梁子湖流域环境基线调查与评价

梁子湖流域环境基线调查与评价

吴卫菊,王玲玲,张斌,廖琪,朱燕,唐杰

(湖北省环境科学研究院,湖北 武汉430070)

摘要：在对梁子湖流域自然环境、社会经济、污染源分布和水生态环境等状况进行基线调查的基础上,分析梁子湖水环境质量和生物多样性现状,针对当前梁子湖面临的水质富营养化、生物多样性降低等问题,提出加大保护梁子湖的宣传力度,提高废污水达标排放率,建立梁子湖环境保护长效机制等对策和建议。

关键词：梁子湖;基线调查;社会经济;生态环境;生物多样性

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.019

基金项目:财政部、环保部良好湖泊试点项目(鄂财建2012[17]号)

作者简介:吴卫菊(1985—),女,工程师,博士,主要从事水环境规划和水生态研究工作。E-mail:merry19851017@126.com

中图分类号：X824文献标志码：A

收稿日期：(2014-05-22编辑：彭桃英)

Baseline survey and evaluation on environment of Liangzi Lake Basin

WU Weiju, WANG Lingling, ZHANG Bin, LIAO Qi, ZHU Yan, TANG Jie

(HubeiAcademyofEnvironmentalSciences,Wuhan430070,China)

Abstract：On basis of a baseline survey to the natural environment condition, social economy situation, pollution source distribution situation and aquatic ecological environment situation in Liangzi Lake Basin, the author of this paper analyzed the water environmental quality and biodiversity of Liangzi Lake. According to the problems that the water quality of Liangzi Lake was eutrophic and the biodiversity was decreasing, some countermeasures and suggestion were put forward:strengthen the propaganda of Liangzi Lake protection, improve the sewage discharge standard rate,establish a long-term mechanism of environmental protection in Liangzi Lake.

Key words： Liangzi Lake; baseline survey; social economy; ecological environment; biodiversity

1梁子湖流域概况

1.1自然环境状况

梁子湖位于湖北省东南部,长江中游南岸,东经114°32'～114°43',北纬30°01'～30°16',隶属长江干流汉江至鄱阳湖区间水系,是我国东部典型草型淡水湖泊代表。梁子湖湖面跨武汉市江夏区和鄂州市,常年平均水位时,水面面积225km2,平均水深2.5m,贮水量6.5亿m3,流域集水面积2085km2。梁子湖子湖众多,入湖河港发达,湖水滞留时间为0.53a。梁子湖地处中纬度南部,属于亚热带季风气候湿润区,湖区多年平均气温17.30℃,降雨量3.69mm/d,蒸发量2.49mm/d,冬季盛行北风或偏北风,夏季盛行偏南风,风速较大。

梁子湖是我国目前水质最好的淡水湖泊之一,具有生物多样性、遗传多样性和物种稀有性等特点,湖内共有脊椎动物280余种,其中鸟类166种,包括21种国家重点保护鸟类(一级保护鸟类5种);水生高等植物92种,包括4种国家重点保护植物(一级保护植物1种)。梁子湖是团头鲂(武昌鱼)(Megalobramaamblycephala)和湖北圆吻鲴(Distoechodonhupeinensis)的原产地和标本模式产地,是亚洲稀有水生植物物种蓝睡莲(Nymphaeacoerulea)的唯一生存地,是我国新记录物种和国际特有新记录物种扬子狐尾藻(MyriophyllumoguraenseMikisubsp.yangtzenseWang)的发现地。

