华南师范大学人工湖水体富营养化及其对策研究

周云龙, 黄健锋 , 林 嘉

(1.华南师范大学生命科学学院，广东广州 510631; 2.华南师范大学园林绿化服务中心，广东广州 510631)

华南师范大学人工湖水体富营养化及其对策研究

周云龙1, 黄健锋2*, 林 嘉1

(1.华南师范大学生命科学学院，广东广州 510631; 2.华南师范大学园林绿化服务中心，广东广州 510631)

以华南师范大学石牌校区人工湖为对象，对湖中的浮游藻类进行了重点的调查、分析和研究，同时对湖中的固体污染物、人群活动也进行了深入的调研.调查结果显示,人工湖共有浮游藻类植物37 属，隶属于7 个门，其中绿藻门(Chlorophyta) 13 属35 种，占该湖浮游藻类总属数的35.14%；蓝藻门(Cyanophyta)有10属15种，占总属数的27.03%；硅藻门(Bacillariophyta)6 属占16.22%；黄藻门(Xanthophyta)有4 属，占10.81%,绿藻和蓝藻类是人工湖中的主要优势藻类.按照浮游植物组成特点划分，2个人工湖均属于绿藻-蓝藻型湖泊，多样性指数(Margalef)显示，整个湖区已处于较为严重的富营养化状态. 分析了导致人工湖富营养化的原因. 建议通过防渗整修、 有规律地轮换湖水、湖岸浅水区建立人工湿地及在湖中投放人工浮岛等措施,来降低或彻底改变人工湖的水质污染.

人工湖;浮游藻类; 富营养化; 对策

近50年来，中国平均每年有近20个天然湖泊消亡，75%的天然湖泊和人工湖泊出现富营养化.我国的天然湖泊和人工湖泊正面临着大规模的生态威胁.湖泊生态系统不仅维持着相关自然资源的产能，而且长期地为人类提供用水、灌溉、防洪、交通、观光游憩等服务.如今，由于人类经济活动等的影响，我国湖泊水质污染严重，部分湖泊富营养化已经接近临界点，湖体水质出现加快恶化的趋势.后果是生物多样性的破坏，严重损害人民群众的环境权益，对于社会的稳定和经济的可持续发展将会产生非常不利的影响.

湖泊污染的防治，已迫在眉睫.然而，摆在人们面前的，除了湖泊污染防治的严峻形势，更紧迫的是缺少相关的专业治理技术，这些年来也采用过不少治理技术，然而治理效果却差强人意.因此，寻找符合我国国情的湖泊治理模式，为更多的湖泊治理提供可供借鉴的技术、经验和治理措施，已经成为一种必然.

华南师师范大学人工湖既是城市人工湖泊的一个组成部分，也是校园景观的重要组成要素，并兼具调节小气候、分隔不同功能区、阻隔噪音、休闲娱乐等功能.但是由于主观和客观的原因，这些年来人工湖同样面临着严重的水质污染，与美丽的校园环境极不协调.

本文调查了华南师大石牌校区人工湖的浮游藻类及其变化规律，分析了水体的富营养化及其原因，并提出相应的治理措施.由于目前我国城市湖泊普遍存在类似的问题，因此，该研究对我国城市湖泊的管理有一定的参考意义.

1 人工湖概况

1.1人工湖及其周边环境

华南师范大学石牌校区人工湖由中心湖(暂定名)和南湖(暂定名)组成, 分别位于中区和南区.

中心湖为不规则的类长方形，湖的最长直径约为150 m，最长宽约为80 m，最大水深约为1.5 m. 湖上有2座桥，位于中部的是一座单孔拱桥，位于东部的是一座三折曲桥.湖近西南岸及北岸中部处各有一座孤岛，湖的东北角混植一小片荷花与睡莲. 湖的东西两岸各有一小片树林，林中建有小公园，其中东岸小公园设有公共运动设施. 湖的北面邻中区教工住宅区，南向中区学生宿舍与沁园(学生食堂)，中心湖与两岸建筑均间隔一条校园道路.

