洱海富營養化評價及其影響因素分析

李 萍

(大理州環境監測站， 云南 大理 671000)

0 引言

水體富營養化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、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，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象[1]。水體富營養化會嚴重破壞水域生態景觀和水體生態環境，導致水中魚類及其他生物大量死亡[2]；也會導致水體水質惡化，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區和風景名勝區的核心，具有調節氣候、提供工農業生產用水、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濟社會可持續發展的重要基礎[4]。

近年來由于洱海周圍人口急劇增加，農業、旅游業迅速發展，大量營養物質排入洱海，致使洱海富營養化嚴重。洱海水質已由貧營養型逐步過渡到中營養型[5]，且綜合營養狀態指數有上升趨勢。

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化，本文通過營養狀態評價法、相關性分析等方法對洱海富營養化進行分析評價，探討了洱海富營養化的影響因素，并在此基礎上提出了相關的建議和措施，以期為洱海的保護提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 采樣位置

2008—2017年在洱海湖區共布設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號對洱海進行采樣，水樣采集后，按照《水和廢水監測分析方法》(第四版)(增補版)[6]及相關技術規定進行保存、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、葉綠素a、透明度等5項，監測方法詳見表1。

表1 水質監測指標及監測方法

1.4 研究方法

1.4.1 營養狀態評價方法

采用綜合營養狀態指數法對洱海富營養化程度進行評價。

湖泊(水庫)富營養化評價參數包括chla、TP、TN、SD、CODMn。

綜合營養狀態指數計算公式為[7]：

式中：TLI(Σ)—綜合營養狀態指數；Wj—第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI(j)—代表第j種參數的營養狀態指數。

以chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為[7]：

式中：rij—第j中參數與基準參數chla的相關系數；m—評價參數的個數；rij和rij2的值見表2。

表2 中國湖泊(水庫)部分參數與chla的相關系數rij及rij2值

各項目營養狀態指數計算：

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 相關性分析

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

2 結果與分析

2.1 試驗結果

2.1.1 水質類別變化

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

2.1.2 指標變化特征

選取 2008—2017 年水質指標數據，以總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(CODMn)、透明度(SD)、葉綠素a (chla)等5項水質指標和綜合營養狀態指數TLI(∑)的年均值進行評價分析，研究洱海富營養化年際變化特征，結果如圖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峰值出現在2009年，TN濃度在Ⅱ類標準限值以下年份為2008年、2014年，其余年份均在Ⅱ類標準限值以上。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類標準限值以下。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類水質標準之間。 chla濃度是反映水體中浮游植物生物量的綜合指標之一，也是富營養化水平的重要表征。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，整體處于中營養狀態。在中營養狀態下，TLI(∑)值越高，富營養化程度越重，說明洱海富營養化有加重的趨勢。

2.2 結果分析

2.2.1 指標相關性分析

為探究洱海富營養化的限制性影響因素，利用 Pearson 相關系數法進一步分析洱海2015—2017 年1—12月36組月份的 TP、TN、CODMn、chla、透明度、TLI(∑)的相關性。

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

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

表4 洱海富營養化指標相關分析表

2.2.2 原因分析

(1)洱海流域農業面源污染嚴重

洱海流域面源污染包括農村生活污水、農村畜禽糞便和農田面源污染等[10]。流域內大部分村落生活污水直接進入或通過河流和地表徑流進入洱海。養殖業發展迅速，但是養殖方式粗放，畜禽糞便集中處理難度大[10]。流域內高施肥量作物種植面積逐年上升，農田氮、磷流失嚴重。

(2)入湖河流污染嚴重

洱海流域北部主要入湖河流羅時江、永安江和彌苴河流經右所、鄧川、上關，這些地區大部分為農業用地，主要污染為農業面源污染[5]。南部有波羅江，流經鳳儀，污染主要來源為農田徑流，鄉鎮企業及村落污染。東部有玉龍河、下河等，主要污染為海東、挖色村鎮的生活污水。西部蒼山十八溪優質的水源被截取作為飲用水源和工農業用水，利用后大多成為污水排入洱海。

(3)旅游業快速發展帶來巨大的壓力

目前大理旅游業已進入高速增長期，流域內旅游業主要集中在住宿和餐飲服務上，隨著旅游人數增加，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，給洱海的保護也帶來前所未有的壓力。

(4)治理配套設施不完善

洱海周邊地區村民分散居住，生活居住區緊鄰洱海，生活廢棄物和生活污水難集中處理。在雨季，由于雨污未進行分流，大多污水達不到處理濃度，污水處理廠不能完全發揮功效。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、磷進入水體。

3 建議

(1)調整洱海流域農業產業結構，發展綠色生態、觀光休閑農業。推廣施用有機肥，循環利用農業灌溉用水。配套完善的污染收集處理設施，提高畜禽糞便處置率。

(2)進行主要入湖河流的環境綜合整治。嚴格水資源管理，開展無序取水整治。進行湖濱濕地恢復，增強水源涵養保持能力。

(3)合理規劃、科學布置洱海周邊餐飲客棧，集中設置污水處理設施，收集餐飲生活污水。

(4)完善城鄉污水收集、垃圾收集清運處置設施，確保村鎮污水、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治理，提高全民生態環境保護意識，努力營造“保護洱海，共建生態文明”的良好社會氛圍。