浙江省閑林水庫的富營養(yǎng)化狀況評價(jià)與防治對策

儲忝江，楊寧，郭煒，戴楊鑫

(1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 水產(chǎn)所，浙江 杭州 310008； 2.杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 311122)

湖泊富營養(yǎng)化是在自然因素和(或)人類活動(dòng)的影響下，水體中氮、磷等元素大量增加，從而導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力增加的一種現(xiàn)象[1-2]。據(jù)2018年全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[3]，我國已建成水庫98 822座，總庫容8 953億m3，是世界上水庫最多的國家。我國水庫的水環(huán)境總體優(yōu)于天然湖泊，而且分布廣，惠及的人口眾多；因此，對水庫資源與環(huán)境的保護(hù)非常重要[4]。

2018年，水利部對全國1 097座水庫的抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，富營養(yǎng)水庫占30.4%，比2017年上升了3.1%[5]。水庫富營養(yǎng)化會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)異常，生物多樣性下降，水華爆發(fā)等[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省84.9%的水庫屬貧-中營養(yǎng)類型，但是近年來水質(zhì)呈現(xiàn)變差趨勢[7]。在本研究檢索范圍內(nèi)，圍繞浙江省水庫開展富營養(yǎng)化評價(jià)的研究報(bào)道較少，且主要集中于發(fā)育穩(wěn)定的水庫[7-9]。新建水庫的水生生態(tài)系統(tǒng)尚未發(fā)育穩(wěn)定，水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)較大，對新建水庫開展富營養(yǎng)化狀況評價(jià)，有助于了解水庫生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化[10]。閑林水庫位于杭州市余杭區(qū)閑林街道西溪源村，屬于杭州市西部地區(qū)上埠河流域，是杭州市的應(yīng)急備用水源地，也是千島湖配水工程的重要組成部分。閑林水庫屬于新建水庫，于2010年8月動(dòng)工興建，2016年4月正式下閘蓄水，2017年12月工程全面建成。調(diào)查期間，水庫平均面積80.75萬m2，平均庫容630.018萬m3。本文根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，運(yùn)用綜合營養(yǎng)指數(shù)法對其富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行評價(jià)，以期為閑林水庫的管理和決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置和采樣時(shí)間

根據(jù)閑林水庫的具體情況，在水庫設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，分別于2019年4月(春季)、6月(夏季)、9月(秋季)和11月(冬季)開展水樣采集。

圖1 閑林水庫4個(gè)采樣站點(diǎn)位置

1.2 水質(zhì)理化指標(biāo)和測定方法

在每個(gè)采樣點(diǎn)使用采水器取上、中、下3個(gè)水樣進(jìn)行混合，共采集2 L水樣，低溫避光保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水質(zhì)理化分析。現(xiàn)場測定透明度(SD)；在實(shí)驗(yàn)室參照HJ 636—2012檢測總氮(TN)，參照GB/T 11893—1989檢測總磷(TP)，參照HJ/T 132—2003檢測高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)，參照HJ 897—2017檢測葉綠素a(Chla)。

1.3 分析方法

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[11]和單因子評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)和分析。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(T)計(jì)算公式如下：

TChla=10(2.5+1.086lnVChla)；

(1)

TTP=10(9.43+1.624lnVTP)；

(2)

TTN=10(5.453+1.694lnVTN)；

(3)

TSD=10(5.118-1.94lnVSD)；

(4)

TCODMn=10(0.109+2.661lnVCODMn)；

(5)

T=∑WjTj。

(6)

式(1)～(6)中：Tj表示相應(yīng)指標(biāo)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Vj表示相應(yīng)指標(biāo)的含量；Wj表示相應(yīng)指標(biāo)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重，下標(biāo)j表示相應(yīng)指標(biāo)。

以Chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則j指標(biāo)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重計(jì)算公式如下：

(7)

式(7)中：rj表示第j項(xiàng)指標(biāo)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù)，Chla、TP、TN、SD、CODMn的取值分別為1、0.84、0.82、-0.83、0.83；m表示評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

采用0～100的一系列整數(shù)對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級：T≤30，貧營養(yǎng)；3070，重度富營養(yǎng)。

單因子法的計(jì)算公式如下：

(8)

式(8)中：Pi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率；Ci表示第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際檢測值；Si表示第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 閑林水庫水質(zhì)狀況

閑林水庫年均TP為0.06 mg·L-1，CODMn為1.87 mg·L-1，TN為2.24 mg·L-1，SD為2.15 m，Chla為18.51 μg·L-1。對照地表水功能分區(qū)和地表水二類水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，總磷、高錳酸鹽指數(shù)滿足相應(yīng)限量要求，但總氮超出要求。國際上一般認(rèn)為，總氮、總磷分別達(dá)到0.2 mg·L-1和0.02 mg·L-1時(shí)，富營養(yǎng)化將開始發(fā)生[12]。陳水勇等[13]認(rèn)為，作為富營養(yǎng)化的判斷標(biāo)準(zhǔn)，總氮和葉綠素a濃度需分別大于0.2 mg·L-1和10 μg·L-1。1982年，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)提出富營養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)判斷為平均總磷濃度大于0.035 mg·L-1，平均透明度小于3 m。對照這些指標(biāo)，閑林水庫已處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。

