北京地区高尔夫球场人工湖富营养化分析研究

濮阳雪华 高晨浩 安勐颍 韩烈保

摘要：为了评价北京地区不同季节高尔夫球场人工湖富营养化的现状，分析其产生的内在原因，对北京3家高尔夫球场2011年4～10月人工湖水体的理化性质进行了监测。结果表明：水体富营养化呈现明显的季节变化，并且A 球场水体的整体状况显著优于B和C球场。3家球场水体pH均呈现偏碱性，透明度较低；高锰酸盐指数均符合《地表水环境质量标准》中对Ⅴ类水的要求；叶绿素a的含量均高于富营养化状态的标准值。B和C球场总氮和总磷含量在个别月超过了Ⅴ类水的标准。除水温外，水体各参数间均具有显著的相关性。综合营养状态指数评价表明，3家高尔夫球场人工湖水体均已呈现不同程度的富营养化。

关键词：高尔夫球场；人工湖；富营养化

中图分类号：G 849.3；S 273.3 文献标识码：A 文章编号：1009-5500（2013）05-0021-06

收稿日期：2013-08-29； 修回日期：2013-10-09

基金项目：奥林高尔夫基金项目（AL 2012004）资助

作者简介：濮阳雪华（1987- ），男，安徽广德人，在读博士。

E-mail：puyangxuehua@163.com

韩烈保为通讯作者。

水体富营养化是指在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖所引起的水质污染现象[1]。其本质问题是由于水生生物多样性遭到破坏，影响系统的平衡稳定性，造成该系统丧失自我维持、自我调节的能力，并最终导致水生生态系统的破坏和环境问题的进一步加剧[2]。目前，随着人类对环境资源开发利用活动日益增加，大量含有氮、磷营养物质的污水排入湖泊、水库和河流，增加了这些水体营养物质的负荷量。水体富营养化已经成为世界范围内一个突出的环境问题[3]。

一个标准的18 洞高尔夫球场通常由发球台、球道、果岭和高草区组成，占地面积70～120 hm²[4]，其中水域面积接近整个球场面积的30%，不仅是球场重要的障碍景观元素，也是球场灌溉用水的基本来源，因此，水资源在高尔夫球场中扮演着极其重要的作用[5]。为了保持较高的草坪质量，高尔夫球场在日常维护管理过程中需要施用农药和化肥，如果施用不当，随着灌溉和降雨的进行，过剩的营养物质就会进入球场人工湖的水体，造成人工湖水体的富营养化，这已经成为国内外高尔夫球场普遍存在的问题[6-9]。目前，国内外主要利用水生植物、水生动物、微生物等生物—生态方法对湖泊富营养化进行治理和修复，取代原有的物理和化学方法[10]，但关于高尔夫球场水体富营养化现状和治理的研究报道较少。

通过对高尔夫球场人工湖水质理化性质的监测，评价不同季节水体富营养化的现状，分析其产生的内在原因，为我国高尔夫球场的日常管理和水体的改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究地概况

A球场位于北京市房山区，设计为27洞国际锦标赛球场，占地面积约124 hm²，水域面积约76 000 m²，于2009年正式开业。B球场位于北京市朝阳区，球场设计为18洞国际锦标赛球场，占地面积约87 hm²，水域面积约74 000 m²，于2004年正式开业。C球场位于北京市昌平区，球场设计为27洞国际锦标赛球场，占地面积约150 hm²，水域面积约127 000 m²，于2004年正式开业。3家球场果岭草种均为匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera），发球台和球道草为草地早熟禾（Poa pretensis），高草区为高羊茅（Festuca arundinacea），所有人工湖水均来自地下水和降水。

1.2 样品的采集与分析

每家球场选择3个人工湖，每个人工湖参照《水和废水监测分析方法》（第四版）[11]进行采样点位的设置，取样均在水面以下0.5 m 处进行，每个湖设置 6 个取样点，每个样点采集500 mL水样，将多个样点的水样混合均匀后装入洗净的塑料瓶中，叶绿素a单独分装并现场加入1%碳酸镁溶液将其固定。同时现场测定透明度（SD）、水温和pH，并做好相关记录，所有样品4 ℃保存。