1.2社会经济状况

梁子湖流域范围内的19个乡(镇、街道)现有人口75.42万人。根据最新调查结果显示,梁子湖流域所涉及的4个地市区2011年国内生产总值达到775.54亿元,其中一、二、三产业产值分别占生产总值的13.50%、56.87%、和29.62%,农民人均纯收入6126.63元/a,与7851.7元/a的全省平均水平有一定差距。梁子湖流域除乌龙泉街道、太和镇、双溪桥镇、横沟桥镇具备一定的工业基础外,其他地区经济主要依靠农业种植和养殖。贺胜桥镇、大幕乡、涂家垴镇、梁子湖风景区、舒安乡、山坡乡、金牛镇的农业产值占其国民生产总值的50%以上,其第二产业产值在区域生产总值中占主导地位。流域内除武汉江夏区的经济状况较好、农民人均纯收入基本在6000元/a左右外,其他大部分乡镇还是相对贫困的地区。

1.3污染源现状

目前,梁子湖流域有工业企业166家,其中规模工业企业有64家,工业污染物排放量较大。梁子湖地区是湖北省内重要的畜牧业生产基地和水产品养殖基地,畜禽和水产养殖带来较大污染。梁子湖周边耕地397.58km2,原始的农业耕作方式造成严重的面源污染。梁子湖流域农村及城镇环保基础设施建设滞后,生活污水的任意排放也对梁子湖环境造成了极大压力。

梁子湖流域19个乡镇COD排放量为11978.02t/a、TN为1988.37t/a、TP为406.24t/a。从梁子湖流域污染行业类型来分析其污染物负荷情况,见表1。从污染物产生来源来看,COD排放中,城镇生活污水和农业面源污染产生的COD量较大,二者分别达到TP总排放量的42.51%、27.03%;TN的排放中,农业面源污染和畜禽养殖污染产生的TN较多,分别达到TN总排放量的33.11%、34.85%;TP排放以畜禽养殖为主要来源,畜禽养殖排放的TP量占TP总排放量的53.89%。

表1　梁子湖流域污染类型负荷

2调查与分析

《中国湖泊志》中有对梁子湖水生态环境的详细调查结果,包括地理、气候、水文、水质及浮游动物、浮游植物、底栖动物等情况[1]。本研究在以往数据的基础上,增加了水质年度变化调查、湖滨带植被调查、湖泊底质调查及鸟类资源调查,调查方法上有所更新,调查指标涉及面更广,以便能更准确反映湖泊当前环境现状及未来发展趋势。

2.1调查方法

以2012年为调查基准年,每季度测定梁子湖水体CODMn、TN、TP、NH3-N、DO等指标,测定方法参考《水和废水监测分析方法》[2];调查梁子湖湖滨带植被、沉水植被、浮游动物、浮游植物、底栖动物生物多样性,浮游生物调查方法参照《淡水浮游生物研究方法》[3];查阅梁子湖鱼类、鸟类[4]分布情况,分析湖区底泥沉积物理化性状[5-7],并结合目前水环境状况及当地经济社会发展情况,对未来水环境变化趋势进行预测。

2.2调查结果

2.2.1水环境状况

水质监测结果表明,春季梁子湖水质总体以Ⅲ类水质为主,Ⅱ类和Ⅳ类次之,Ⅴ类偶有出现;夏季梁子湖水质总体以Ⅲ类水质为主,Ⅳ类次之;秋季梁子湖水质总体以Ⅲ类为主(占湖面75.2%),Ⅱ类次之(占湖面24.8%);冬季梁子湖水质总体以Ⅳ类为主(占湖面70.5%),Ⅲ类次之(占湖面26.6%),其余为Ⅴ类水质水面。

按照综合营养状态指数方法[8]计算,结果表明梁子湖春季、冬季水质状况较好,水体水质为中营养状态;夏季、秋季梁子湖水质较差,为轻度富营养状态。从不同区域划分来看,2012年,梁子湖江夏水域水质稳定在Ⅱ类,鄂州水域总体水质为Ⅲ类。

2.2.2底质分析

从垂直分布情况来看,梁子湖沉积物中TOC、NH3-N、有机氮、TN、TP等营养盐质量浓度与Cu、Cr、Pb、Hg和As等重金属质量比变化规律相似,均随着沉积物深度的增加而减小;从水平分布来看,梁子湖不同区域沉积物中的营养盐质量浓度及重金属质量比差异性较大。

