基于水质与生物指标调查的四川升钟湖水生态健康评价

任可心，蒋祖斌，文 刚，许 航，陈兰英，肖 娟

(1.西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637000；2.南充市环境监测中心站，四川 南充 637000；3.南充市第十中学校，四川 南充 637000)

1 引言

伴随社会经济的发展，人类赖以生存的环境不断恶化。由于人为因素的污染与干扰，湖泊水生态系统出现不同程度地破坏。目前，对湖泊生态系统健康的研究成为当前生态环境研究的热点之一[1]。对湖泊生态系统健康进行定量评价是环境管理的一种新方法，目的在于掌握湖泊生态系统的现状，找出湖泊水生态系统结构和功能上存在的问题，同时采取相应手段进行调整,以实现生态系统健康发展[2]。

升钟湖位于四川省南充市北部地区的西河干流上，是西南地区最大的人工蓄水灌溉工程，是南充市的后备饮用水源，其战略意义及经济意义重大，对于升钟湖水生态的保护和评价便尤为重要[3～5]。目前针对升钟湖的研究主要集中在水质的富营养化防治和旅游资源的开发上，对于升钟湖的水健康评价，多为水质标准等理化性质层面的研究[6,7]；但对于伴随着物质循环和能量流动的水生生态系统结构，也就是生物层面还未见有相关的报道。湖泊生态系统健康评价方面研究还处于起步阶段，没有统一的评价指标体系和方法[8]。但对于水生生态系统来说，水体的生物指标方面对于外界的干扰，有着更加直观和敏感的反馈，可作为水生态健康评价的重要方面[9]。本研究通过水质和生物指标两个维度综合构建两者复合的综合生态健康指标评价体系，从而对整个升钟湖流域水生态系统进行健康评价，为升钟湖的治理提供科学依据与参考。

2 研究地及研究方法

2.1 研究区域概况

升钟湖位于四川省南充市南部县西北部，地处四川盆地北部、嘉陵江中游，距南部县城93 km，与阆中市、广元市剑阁县接壤，是以灌溉为主，兼有防洪、发电、航运、养殖、旅游等综合效益的大型骨干水利工程。根据国内外对于生态健康评价的研究，结合升钟湖的地理形状及实际情况，从湖库上游到下游，选取铁炉寺、铁鞭电站、李家坝、大坝(果园场)共4个代表性断面进行水质采样分析(图1)。

2.2 研究方法

水质指标及营养盐指标按照HJ/T91-2002《地表水和污水建设技术规范》，采样时间2017年全年，连续每月监测，取平均值。指标包括溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)。由于升钟湖的涉及区域较广，根据其特点，将调查的重点放在升钟湖临近乡镇以及附近区段进行调查，对铁鞭、凤凰岛、双峰、升水、升钟共计5个取样断面点进行生物采样，见图1。浮游藻类采样于水面0.5 m左右处使用1 L的采水器采样，随即转移到采样瓶后，加入15 mL鲁哥试剂进行固定静止48 h后，使浮游藻类自动沉淀。然后使用虹吸法，将样品中的上清液缓慢吸出后，收集余下的沉淀到定量并将其浓缩至50 mL，最后分类与计数。鱼类动物采样时将围网放置在5 m深度的水体中，1 h后从两边拉起围网，将采集到的鱼类收集放入冷冻箱，在实验室中进行分类和计数的工作。鱼类种类组成、地理分布、生态习性与生态需求等数据主要通过现场调查、访问南部县水利局和升水镇、升钟镇、保城乡、双峰乡、铁鞭乡等当地捕鱼爱好者等方式获得。

2.3 建立生态健康评价指标体系

表1 升钟湖水生态健康评价指标体系

2.4 健康综合评价指标计算

水生态系统健康评价指标是为了量化评价区域水生态环境的质量好坏，反应特定水生态系统的功能及结构的健康状态，利用不同层次指标的标准化值，采用综合污指数法，可以计算出水质和生物两个维度的评价值，进而对流域水生态系统的健康状况进行评价。结合水质指标因子和生物指标因子，综合对区域水生态进行量化评价，在考虑权重值方面将各评价因子视为同等重要，等权重带入评价指标计算。各层次指标的具体计算如下[12, 17]:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中，PW、PC、PN分别为水质指标与理化指标、营养盐指标的得分，PB、PPA、PMB、PF分别为生物指标与浮游藻类、大型底栖动物、鱼类指标的得分。采样点各层次的指标标准化后可得出健康评价得分，将其分为“健康”“亚健康”“一般”“较差”“极差” 5个等级[12]。