南湖为不规则的类椭圆形，湖的最长直径约为120 m，最长宽约为60 m，最大水深约为1.8 m. 南湖西邻中心湖，东邻停车场与教工住宅区，北面华师附属小学，南迎教工俱乐部与校医院. 与中心湖一样，南湖与两岸建筑之间被一条校园道路隔开.

1.2人工湖功能与现状

华南师范大学石牌校区人工湖是校园景观的重要组成要素，既为学生、教工提供了一个学习、休闲的场所，也调节了校区的小气候,改善了周边的环境.近几年来，人工湖的富营养化情况愈加严重，多番整治都没有好转. 特别是到了炎热的夏季,2湖湖水出现明显的“水华”现象，水体透明度下降，浊度增加，并发黄(绿)、发臭，已严重影响其应有功能的发挥.

2 人工湖水质状况研究分析

2.1水质调查

2.1.1 样品采集 将采水瓶沉没到水面表层以下0.5 m[1]，待3～5 min后，将瓶提出水面，瓶内水样倒入保存瓶待用.

2.1.2 样品的采集时间及处理过程 从2008年8 月到2009 年3月，每季(夏、冬、春季)在人工湖的北面、西面、南面和东面各设1～2个取样点, 每点取水样体积1 L. 采集的水样加入固定剂(鲁哥氏液)，固定剂用量为1L 水样中加15 mL鲁哥氏液. 水样静置沉淀48 h，然后去除上层的清液，最后留下约20 mL时，将沉淀物放入容积为50 mL的试剂瓶中，用吸出的上层清液冲洗原装盛水样容器壁2～3次，一起放入试剂瓶中，定容到40 mL，然后制作临时玻片，进行镜检、计数、种类鉴定.

2.2样品鉴定、分析及评价

2.2.1 浮游藻类组成 统计结果(见表1)表明：(1)人工湖共发现浮游藻类37属，隶属于7个门，其中绿藻门(Chlorophyta)13属，占该湖浮游藻类总属数的35.14%；蓝藻门(Cyanophyta)10属，占27.03%；硅藻门(Bacillario-phyta)6属，占16.22%；黄藻门(Xanthophyta)有4 属，占10.81%；(2)绿藻和蓝藻类是人工湖中的主要优势藻类，其中蓝藻门10属15种，主要是颤藻属(Oscillatoria)、螺旋藻属 (Spirulina)；绿藻门13 属35 种，主要是性喜生长在有机质丰富水体中的绿球藻目(Chlorococcales)[2]，达33 种，占绿藻种数的94.86%，以栅藻属(Scenedesmus)、纤维藻属(Ankistyodesmus)为主. 按照浮游植物组成特点划分，2个人工湖均属于绿藻-蓝藻型湖泊[3].

表1 蓝藻-绿藻种类一览表Tab.1 Cyanophyta-Chlorophyta list

2.2.2 浮游藻类变化规律 表2结果表明：8月藻类总属数最多，11 月下降，3月份最少；8月和11月绿藻、蓝藻和硅藻的种类变化不大；3月绿藻、蓝藻和硅藻的种类明显下降. 出现以上现象，主要是和观测期间的气候有关，气候是造成水体中浮游藻类呈季节性变化的主要原因，2008年下半年气温高，高温天气持续至2008年11月，而高温适宜绿藻和蓝藻生长. 2008年12月—2009年3月气温低，不适宜绿藻和蓝藻生长. 另一方面，由于2008年下半年，中心湖曾进行整修清理，整修后又经历低温天气，故藻类种数有所减少.

表2 藻类各门属数变化表Tab.2 Algal species in the artificial lake

2.2.3 水质分析 藻类的种群结构和污染指示种是湖泊营养型评价的重要参数, 尤其是那些在某种特定的环境(营养) 条件下能大量生存的藻类, 即污染指示藻类的种类和数量, 在一定程度上可直接反映出环境条件的改变和水体的营养状况，主要指示藻类为蓝藻类和绿藻类[3].

