干湿交替期天鹅湖水质现状调查

叶浩

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州434025；长江大学生命科学学院，湖北荆州434025)

朱建强

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州434025；湖北省石首麋鹿生境保护与修复野外工作站，湖北石首434401)

蒋舜尧

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025)

李鹏飞

(湖北省石首麋鹿生境保护与修复野外工作站，湖北 石首 434401)



干湿交替期天鹅湖水质现状调查

叶浩

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州434025；长江大学生命科学学院，湖北荆州434025)

朱建强

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州434025；湖北省石首麋鹿生境保护与修复野外工作站，湖北石首434401)

蒋舜尧

(长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025)

李鹏飞

(湖北省石首麋鹿生境保护与修复野外工作站，湖北 石首 434401)

[摘要]位于湖北省石首市境内的天鹅湖，由长江河道演变而成，其水域是江豚迁地保护场所，部分水域和边滩是麋鹿自然保护区；天鹅湖中央是拥有2000hm2农田、6300农业人口的天鹅岛，天鹅湖水环境事关江豚和麋鹿生境保护以及天鹅岛农业用水安全。3、4月是由干到湿的过渡期，降水量适中，通过该时段水质调查可大体了解湖泊水环境现状。2014年和2015年调查结果表明：主要由于水体总氮或总磷含量高使湖泊水质总体上处于Ⅲ～Ⅳ类，局部(入湖口、出湖口)处于Ⅳ～Ⅴ类，综合多因素计算的湖泊营养状态处于中营养至轻度富营养化状态。为保护水环境，在湖泊流域农业生产中要大力推行节氮栽培技术，采取有效的控氮、控磷技术。

[关键词]水质；综合营养状态指数；水环境；天鹅湖

天鹅湖位于湖北省石首市长江北岸、江汉平原的南缘，形似“Ω”，它是长江左岸冲刷、右岸淤积的产物，于1972年长江自然截弯取直后形成，水面面积约14～20km2。湖泊北岸有2处接邻的水闸(相距不足200m)，分属石首市和监利县管辖，是外水进入天鹅湖的2个入口；位于湖泊东南角的天鹅洲闸则是天鹅湖注入长江的出口。天鹅湖是濒临灭绝的珍惜水生动物江豚迁地保护的栖息地，为国家级自然保护区。天鹅湖西南水域及边滩则是珍稀野生动物麋鹿回迁保护的场所，由石首麋鹿国家级自然保护区负责管理。湖水环绕的天鹅洲岛上，农业人口6300，农田2000hm2。天鹅湖水环境对江豚和麋鹿生境保护以及天鹅洲岛人畜饮水有重要意义。在一年当中，3、4月是由干到湿的过渡期，通过该时段湖泊水质调查，可大体了解其水环境状况。笔者分别于2014年和2015年的3月和4月，取天鹅湖水样进行室内化验分析，计算了天鹅湖的综合营养指数，基本弄清楚了3、4月天鹅湖水环境状况，现报告如下。

1调查方法

先后于2014年、2015年3月、4月在天鹅湖布置采样点18个，其中沿天鹅湖中心线均匀布置采样点14个，天鹅湖入口3个、出口1个。对所取上述水样带回实验室处理并测定有关指标。

取水样时，采用虹吸法采集湖泊中部水面以下30～50cm处水样500mL，按文献[1]的方法保存、处理水样并测定叶绿素a(Chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(CODMn)等水质指标。通过化验分析取得湖泊和沟渠的主要水质指标后，将实测值与地表水环境质量标准对比，以判断天鹅湖和沟渠水质状况。按文献[2～5]给出的水体营养状态分析方法，计算湖泊水体的综合营养状态指数，应用该指数评价天鹅湖水体的富营养化状况。水体的综合营养状态指数按式(1)、式(2)和式(3)计算。

(1)

(2)

TLI(Chla)=10(2.5+1.086lnChla)

TLI(TP) =10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN) =10(5.453+1.694lnTN)

(3)

TLI(SD) =10(5.118+1.941lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

表1　中国湖泊部分水质指标与Chla的相关参数rij及值

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重，按表1取值；TLIj为代表第j种参数的营养状态指数；TLI(Chla)为叶绿素a指数；TLI(TP)为总磷指数；TLI(TN)为总氮指数；TLI(SD)为透明度指数；TLI(CODMn)为高锰酸盐指数。

通过计算得到湖泊综合营养状态指数后[1]，可参比表 2[2～5]有关指标限值判断湖泊营养状态。

表2　湖泊水库营养状态分级

注：在同一级别内，值越高其污染程度越重。

2结果与分析

2.1入、出湖口及湖泊大水体水质状况

连续两年3、4月水质检测结果和通过分析计算得到的湖泊综合营养状态指数见表3。由表3可以看出，入湖口CODMn、TN、TP、Chla等水质指标值最大，其次是出湖口，湖泊中部水体相应水质指标观测值居中，它反映了湖泊水体自入湖口到中部水体的自净作用。出口段由于水产养殖影响，有关水质指标值再次升高。

将表3中CODMn、TN、TP实测值与地表水环境质量标准(GB 3838-2002)进行比较，可知各主要单项指标相应的水质状况(表4)。显而易见，因为总氮含量高，入湖口水体处于Ⅳ～Ⅴ类水，湖泊水体总体上处于Ⅲ～Ⅳ类；因总磷含量使水体处于Ⅱ～Ⅲ类。

