源要素的陸海傳輸通道[5]。據(jù)估算，全球河流每年傳輸?shù)胶Ｑ蟮牧卓偭考s為600萬～900萬t[6]，其中90%以上是顆粒態(tài)磷[7]。長江是亞洲第一大河流，其磷循環(huán)過程主要受控于肥料的施用和后續(xù)的食品消耗以及含磷污染物排放。長江也是東海海域磷的主要輸入來源，占到了所有河流輸入磷的80%以上，約為12萬～24萬t/a[8]，對東海，乃至對西太平洋近海海域生態(tài)環(huán)境都具有重要影響[9]。

長江流域過去50 a經(jīng)歷了快速的城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)集約化過程，其水污染狀況不容樂觀[10]。2006～2015年間，長江流域各省（市）相繼實施了以COD和氨氮為核心的總量控制和污染減排措施，水體耗氧污染控制取得了顯著的成效，總磷問題逐漸凸顯。對比2016年和2011年數(shù)據(jù)，長江上、中、下游氨氮濃度降幅分別為62.7%，46.8%和39.5%，高于總磷濃度降幅44.2%，4.9%和34.1%。2016年，總磷作為首要超標因子的斷面占比為32.5%，高于氨氮占比26.2%，也高于高錳酸鹽指數(shù)（1.4%）等其他指標的占比[11]，顯然，總磷已經(jīng)成為長江流域水體主要污染指標。此外，以三峽水庫為代表的長江上游干支流水庫群的常態(tài)化運行，已徹底改變了長江中下游生態(tài)水文過程和泥沙輸移量，對流域磷輸移過程產(chǎn)生了深遠影響，并可能會進一步影響到中下游乃至近海水生態(tài)系統(tǒng)的演替方向。有鑒于此，本文系統(tǒng)梳理了長江流域總磷問題的基本特點，并分析其可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效益，在此基礎上，提出了長江流域總磷問題的解決對策和建議，可為流域管理提供參考。

1 長江流域總磷問題的基本特點

1.1 干流總磷達標，但支流超標明顯，超標斷面主要分布在中上游區(qū)域

長江干流水體總磷總體達標，且近年來持續(xù)改善。2019年，長江干流除江蘇省無錫市小灣斷面為Ⅲ類水質外，其他斷面水質均為Ⅱ類。2016～2019年，長江干流總磷濃度持續(xù)下降，2019年長江總磷年均濃度為0.081 mg/L，比2016年下降23.7%。從長江干流水體總磷濃度沿程變化情況來看：上游水體總磷濃度相對較低，水質均可達到Ⅱ類標準，隨后到湖北省境內(nèi)河段有所升高，到江西省和安徽省境內(nèi)河段后濃度下降，到江蘇省境內(nèi)及入?？诤佣魏?，其濃度又出現(xiàn)小幅升高;2019年，總磷濃度波動較為平穩(wěn)（見圖1）。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部國控斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)，長江上游總磷污染最重。長江流域總磷污染最為嚴重的前30個斷面，上游分布有21個（占70%），總磷濃度在0.031～1.570 mg/L，水質多為Ⅴ類～劣Ⅴ類[11]?？偭壮瑯藬嗝嬷饕性谥猩嫌蔚闹Я?，包括四川省的沱江、岷江及涪江水系，云南省的金沙江水系，貴州省的烏江和沅江水系，以及湖北省的漢江支流[11]。岷江總磷濃度在0.160～0.250 mg/L之間波動，2011～2015年水質超過Ⅲ類標準;沱江總磷濃度總體呈下降趨勢，2015年和2016年水質超過Ⅲ類標準。烏江總磷在2009～2014年污染最為嚴重，超標頻率達到95.8%;2011年達到0.674 mg/L，超過Ⅲ類水質標準值2.37倍[12]。沅江上游清水江2011～2013年的總磷濃度均為劣Ⅴ類，2014～2016年有所下降，但仍超過Ⅲ類水質標準。嘉陵江、漢江、贛江等支流總磷污染程度總體較低，水質穩(wěn)定在Ⅱ類，但存在二級支流總磷超標的問題[13]。