表1统计结果表明，人工湖中蓝藻门有颤藻属Oscillatoria2种、项圈藻属Anabaenopsis1种、微囊藻属Microcystis1种、色球藻属Chroococcus3种等，绿藻门中有四星藻属Tetrastrum3种、四角藻属Tetraedrom3种、四棘鼓藻属Arthrodesmus2种等，这些都是富营养型水体的主要指示藻类[3]，因此，人工湖的水质已处于富营养化状态，水体的特点是有机物浓度高, 耗氧量大, 白天因藻类光合放氧强使水中溶氧饱和, 夜间因生物呼吸作用强而使水体溶氧量急剧下降.

2.2.4 生物多样性指数-污染程度评价 一般而言,水体发生富营养化会使不适应高营养的藻类灭亡,从而导致多样性的降低[4].因此可用生物的多样性指数来判断水体的受污染程度[5].

多样性指数(Margalef)[6]d=(s-1)·(lnN)-1,式中：s为藻类的属数，N为总个数.

判断标准：dgt;4时清洁，3～4 轻污染，2～3 中污染，1～2 重污染，0～1 严重污染(表3、表4).

由表3可见, 中心湖多样性指数变化范围为1.132～0.556.需要说明的是2009年3月份的多样性指数最低，为0.556，理应属于严重污染，但是2008年下半年中心湖曾进行整修及清理，并于2009年初换入清洁湖水，使得3月份采集的样品中藻类的属数和密度减少，非因污染严重导致生物多样性的下降；8月份多样性指数最高(1.132)，但仍然属于重污染水平. 11月比8月生物多样性指数小，即污染程度更重，可能是因为2008年下半年持续高温少雨天气，9—11月份旱情持续加重，高温使蒸发量大，少雨使人工湖水位迅速下降，自净能力减弱，加重水体富营养化情况；由于11月采样期间中心湖有部分整修工作正在进行，施工的废弃物等对湖泊也有一定的污染.

表3 中心湖生物多样性指数Tab.3 Biological diversity index in Center Lake

由表4 可见,南湖多样性指数变化范围0.645～1.108. 2009年3月份多样性指数最低(0.645)，冬季污染程度最严重. 其可能原因：浮游藻类一般喜温性，在20 ℃以下和40 ℃以上，其增殖速度较小，在25 ℃以上其速度急剧上升[7]；在亚热带，夏季水温较高，适合藻类的大量生长，引起水体的富营养化[8]；冬季水温较低，不适宜部分藻类生长，致使藻类生物多样性下降，又因持续少雨天气，湖泊水位迅速下降，自净能力减弱，某些适应型藻类大量生长，引起水体严重富营养化. 2008年11月份比8月生物多样性指数小，受污染程度更重，其可能原因与中心湖相同.

表4 南湖生物多样性指数Tab.4 Biological diversity index in South Lake

3 人工湖固体污染物研究及分析

人工湖的固体污染物主要是枯枝落叶、荷花枯叶、修整工程废弃的竹竿和生活垃圾，如果皮、纸张(报纸、宣传广告单、稿纸等)、纸质饮料杯、纸质餐碗、一次性木筷子；另外还包括一些不可分解的污染物，如玻璃酒瓶、塑料饮料瓶、食品包装袋、塑料袋、塑料饭盒、易拉罐、破旧鞋子等.分析其原因，主要是因为中心湖和南湖湖畔均种植着大量园林绿化植物，季节更替，植物新陈代谢，大量脱落枝叶掉落或被吹入湖中，或漂浮或沉降于湖底，被湖中微生物分解，引起湖水富营养化，并影响水面景观.生活垃圾是由于人群活动较多产生较多的垃圾引起的，另外中心湖畔有数段湖岸没有种植有阻隔作用的绿篱，再加上2湖区域常有大风，垃圾易被风吹落到湖中，当然也不排除有些低素质的人随手扔到湖中.