2.2入、出湖口及湖泊大水体所处的营养状态

综合营养状态指数是综合反映有关单因素影响水环境质量状况的指标，将表3结果与国家环境监测总站给出的湖库营养状态分级(表2)对比可见，目前天鹅湖水体总体上处于中营养至轻度富营养化状态。由于天鹅湖仅在出口段有少量水产养殖活动，湖泊本身主要依靠自身生产力进行天然养殖，可以认为目前湖泊水体营养水平主要取决于流域水平的水环境管理和对农业生产过程面源污染控制的水平。

表3　天鹅湖水质指标监测结果(平均值±标准差)

表4　天鹅湖主要水质指标所处等级

2.3天鹅湖水体磷含量年际差异分析

降雨径流是磷迁移的主要动力，天鹅湖水体磷含量年际差异主要由可产生地表径流的降水不同所致。对研究区域可产生地表径流的降水数据分析表明，2014年2月至4月可产生地表径流的降水有6次，雨量250.6mm，2015年同期发生可产生径流的降水8次，雨量350.1mm。由此不难解释天鹅湖总磷含量2015年3、4月明显高于2014年同期。

3结论与讨论

从单项水质指标看，天鹅湖水质因总氮含量高处于Ⅲ～Ⅴ类，因总磷含量处于Ⅱ～Ⅲ类，这与利用浮游动物、底栖动物进行水质生物学评价的结果可相互印证[6，7]。

从营养状态看，水体总体上处于中营养至轻度富营养化状态。根据何绪刚等[8]1992～1994年的调查、姜永明等[9]2005年夏秋2次调查以及黄丹等[6]2011年4月至2012年元月按季度所做的调查，其结果均表明天鹅湖水体处于中至富营养水平，结合笔者近2年春季调查得出的与之十分相近的研究结果，可以看出近20多年来天鹅湖水体环境质量基本上保持相对稳定。这除了天鹅洲因有江豚、麋鹿2个自然保护区对湖泊养殖实行严格控制外，另一个可能很重要的原因是天鹅湖可拓展的水面面积(20km2)与入湖河流集水区面积(240km2)的结构性配比(1∶12)比较合理，足以缓冲流域面源污染造成的冲击。

降雨是土壤N、P流失的驱动力。有研究表明，月降雨量和流域水体TN、TP含量高度相关[10]。因此，N、P流失控制的重点应该放在雨季强降雨过程[11]，可通过控制排水[12]、减少地表径流等方式来有效减缓其流失。此外，在流域内还要大力推行节氮栽培，积极采取有效的控氮[13]、控磷技术[14]。

[参考文献]

[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002:211～280.

[2]金相灿.中国湖泊水库环境调查研究(1980～1985)[M].北京:中国环境出版社,1990.

[3]王明翠,刘雪芹,张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准[J].中国环境监测,2002,(5):47～49.

[4]夏婷婷,尚广萍.基于地表水环境质量标准的富营养化评价方法[J].皖西学院学报,2010,(5):98～101.

[5]于爱敏,尚广萍,于洋.湖泊富营养化的综合评价方法的探讨与实例[J].内蒙古环境,2009,(3):52～55.

[6]黄丹,沈建忠,胡少迪,等.长江天鹅洲故道浮游动物群落结构及水质评价[J].长江流域资源与环境,2014,(3):328～334.

[7]马秀娟,沈建忠,王腾,等.天鹅洲故道底栖动物群落特征及水质生物学评价[J].环境科学,2014,(10):3952～3958.

[8]何绪刚,罗静波,黄晓南,等.天鹅洲长江故道水体氮、磷营养元素变化规律的研究[J].水利渔业,1999,19(5):54～55.

[9]姜永明，倪朝辉，樊启学，等.天鹅洲黑瓦屋长江故道湿地水质的模糊综合评价[J].水利渔业,2006,36(6):16～20.

[10]Jinhui Jeanne Huanga,Xiaojuan Lin,Jianhua Wang,etal.The precipitation driven correlation based mapping method (PCM)for identifying the critical source areas of non-point source pollution[J].Journal of Hydrology,2015,524:100～110.

[11]Zhenyao Shen,Jiali Qiu,Qian Hong,etal.Simulation of spatial and temporal distributions of non-point source pollution load in the Three Gorges Reservoir Region[J].Science of the Total Environment ,2014,493:138～146.

[12]Ingrid Wesström,Abraham Joel,Ingmar Messing.Controlled drainage and subirrigation - A water management option to reduce non-point source pollution from agricultural land[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2014,198:74～82.

[13]Ping Huang,Jiabao Zhang,Anning Zhu,etal.Coupled water and nitrogen (N) management as a key strategy for the mitigation of gaseous N losses in the Huang-Huai-Hai Plain [J],Biology and Fertility of Soils,2015,51:333～342.

[14]Andrew N.Sharpley,Lars Bergström,Helena Aronsson,etal.Future agriculture with minimized phosphorus losses to waters:Research needs and direction[J].AMBIO,2015,44(Suppl.2):S163～S179.

[收稿日期]2016-01-11

[基金项目]湖北省科技支撑计划项目(2014BCB038)；WWF天鹅湖流域面源污染监测与水足迹特征研究项目(10003063)；WWF与Rare天鹅洲有机农业监测与试验示范项目(10003187,10003729,10003063)。

[作者简介]叶浩(1990-)，男，硕士生，研究方向为农业生态学。 通信作者：朱建强，zyjb@sina.com。

[中图分类号]X132

[文献标识码]A

[文章编号]1673-1409(2016)09-0073-03

[引著格式]叶浩,朱建强,蒋舜尧,等.干湿交替期天鹅湖水质现状调查[J].长江大学学报(自科版) ，2016，13(9)：73～75,79.