長江中下游三個湖泊型保護區富營養化狀況評價

羅建波 王科樸 李應仁 劉雪華 黃瑛 穆希巖 李緒興 雷云雷

摘要：為評估漁業保護區的環境質量狀況及富營養化水平，以全國漁業生態環境監測網數據為基礎，運用綜合營養狀態指數法，對中國湖泊主要分布區域長江中下游3個保護區的富營養狀況進行了評價。結果顯示，梁子湖武昌魚國家級水產種質資源保護區、鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產種質資源保護區、千島湖國家級水產種質資源保護區綜合營養指數分別為45.0、49.4、42.6，整體處于中營養水平，主要貢獻因子是總磷和葉綠素a。

關鍵詞：湖泊;國家級水產種質資源保護區;富營養化評價;環境質量;梁子湖;鄱陽湖;千島湖

中圖分類號：X524? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）16-0028-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.16.007? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Aiming to evaluate the eutrophication levels of three national aquatic germplasm conservation zones， which all located in the middle and lower Yangtze River， where most lakes were distributed too in China. The evaluation was based on comprehensive nutritional status index and the data used was from national fishery eco-environment monitoring network. The results showed that the comprehensive nutritional status indexes of Liangzi Lake Wuchang Fish National Aquatic Germplasm Conservation Zones， Boyang Lake Mandarin Fish and Topmouth Culter National Aquatic Germplasm Conservation Zones and Qiandao Lake National Aquatic Germplasm Conservation Zones， were 45.0， 49.4 and 42.6， respectively， indicating all three conservation zones in mesotrophic level and the main contribution factors were total phosphorus and chlorophyll a.

Key words： lakes; national aquatic germplasm resources conservation zones; eutrophication assessment; environment quality; Liangzi Lake; Boyang Lake; Qiandao Lake

營養的概念，20世紀初作為水產基礎的表征，即水體增加有機質的能力而引入湖沼學中，由于對物質和能量流轉過程的深入研究，很快就有了越來越廣泛的意義，營養這一概念變成了湖泊生態系統的表征[1]，而營養分類特別是富營養化評價便日益成為湖泊生態學的重要內容。

湖泊富營養化本是湖泊演化過程中的一種自然現象，這種演化十分緩慢，有時甚至需要上萬年才能完成，但由于人類經濟活動的迅速發展，大大加速了湖泊的這一進程[2]。水體富營養化是指藻類大面積繁殖，在光合作用下晝夜溶解氧濃度大幅度變化，部分藻類還釋放一些毒素，造成魚類死亡，使水體使用功能降低[3]。

湖泊富營養化后會導致一系列的生態系統異常響應。這些響應包括沉水植物消亡、藍藻水華頻發、微生物的生物量與生產力增加，生物多樣性下降，營養鹽的循環與利用效率加快等。整個湖泊生態系統也會伴隨著富營養化的發展呈現出生物多樣性下降、生物群落結構趨于單一、生態系統趨于不穩定的現象[4]。

對于湖泊富營養化的評價，多從水質、水生生物以及底質3個方面來進行，所采用的評價方法可歸納為特征法（早期研究常用）、參數法（氮、磷、葉綠素a等指標）、生物指標評價法（水生生物種類和數量）、磷收支模型法（湖中磷濃度預測）、營養狀態指數法（氮、磷等指標按權重綜合構成的方法，是目前主要采用的方法）、數學分析法（模糊數學、灰色系統）等[1]。美國科學家卡爾森在1977年建立了以湖水透明度（SD）為基準的營養狀態評價指數，日本的相崎守弘等提出了修正的營養狀態指數（TSIM），即以葉綠素a濃度為基準的營養狀態指數[5]。王明翠等[5]在總結各種富營養化評價的基礎上，選取葉綠素a（chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數（CODMn）等5項指標作為湖泊富營養化評價的統一指標，提出了適合中國湖泊評價的統一的綜合評價方法，并建立了分級評價標準，該方法已經成為國家標準評級法方法（試行）。

中國是一個多湖泊的國家，這些湖泊主要分布在長江中下游地區，中國第2次湖泊現狀調查顯示，138個面積大于10 km2的湖泊中，有85.4%的湖泊超過了富營養化標準，其中達到重富營養化標準的占40.1%。東部平原湖區的長江中下游地區富營養化比例高達85.9%[6，7]。湖泊富營養化是當前長江流域湖泊面臨的主要生態環境問題之一。同時，全國漁業生態環境監測網監測顯示，氮、磷等富營養化元素已成為中國漁業水域主要超標因子，湖泊水庫重要漁業水域總氮、總磷超標大于85%[8]。

