崇明岛河网水系营养状态分析与富营养化评价

陈 松，姜德刚

（1．上海市崇明县水利排灌（河道）管理所，202150，崇明；2．同济大学环境科学与工程学院，200092，上海）

崇明岛位于长江河口，三面环江，一面濒海,是我国第三大岛,也是世界上最大的冲积洲岛。密集的河网水系是崇明岛五大特色生态景观之一，在整个岛域的生态建设中发挥着独特的作用和服务功能。全岛的调水和引排水主要由涵闸控制，形成了独特的河网型水系。崇明岛河网水质状况受长江和海水的双重影响，近年岛内经济和旅游业发展迅速，城镇化速度加快，大量的生活污水、城镇废水和农业面源污染致使入河污染源增大。加上水动力不足，大量的外源和内源污染物在水体中不断积累，河道富营养化程度呈不断加剧的趋势。目前国内已针对长江流域水系的营养状态展开大量研究。但对位于长江河口的崇明岛水系营养状态的系统研究比较少。因此本文选取典型营养状态表征因子叶绿素 （Chl-a）、总磷（TP）、总氮 （TN）、高 锰酸盐指数（CODMn）和透明度（SD），并结合综合营养状态指数全面评价崇明岛河网水系营养状态和富营养化程度。

一、实验方法

崇明岛河网由南横引河与北横引河贯通而成的环岛运河与其他竖河构成复杂的平原河网。于2009年8月和12月，对崇明岛2条市级河道（南横引河和北横引河）和6条县级河道（鸽笼港、老滧港、新河港、堡镇港、四滧港和八滧港）以及崇西水闸（作为崇明水质的背景值）中共57个监测点进行分析。透明度采用塞氏盘法，总氮和总磷通过QuAAtro连续流动化学分析仪测定，高锰酸盐指数采用《水和废水监测方法规定》中标准方法测定；叶绿素浓度通过Phyto-PAM浮游植物荧光仪进行测定。

水体的富营养化状态主要取决于各环境因子的综合作用，如营养盐、有机物和透明度等。因此本文采用了Aizaki修正的综合营养指数来评价崇明岛河道富营养化程度。其计算公式为：式中，TSIM（Σ）为综合营养状态指数，TSIM（j）为第j种因子的综合营养状态指数，Wj为第j种因子综合营养状态指数的权重。崇明各河道营养状态表征因子特征见表1。

表1 2009年8月和12月崇明各河道营养状态表征因子特征

二、结果与讨论

从表1可以看出，除CODMn外，Chl-a、TP、TN和SD都表现出了明显的季节性差异。

对崇明河道各环境因子采用系统聚类分析。聚类分析的原则是同一类个体具有较大的相似性，不同类个体间差异较大。如图1所示，当聚类距离都为10时，8月被分为4类。崇西水闸单独为一类，水质状况良好。鸽笼港和老滧港被划为一类，具有较高的Chl-a、TP和CODMn含量。这两条河道位于崇明中部，所在区域人口密集，城镇化程度较高。八滧港为一类，水体中 Chl-a、TP、CODMn最高，但SD最低。八滧港位于崇明东部，河道受面源污染严重，水质较差。其他河道为一类，水体中Chl-a、TP和CODMn含量相对较低。因此8月崇明岛河道水质与该地区农业发展和城镇化程度密切相关。聚类距离同样为10时，12月则被分为两类。鸽笼港、老滧港与临近的新河港为一类，CODMn明显高于其他河道。其他河道与崇西水闸为一类，CODMn相对较低。说明12月崇明岛河道水质可能与长江客水和城镇化程度相关。

