白马湖高锰酸盐指数超标成因分析

施怀荣

（北京邦源环保科技股份有限公司，北京 100124）

1 白马湖简介

白马湖是江苏省十大淡水湖之一[1]，地处淮河流域下游，位于淮安市境内东南边缘，分属淮安市金湖县、洪泽区、楚州区和扬州市宝应县。白马湖流域为洪泽湖大堤以东、苏北灌溉总渠以南、里运河以西、白马湖隔堤和洪金干渠以北的一块封闭区域，总面积994 km2，大堤以内湖面积113.4 km2，其中淮安占92.11 km2。白马湖出入湖河道分布，如图1 所示。入湖河道主要有草泽河、浔河、花河、运西河（南水北调东线工程运行时）和大荡河等，出湖河道主要有运西河、新河、阮桥河、温山河和大寨河等。

图1 白马湖出入湖河道分布

白马湖属于洪涝调蓄水库，关系到流域农业的旱涝保收、高产稳产。此外，白马湖是南水北调东线工程的过境湖泊，具有滨湖圩区农灌用水和湖区渔业用水功能。2009 年，白马湖被当地政府确定为淮安市第二水源地，承担起城市用水安全的任务。

白马湖作为区域性湖泊，其水位、水质较为稳定，水生动植物资源丰富，盛产鱼、虾、蟹、鳖、莲藕、菱角、蒿草、芦苇等水生动植物。作为生态系统，白马湖在净化水质、提供水生动植物及鸟类栖息地、维护生物多样性、改善区域环境等多方面发挥着无可替代的作用。

2 白马湖水质问题分析

白马湖水系发达，其补水来源主要是草泽河、浔河和桃源河等河流，这些河道水流来自洪泽湖水体。由于这些入湖河流承载了城镇地表径流、沿岸生活污水、养殖废水、农业面源径流等污染来源，增加了白马湖水体的污染负荷。

2020—2022 年，白马湖水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）的Ⅲ类标准，但仍存在个别月份未达标现象，主要超标因子为溶解氧、高锰酸盐指数、总磷和氨氮，详见表1。

表1 2020-2022年白马湖水质主要超标因子

2022年上半年，高锰酸盐指数和总磷数据同比升高，在地表水Ⅲ类标准上下波动，其原因有清洁水源补给减少（如降雨和调水等）、地表径流污染负荷持续输入、湖面湖底水体温差明显以及风力及水流扰动，其中藻类阶段性大量繁殖导致的底泥内源污染是主要原因。2022年降雨量较少[2]导致白马湖清洁水源补给减少，底泥内源污染比重增加。6—7 月，由于洪泽湖调水，白马湖水质达到地表水Ⅲ类标准，但8月停止调水后，白马湖水质降为地表水Ⅳ类标准。

对2018—2022 年综合水质类别进行分析发现，白马湖洪金区域水质约50%未达到地表水Ⅲ类标准，高锰酸盐指数超标是白马湖水质不达标的关键因素。结合往年资料分析和现场调研可知，影响高锰酸盐指数的因素有外源污染、内源污染、季节性影响、藻类和生态系统退化（沉水植被减少）等。

3 高锰酸盐指数超标成因分析

3.1 外源污染

白马湖流域发达的水系分布于湖西岸的洪泽区和湖北岸的淮安区。2020、2021 年入湖河道高锰酸盐指数变化趋势，如图2所示。

图2 2020、2021年入湖河道高锰酸盐指数变化趋势

这些已丧失自净能力的入湖河道将周边生活生产污水、地表径流以及农田退水等汇入白马湖，导致白马湖高锰酸盐指数升高，尤其是夏秋两季，入湖高锰酸盐指数偏高，直接导致消纳能力较低的白马湖高锰酸盐指数超标。由于总磷指标夏秋季也受到影响而升高，水体富营养化程度加剧，水体滋生藻类，进一步加重了高锰酸盐指数的污染。

3.2 内源污染

白马湖底泥淤积，沉水植被退化，内源污染不断释放。由于长期受地表径流、污水排放以及污染物沉积和水中生物残体腐烂影响，大量有机污染物在湖泊底部淤积，通过与上覆水体的反复交换，不断向上释放高浓度污染，成为“荒漠化”的湖泊污染贡献率较大的内源性污染。随着气温升高，浅水型湖泊受到风力和水流的扰动，底部污染物大量向水体释放。白马湖内源污染主要包括表层底泥污染物、菹草泛滥腐败和大面积围养。本文针对湖泊沉积物营养状况，采用有机污染指数[3]进行评价分析。其计算公式为：

式中：OI为有机污染指数；OC为有机碳含量（%）；ON为有机氮含量（%）；OM为有机质含量（%）；TN为总氮含量（%）。

白马湖北侧和中间区域的沉积物已存在有机性污染，这些有机污染物在特定条件下向上覆水中释放，从而导致水体中有机耗氧污染指标的超标，详见表2—3。

表2 沉积物OI评价标准

表3 白马湖湖底沉积物营养状况

3.3 藻类影响

随着白马湖水环境不断恶化，浮游植物生物量与群落结构发生了很大变化，如图3所示。

图3 白马湖历年来浮游植物密度和种类演变过程

从图3 可以看出，藻类密度由10 万个/L 猛增至500 万个/L，2000 年以后增长速度尤为明显。20 世纪80年代初，白马湖浮游植物有218种，其中硅藻门最多、有90 余种，其次绿藻门有62 种、蓝藻门有40种；20 世纪90 年代中期，浮游植物只有169 种，绿藻门种类最多，其次是蓝藻、硅藻和裸藻门；2014—2015 年白马湖共鉴定出82 种浮游植物[4]，最多的是绿藻门，其次是蓝藻和硅藻门。从蓝藻生长的机理中可以看出，藻类死亡过程中，通过腐败进行有机性污染物释放，从而导致水体溶解氧下降和有机性污染，蓝藻滋生机理如图4 所示。对蓝藻生长条件进行分析发现，人为条件是目前导致藻类水华的主要因素，其次是自然因素使水体出现老化，营养物质积累促使藻类水华产生，藻类滋生条件详见表4。