3.1主污染源讨论

人工湖长期处于富营养化状态，一方面是由于当初设计不当，主要表现在：(1)没有设计湖水流动系统及水体更换系统，湖水不流动，更换不及时，致使2湖长期处于不流动的“死水”状态；(2)湖壁及湖底封闭程度低，使湖水的渗漏损失大，水量少，导致湖水自净能力差；另一方面，由于湖的周边植物落叶不断落入水中，而湖中又缺乏其他可利用落叶分解释放营养物质的生物，从而使湖水中的藻类，尤其是蓝藻和绿藻大量繁殖，引起严重的富营养化.

3.2其它影响因素讨论

除湖畔植物的落叶外，生活垃圾也是湖水富营养化的重要原因，尤其是对中心湖的影响最为突出，湖中的垃圾多与饮食有关，如果皮、零食包装、塑料餐具等. 分析其原因，这类垃圾多数是在湖畔活动的人群丢弃的. 可见部分人员的环保意识还有待加强. 另外，人工湖畔的垃圾筒数量不够也是引发乱扔垃圾行为的原因之一，尤其是在中心湖，只有西岸小公园中有1个垃圾筒，虽然两侧校道上设有几个垃圾筒，但大部分都距离人群活动频繁区较远，许多人不是看不到就是不愿意多走. 此外，近几年广州天气异常，持续的高温少雨天气也助长了藻类的生长，加剧了湖水的富营养化.,

4 建议

(1)建立一个水循环系统. 当富营养指数超标时，及时更换部分污水，同时放入等量的清水，始终保持水中各项指数在正常的范围内. 这是最基本的治本措施，虽然投资较多，但是从长远看，这种投资是值得的，因为它给校园营造了和谐环境，带来了优美生态景观，提供了舒适的学习环境.

(2)防渗漏. 湖水的渗漏极大地削弱了湖水自净能力，即使有了一个比较完善的水循环系统，如果不能解决湖水的渗漏，不仅白白地浪费大量的水资源，还会使湖水的净化能力降低，富营养物质快速增长，加重水质污染. 建议湖底及周边铺设自然粘土防渗. 自然粘土最大的特点在于它的自然性，不会阻断人工湖水环境与地下水环境、周边环境的相互作用，并且铺设自然粘土工期短、成本低[9～10].

(3)建立人工湿地. 建立人工湿地是指在人工湖边的浅水区合理搭配混种某些水生植物. 人工湿地常用植物有水罂粟(Hydrocleysnymphoies)、鸢尾(Iristectorum)、雨久花(Monochoriakorsakowii)、梭鱼草(Pontederiacordata)、千屈菜(Lythrumsalicaria)、水龙(Ludwigiaadscendens)、泽泻(Alismaorientale)、半枝莲(Scutellariabarbata)、荷花(Nenumbanucefera)等. 植物的生长和繁殖离不开营养物质,水体中的相当部分的营养物被植物转化或保存在植物体内. 相对而言，漂浮植物吸收能力强于挺水植物,沉水植物最差，与木本植物相比草本植物对污水中的污染物则具有较高的去除率. 其次，一些植物释放的克生物质对其它植物的生长产生抑制或促进作用, 表现植物间的相生相克作用.凤眼莲(Eichhorniacrassipes)、水花生(Alternantheraphiloxeroides)、宽叶香蒲(Typhlatifolia)等可以分泌出克藻物质,对水体中藻类的繁殖具有明显的克制作用[11-12].

(4)建立人工浮岛. 人工浮岛是指在漂浮载体上种植植物，使之漂浮于水面上，利用其上的植物达到美化和治理的效果, 一般以栽植草本植物和低矮灌木为宜.常见的种类有风车草(Cyperusalternifo-lius)[13-15]、芦苇(Phragmitescommunis)、香蒲(Typhaorient-talis)、美人蕉(Cannaglauca‘Golden yellow’)[16-17]等.这些植物易栽植而且水中生长的根系能大量吸收利用生长所需的氮、磷等营养元素，从而直接将水体中的富营养物质输出. 人工浮岛还可通过植物根系形成一个生物膜，通过其中微生物的分解和合成代谢作用，有效地去除污水中的有机污染物和其他营养物质,具有较好的净化水质效果. 此外，人工浮岛上种植的植物可以填补水域单调、景观空旷的不足，创造出柔和、绿色、自然的生态景观[13].

