遂宁市观音湖早春富营养化现状及原因分析

张 凯，杨永安，唐红军，许肖云，刘 兵，王 洁

(遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000)

· 环境监测 ·

遂宁市观音湖早春富营养化现状及原因分析

张 凯，杨永安，唐红军，许肖云，刘 兵，王 洁

(遂宁市环境监测中心站，四川 遂宁 629000)

根据2016年遂宁市观音湖早春富营养化调查数据，研究了其现状，并借助近年来的变化趋势，对其成因进行了探讨。研究结果发现，在早春时段观音湖水质呈现出轻度富营养化的现状，右岸的富营养化程度较左岸轻，拟多甲藻是浮游植物中的绝对优势种。观音湖早春富营养化程度呈现出加重的态势，富含营养盐污水的不断注入和每年早春时的适宜气候分别是观音湖发生早春富营养化的内外因素，浮游植物的生存特点和城镇的快速发展助推了观音湖富营养化的发生。最后，针对观音湖早春富营养化的现状和趋势，提出了4条应对措施，以期为观音湖的治理提供参考。

富营养化；现状；原因；观音湖

1 前 言

水体富营养化是指在人类活动的影响下，氮、磷、有机碳等植物营养素进入湖泊、水库、海湾等缓流地表水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖导致水质恶化的现象[1]。天然水体中的藻类以硅藻、绿藻为主，随着富营养化的发展，最后变成以蓝藻为主，蓝藻的大量出现是水体富营养化的征兆。水面覆盖蓝藻现象，在湖泊中称为水华，在海洋中叫做赤潮[2]。

涪江是长江支流嘉陵江的右岸最大支流，是遂宁市城区的生活饮用水水源地，其主要污染源来自流域两岸及其支流排放的生活污水和工业废水。观音湖位于遂宁市主城区东西两岸围合的中心地带，老城区和新城区之间涪江干流上，由2006年底过军渡水利枢纽下闸蓄水而形成，总面积约19 km2。由于观音湖的形成，使得周边的生态环境条件发生了改变,涪江水流速变慢，尤其在早春时段易发生富营养化事件。为了及时掌握涪江水环境质量状况、改善涪江出川水质、弄清观音湖早春富营养化的状况、找出早春富营养化的原因，从2010年，开始在早春时段对观音湖水质营养化的状况进行调查。

本文根据2016年观音湖早春富营养化的调查数据，分析了其现状，并借助近年来观音湖早春富营养化的变化趋势，结合观音湖周边污染源状况和自身特点，对观音湖早春富营养化的成因进行了探讨，以期为观音湖的治理提供科学依据和技术支撑。

2 研究方法

2.1 样品采集及频次

样品采集按照《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91-2002)、《水质湖泊和水库采样技术指导》(GB/T 14581-1993)的要求执行；样品保存按《水质样品的保存和管理技术规定》(HJ 493-2009)的要求执行；评价标准按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅲ类执行，其中总氮和总磷按湖、库标准评价；评价方法为单因子评价。

观音湖早春富营养化调查共布设5个监测点位，分别是明月河入涪江前100 m处(☆1)、观音湖下穿隧道处(☆2)、涪江二桥处(☆3)、联盟河入涪江前500 m处(☆4)、过军渡坝处(☆5)，详见图1，此图来源于Google Earth，利用Adobe Illustrator CS 11.0处理而成。

2016年2月8～12日上午每个监测点位各采集水样1次。采样时段的平均气温为10.0 ℃，平均水温11.5 ℃。

图1 遂宁市观音湖富营养化调查监测点位Fig.1 Monitoring points of eutrophication investigation of the Guanyin lake in Suining

2.2 监测指标和分析方法

监测指标：高锰酸盐指数、总氮、总磷、溶解氧、叶绿素a、浮游生物。

分析方法：高锰酸盐指数采用《水质 高锰酸盐指数的测定》(GB 11892-1989)；总磷采用《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》(GB 11893-1989)；总氮采用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(HJ 636-2012)；溶解氧采用《水质 溶解氧的测定 电化学探头法》(HJ 506-2009)；叶绿素a和浮游生物分别采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中可见分光光度法和镜检法。

2.3 评价方法

采用《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》中的综合营养状态指数(TLI)对营养化程度进行评价[3]，按照公式(1)、公式(2)计算TLI，并进行富营养状态分级，详见表1。

(1)

(2)

式中：TLI为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为代表第j种参数的营养状态指数；rij为第j种参数与基准参数chl-a的相关系数；m为评价参数的个数。

表1 湖泊(水库)营养状态分级标准Tab.1 Classification standard of nutritional status in lake or reservoir