表4 藻类滋生条件

图4 蓝藻滋生机理

白马湖浮游植物分布自北向南逐渐减少，湖体优势种以蓝藻为主[4]。白马湖存在向藻型湖泊演变的发展趋势，主要原因有以下3个方面。

（1）营养盐富集。白马湖地形特殊，区域涝水外排困难，加之水利上防洪滞涝建闸的要求，水位受人为控制，且湖心土墩众多，圈圩种藕、围网养殖密布，使得部分水体流动不畅，这使氮、磷等在湖区滞留和累积，浅水湖泊水温的升高降低了湖水复氧能力，加快了厌氧性气体生成，底泥的再悬浮及内源释放又导致湖底下层水体缺氧，形成有利于藻类特别是蓝藻生长的环境。

（2）水生态系统结构退化，使湖体缺失了与藻类争夺营养物质的竞争者。水生高等植物与藻类在光照、氮、磷等营养物质以及水体空间方面存在激烈的种间竞争。水生高等植物的冠层能截取大部分的太阳能，对其冠层下的浮游藻类产生强烈的光抑制效应[5]；水生高等植物还能有效地降低湖水中的磷含量，从营养上对浮游藻类的生长起到限制性作用。同时，在种间竞争的影响下，水生高等植物在环境胁迫的选择压力下产生并释放某些化感物质，抑制浮游藻类的生长。

（3）藻类的天敌受到抑制导致生态失衡。水生植物退化后，可以为大型浮游动物、螺类和鱼类提供基质，但其隐蔽所和产卵场所的功能被极大削弱，从而给浮游植物的发展提供了有利的条件。浮游植物优势的建立是导致水生态系统结构破坏和功能异化的过程，藻类大量繁殖导致水体溶解氧下降、透明度降低、水质恶化。水生植物和鱼类种群结构的退化导致湖泊生态系统多样性下降，生态系统变得脆弱和不稳定。

2021年5—6 月，对白马湖水体中的藻类进行了镜检，主要有小球藻、微囊藻、裸藻和硅藻，藻密度显著升高，导致水体高锰酸盐指数、总磷明显升高，超出地表水Ⅲ类标准。光学显微镜下的藻类，如图5所示。

图5 光学显微镜下的藻类

3.4 季节性影响

气候温度是影响水华爆发的重要因素[6]。白马湖水面附近藻类的生长主要受气温、水温与磷因子限制且呈现出比较明显的时段性特点，1—4、10—12月主要表现为温度限制，5—9 月磷为限制因子。高锰酸盐指数变化趋势，如图6 所示。藻密度变化趋势，如图7所示。

图6 高锰酸盐指数变化趋势

图7 藻密度变化趋势

从图6—7 可以看出，1—3 月，过低的温度使藻类生长速率处于较低水平，此时高锰酸盐指数数值处于较低状态；4—5 月，温度限制向磷限制过渡，气温升高，藻类滋生，高锰酸盐指数数值随之升高；6—9 月，气温不断攀升、光照充足，藻类生长达到鼎盛时期，导致高锰酸盐指数数值达到阶段高峰；10—12月，气温降低，又回到温度限制，低温条件导致藻类死亡率大于生长率，藻类开始衰退，高锰酸盐指数数值也逐渐降低。高锰酸盐指数的变化显示出与藻类生长很大的相关性，可以认为藻类生长以及由此引发的水华是水体高锰酸盐指标超标的重要来源。

3.5 沉水植被退化影响

白马湖生态系统逐渐退化使得白马湖水的环境容量降低，2021 年湖区中心以菹草为优势物种，菹草夏季衰亡腐烂造成了水体污染；2022 年湖心区沉水植被覆盖率不到2021 年的1/10，水体自净能力再次减弱，初步判断这与白马湖实施禁捕后草食鱼类迅速增加有关[7]。

目前，白马湖沉水植物分布不均匀，湖区中心没有沉水植物，湖四周的沉水植物量较多，金湖境内的水生植物较多且养护收割不及时，造成水草腐烂死亡污染水体的现象。白马湖沉水植被大面积消退，形成湖底生态的“荒漠化”，草型湖泊正逐渐向藻型湖泊转变。随着水生态环境不断恶化，浮游植物的种类组成与生物量发生了急剧变化，藻类密度由10万个/L 猛增至500 万个/L，2000 年以后增长速度尤为明显，导致高锰酸盐指数升高。

4 结语

通过对白马湖水质现状的系统分析可知，湖区水体高锰酸盐指数超标的成因为季节性影响、内外源污染影响、藻类滋生影响以及生态系统退化影响。为此，可以利用清退周边鱼塘进行生态修复；构建滨河湿地，增强河滨带对周边面源污染的截留能力；提升入湖河道水质，降低外源污染负荷；加强湖区水生植被的恢复与维护；营造生态景观，为提升生态服务功能奠定基础。