(5)其它措施. 除了上述治理措施外，其它措施也是非常重要的，如：(a)及时捞出落入湖中的枯枝落叶，尽量不让其腐败在湖中；(b)定期清理湖底腐败动、植物残体；(c)湖中种植的水生植物要定期收割，这样，既可及时带出大量的氮、磷，又可促进生物的生长；(d)如果湖中放养的水生动物,应根据生长情况，适当追放或捞出，使整个湖中的食物链保持通畅[9]. 另外，要特别加强环保及公共道德宣传教育，并适当在湖畔增设垃圾筒，从各个方面最大限度降低湖水污染.

致谢华南师大生科院李杨博士对人工湖藻类植物的鉴定给予大力的帮助，作者表示衷心的感谢.

[1] 中华人民共和国水利部.水环境监测规范[M]. 北京：中国水利水电出版社,1998.

[2] 李军，刘丛强，肖化云，等. 太湖北部夏季浮游藻类多样性与水质评价[J]. 生态环境，2006,15(3):453-456.

LI Jun，LIU Congqiang， XIAO Huayun，et al. Summer phytoplankton diversity and water quality evaluation in northern part of Taihu Lake,China[J]. Ecology and Environment，2006，15(3):453-456.

[3] 况琪军，马沛名，胡征宇，等.湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展.[J]. 安全与环境学报，2005，5(2):87-91.

KUANG Qijun，MA Peiming， HU Zhengyu，et al. Study on the evaluation and treatment of lake eutrophication by means of algae biology[J]. Journal of Safety and Environment，2005，5(2):87-91.

[4] REYNOLDS C S. Technology of fresh water phyto-plankton[M]. London:Cambrige University Press,1984.

[5] 梅洪，赵先富，郭斌， 等.中国淡水藻类生物多样性研究进展[J]. 生态科学，2003,4(22):356-359.

MEI Hong， ZHAO Xianfu，GUO Bin，et al. Advances in freshwater algal biodiversity in China[J]. Ecologic Science, 2003，4(22):356-359.

[6] 胡鸿钧, 魏印心. 中国淡水藻类系统、分类及生态[M]. 北京：科学出版社, 2006.

[7] 胡鸿钧，魏印心. 中国淡水藻类[M]. 上海:上海科学技术出版社, 1980.

[8] 许金花，潘伟斌，张海燕. 城市小型浅水人工湖泊浮游藻类与水质特征研究[J]. 生态科学, 2007,26(1):36-40.

XU Jinhua， PAN Weibin， ZHANG Haiyan. Studying on planktonic algae and characteristics of water quality of some small and adlittoral artificial lake in the city zone[J]. Ecologic Science，2007,26(1):36-40.

[9] 杜良平, 严力蛟, 蒋莹, 等.人工湖泊构建及其配套技术研究[J]. 科技通报,2008(5):706-713.

DU Liangping, YAN Lijiao, JIANG Ying, et al. Resarch on construction of artificial lakes and relative technology[J]. Bulletin of Science and Technology,2008(5):706-713.

[10] 沈耀胜.利用自然粘土做人工湖防渗层[J].珠江现代建设，2003(3):33-34.

SHEN Yaosheng. The use of natural clay as imperme-able layer of artificial lake [J].Pearl River Modern Construction, 2003(3):33-34.

[11] 白峰青,郑丙辉,田自强. 水生植物在水污染控制中的生态效应[J]. 环境科学与技术, 2004(4): 99-100,110.

BAI Fengqing, ZHENG Binghui,TIAN Ziqiang. Aquatic plants in water pollution control in the ecological effects[J].Environmental Science and Technology, 2004(4): 99-100,110.

[12] 刘松岩,何涛,周本翔.水生植物净化受污染水体研究进展[J]. 安徽农业科学, 2006,34(19):5019-5021.