3 结果与分析

4个水质样点中，水质指标因子“健康”的样点有3个，“亚健康”的有1个；5个生物样点中，生物指示因子“亚健康”的有3个，“一般”的有2个；根据健康综合评价标准化指标数值为“0.711”，健康综合评价指标健康评价等级为“亚健康”(表2)。

3.1 水质指标评价结果与空间分析

分别对铁炉寺、大坝(果园场)、李家坝、铁鞭电站4个水质样点的水质化学指标和营养盐指标进行单因素方差分析。结果见表3，从季节上看DO、COD和NH3-N呈显著的季节变化规律(p<0.05)，TP、TN季节变化规律不显著。通过多重比较发现，DO为冬季>夏季(p=0.003<0.05)，春秋季差异不显著；TP和TN均为春、夏两季最高，秋冬季节最低，其中TN夏季>秋季(p=0.031<0.05)；NH3-N冬季最低，春秋季节差异不显著；COD为夏季>春季和秋季>冬季。

表2 升钟湖水生态系统健康评价结果

从监测点来看，4个断面秋季和冬季的COD均有显著差异，秋季(F=3.489，P=0.019<0.05)，冬季(F=3.899，P=0.012<0.05)，其中，铁鞭电站秋季、冬季的COD均显著高于其他三站；大坝(果园场)秋季的COD显著低于其他站(P<0.05)；李家坝冬季的COD显著低于其他站(均P<0.05)。对四个监测点的多年平均COD、TN、TP进行分析，四个点的TN、TP无显著差异，COD有显著差异(F=8.304，P=0.003<0.05)，其中铁鞭电站>铁炉寺>大坝(果园场)>李家坝(均P<0.05)。

表3 升钟湖水质监测分析

从评价结果上看，升钟湖水质整体状况较好，从水质化学因子的计算结果看，水质均为“健康”等级，具体为大坝>李家坝>铁炉寺>铁鞭电站。但从水质营养盐方面看水质状况处于“亚健康”状态，主要表现为升钟湖水质营养盐因子指标标准化数值整体较水质化学因子偏低，这说明富营养化是升钟湖最主要的水质污染因素。在4个监测断面中，铁鞭电站的水生态健康评价等级均为“亚健康”状态(图2)。

3.2 生物指标评价结果与空间分析

在本次调查的5个生物样点中浮游藻类因子2个达到“亚健康”等级，3个达到“一般”等级；鱼类动物因子3个达到“亚健康”等级，2个达到“一般”等级；整体生物指标因子3个达到“亚健康”等级，2个达到“一般”等级(图3)。总体来说，升钟湖浮游藻类与鱼类动物的健康状况处于“亚健康”状况。

图2 水质指标因子评价结果

在5个样点中浮游藻类因子指数的健康等级有所差异，凤凰岛>升水>双峰>升钟>铁鞭；鱼类动物因子指数中双峰>凤凰岛>铁鞭>升水>升钟；在生物指标因子中凤凰岛>双峰>升水>铁鞭>升钟。生物指标因子中升钟镇坝区附近数值最低，可能由于该处水的流速较快以及游船出行比较密集等因素有关；铁鞭虽然单位水体中种类数量较多，但物种数量相对较少，主要是因为藻类主要以硅藻门植物为主，所以指数相比偏低。这与该乡镇的生活污水排放而导致的水源污染有关；在保城乡凤凰岛周边，因该处水面宽阔，又有凤凰岛和太子岛主要以硅藻门植物为主，所以指数相比偏低。这与该乡镇的生活污水排放而导致的水源污染有关；在保城乡凤凰岛周边，因该处水面宽阔，又有凤凰岛和太子岛延伸至湖内，绿藻门植物种类和数量都较丰富，湖水自净率较高等因素，生物多样性指数相对较高，水质清洁。而对于鱼类动物因子指数，在升钟、升水两处的所对应的数值较低，这与升钟湖旅游项目的开发有关。旅游规划项目建成后，涉水工程较多，开发力度较大，这将对渔业资源造成一定损失。大批游客到各个景区旅游观光，参与钓鱼，游泳等各项活动。游客的进入必然会带来相当数量的废弃垃圾，游船、快艇数量也会增加，旅游开发后，部分鱼类的产卵场丧失和幼鱼索饵场一定程度遭到破坏。