根据背景值法和美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的效应范围法对梁子湖沉积物重金属污染状况进行定量评价,结果表明Hg和As是梁子湖沉积物的主要污染物;采用内梅罗污染指数法[9]和潜在生态危害指数法[10]对沉积物的重金属污染状况进行评估,结果表明梁子湖沉积物中Hg的风险程度最高,为重度污染级别。若以长江干流I级和II级背景值作为基准值[11],则梁子湖沉积物重金属潜在生态危害指数分别达到重度和中度生态风险程度。

2.2.3生物多样性

a. 湖滨带植被。共调查发现梁子湖湖滨带植物52科128属182种。夏季梁子湖湖滨带植被种类丰富,长芒稗(Echinochloacaudata)、狗牙根(Cynodondactylon)、小飞蓬(Conyzacanadensis)、轮叶黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草(Vallisnerianatans)、菱(Trapanatans)等;秋冬季湖滨带植物明显减少,主要优势种包括狗牙根、青绿苔草(Carexbreviculmis)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)等。

b. 沉水植被。梁子湖沉水植物常见类型有菹草(Potamogetoncrispus)、狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、苦草及金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)等。沉水植物生物量及分布面积均在春季时达到最大。沉水植物大多沿湖边生长或以扇形分布于入湖尾闾。梁子岛以西(前江大湖东侧)及高塘湖中沉水植物分布相对密集。春季主要为菹草,生长密集;夏秋季以苦草覆盖率最高,以狐尾藻生物量最大;冬季以菹草和狐尾藻为主要种类。

c. 浮游植物。调查发现梁子湖有7门94属184种浮游植物,以绿藻门(Chllorophyta)种类最多,以硅藻门(Bacillariophyceae)的直链藻属(Melosira)为主要的优势种,蓝藻门(Cyanophyta)的颤藻属(Oscillatoria)、鱼腥藻属(Anabeana),金藻门(Chrysophyta)的锥囊藻(Dinobryon)为季节性的亚优势种。共有绿藻49属107种,占浮游植物种类总数的58.2%;硅藻门22属36种,占19.6%;蓝藻门有12属24种,占13.0%;还有裸藻门(Euglenophyta)5属9种,隐藻门(Cryptophyta)2属3种,甲藻门(Pyrrophyta)3属4种,金藻门1属1种。

d. 浮游动物。调查共发现浮游动物128种,其中原生动物60种,轮虫33种,桡足类18种,枝角类17种。无论从种类还是个体数量上看,梁子湖水体浮游动物中均以原生动物占优势。原生动物中以辐射异胞虫(Heterophrysradiata)、栉毛虫(Didinium)和变形虫(Amoeba)等种类为主要优势种;轮虫中以长肢多肢轮虫(Polyarthradolichoptera)、萼花臂尾轮虫(Brachionuscalyciflorus)、裂足臂尾轮虫(Brachionusdiversicornis)、前节晶囊轮虫(Asplanchnapriodonta)、螺形龟甲轮虫(Keratellacochlearis)为主要优势种;枝角类中长额象鼻溞(Bosminalongirostris)、短尾秀体溞(Diaphanosomabrachyurum)是主要的优势种;而桡足类中常见的优势种有胸外饰剑水蚤(Ectocyclopsphaleratus)、广布中剑水蚤(Mesocyclopsleuckarti)、近邻剑水蚤(Cyclopsvicinus)、草绿近剑水蚤(Acanthocyclopsviridis)等。

e. 底栖动物。调查共发现22种底栖动物,以苏氏尾鳃蚓(Branchiurasowerbyi)、长足摇蚊(Tanypuschinensis)、羽摇蚊(Chironomusplumosus)、铜锈环棱螺(Bellamyaaeruginosa)为常见种。从分布上看,底栖动物生物量在全湖分布不均匀。