水样的分析测试参照《水和废水监测分析方法》（第四版）[11]，设置3个重复。水温采用水温计法，pH采用玻璃电极法，透明度（SD）采用塞氏盘法，高锰酸盐指数（COD_Mn）采用酸性法，总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，总磷（TP）采用钼锑抗分光光度法。叶绿素a （Chla）的测定采用95%乙醇萃取浸提法[12]。

1.3 富营养化的评价方法

选取简单准确的综合营养状态指数法作为球场人工湖富营养化的评价方法，依据透明度（SD）、总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（COD_Mn）、叶绿素a的测定值，计算其综合营养状态指数[13]。

营养状态指数计算式为：

（1） TLI（Chla）= 10 （2.5 + 1.086 ln Chla）

（2） TLI（TP） = 10 （9.436 + 1.624 ln TP）

（3） TLI（TN） = 10 （5.453 + 1.694 ln TN）

（4） TLI（SD） = 10 （5.118-1.94 ln SD）

（5） TLI（COD_Mn） = 10 （0.109+ 2.661 lnCOD_Mn）

1.4 数据分析

数据采用Microsoft Excel 2007以及SPSS 16.0软件进行统计分析，使用SigmaPlot 10.0进行作图。

2 结果与分析

2.1 高尔夫球场人工湖水质参数的变化特征

2.1.1 人工湖水体温度的变化 水温是影响水体中浮游植物生长变化的主要原因。3家高尔夫球场之间的水温差异不大，变化为14.4～28.3 ℃，年平均值为22.7 ℃，其中，8月的平均水温最高，为28.3 ℃，这与此时水体富营养化较为严重具有一定的关系（图1）。

图1 人工湖水体温度的月变化特征曲线

Fig.1 Monthly variations of water temperature

in artificial lake

2.1.2 人工湖水体透明度（SD）的变化状况 SD是评价水体营养状态的重要指标，按美国环保署（EPA）标准，通常SD值小于2 m即为富营养化[14]。A球场的SD值在4～8月变化不大，9月和10月略有下降，并且其SD值在4～10月均显著的优于B和C球场（图2）。B和C球场的SD值呈现先下降后上升的趋势，其中，8月的SD值最低，除了4月和5月外，其余时间2家球场的差异均不显著。3家高尔夫球场SD值的变化分别为0.86～1.15，0.47～0.83和0.40～0.57 m，年平均值分别为1.03，0.60和0.49 m，按照EPA的标准，3家球场均处于富营养化的状态。

图2 人工湖水体透明度的月变化特征曲线

Fig.2 Monthly variations of water transparency

in artificial lake

注：曲线上方的垂直线段表示不同球场间方差分析的LSD值（P=0.05），下同

2.1.3 人工湖水体pH的变化状况 3家高尔夫球场pH的变化趋势存在一定的差异（图3），B 和C 球场分别在7月和8月的pH最高，而A 球场在此时呈现出较低的pH，并且3家球场在5～8月pH均呈现出显著差异。3家球场pH的变化分别为7.83～8.46，8.05～9.19和8.15～8.62，年平均值分别为8.07，8.62和8.35，均呈现偏碱性。这是由于夏季水温较高，湖水里的藻类大量繁殖，并且进行强烈的光合作用，消耗大量的CO₂，促进水体中HCO₃^-的分解，导致pH 上升。

图3 人工湖水体pH的月变化特征曲线

Fig.3 Monthly variations of water pH in artificial lake

2.1.4 人工湖水体高锰酸盐指数（COD_Mn）的变化状况 COD_Mn的含量通常被作为地表水受有机污染物和还原性无机物质污染的综合指标[11]。3家球场COD_Mn的含量随着水温的升高呈现出上升的趋势，其中，A球场在9月达到最高值，B和C球场在8月达到最大值，并且3家球场在不同的时间彼此之间呈现出一定的差异性（图4）。其变化分别为3.19～6.32，2.79～11.97和7.44～12.85 mg/L，年平均值分别为4.48，7.09和9.60 mg/L，各个月的含量均低于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中对Ⅴ类（≤15 mg/L）水的限定值。