LIU Shongyan, HE Tao, ZHOU Benxiang. Research on a quatic plants purify the contaminated water[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2006, 34(19):5019-5021.

[13] 李翠芬， 熊燕梅，夏汉平.介绍一种新型的园林生态工艺——人工浮岛[J]. 广东园林,2007(4):29-32.

LI Cuifen,XIONG Yanmei, XIA Hanping. A brief introduction to a new gardening and ecological technics-artificial floating island[J]. Guangdong Landscape Architecture,2007(4):29-32.

[14] 周小平，王建国，薛利红，等.浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究[J].应用生态学报,2005,16(11): 2199-2203.

ZHOU Xiaoping, WANG Jianguo, XUE Lihong, et al. N and P removal characters of eutrophic water body under planted float[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2005, 16(11): 2199-2203.

[15] 陈静，赵祥华，和丽萍.应用于滇池草海生态修复工程的植物浮岛制备技术[J].四川环境,2006， 25(6): 32-34.

CHEN Jing, ZHAO Xianghua, HE Liping. Preparing technique of plant floating islet applied to the ecological restoration project in Caohai of Dianchi Lake[J]. Sichuan Environment,2006， 25(6): 32-34.

[16] 卢进登，陈红兵，赵丽娅，等.人工浮床栽培7种植物在富营养化水体中的生长特性研究[J].环境污染治理技术与设备,2006，7(7): 58-61.

LU Jindeng, CHEN Hongbing, ZHAO Liya, et al. Study on the growth characteristics of seven plants cultivated on artificial floating rafts in eutrophic water[J]. Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control,2006，7(7): 58-61.

[17] 李芳柏，吴启堂.无土栽培美人蕉等植物处理生活废水的研究[J].应用生态学报,1997，8(1): 88-92.

LI Fangbai,WU Qitang. Domestic wastewater treatment with means of soilless cultivated plants[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,1997，8(1): 88-92.

[18] 厦门水产学院水生生物教研组. 淡水习见藻类[M]. 北京：农业出版社,1980.

Keywords： South China Normal University; artificial lake; planktonic algae; eutrophication; countermeasters

【责任编辑 成 文】

COUNTERMEASURESANDEUTROPHICATIONOFTHEARTIFICIALLAKESINSOUTHCHINANORMALUNIVERSITY

ZHOU Yunlong1, HUAN Jiangfen2*, LIN Jia1

(1．School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China;2．Center of Landscaping, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

The floating algae in artificial pools in South China Normal University were carefully investigated and analyzed. The research involved solid contamination and human activities. It turns out that there are altogether 37 genus floating algae which can be assorted to 7 phylum. Among all the algae, Chlorophyta (13 genus, 35 species) accounts for 35.14% of the total genus, which are mainly Chlorococcales (Scenedesmus, Ankistyodesmus); Cyanophyta (10 genus 15 species) accounts for 27.03% of the total genus, which are mainly Oscillatoria and Spirulina; Bacillariophyta (6 genus) and Xanthophyta (4 genus) account for 16.22% and 10.81% respectively. Chlorella and blue-green algae are two dominant species in the pools.The two artificial pools are all Chlorella-blue-green algae-type lakes according to the composition of the floating plants. The margalef indicates that the whole pools are in serious eutrophication status. Continuous eutrophication can be attributed to the poor self-clean ability of pool water caused by improper design earlier and overnutrition because of the degradation of falling leaves from surrounding plants. Several measures can be adopted to lower or change the water contamination completely, including anti-leakage, renovation, water recycle regularly, putting up artificial wetlands in the shallow water and locating artificial floating islands in the pools, etc.

2009-09-22

周云龙(1955—)，男，江苏涟水人，华南师范大学副教授，主要研究方向：植物学，Email:zhouyl@scnu.edu.cn；黄健锋(1965—)，男，广东恩平人，华南师范大学园林绿化服务中心工程师.

*通讯作者

1000-5463(2010)01-0082-06

Q949.2

A