f. 鱼类。根据报道,梁子湖曾有鱼类94种[12],隶属10目20科94种。但由于江湖分隔及其他影响,目前梁子湖共有鱼类70余种。梁子湖目前鱼类种群数量比较多的有鲫(Carassiusauratusauratus)、青梢鲌(Culterdabryi)、鳜(Sinipercachuatsi)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus)等种类。梁子湖有国家二级保护鱼类1种,即胭脂鱼(Myxocyprinusasiaticus),占湖北省国家重点保护鱼类总数(4种)的25%。梁子湖省级重点保护鱼类有4种,即鳤(OchetobibuselongatesKner)、鯮(Luciobramamacrocephalus)、光唇蛇鮈(Saurogobiogymnocheilus)、长吻鮠(Leiocassislongirostris),占湖北省省级重点保护鱼类总数13种的30.76%。

g. 鸟类。根据梁子湖科考报告,梁子湖有鸟类166种,其中留鸟50种,夏候鸟41种,冬候鸟69种,旅鸟6种,以冬候鸟占优势。在留鸟和夏候鸟繁殖鸟类中,东洋界42种,占47.25%;古北界20种,占21.97%;广布东洋和古北两界28种,占30.76%。可见以东洋界种类占优势。梁子湖自然保护区内有国家重点保护鸟类21种,占湖北省国家重点保护鸟类总数80种的26.25%。其中,国家一级保护的有白鹳(Ciconiaciconia)、黑鹳(Ciconianigra)、白头鹤(Grusmonacha)、白鹤(Grusleucogeranus)、丹顶鹤(Grusjaponensis)等5种;国家二级保护的有白额雁(Anseralbifrons)、斑嘴鹈鹕(Pelecanusphilippensis)、小天鹅(Cygnuscolumbianus)等15种;梁子湖自然保护区内有湖北省重点保护鸟类有凤头鸊鷉(Podicepscristatus)、鸬鹚(Phalacrocoraxcarbo)、银鸥(Larusargentatus)、大山雀(Parusmajor)等42种。

3问题分析

根据梁子湖生态环境基线各项调查结果,梁子湖目前面临的环境问题主要有以下几点。

a. 流域污染尚未得到有效控制,局部水域水质状况不容乐观,局部底质也受到一定程度的污染。调查结果显示,目前梁子湖夏、秋季节水质较差时达到轻度富营养状态,且底泥也受到一定程度的污染,以长江干流I级和II级背景值作为基准值,梁子湖沉积物重金属潜在生态危害指数达到重度或中度生态风险程度。2011年,梁子湖全流域主要污染物排放量COD为11978.02t/a、TN为1988.37t/a、TP为406.24t/a。而根据测算,梁子湖全流域环境容量COD为13061.15t/a、TN为1972.5t/a、TP为98.61t/a(表2)。早在2011年,梁子湖流域TN、TP的 排放总量就已超过流域环境容量,其中TN排放总量超过环境容量约0.80%,TP排放总量超过环境容量约311.97%。根据目前梁子湖流域总人口、城镇化水平,近年来工业、农业的发展情况,以及扩增的畜禽养殖规模和壮大的水产养殖业,可以预测,梁子湖流域主要污染物COD、TN、TP的排放量还将持续增加,这势必导致梁子湖的水质更加下降，生态功能进一步退化。

表2　2011年梁子湖全流域污染物排放量与

b. 水生植被遭到破坏,浮游植物生物量骤增。一直以来。围湖造田和水产养殖对梁子湖湖滨造成了极为不利的影响。湖滨带植被调查结果显示,目前梁子湖湖滨带结构不完整,西南部湖区多地缺乏沉水植物和浮叶植物,整个梁子湖湖滨带挺水植被覆盖度低,分布区域少。浮游植物调查结果显示,梁子湖水体中浮游植物生物量逐渐增加,种类却在减少,而耐污性强的蓝藻、绿藻种类有所增多。1955年,梁子湖水体浮游植物细胞数约4×104个/L,优势种为硅藻和甲藻[13];1982年调查发现浮游植物生物量升高为2.3×106个/L,优势种为隐藻[12];本次调查发现浮游植物生物量已升至5726.23万个/L(表3),优势种为硅藻和蓝藻。梁子湖浮游植物优势种群和生物量的变化,说明梁子湖水质正向富营养化阶段演变。