图4 人工湖水体高锰酸盐指数的月变化特征曲线

Fig.4 Monthly variations of water permanganate

index in artificial lake

2.1.5 人工湖水体总氮（TN）、总磷（TP）的变化状况 3家球场人工湖TN含量变化分别为0.45～0.80，1.23～2.33和1.44～2.43 mg/L，年平均值分别为0.60，1.80和1.85 mg/L，A球场4～10月的变化幅度较小，B 和C 球场的变化趋势呈现出先上升后降低的趋势，均在7月到达最高值，除4月外，他们之间各个月TN 的含量差异均不显著，但是A 球场除10月外，其余各个月TN 的含量均显著低于B和C球场（图5）。A球场各月TN含量均达到《地表水环境质量标准》中Ⅲ类（≤1.0 mg/L）水的标准，而B和C球场TN含量在部分月超过了Ⅴ类（≤2.0 mg/L）水的标准。

图5 人工湖水体总氮含量的月变化特征曲线

Fig.5 Monthly variations of water total nitrogen

in artificial lake

3家球场TP含量的月变化与TN含量呈现出类似的趋势，但B和C球场在8月达到最大值，分别为0.25和0.30 mg/L，均已超过了Ⅴ类（≤0.2 mg/L）水的标准（图6）。3家球场TP含量的变化分别为0.02～0.04，0.04～0.25和0.08～0.30 mg/L，年平均值分别为0.03，0.13和0.15 mg/L。其中A球场显著优于B和C球场，各个月的含量均达到Ⅲ类（≤0.05 mg/L）水的标准。

图6 人工湖水体总磷含量的月变化特征曲线

Fig.6 Monthly variations of water total phosphorus

in artificial lake

研究报道湖泊水体TN浓度为0.2 mg/L，TP浓度为0.02 mg/L是湖泊富营养化发生的初始浓度[15，16]。依据此标准，3家高尔夫球场的TN和TP浓度均比湖泊富营养化的初始浓度高，因此，3家球场的人工湖水体均已处于富营养状态。根据浮游植物与氮磷比生长关系的解释，Redfield 定律认为，藻类细胞组成的原子比率 C∶N∶P = 106∶16∶1，因此，如果氮磷比超过16∶1，磷被认为是限制性因子，反之，当氮磷比小于10∶1 时，氮则被认为是限制性因素，而当氮磷比为10～20 时，限制因素则变得不确定[17，18]。3家球场氮磷比的年平均值分别为19.22，13.54和12.31，因此，A球场浮游植物生长的主要限制因子是磷，而B和C球场限制因素则存在不确定性。A球场氮磷比最接近16∶1的月为4月，而B和C球场则均是7月，由此可以推测，A球场在4月富营养化较为严重，B和C球场则在7月较为严重。

2.1.6 人工湖水体Chla的变化状况 Chla含量是评价水体富营养化程度最直接有效的方法。研究报道，Chla含量从常量上升至10 mg/m³以上，并有迅速增加的趋势时，就能够预测水体即将发生富营养化[19]。A球场Chla各月含量基本保持稳定，只是在8月有小幅度上升。B和C球场Chla含量逐渐升高，在8月达到最高值后开始降低（图7）。3家球场的Chla含量的变化分别为20.43～30.07，57.61～102.21和69.34～124.35 mg/m³，年均值分别为24.28、76.03和90.51 mg/m³，并且A球场各月的Chla含量均显著低于B和C球场。由此可见，3家球场人工湖的水体均已呈现出富营养化的状态。