為保護水生生物資源及其棲息地，農業農村部（原農業部）自2007年起，以每年一批的速度建設國家級水產種質資源保護區，目前已建成535個。前四批220處國家級水產種質資源保護區中，長江流域11省市99個，約占50%，且多數分布在長江中下游地區[9]。但目前鮮見關于這些保護區的資源狀況、環境污染情況、富營養化狀況等基礎情況研究。本研究采用國家推薦標準方法，關注漁業水域最主要污染指標氮、磷富營養化因子，首次對長江中下游3個國家級種質資源保護區富營養狀況和環境質量狀況進行評價，以期對保護區的管理提供支持。

1? 材料與方法

1.1? 研究區域概況

長江中下游區域的湖泊富營養化比較嚴重，選取梁子湖武昌魚國家級水產種質資源保護區（梁子湖保護區）、鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產種質資源保護區（鄱陽湖保護區）、千島湖國家級水產種質資源保護區（千島湖保護區）等3個保護區進行富營養化狀況的監測和評價。梁子湖武昌魚國家級水產種質資源保護區總面積28 000 hm2，其中核心區面積9 400 hm2，試驗區面積18 600 hm2。保護區位于湖北省東南部，地跨鄂州市梁子湖區、武漢市江夏區、黃石市大冶市3市區。主要保護對象為團頭魴（武昌魚）、湖北圓吻鲴、胭脂魚、鳤、鱤、光唇蛇鮈、長吻鮠、莼菜、水蕨、揚子狐尾藻、藍睡蓮、水車前等。設置監測點位5個。

鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產種質資源保護區59 520 hm2，其中核心區面積21 218 hm2，試驗區面積38 302 hm2。保護區位于鄱陽湖中部。主要保護對象為鱖魚、翹嘴紅鲌、鯉魚、鯽魚、青魚、草魚、鰱魚、鳙魚、短頜鱭、長頜鱭等。設置監測點位2個。

千島湖國家級水產種質資源保護區總面積? ? 6 667 hm2，其中核心區面積1 000 hm2，試驗區面積 5 667 hm2。保護區地處浙江省杭州市淳安縣境內千島湖西北湖區，主要保護對象為黃尾密鲴、細鱗斜頜鲴，其他保護對象包括翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌、光唇魚、唇魚骨、大眼華鳊等。設置監測點位5個。

保護區面積范圍及監測點位如圖1所示。

1.2? 分析方法

數據來源于全國漁業生態環境監測網部分成員單位2017年監測結果，數據采集和處理過程按照《2017年全國漁業生態環境監測網常規監測工作方案》及《漁業生態環境監測規范》進行，選取評價指標包括葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數等5個，采用的評價方法包括綜合營養狀態指數法和單因子評價法，評價的標準主要依據《漁業水質標準》及《地表水環境質量標準》二類水質標準。

營養狀態指數計算公式如下：

式中，TLI表示綜合營養狀態指數;TLI（j）代表第j種參數的營養狀態指數;Wj為第j中參數的營養狀態指數的相關權重。

湖泊營養狀態分級，采用0～100的一系列連續數字對湖泊營養狀態進行分級：TLI≤30，貧營養;3070，重度富營養。

以chla作為基準參數，則第j中參數的歸一化的相關權重計算公式如下：

式中，rij為第j種參數與基準參數chla的相關系數;m為評價參數的個數。中國湖泊相關參數與基準參數chla的相關關系rij及rij2見表1。

單因子法公式如下：

式中，Pi為第i項指標污染指數;Ci為第i項指標實際檢測值;Si為第i項指標標準值。單因子污染指數1.0作為該因子是否對環境產生污染的基本分界線。

2? 結果與分析

2.1? 3個種質資源保護區富營養化因子及環境質量評價結果

依據地表水功能分區和地表水二類水環境質量標準，梁子湖保護區總氮、高錳酸鹽指數優于水質標準，總磷超出標準。鄱陽湖保護區總氮、總磷超出標準，高錳酸鹽指數優于水質標準。千島湖保護區總磷、高錳酸鹽指數優于水質標準，總氮超出標準（表2）。

中國漁業生態環境狀況公報2017年及全國漁業生態環境監測網2017監測結果顯示，石油類、銅、揮發性酚、非離子氨、鎘、汞、砷、鋅、鉛等監測指標均優于相應漁業水質標準或地表水環境質量標準[8]，表明3個保護區除氮、磷營養元素超標外，整體環境質量良好，保護區富營養化可能是潛在的環境問題。