2.2 閑林水庫富營養(yǎng)化狀況

由表1可以看出，閑林水庫目前的年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為46.25，屬于中營養(yǎng)水平。從季節(jié)上看，閑林水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)由高到低依次為春季>冬季>秋季>夏季，季節(jié)差異大，春季的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高(53.56)，屬于輕度富營養(yǎng)，而夏季最低(36.28)，屬于中營養(yǎng)。這與施沁璇等[9]的調(diào)查結(jié)果略有不同，其調(diào)查發(fā)現(xiàn)浙江青山水庫總體為中營養(yǎng)，而春季的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最低。

表1 閑林水庫水體指標(biāo)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與分級

水庫富營養(yǎng)化的重要標(biāo)志是浮游植物生物量的增加和藻類水華的出現(xiàn)[14]。對閑林水庫浮游植物的調(diào)查結(jié)果也充分反映了這點(diǎn)：春季，閑林水庫浮游植物的平均生物量為15.40 mg·L-1，遠(yuǎn)高于其他季節(jié)(表2)。閑林水庫是一座新建水庫，調(diào)查期間庫尾一直在開展千島湖配水工程的施工，同時(shí)為了配合施工，水庫水位一直被調(diào)節(jié)在60 m上下，這些人為干預(yù)都會影響水庫的水生生態(tài)系統(tǒng)。因此，本試驗(yàn)中的現(xiàn)象到底是偶發(fā)情況還是閑林水庫的特殊地理環(huán)境和構(gòu)造所帶來的長期影響，尚需從整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的角度做進(jìn)一步深入研究。

表2 不同季節(jié)閑林水庫浮游植物的生物量

2.3 富營養(yǎng)化因子的貢獻(xiàn)率

表3為各指標(biāo)對水庫富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率，其中，總磷、總氮和葉綠素a這3個(gè)指標(biāo)的全年貢獻(xiàn)率合計(jì)達(dá)到78.5%。春季、夏季和秋季，水庫富營養(yǎng)化的主要貢獻(xiàn)因子是總氮和葉綠素a；冬季，水庫富營養(yǎng)化的主要貢獻(xiàn)因子則是總磷和葉綠素a。

表3 各指標(biāo)對閑林水庫富營養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率

氮磷比值(N/P)對藻類生長有重要影響：比值大于7時(shí)，磷是可能的限制性營養(yǎng)鹽；比值小于7時(shí)，氮是可能的限制性營養(yǎng)鹽[15]。閑林水庫年均氮磷比值為38，表明磷是閑林水庫的限制性營養(yǎng)鹽。韓曉霞等[16]和羅建波等[17]的研究結(jié)果顯示，磷是浙江省千島湖富營養(yǎng)化的主要限制因子，與本研究結(jié)果一致。

3 閑林水庫富營養(yǎng)化防治對策

閑林水庫屬于新建的小型水庫，其水生生態(tài)系統(tǒng)還在進(jìn)一步的發(fā)育完善之中。水庫的富營養(yǎng)化程度與水庫類型、功能有密切關(guān)系。根據(jù)閑林水庫的現(xiàn)實(shí)情況，從以下幾個(gè)方面提出防治對策。

3.1 控制農(nóng)業(yè)面源污染

閑林水庫周邊只有零星的工業(yè)企業(yè)，主要污染源為農(nóng)業(yè)面源、人畜生活排放的污水，因此，建議附近村莊截污納管，同時(shí)提倡采取可持續(xù)的農(nóng)業(yè)技術(shù)，控制庫區(qū)附近的養(yǎng)殖總量，嚴(yán)格劃分禁養(yǎng)區(qū)和限養(yǎng)區(qū)。

3.2 構(gòu)建穩(wěn)定的水生生態(tài)系統(tǒng)

適當(dāng)增加水庫水生生物的多樣性，提高水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在水庫中適當(dāng)投放濾食性魚類來控制水體中的藻類，在淺水區(qū)域投放螺螄等大型底棲動(dòng)物控制著生藻類，種植水生植物吸收水體中的氮、磷。

3.3 建立常規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)

閑林水庫已經(jīng)安裝了24 h水質(zhì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)，建議在此基礎(chǔ)上對水庫中的水生生物(浮游生物、大型底棲動(dòng)物、著生藻類、魚類等)開展定期的生態(tài)調(diào)查，厘清生物和環(huán)境之間的變動(dòng)規(guī)律。

3.4 其他措施

加強(qiáng)水庫水源地的保護(hù)監(jiān)督管理，及時(shí)制止危害水質(zhì)安全的行為。加強(qiáng)輿論引導(dǎo)和宣傳，提高公眾的潔水護(hù)水意識，讓全社會一起參與到水源地的水質(zhì)保護(hù)行動(dòng)中。