图7 人工湖水体chla含量的月变化特征曲线

Fig.7 Monthly variations of water chlorophyll

a in artificial lake

2.2 人工湖水体富营养化综合评价

根据综合营养状态指数公式，3家高尔夫球场人工湖的富营养化状况评价结果（表2）。依据综合营养状态指数（从0～100 的一系列连续数字）对湖泊营养状态的分类等级标准为：TLI（Σ）<30为贫营养；30 ≤TLI（Σ）≤ 50 为中营养；TLI（Σ）> 50 为富营养，其中50 70为重度富营养[13]。由此可见，A球场整体处于中营养状态，除9和10月处于轻度富营养状态外，其余月均为中营养状态。B和C球场整体处于中度富营养化的状态，其中B球场中度富营养状态的月占71.4%，轻度富营养的占28.6%，C球场中度富营养状态的月占85.7%，8月份甚至达到重度富营养状态。

2.3 人工湖水体各参数间的相关性分析

对人工湖水体各参数间的相关性分析表明，水温与其他各因子均无显著的相关性，pH与SD和TN有显著相关性（P<0.05），与Chla相比有极显著的相关性（P<0.01），但是pH与TP和COD_Mn无显著相关性。其余各参数因子间均有极显著的相关性（P<0.01）（表3）。说明人工湖水体富营养化是多个因子共同作用的结果，而且这些因子相互影响，密切联系。

表2 人工湖综合营养状态指数

Table 2 The comprehensive trophic state index [TLI （Σ）] in artificial lake

表3 人工湖水体各参数间的相关分析矩阵

Table 3 The correlation among the water parameters in artificial lake

3 讨论与结论

通过分析可知，除A球场外，其余2家球场的人工湖均已处于较为严重的富营养化状态。高尔夫球场的富营养化主要是由于球场在日常养护管理时施用的化肥造成，尤其是在施用化肥后进行大量喷灌或是遭遇大雨天气，这种影响就变得更为严重[8，9]，同时由于球场湖泊的湿度缓冲带设计不合理，人工湖水生植物种植较少，并且水体缺少循环流通，又会加剧富营养化的发生。北方的高尔夫球场会在初春、初夏和秋末进行施肥，并且夏季灌溉较为频繁，而在初春和秋末人为干预较少，因此，球场富营养化也呈现出夏季较高，春秋季较低的趋势。A球场日常管理中不向人工湖中倾倒草屑，并且单个人工湖面积较大，水体较深，在湖中及缓冲区域均种植了大量的水生植物，因此，其水体富营养化程度较低。

为了避免球场人工湖水体富营养化，首先，应该改进施肥技术，严格按需按量施肥，选择有机肥、菌肥等对水体污染较小的肥料，避免雨天和施肥后大量浇水[5，20]。其次，球场应合理设计湿地缓冲带，优先选择种植吸附能力强的水生植物，对于已经出现富营养化的湖泊应采取措施，利用绿色修复技术及时治理[10，21，22]。最后，球场还应加强管理者环保意识和工作技能，避免大量浇水和随意倾倒草屑等错误的管理方式，积极运用BMP（Best Management Practice）策略去管理球场水环境[23]。

通过综合营养状态指数评价表明3家高尔夫球场人工湖水体均处于不同程度的富营养化状态，并且表现为夏季较高，春秋较低的趋势。A球场水体的各项参数均优于其余2家球场。3家球场水体的pH呈偏碱性，SD值远低于富营养化发生的初始值，COD_Mn的含量均符合《地表水环境质量标准》对Ⅴ类水的要求，Chla含量均高于富营养化状态的标准值，TN浓度的年平均值分别是富营养化发生初始值的3倍、9倍和9.3倍，TP浓度则分别是富营养化发生初始值的1.5倍，6.5倍和7.5倍，并且B和C球场TN 和TP 含量在部分月份均超过了Ⅴ类水的标准。相关性分析的结果表明水体各参数是相互影响和制约的，共同作用引起了水体的富营养化。

参考文献：

[1] 史丹.我国湖泊富营养化问题及防治对策[J].资源开发与市场，2005，21（1）：17-18，27.

[2] 牛明改.水体富营养化藻类资源竞争与种群演替规律的初探[D].苏州：苏州大学，2004.