表3　2012年梁子湖浮游植物生物量　万个/L

c. 人类活动频繁,生物资源萎缩。由于人类活动的影响,梁子湖鱼类生存环境受到威胁,物种逐渐趋向单一,多种有较高经济价值的鱼类资源锐减。水利设施的修建,人为分隔了子湖与大湖、主湖与长江的联系,鱼类基因间的交流减少,逐渐使梁子湖部分珍稀鱼类(如银鱼等)基因消失。根据记载,20世纪60年代,梁子湖曾有鱼类94种,隶属10目20科94种[12]。但由于江湖分隔及其他影响,目前梁子湖仅有鱼类70余种。由于梁子湖周边围湖造田,湖泊面积缩小(表4),生态环境退化,水生植被减少,导致湖泊湿地面积锐减,鸟类栖息地和食物来源遭到破坏,鸟类数量和种类有所下降。另外,梁子湖流域的旅游业开发目前正如火如荼,每年接待旅游者达50万人次。大量的旅游接待必然对梁子湖水环境、生态环境造成不利影响,环境污染问题更加突出。

表4　梁子湖面积变化统计

4建议

梁子湖是我国保护最好的淡水湖泊之一,以其完整的生态系统和丰富的生物多样性而具有独特的生态价值,是我国乃至世界的珍贵湖泊湿地资源。切实保护梁子湖“一湖清水”,加强生态建设和环境保护,维护梁子湖生态功能和生物多样性,必须采取有力措施。

4.1加大保护梁子湖的宣传力度

长期以来,人们对湖泊的功能与效益缺乏全面的认识,产生了错误政策导向和经济利益驱动的短视行为。相关媒体要从保护梁子湖的危机意识、责任意识等方面进行舆论宣传和引导,进一步加大湖泊保护意识和湖泊资源忧患意识的宣传教育,加强群众湖泊保护科普活动的教育,提高全社会的湖泊保护意识,营造全社会关爱湖泊、善待湖泊、保护湖泊的良好氛围。

4.2提高污水达标排放率

加快发展工业废水深度处理和资源化的技术,提升梁子湖流域工业企业污水集中处理力度,提高梁子湖流域工业污废水的达标排放率。在湖泊保护区内倡导水产养殖业从围网养殖向生态养殖、清水养殖过渡,完善湖区休渔制度和捕捞许可证制度。科学划定梁子湖规模化畜禽养殖禁养区、限养区和允许养殖区,对规模化畜禽养殖产生的污废水进行收集和深度处理,实现畜禽养殖废弃物资源化利用和零污染排放。种植业以清洁种植为方向,逐步实现“两减”(减少化肥和农药用量),切实减少农业面源污染。开展农村生活污水处理,建设污水收集处理设施,结合农村净化沼气池建设与改厕、改厨、改圈建设,逐步提高农村生活污水综合处理率。加快村镇生活垃圾收集和处理设施建设,提高农村生活垃圾收集率、清运率和处理率。

4.3采取生态调控措施

要合理开发湖泊水资源,保证生态用水,增强水体自净能力。实施湖泊湿地保护和恢复工程,禁止围湖造田、围湖养殖等缩小湖泊水面的行为。采取生物控制、底栖生物移植等措施修复水域生态系统,加强生态湖滨带和水源涵养林等生态缓冲带的建设与保护,改善和丰富流域湖泊及河流的滨岸景观。加强对流域内主要河流的治理,采用截污、清淤、换水等工程手段,改善河道水质,恢复和强化河道生态功能。