長江流域是中國磷礦、磷化工企業(yè)和磷石膏庫（簡稱“三磷”）的主要分布區(qū)域，中上游尤為集中?！叭住笔菍е麻L江中上游等局部區(qū)域總磷污染的主要原因。在長江中上游的干、支流地區(qū)，依托豐富的磷礦資源，磷化工企業(yè)集聚而形成的產(chǎn)業(yè)帶，主要分布在四川省境內(nèi)的岷江、沱江流域，貴州省境內(nèi)的烏江流域和長江湖北省境內(nèi)河段以及滇中地區(qū)。其中，四川省綿竹市、什邡市沿石亭江（沱江支流）形成了磷化工集聚發(fā)展帶，貴州省形成了“織金-息烽-開陽-甕安-福泉”磷化工產(chǎn)業(yè)帶，湖北省形成了宜昌、?？怠⑶G襄、黃麥嶺四大磷化工基地以及鶴峰、黃梅兩大磷肥基地，云南省形成了滇中磷礦勘查開發(fā)基地。調(diào)查顯示，2015年，湖北省宜昌市近1/3的磷礦企業(yè)礦井涌水超過了GB8978-1996《污水綜合排放標準》的排放限值（0.5 mg/L）;2012年，貴州中化開磷公司交椅山磷渣場通過喀斯特地貌滲漏導致烏江總磷超標，滲漏點總磷最高濃度達到600 mg/L[13]。

根據(jù)長江流域“三磷”專項排查整治行動統(tǒng)計數(shù)據(jù)，55%的磷石膏庫企業(yè)、47%的磷肥企業(yè)、42%的黃磷企業(yè)和32%的含磷農(nóng)藥企業(yè)存在環(huán)境問題。如湖北省宜昌市遠安縣的4家磷化工企業(yè)排放的廢水總磷超標，最高排放濃度達587 mg/L;貴州省甕安發(fā)財洞排口總磷濃度高達410 mg/L，是造成清水江羊昌河污染的主要因素[13]。雖然近年來對排口廢水的回收處理力度不斷加大，但磷化工企業(yè)總磷排放超標的問題仍比較普遍。另外，中國“三磷”行業(yè)環(huán)境管理政策不夠完善，在行業(yè)規(guī)范化管控、排放標準制定、綜合監(jiān)管等方面仍存在一定問題，也是總磷污染的重要原因。

1.2 湖泊總磷污染不容樂觀，特別是中下游淺水湖泊總磷超標現(xiàn)象普遍

長江中下游地區(qū)是中國淡水湖泊資源最為集中的區(qū)域，擁有面積大于1 km2 的湖泊651個，面積大于100 km2的湖泊18個[14]，占中國淡水湖泊總面積的60%以上[15]，該地區(qū)也是中國湖泊富營養(yǎng)化問題最普遍的區(qū)域[16]。季鵬飛等[17]對長江中下游26個典型湖泊春季和夏季的營養(yǎng)鹽含量進行了調(diào)查，結果表明TP濃度達到（0.210±0.150） mg/L，超過了世界經(jīng)濟合作與開發(fā)組織（OECD）制定的超富營養(yǎng)水平標準（TP>0.10 mg/L）。鄱陽湖、太湖、洞庭湖、淀山湖、東湖等淺水湖泊總磷平均濃度均超過0.050 mg/L（Ⅳ類），其中，城市類型的東湖總磷平均濃度均超過0.100 mg/L（Ⅴ類），淀山湖總磷平均濃度超過0.200 mg/L（劣Ⅴ類）[18]。

近年來，雖然主要湖泊總磷污染有所緩解，但總磷濃度仍然處于較高水平?！笆濉逼陂g除太湖總磷濃度明顯升高外，其他重點湖泊總磷濃度呈不同程度下降。2019年，洞庭湖、鄱陽湖、巢湖、滇池全湖總磷平均濃度分別為0.066，0.069，0.078 mg/L和0.071 mg/L，分別比2016年下降了21.9%，3.9%，15.2%和57.7%;太湖2019年全湖總磷平均濃度為0.081 mg/L，比2016年上升了21.7%。由于總磷超標，太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、鄱陽湖等5個重點湖泊水質類別以Ⅳ類為主，滇池水質Ⅴ類點位比例占40%（見圖2）。