[3] 田永杰，唐志坚，李世斌.我国湖泊富营养化的现状和治理对策[J].环境科学与管理，2006，31（5）：119-121.

[4] 阳承胜，马宗仁.高尔夫球场树木设计及选择[J].北方园艺，2002，（3）：32-33.

[5] 严昭，张文娟，张自和.高尔夫球场的水环境管理[J].草业科学，2007，24（6）：80-85.

[6] Reuben D B，Stuart Z C，Barnes N L，et al.Quantitative analysis of over 20 years of golf course monitoringstudies[J].Environmental Toxicology and Chemistry，2010，29（6）：1224-1236.

[7] Scott C R，Mary B G，ROSS B L.Assessment of surface water quality on three eastern north Carolinagolf courses [J].1998，17（10）：1934-1942.

[8] 张敏，常智慧，周云龙，等.北京鸿华高尔夫球场人工湖富营养化及其成因[J].北京林业大学学报，2010，32（1） 124-129.

[9] 蒋伟，黄昌禄，叶子军，等.西南地区高尔夫球场人工湖水体富营养化状况及其季节变化——以成都麓山高尔夫球场人工湖为例[J].四川环境，2012，31（4）：94-98.

[10] 李明传.水环境生态修复国内外研究进展[J].中国水利，2007，（11）：25-27.

[11] 水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法（第4版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[12] 杨玉珍，夏未铭，杨瑾，等.水体中叶绿素a 测定方法的研究[J].中国环境监测，2011，27（5）：24-27.

[13] 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，2002，18（5）：47-49.

[14] 刁淑荣.白洋淀富营养化水平综合评价[J].环境科学，1995，（16）：28-29.

[15] 彭近新.水质富营养化与防治[M].北京：中国环境出版社，1988.

[16] Birch S，McCaskie J.Shallow urban lakes：a challenge for lake management[J].Hydrobiologia，1999，（395）：365-377.

[17] Li R X，Zhu M Y，Chen S，et al.Responses of phytoplankton on phosphate enrichment in mesocosms[J].Acta EcologicalSinica，2001，21（4）：603-607.

[18] Wynne D，Rhee G Y.Effects of light intensity and quality on the relative N and P requerment （ the optimum N：P ratio） of marine phytoplankton algae[J].J Plank Res，1986（8）：91-103.

[19] 但德中.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2006.

[20] 马宗仁，黄艺欣.高尔夫球场球道草坪的施肥技术[J].草业科学，2001，18（4）：23-26.

[21] 种云霄，胡洪营，钱易.大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展[J].环境污染治理技术与设，2003，4（2）：36-40.

[22] Reicher Z J，Kohler E A，Poole V L，et al.Managing Runoff with Constructed Wetlands[J].USGA Green Section Record，2005，43（4）：19-24.

[23] Carrow R N，Duncan R R，Wienecke D.BMPs approach to water conservation on golf courses[J].Golf Course Management，2005，73（7）：73-76 .

Studies on eutrophication of artificial lake in

golf course in Beijing area

PUYANG Xue-hua，GAO Chen-hao，AN Meng-ying，HAN Lie-bao

（Golf Education and Research Center of Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）

Abstract：In order to evaluate the situation of eutrophication and analyze the underlying causes of artificial lakes of golf courses in different seasons in Beijing area，the physic-chemical properties of lake water were monitored in three golf courses （A，B and C） from April to October.The results showed that an obvious seasonal variation in eutrophication was presented and the overall condition of Course A was significantly better than that of Course B and C.In all three golf courses，the pH value of lake water was alkaline，the transparency value was low and the permanganate index was less than the Fifth Level of Surface Water Environmental Quality Standard.Besides，the content of chlorophyll-a was higher than the eutrophication standard value.The contents of total nitrogen and total phosphorus exceeded the Standard Fifth Level during several months in Course B and C.The tested water parameters were significantly correlated with each other except for water temperature.The comprehensive evaluation of trophic state index indicated that the eutrophication was in progress in three golf course artificial lakes.

Key words： golf course；artificial lake；eutrophication