3個保護區總氮濃度在0.45～1.47 mg/L，葉綠素a濃度在3.83～10.09 μg/L。文獻[10]認為總氮濃度大于0.2 mg/L，葉綠素a濃度大于10 μg/L，可以作為富營養化判斷標準，梁子湖保護區、鄱陽湖保護區葉綠素a濃度優于標準，但其總氮濃度及千島湖葉綠素a濃度超過標準，表明3個保護區處于富營養化狀態。

3個保護區總磷濃度在0.04～0.30 mg/L，透明度在1.12～2.40 m，根據秦伯強等[4]報道，經濟合作與發展組織（OECD）在1982年提出平均總磷濃度大于0.035 mg/L，平均透明度小于3 m，即為富營養化的標準。以此判斷，3個保護區透明度指標劣于OECD標準。依據地表水環境質量標準（二類），梁子湖保護區、鄱陽湖保護區總磷劣于標準，千島湖保護區總磷指標優于標準。表明3個保護區處于富營養化狀態。

2.2? 3個種質資源保護區的富營養狀況及環境質量狀況評價

根據綜合富營養狀態指數法評價結果（表3）顯示，梁子湖保護區、鄱陽保護區、千島湖保護區綜合營養狀態指數分別為45.0、49.4、42.6，按照國家富營養化評級標準，3個保護區均處于中營養狀態，其中，鄱陽湖保護區最高，接近富營養化標準（50），存在富營養化風險。

3個保護區各個富營養化分指數在24.3～74.6，千島湖保護區COD指標最小，為24.3，鄱陽湖保護區TP指數最大，為74.6。依據富營養化分指標評價標準[11，12]，梁子湖保護區TP富營養化指數（62.5），鄱陽湖保護區TN富營養化指數（61.1）、TP富營養化指數（74.6），千島湖保護區葉綠素a富營養化分指數（50.1）均大于50，達到富營養化標準。

2.3? 富營養化各因子貢獻率

梁子湖保護區富營養化貢獻率大小表現為chla>TP>TN>COD>SD，主要貢獻因子是葉綠素a和總磷，兩者合計貢獻率為55%。鄱陽湖保護區富營養化貢獻率大小表現為TP>TN>chla>SD>COD，主要貢獻因子是總氮和總磷，兩者合計貢獻率為51%。千島湖保護區富營養化貢獻率大小表現為chla>TN>SD>TP>COD，主要貢獻因子是葉綠素a和總氮，兩者合計貢獻率為52%。

氮磷比值（N/P）同樣對藻類生長有重要影響，當N/P小于7時，氮是可能的限制性營養鹽，N/P大于7時，磷是可能的限制性營養鹽[13]。梁子湖保護區、鄱陽湖保護區、千島湖保護區氮磷比值分別為3、5、20，表明氮是梁子湖保護區和鄱陽湖保護區的限制性營養鹽，磷是千島湖保護區的限制性營養鹽。

韓曉霞等[14]2009—2010年在監測透明度、總磷、葉綠素a等參數基礎上，以Carlson富營養化指數計算表明，千島湖保護區處于中營養狀態，葉綠素a的最大值為0.016 4 mg/L，對應的TSI為58，葉綠素a是千島湖保護區富營養化的主要因素，與本研究結果一致。李娜等[15]以綜合營養狀態指數計算鄱陽湖富營養狀態，為49.2，處于中營養狀態，與本研究結果一致。董文龍等[16]用同一種方法，計算梁子湖營養狀態指數為42.5，處于中營養狀態，營養狀態貢獻因子以chla為首，TP第二，貢獻率較大，與本研究結果一致。

3? 小結

中國是漁業大國，水產品生產、消費和出口均是全球第一。由于資源過度開發、環境污染以及棲息地破壞等因素，漁業資源和水生生物多樣性面臨巨大的挑戰，為了保護水生生物資源，國家采取的措施之一就是建國家級水產種質資源保護區，但目前處于重建輕管、只建不管的狀態，保護區基礎信息不清。本研究以全國漁業生態環境監測網數據為基礎，首次評價了長江中下游3個國家級水產種質資源保護區的富營養化水平，結果顯示，3個保護區環境質量狀況整體良好，3個種質資源保護區富營養化狀況處于中度富營養化，但分營養因子評價顯示，3個保護區均處于富營養化狀態，富營養化可能是保護區未來的潛在環境問題。與近幾年相同區域的研究結果比較顯示，保護區的富營養化狀況及主要貢獻因子與相同區域研究一致。研究結果可以為國家級水產種質資源保護區環境及富營養化管理提供支持。

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