湖泊總磷超標主要受到農(nóng)業(yè)面源、城鎮(zhèn)污水以及自身內(nèi)源的影響。一方面，長江中下游是中國重要的糧食生產(chǎn)區(qū)，農(nóng)作物播種面積約占全國總播種面積的40%，施肥強度平均約為320 kg/hm2，均遠高出發(fā)達國家公認的225 kg/hm2的安全上限[19]?；适┯觅Y源化利用率很低，肥料吸收利用率平均僅有約35%。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》中各省磷肥施用量統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到的長江流域2016年磷肥施用量為225.30萬t，總磷流失量約為8.73萬t，主要集中在中下游地區(qū)[20]。另一方面，長江流域城市群密布，2014年，長江經(jīng)濟帶城鎮(zhèn)生活總磷排放量約占全國的40%。雖然長江中下游各省份的總磷平均去除率達到了80%以上，但污水處理設施總磷平均排放濃度仍然高達0.680 mg/L，高于地表水Ⅴ類水質標準[11]。加上當前城鎮(zhèn)污水收集率普遍不高，部分未進管網(wǎng)直接入湖的城鎮(zhèn)污水對總磷的影響可能更加突出。另外，長江中下游區(qū)域多為淺水湖泊，湖泊沉積物是磷的蓄存庫，顆粒態(tài)有機磷很易沉降湖底，使湖底沉積物中營養(yǎng)鹽含量遠高于上覆水。天然湖泊中約70%的磷以顆粒有機態(tài)形式存在，特別易沉積富集于湖底沉積物，成為上覆水體營養(yǎng)鹽的“潛在源”[21-22]。即使在外源磷的輸入得到控制后，其內(nèi)源釋放仍可使水體富營養(yǎng)化問題持續(xù)數(shù)十年[23-24]。

1.3 梯級水庫改變水沙條件，顆粒態(tài)磷大幅減少，但溶解態(tài)磷有所增加

三峽工程1994年正式動工興建，三峽水庫在經(jīng)歷了135，156 m和172 m高程試驗性蓄水后，于2010年成功蓄水至175 m高程。此后，三峽水庫一直在145～175 m高程運行。不僅如此，長江上游金沙江河段系列大型水電站，如魯?shù)乩?、觀音巖、溪洛渡、向家壩等水電站也于2013年前后陸續(xù)建成并下閘蓄水。這一系列大型水利工程的建設運行對長江中下游水文情勢產(chǎn)生了重要影響，其中，與總磷密切相關的就是中下游水體泥沙含量明顯減少。長江中下游干流宜昌、漢口和大通等主要控制站2003～2018年平均含沙量與2000年前相比，減少比例在68.2%～92.5%之間;懸浮物含量也隨之顯著減少，2003～2019 年與1998～2002年相比，三峽壩下南津關斷面懸浮物濃度下降了近90%，漢口和吳淞口等斷面的懸浮物濃度下降也超過了50%。因此，2003年后，長江中下游干流水體已形成新的水沙條件[25]。

新水沙條件下，顆粒態(tài)磷明顯減少，并導致總磷濃度大幅下降。三峽水庫對磷的滯留效應從2005年開始凸顯，蓄水試運行階段，干流斷面總磷的年均濃度在2008年沿程明顯降低;上游梯級電站運行后（2014～2017年），干流斷面總磷濃度平均下降45%[26]。伴隨著懸浮物輸出的減少，長江中下游總磷濃度也明顯降低。三峽壩下南津關斷面總磷（TP）濃度平均下降30%（平水期下降40%，豐水期下降32%，枯水期下降17%）。與此同時，斷面磷形態(tài)發(fā)生了明顯變化，由顆粒態(tài)（TPP）為主轉變?yōu)橐匀芙鈶B(tài)磷（TDP）為主，2003年以后，TDP/TP中位值達到了0.561。雖然下游漢口和吳淞口斷面顆粒態(tài)磷（TPP）逐步恢復，TPP/TP中位值分別上升到0.567和0.738，但顆粒態(tài)磷所占比例依然較三峽水庫蓄水前期有明顯降低[25]。

由于泥沙和懸浮物減少使得水中顆粒吸附和封鎖磷的能力削弱，水體中更多的磷轉移到水相，導致溶解態(tài)磷有所增加。模擬結果顯示：宜昌站非汛期和汛期平均溶解態(tài)磷濃度已經(jīng)從1990年以前的0.029 mg/L和0.027 mg/L分別提高到了2009～2016年的0.065 mg/L和0.037 mg/L[27]（見圖3（a））。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，三峽大壩下游南津關斷面1998～2003年溶解態(tài)磷平均值為0.068 mg/L，2013～2019年平均值則達到了0.090 mg/L，總體呈明顯上升的趨勢[25];宜昌站非汛期溶解態(tài)磷從2003年前的0.035 mg/L提高到了2009年后的0.070～0.080 mg/L[27]（見圖3（b））。

2 長江流域總磷問題的生態(tài)環(huán)境效應

2.1 支流磷輸入加速了上游水庫磷累積，水質污染風險增加

由于部分支流水體中總磷長期超標，大量潛在污染積累到了上游水庫。周琴等[12]測算表明，長江干流河段的總磷年均負荷在1.125～2.669 kg/s（平均值為1.658 kg/s）;嘉陵江輸入總磷的年均負荷在0.213～0.425 kg/s（平均值為0.317 kg/s）;烏江輸入總磷的年均負荷在0.290～0.739 kg/s（平均值為0.509 kg/s）。3條河流總磷的通量之和（年平均值為2.483 kg/s）略大于干流清溪場斷面總磷的通量（年平均值為2.145 kg/s），部分總磷負荷沉積在三峽庫區(qū)。