浮游藻类的生长是富营养化的关键过程。大量的事实表明N和P是限制水生植物生产量的最主要元素，是影响藻类初级生产力的主要营养盐，也是水体发生富营养化的重要因素。因此TN和TP经常被作为一项关键因子用来评价营养盐对藻类的限制水平和水体富营养化的影响。Redfield比例（N/P为16）被认为是浮游植物健康生长的营养元素比例。由图2可知，崇明岛内各级河道的TN和TP范围为11.9～79.7，其中8月明显低于12月。崇明河道除了8月的鸽笼港、老滧港和八滧港外，TN和TP均高于16。较高的TN和TP说明P可能是崇明岛大部分河道中浮游藻类生长的限制因子。对各因子进行相关性分析发现，只有TP与Chl-a含量有显著正相关（R=0.68，P＜0.01），如图3所示。这证实了P对崇明河道富营养化有重要贡献。TP较高的鸽笼港、老滧港和八滧港的Chl-a含量明显高于其他河道，也说明了对P的控制可能是改善崇明岛富营养化现状的关键。

图4为8月和12月崇明河道的综合营养状态指数评价结果。除新河港外，8月河道的TSIM要高于12月。当TSIM大于53时，可以认为水体已处于富营养状态。崇明水体的营养状态保持在一个较高的水平。8月TSIM变化范围为56.5～65.8。所有河道TSIM均超过53，八滧港和鸽笼港显著高于其他河道。与8月相比，12月各河道的TSIM略低，变化范围为 50.5～58.3。但除南横引河和堡镇港外，其他河道也呈富营养状态,反映出目前崇明大部分河道已发生了明显的富营养化现象。崇西水闸水质在8月和12月均为中营养状态，因此岛内营养物质的输入是引起水体富营养化的主要原因。

对市级河道而言，长江客水主要从位于西部的崇西水闸进入，因此西部市级河道水质相对较好，营养盐浓度较低。与市级河道相比，县级河道水容量不及市级河道，纳污能力相对较弱，因此县级河道的TSIM高于市级河道。

三、对策措施

综上所述，目前崇明岛河道水质营养水平较高，且大部分已发生富营养化。河道营养物质的来源主要与城镇、农村污水以及农业化肥的施加有关，所以应以流域为重点，加大力度监测富营养化发生河段污染物的外源输入特征和影响因素，掌握各河道的污染状况和变化趋势，为制定防治技术和手段提供基础数据。应结合不同地区的特点采取各种措施应对。

①加大引清调水的科学管理。水文因子及水动力学特性与水生态系统中各生态因子的变动密切相关。如排水的时间，排水方式、排水速度和水位变动、水滞留时间、水交换率等都会改变水体结构、生态因子的变化、物质和能量循环改变，从而引起水质的改变。所以应根据生态学、水力学、水文学的相关原理，建立计算机调度控制模型，科学调度水资源。崇明作为上海一个独立控制的水利片区，要进一步充分利用海岛内已初步形成的南引北排、西引东排的独特的水利条件，加强科学调度的研究、加大科学调水的力度，特别是适时增加夏季的换水频率和时间，防止藻类的暴发。

②加大节水灌溉技术和生态农业技术的推广。主要是在面源污染治理上，要通过节水灌溉技术的全面运用来实现少用水少污染；要通过有机农业、精准农业的技术推广，鼓励农民采用科学合理的施肥技术，应用合理的耕作制度，改善化肥施用结构，增加化肥尤其是磷肥的利用效率，实现种植业清洁生产；要通过畜禽综合整治、标准化精养鱼塘的技术推广来实现畜禽养殖控制和生态化水产养殖污染控制。

③加快城镇污水处理厂和污水收集处理系统的建设。在崇明岛中部城镇集中区建设和完善污水收集处理与河道污染防控系统，对进入河道的各种污水进行有效的管理，在城镇集中区努力控制城镇生产生活污水的无序排放。

④加快河道综合整治进程，增强全民环保意识。在北部农业发达地区的河道两侧建造生态护岸、防洪渠和缓冲带以降低侵蚀和径流带来的营养物质的流失所造成的面源污染。同时要进一步完善河道的长效管理机制，要加大环保宣传力度，提高全民对水环境保护重要性的认识。

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