4.4建立梁子湖环境保护长效机制

梁子湖流域跨武汉、黄石、鄂州、咸宁4个地市,管理上各自为战,使得梁子湖环境保护缺乏统一性和整体协调性。应尽快理清各部门管理职能,建立统一的管理体系,制定并颁布实施《湖北省梁子湖生态环境保护条例》,推动依法治湖、依法兴湖、依法管湖。要逐级落实责任,建立严格的考核机制和问责制,促进省直相关部门切实履行职责,加强指导和协调,加大支持力度。要健全梁子湖环境监测预警体系,加强水质监测能力建设,优化监测网络,制订水环境保护预警和应急预案,健全指挥管理系统。要严格环境执法,对破坏梁子湖环境的违法行为要加大执法力度,确保梁子湖生态环境逐步好转。

参考文献：

[1] 王苏民,窦鸿身.中国湖泊志[M].北京: 科学出版社,1998.

[2] 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.

[3] 章宗涉,黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京:科学出版社,1991.

[4] 胡鸿兴,万晖.湖北鸟兽多样性及保护研究[M].武汉:武汉大学出版社,1997.

[5] GB17378.5—2007海洋监测规范第5部分:沉积物分析[S].

[6] HJ634—2012土壤氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的测定:氯化钾溶液提取-分光光度法[S].

[7] GB/T12763.8—2007海洋监测规范第8部分:海洋地质地球物理调查[S].

[8] 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].内蒙古环境科学,2009,21(3):52-55.(YU Aimin,SHANG Guangping,YU Yang.Discussion and case study overall evaluation method of lake eutrophication[J].Inner Mongolian Environmental Sciences,2009,21(3):52-55.(in Chinese))

[9] HJ/T166—2004土壤环境监测技术规范[S].

[10] HAKANSON L.An ecological risk index for aquatic pollution control:a sedimentological approach[J].Water Research,1980,14(8):975-1001.

[11] 余国安,王兆印,刘成,等.长江中游底泥质量现状调查研究[J].泥沙研究,2007(4):14-20.(YU Guoan,WANG Zhaoyin,LIU Cheng,et al.Investigation on sediment quality in the middle Yangtze River[J].Journal of Sediment Research,2007(4):14-20.(in Chinese))

[12] 葛继稳,梅伟俊,刘胜祥,等.梁子湖湿地自然保护区生物多样性研究[J].湖北林业科技,2003(增刊1):38-43.(GE Jiwen,MEI Weijun,LIU Shengxiang,et al.Biodiversity research in Liangzi Lake Wetland Nature Reserve Area[J].Hubei Forestry Science and Technology,2003(Sup1):38-43.(in Chinese))

[13] 王祖熊.梁子湖湖沼学资料[J].水生生物学集刊,1959(3):352-368.(WANG Zuxiong.A limnological survey of Liangzi lake[J].Acta Hydrobiologica Sinica,1959(3):352-368.(in Chinese))

《水利水电科技进展》征订启事

(邮发代号：28-244， CN32-1439/TV， ISSN1006-7647， 双月刊，A4开本)

《水利水电科技进展》由河海大学主办，是中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊，全国中文核心期刊，中国科技核心期刊，RCCSE核心期刊，中国高校优秀科技期刊，全国水利系统优秀期刊，华东地区优秀期刊，江苏省优秀期刊。主要刊登水科学、水工程、水资源、水环境、水管理方面的科技论文，主要栏目有水问题论坛、研究探讨、工程技术、水管理、专题综述、国外动态等，适合水科学、水工程、水资源、水环境领域的科研、工程、管理人员以及大专院校师生阅读。

《水利水电科技进展》由邮局发行，邮发代号：28-244，2015年每期定价12元，全年6期共计72元。可在全国各地邮局订阅，也可直接向编辑部订阅。

编辑部地址：南京市西康路1号河海大学《水利水电科技进展》编辑部

邮政编码：210098电话/传真：025-83786335E-mail:jz@hhu.edu.cn

网址：www.hehaiqikan.cn