图3 生物指标因子评价结果

4 讨论

水体的富营养化一直是造成水体质量恶化，破化水体生态健康的重要原因之一，也是目前全世界关注和探究的重点，而水体的富营养化在化学层面最直观的体现便是水质营养盐含量的超标。本文所探究的3个水质营养盐监测指标，氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN)均能满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅲ类水质以上的标准。但就单项指标来看，升钟湖总氮(TN)标准化值均在0.5～0.6之间，对应健康评价等级中“一般”等级，相对氨氮(NH3-N)、总磷(TP)评价等级偏低，说明升钟湖中总氮(TN)含量偏高。水生植物在生长的过程中，需要对氮磷等营养元素进行吸收，有研究显示，氮元素与磷元素的比值在一定范围内能制约藻类生长，能影响浮游藻类群落的结构改变[18]。同样，浮游植物的生长也能影响水质中的氮磷比。因此，控制磷元素以及氮磷总量的控制仍是升钟湖水质治理的关键。

从水质和生物性质综合对升钟湖水生态健康评价得出，升钟湖整体水生态健康对应为“亚健康”等级，水生态健康总体状况较好，但仍存在部分问题。升钟湖各项水生态健康指标，随着不同位置的变化存在一定的差异，这与升钟湖不同位置周边的土地利用方式以及方式有关。根据水生态健康评价可得，在人口相对集中区域或旅游开发区附近以及临近农业面源分布较广的区域，各单项健康评价因子的数值均有不同程度的下降。

在20世纪80年代，升钟湖出现水体富营养化以及水体自净能力下降，在2008年以后，升钟湖的水质污染状况得到重视，对工业废水排放严格管控，加之升钟湖风景保护区的建立，水质有所好转。但升钟湖占地面积大，沿岸分布乡镇较多，农田分布面积较广。根据实地调查，升钟湖周边大多数地区耕种状况仍是相对粗放型管理模式，没有达到测土施肥、施药和科学管理的程度。为了取得连续稳定的高产，往往在化肥施用上用量较大。在降水过后，地表径流将携带大量营养盐成分进入升钟湖，对水体营养化造成威胁。因此，农业面源污染仍是需要重点管控的方面。

5 结论与建议

升钟湖作为南充市后备饮用水源，其水生态的健康问题不容小觑。虽然在近年来其水生态健康状况有所好转，但根据本文的调查分析，仍存在部分影响水生态健康的风险来源。针对本文的调查分析结论，对升钟湖在保护与治理，提升其其水生态健康等级的方面，提出如下建议。

(1)应加强对于升钟湖周边环境的保护，严格落实实施乡镇生活污水、生活垃圾处理设施按标准进行建设，并对后期相关设施运营情况进行统一的监督管理；引进和推广科学绿色的农业耕种模式，发展绿色生态植被，做好护岸、护坡和水土保持工作，从源头有效控制农村农业面源污染。

(2)应继续加强渔业行政执法力度，加强对承包经营者的培训和教育，严禁炸、毒、电鱼等行为；科学的开展增殖放流活动，严格控制船舶、农家乐、钓鱼饵料及废弃物等行为对水体的污染，确保鱼类繁殖季节，保护产卵群体能够顺利产卵繁殖，保持鱼类资源的多样性，保护水库河段物种资源及其赖以生存的水域环境，维护生物多样性。严禁投放外来有害物种，防止外来物种入侵对水体及生态的破坏。

(3)景区运营期间相关部门应组织管理好游船、游客旅游期间的旅游活动，防止生活垃圾及游船、水上摩托等机械设备漏油对鱼类生存的水环境的污染。另外应严禁乱搭网箱钓台、乱建房屋行为。经批准在保护区内从事的经营性活动，应当严格执行环保、行洪、风貌等要求；从事建设活动的单位和个人，应当采取有效措施保护自然资源和生态环境，对生态环境造成危害的，应当进行生态修复。

(4)定期开展对于升钟湖水生态健康的监测及科学研究工作，便于能及时发现和解决生态问题；向沿岸居民及游客保护水生态的重要意义，更加全面的维护升钟湖水生态健康。