三峽水庫上下層之間熱和物質交換更有利于刺激底泥中磷及其他有機質分解并快速進入表層;有機質釋放后快速消耗溶解氧，形成低氧環(huán)境，進一步加速了沉積物中磷的釋放[28]。隨著上游烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩等大型梯級水電的開發(fā)投產(chǎn)，水溫抬升的效應將進一步突出。監(jiān)測資料顯示，2013年，向家壩、溪洛渡和亭子口水電站先后蓄水后，朱沱、寸灘和宜昌冬季平均水溫（2014～2016年）分別抬高了4，2，1 ℃。堆積在上游庫底的生物可利用磷（BAP）釋放出來和泥沙封磷作用降低也會抬高三峽水庫入庫溶解磷濃度，這些環(huán)境壓力對三峽水庫的水質安全都是嚴重的挑戰(zhàn)[27]。

2.2 淺水湖泊磷超標驅動了內(nèi)源循環(huán)機制，加速湖泊富營養(yǎng)化過程

湖泊富營養(yǎng)化主要受到氮磷營養(yǎng)鹽的控制。生物可通過固氮作用直接從大氣獲取氮源，而在厭氧條件下有機氮又可被還原成氮氣回歸大氣，這個循環(huán)過程為湖泊藻類提供了幾乎取之不盡的氮源[29-30]。然而磷主要儲藏在巖石和土壤中，經(jīng)天然侵蝕或人為開采而流入水域，循環(huán)周期往往長達數(shù)萬年。由于來源有限，且容易沉積，磷對湖泊初級生產(chǎn)的限制作用必然比氮更強[6]。因此，在藻類等浮游生物生長所需的各種營養(yǎng)鹽類中，磷是最主要的限制因子。根據(jù)計算，每1 g氮可增殖10.8 g藻類，每1 g磷可增殖78.0 g藻類。水體中的磷含量直接決定了藻類的增殖速率，進而影響到水體富營養(yǎng)化進程[31]。

長江流域的湖泊多為平原淺水湖泊，透光層相對比例較高，受風浪影響大，湖泊總磷超標極易形成正反饋效應。影響湖泊沉積物營養(yǎng)鹽釋放的途徑與因素多樣，主要有風浪與底棲動物擾動、浮游植物上浮及水生植物根部傳遞等[32-33]。其中，風浪擾動改變淺水湖泊沉積物的溫度、pH值、氧化還原電位、鐵和錳含量等[34-35]，還原條件下，水土界面的磷釋放速率甚至比氧化環(huán)境下高1個數(shù)量級[36]。受風浪影響，水土界面頻受風浪擾動，好氧生物層的相對比例較高，生態(tài)系統(tǒng)結構復雜，內(nèi)源釋放的影響因素多樣。秦伯強等[37]研究發(fā)現(xiàn)，風浪擾動對淺水湖泊水土界面營養(yǎng)鹽釋放具有顯著影響，風浪擾動能夠引起水體溶解性磷濃度顯著提高，從而產(chǎn)生暴發(fā)性釋放。風浪將沉降在湖底的浮游植物懸浮起來，也將位于沉積物最頂部的8 cm的底泥中的可溶活性磷（SRP）釋放出來[14]。也就是說，過高的總磷會觸發(fā)藻類增殖，死亡殘體中的有機磷會快速分解釋放，形成可利用磷重新回到水體，又加速了藻類的增殖，如此循環(huán)。

2.3 顆粒磷減少改變了磷形態(tài)的分布，增加環(huán)境的脆弱性

泥沙是水中的重要磷庫，發(fā)揮著污染緩沖和營養(yǎng)調(diào)節(jié)等重要作用。泥沙顆粒的吸附作用可有效降低高磷污染期間水體溶解磷濃度，又可通過解吸補充低磷期間浮游生物對磷的需求。在上游水庫長期攔沙條件下，泥沙顆粒輸出大幅減少，泥沙對磷的緩沖作用降低，使得河流不能穩(wěn)定發(fā)揮調(diào)節(jié)磷的作用。同時，泥沙顆粒減少大幅抬高了溶解性磷的濃度，特別是在非汛期清水下泄的情況下，磷以溶解態(tài)直接進入環(huán)境循環(huán)，增加了環(huán)境的脆弱性[27]。

研究表明，由于水庫建設和水土流失減少，1980～2015年，大通站的總磷、顆粒態(tài)磷以及懸浮泥沙的輸出通量均呈現(xiàn)下降趨勢，分別凈降低了52%，75%和75%。然而，1980～2015年，河流溶解性磷輸出通量則呈現(xiàn)顯著的增加趨勢（凈增加了7倍），主要原因是泥沙顆粒減少促進了磷的形態(tài)轉化，加之污染排放和化肥農(nóng)藥等磷輸入的增加，從而顯著提高了溶解性磷輸出的通量[38]。大通站顆粒態(tài)磷占總磷的比例由1980年的97%持續(xù)下降到了2015年的50%，而溶解態(tài)磷占總磷的比例由3%增加到了50%[39]。盡管河流總磷和顆粒態(tài)磷輸出通量下降了，但是由于溶解態(tài)磷輸出通量和比例的增加，水體對磷污染的緩沖能力將顯著降低。

另外，泥沙減少會增加水體透明度，也會對磷的循環(huán)利用產(chǎn)生影響。實測資料顯示，三峽庫區(qū)非汛期水體透光深度比長江自然水體透光深度增加了8～10倍、藻密度提高了1個數(shù)量級。浮游生物增加會加快磷的循環(huán)，而生物代謝也會大量增加耗氧量，加上三峽水庫秋末至春初水溫顯著抬高，飽和溶解氧降低，低氧問題可能進一步加劇底質磷的釋放[29]，從而加大了水庫藻類暴發(fā)的風險，同時也降低了水體對磷的調(diào)節(jié)能力。

2.4 水庫攔截減少了入海的磷通量，改變近岸水域生態(tài)環(huán)境

對全球的大型水庫統(tǒng)計調(diào)查顯示，河流上的建庫對海洋岸帶區(qū)域的物質通量有著顯著影響[40]。長江流域5萬座大壩的修建，尤其是2003年三峽大壩的建設，造成了長江下游河道從20世紀50～80年代的物質通量每年累積0.09億t演變?yōu)槿龒{大壩建成后每年侵蝕0.06億t[41]。三峽大壩修建后，位于壩下44 km的宜昌站平均每年泥沙量相比于三峽大壩修建前下降了84%;2003～2007年期間，平均每年有1.62億t泥沙被大壩攔截，其中有92%沉積在寸灘至壩前區(qū)域[24]。由于泥沙攔截，三峽大壩下游河床侵蝕明顯加重，但河床侵蝕的增量并不能抵消大壩泥沙攔截造成的泥沙減少量，因此，長江河口的泥沙通量總體而言減少了31%（0.85億t）[43]。

由于泥沙被攔截，長江輸出的磷通量顯著降低。據(jù)測算，1961～1990年，長江上游年平均總磷通量約為22.3萬t，其中汛期（6～10月）占87%，顆粒態(tài)磷通量占95%。2003～2012年，宜昌站TP和PP分別減少了77.6%和84.6%，流域水庫每年攔截顆粒態(tài)磷19萬t（包括三峽水庫及其上游水庫的作用），其中，17萬t（89.3%）是汛期通量[27]。與1990年前相比，長江輸出的磷通量減少了80%左右。自然水域中的正常生物代謝的氮磷比一般在15～16或以此為平均值的一定范圍內(nèi)[44-45]，磷輸出通量大規(guī)模減少后，河口及周邊海域營養(yǎng)狀況與環(huán)境條件必然發(fā)生改變，影響初級生產(chǎn)力和浮游生物，藻類也會發(fā)生選擇性變異。國際上，很多建壩大河都出現(xiàn)了這類現(xiàn)象，如多瑙河上游建壩改變了河流營養(yǎng)結構，導致下游海域甲藻、顆石藻和寄生有害藻大量增加[46];阿斯旺高壩攔沙攔磷嚴重影響到了尼羅河地中海河口初級生產(chǎn)力與魚的產(chǎn)量[47]。

另外，溶解性磷通量占比的擴大還導致了長江口近岸海域浮游生物群落結構的變化。如浮游藻類的優(yōu)勢藻種發(fā)生改變，中肋骨條藻的優(yōu)勢度降低，原甲藻優(yōu)勢度上升[48];浮游動物的豐度也發(fā)生了變化，秋季橈足類豐度顯著增加，而大型甲殼動物和肉食性膠質動物豐度顯著降低[49]。同時，近岸海域水體濁度的變化也會對河口環(huán)境的演化產(chǎn)生影響。長江泥沙入海通量減少能夠增加近岸水體的透光性，提高長江口及東海近岸海域的初級生產(chǎn)力[50];在入海泥沙通量降低的背景下，懸浮顆粒對溶解態(tài)磷的吸附能力將大幅下降，磷的地球化學遷移和循環(huán)過程的改變將顯著影響到未來長江口海域的生態(tài)系統(tǒng)[48]。

3 對策和建議

針對長江流域總磷問題，應對癥下藥、多措并舉，一方面，應強化總磷來源管控和治理，另一方面，應加強水沙調(diào)度和流域層面整體調(diào)控。同時，應完善總磷的監(jiān)測方法和考核機制。通過采取上述措施實施系統(tǒng)治理，來科學應對長江流域總磷問題。

3.1 加強“三磷”問題治理，遏制長江中上游重點支流的磷超標趨勢

（1） 針對湖北、貴州、四川等省磷礦開采的重點區(qū)域，應整改或關閉產(chǎn)能小于50萬t/a的小磷礦;加強貴陽市、甕安縣等地區(qū)重點磷礦開采企業(yè)的污水回抽處理能力建設，強化磷礦資源管理。

（2） 針對總磷污染排放重點區(qū)域，應對污染治理措施不到位的企業(yè)提出限期整改措施;加快涉磷化工企業(yè)廢水處理設施升級改造，加強廢水生物除磷、化學除磷工藝的末端治理，強化開展無組織排放的綜合治理。

（3） 應開展磷石膏、磷渣倉儲標準化管理，推進磷石膏綜合利用和磷石膏渣場的監(jiān)管[11]。特別是針對卡斯特地貌條件下的堆場泄露問題，要做好防滲措施和日常監(jiān)管，防控可能出現(xiàn)的環(huán)境風險。

另外，建議在摸清家底的基礎上，注重打組合拳，強化源頭減量、過程控制、末端治理、綜合利用，推動長江經(jīng)濟帶磷化工產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展。精確核算中國各行業(yè)對磷資源的總需求量，著眼于全球涉磷產(chǎn)業(yè)格局，以用定產(chǎn)，從源頭上減輕“三磷”污染。同時，完善并推廣已產(chǎn)生良好環(huán)境效益的地方性政策，實現(xiàn)國家、地方、企業(yè)多渠道政策聯(lián)動，推動形成涉磷資源綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈[51]。

3.2 加快城鎮(zhèn)污水處理基礎設施建設，完善農(nóng)業(yè)面源管控和湖泊生態(tài)修復體系，控制長江中下游磷排放源

針對長江經(jīng)濟帶城市群發(fā)展快，總磷負荷排放強度大的問題，建議摸清長江流域城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設現(xiàn)狀，補齊污水收集管網(wǎng)短板，盡快實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理。

（1） 強調(diào)新建污水集中處理設施，必須合理規(guī)劃建設服務片區(qū)污水收集管網(wǎng)，新建管網(wǎng)應嚴格實行雨污分流。

（2） 加快消除城中村、老舊城區(qū)、城鄉(xiāng)結合部管網(wǎng)空白區(qū)，加快補齊“毛細血管”。

（3） 通過清污分流、管網(wǎng)更新修復、混錯接改造等途徑，提升污水集中收集效能。

（4） 推進雨污合流管網(wǎng)改造，降低溢流污染頻次。

針對長江中下游區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強度大，農(nóng)業(yè)面源污染突出的問題，建議完善農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖綜合管控體系。農(nóng)業(yè)灌區(qū)的化肥流失和水產(chǎn)養(yǎng)殖等是總磷的主要污染源，目前尚未出臺相應的水質排放標準，管理仍然粗放，對此，應根據(jù)受納水體的水功能區(qū)劃，確定農(nóng)田灌溉退水及水產(chǎn)養(yǎng)殖排水中的總磷排放限值。要加快劃定和建設糧食生產(chǎn)功能區(qū)、重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)，積極推進特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢區(qū)建設，實現(xiàn)重要農(nóng)產(chǎn)品和特色農(nóng)產(chǎn)品向資源環(huán)境較好、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)勢區(qū)集中。依據(jù)土地消納糞污能力，合理確定養(yǎng)殖規(guī)模，適度調(diào)減水網(wǎng)密集區(qū)的畜禽養(yǎng)殖，引導畜牧業(yè)向環(huán)境容量大的地區(qū)轉移。

針對淺水湖泊內(nèi)源釋放風險高、總磷累積性污染嚴重問題，建議加快實施重點湖泊生態(tài)修復。采取消浪、控藻、提高透明度和促進淤積等措施，通過環(huán)境改善恢復水生植物。通過水生植物恢復引導生態(tài)系統(tǒng)向草型湖泊轉變，達到水質凈化的目的[52]。

3.3 實施上游梯級水庫群泥沙聯(lián)合調(diào)度，減少庫內(nèi)淤積，增加輸沙能力

（1） 實施精細化“蓄清排渾”。三峽水庫采用“蓄清排渾”的基本措施來保證水庫有效庫容，即汛期盡量降低水庫運行水位排沙，汛后泥沙含量減少后開始蓄水。隨著上游金沙江等梯級水庫陸續(xù)建成，若要求水庫群在整個汛期維持低水位，等到汛后再集中開始抬升水位蓄水，這種調(diào)度運行方式不利于水資源的合理利用與高效利用[53]。為此，在新的水沙條件和上游水庫群聯(lián)合調(diào)度下，建議將汛期劃分為更小的時間單元，通過及時、準確的水文泥沙監(jiān)測與預報，根據(jù)各時間單元內(nèi)水庫來水量的大小及水流含沙量的大小，實現(xiàn)精細化的“蓄清排渾”。所謂精細化的“蓄清排渾”，就是在“蓄清排渾”的基本原則下，充分利用長江上游洪峰與沙峰在傳播過程中不同步的現(xiàn)象，通過建立較為完善的水情與泥沙實時監(jiān)測及預報體系，掌握實時入庫泥沙情況和沙峰在庫區(qū)的輸移情況;通過水庫的實時聯(lián)合調(diào)度，使沙峰排出庫外，實現(xiàn)長江上游水庫群聯(lián)合運用下的沙峰排沙調(diào)度[54]。

（2） 庫尾減淤。在水庫群聯(lián)合調(diào)度運用下，當需要開展三峽水庫消落期沖沙減淤調(diào)度而寸灘來水又不理想時，可利用消落期上游水庫集中加大下泄水量，以滿足三峽水庫消落期沖沙減淤調(diào)度所需的寸灘流量條件，提高變動回水區(qū)消落期的走沙能力。同時，合理安排各水庫的蓄水時機，科學調(diào)配泥沙，避免水庫庫尾可能出現(xiàn)的累積性淤積對防洪、航運等造成影響[54]。

3.4 修訂完善總磷監(jiān)測的標準方法，強化全沙總磷的監(jiān)測，濃度和通量并重

現(xiàn)行的總磷監(jiān)測標準方法要求水樣澄清30 min后再分析“澄清樣”中的總磷。由于顆粒磷大量被排除，使相當部分的磷被漏測，顆粒態(tài)磷被嚴重低估。有研究同時分析了三峽水庫蓄水前后庫區(qū)多個斷面的全沙渾樣總磷、沉淀30 min后的澄清樣總磷和0.45 μm濾膜過濾后的溶解性磷。結果顯示：澄清樣總磷明顯小于全沙總磷，泥沙濃度越大，澄清樣總磷和溶解性磷的比例越小[55]。自然條件下，長江上游平均泥沙濃度大于1.00 kg/m3，環(huán)境監(jiān)測的澄清樣總磷只有全沙總磷的50%左右，溶解磷比例在10%以下。水庫攔沙，特別是非洪水期間泥沙濃度減少到0.33～0.06 kg/m3，上述比例分別上升到80%和45%以上[29]?？梢?，泥沙是決定河流磷的關鍵變量。

由于顆粒磷大量漏測，水庫攔磷程度和作用被嚴重低估。如三峽水庫蓄水前后長江宜昌站全沙總磷平均濃度在汛期（6～9月）和非汛期（10～5月）都大量減少，但澄清樣總磷減少程度并不十分顯著，而且在真正的枯水期（12月至次年3月）澄清樣總磷還有增加的趨勢。另一方面，監(jiān)測方法的系統(tǒng)誤差和過去對水庫泥沙的磷作用機理認識不完善，也導致泥沙對磷的影響機理和實質不能全面反映出來，河流上下游、豐枯季節(jié)和地區(qū)之間的污染與通量難以比較，對跨區(qū)域通量難以準確考核。

因此，建議修改完善總磷監(jiān)測的標準方法，強化對全沙總磷的監(jiān)測。在濃度監(jiān)測的基礎上，開展重要控制斷面的通量監(jiān)測，實施相鄰2個控制斷面的污染負荷區(qū)間測算，確定本河段或區(qū)域的污染輸出通量限值;實施跨界斷面濃度與輸出通量雙重控制，科學制定總磷負荷削減目標[56]。隨著長江大保護工作的深入推進和水沙條件的演變，全面認識長江總磷的變化特征十分關鍵。完善總磷監(jiān)測方法，重新建立總磷的分析和評估體系，應成為今后長江流域水環(huán)境管理的重要工作。

4 結 論

“十三五”以來，長江流域水體中總磷問題日益突出，長江干流總磷達標，但其支流總磷超標明顯，超標斷面主要分布在長江干流的中上游區(qū)域。湖泊總磷污染不容樂觀，特別是中下游淺水湖泊總磷超標現(xiàn)象普遍。梯級水庫的修建改變了水沙條件，顆粒態(tài)磷大幅減少，但溶解態(tài)磷有所增加。長江干流總磷超標產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境效應：

（1） 長江支流磷的輸入加速了上游水庫磷的累積，水質污染風險增加;

（2） 淺水湖泊磷超標驅動了內(nèi)源循環(huán)機制，加速了湖泊富營養(yǎng)化過程;

（3） 顆粒磷的減少改變了磷形態(tài)的分布，增加了環(huán)境的脆弱性;

（4） 水庫攔截減少了入海磷通量，改變了近岸水域生態(tài)環(huán)境。

為了防控長江流域總磷污染，建議從以下幾個方面制定長江流域總磷問題的防控對策。

（1） 要加強“三磷”問題治理，遏制長江中上游重點支流的磷超標趨勢;

（2） 要加快城鎮(zhèn)污水處理基礎設施建設，完善農(nóng)業(yè)面源管控和湖泊生態(tài)修復體系，控制長江中下游磷排放源;

（3） 建議實施上游梯級水庫群泥沙聯(lián)合調(diào)度，減少庫內(nèi)淤積，增加輸沙能力;

（4） 建議修訂完善總磷監(jiān)測的標準方法，強化全沙總磷的監(jiān)測，濃度和通量并重。

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（編輯：趙秋云）

Consideration on total phosphorus problem in Yangtze River Basin

YIN Wei1，2，WANG Chao1，2，ZHANG Hong3，4

（1.Yangtze River Water Resources Protection Institute，Wuhan 430051，China; 2.Key Laboratory of Ecological Regulation of Non-point Source Pollution in Lake and Reservoir Water Sources，Chagnjiang River Water Resource Commission of the Ministry of Water Resources，Wuhan 430051，China; 3.State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry，Research Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China; 4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Abstract：

During the 13th Five-Year Plan period，the total phosphorus concentration in the main stream of the Yangtze River met the water quality standard，but the total phosphorus in the middle and upper reaches of tributaries and lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River has exceeded the standard obviously.The establishment and operation of the cascade reservoirs in the upper reaches of the Yangtze River changed the water and sediment conditions，resulting in a significant reduction of particulate phosphorus but an increase of dissolved phosphorus.The change of phosphorus transport patterns aggravated the total phosphorus problem in the middle and lower reaches，and produced a series of ecological and environmental effects.The input of phosphorus from upstream tributaries accelerated the accumulation of phosphorus in cascade reservoirs and increased the potential risk of water pollution and eutrophication.The reduction of particulate phosphorus in the middle and downstream changed the distribution of phosphorus form and increased environmental vulnerability.The excessive phosphorus levels in shallow lakes drove the internal circulation mechanism and accelerated the eutrophication process.The steep decrease of phosphorus flux from the Yangtze River to the sea would have a profound impact on the ecological environment of the coastal waters.In view of the total phosphorus problem in the Yangtze River，it is suggested that the input source control should be carried out first，such as strengthening the control of the "three phosphorus" problem，curbing the trend of exceeding the standard of phosphorus in key tributaries in the middle and upper reaches of the Yangtze River.Meanwhile，the construction of urban sewage collection and treatment infrastructure should be accelerated，agricultural non-point source control and lake ecological restoration system should be improved，and phosphorus emission sources in the middle and lower reaches should be controlled.Secondly，it is suggested to implement joint sediment regulation of upstream cascade reservoirs to reduce siltation in the reservoir，increase sediment transport capacity，and increase particulate phosphorus level and phosphorus flux in the middle and lower reaches of the reservoir.Finally，it is suggested to improve the standard method of total phosphorus monitoring，strengthen the monitoring of total phosphorus in the whole sediment，and pay equal attention to the monitoring of phosphorus concentration and flux，so as to provide scientific and systematic data support for the control of total phosphorus in the Yangtze River.

Key words：

total phosphorus;water and sediment changes;eutrophication;flux to the sea;monitoring method;countermeasures and suggestions;Yangtze River Basin