3 结果与讨论

3.1 早春富营养化现状

2016年富营养化调查结果如表2所示，按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅲ类(总氮和总磷按湖、库计)标准评价，5个监测点的水质均为劣Ⅴ类，水质为严重污染，超标项目为总氮和总磷，且所有监测点位的溶解氧均处于过饱和状态。富营养化评价结果表明：☆2和☆3水体的营养状态为轻度富营养，其余监测点位均为中度富营养，各监测点位综合营养状态指数在56～63之间，同时表征水体营养化程度的叶绿素a偏离正常值，各监测点位的营养状态整体处于轻度富营养至中度富营养状态。

对涪江三桥河段流量的测定结果表明，观音湖库区水体主流方向为涪江右岸，左岸基本无流速。在低流速情况下，水体自净能力减弱，且营养化物质磷、氮含量高，随着气温升高，藻类生长速度加快，出现了富营养化现象。

调查期间，发现左岸水色较右岸水色深，表明左岸藻密度大于右岸，通过监测结果，也发现左岸叶绿素a高于右岸，这是由于涪江干流来水优先满足饮用水源渠河，当渠河流量满足后其余的水量沿涪江干流的右岸注入观音湖，加之观音湖右岸河岸线平直，有利于水体流动，因此右岸水质稍好；而左岸由于干流满足渠河后，多余的水量一般不能流到左岸(汛期除外)，加上左岸河岸线弯曲，形成的回水湾较多，使得水体流速较之右岸更缓慢，水体交换频率低，平缓乃至接近于静止的水体，有利于形成局部富营养化。一旦遇到适合的气温将造成藻类的大量繁殖引起富营养化，故左岸的营养化程度较右岸更严重。

表2 各点位监测结果和营养状态评价表Tab.2 Monitoring results and evaluation of nutritional status in each point

为弄清水体呈黄褐色现象的原因，将采集的水样按浮游生物测定相关技术规定进行固定浓缩，并通过镜检进行分析。如图2所示，图中五角多边形状的为甲藻，圆环状的是硅藻中的小环藻，长链状的是硅藻中的直链藻，因此黄褐色的物质主要为甲藻和硅藻，并以拟多甲藻为绝对优势种。这些藻类释放出的氧使观音湖水体中溶解氧呈饱和状态和叶绿素a的浓度升高。若富营养化状态进一步加剧，在温度适宜的情况下可能导致藻类大量繁殖，使水体变色、发臭，使水中溶解氧急剧下降，出现区域性水生生物死亡，出现严重的富营养化现象。

图2 观音湖早春富营养化的镜检图片Fig.2 Microscopic examination pictures of the early spring eutrophication of Guanyin lake

3.2 早春富营养化变化趋势

观音湖早春富营养化调查始于2010年，当时监测结果发现观音湖水质综合营养状态指数为51，表明观音湖整体处于中营养水平。在“十二五”期间，通过对观音湖早春富营养化调查发现，除2013年外，其余年份均发生了不同程度的富营养化。比较分析近年来的综合营养状态指数(见图3)，发现富营养化最严重的年份是2011年，其次是2015年，均达到了中度富营养化水平。从整个趋势来看，观音湖早春富营养化呈现出加重的态势。

从每年的镜检结果发现，拟多甲藻一直是绝对优势种，即使是富营养化程度最低的2012年，因为甲藻并非总发生在富营养化的水体中，在中营养或贫营养水体中也经常发生[4-5]，这是由于甲藻有不同的营养方式[6]。

图3 近年来观音湖水体综合营养状态指数变化趋势图Fig.3 Variation of comprehensive nutritive index of Guanyin lake in recent years

3.3 原因分析

3.3.1 富含营养盐的污水不断注入

根据近年来观音湖监测结果，发现监测点均存在着超标项目，水质不达标，水质类别处于Ⅳ类至劣Ⅴ类之间，而观音湖水质功能类别为Ⅲ类。观音湖富营养化所需的营养盐，主要来自不断输入的外来污水(明月河、联盟河和开善河这些小支流水质较差，营养盐含量较高)，同时根据观音湖上游国控监测点位桂花2015年每月监测结果可知(见图4)，涪江干流上游来水水质中的总磷和总氮均不满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ标准(按湖、库型评价)，总氮和总磷年均浓度分别超标1.18倍和0.8倍，这说明涪江上游来水对观音湖营养盐富集有一定量的贡献。过军渡水利枢纽下闸蓄水而导致水流变缓和停留时间变长，加剧了外来水中营养盐的沉积速度，沉积的营养盐在合适的条件下就会发生观音湖富营养化。

大多学者研究认为，水温、pH和营养盐是甲藻发生富营养化的主要限制性因子，其中营养盐中的氮磷比常作为关键性因子。Redfield定律认为，藻类细胞组织的碳、氮、磷的原子比率为106∶16∶1，当氮磷比小于10∶1时，氮被认为限制性因素；当氮磷比大于16∶1时，磷被认为是限制性因素；当氮磷比为10∶1～20∶1时限制性因素变得不确定[7～11]。监测数据表明2015年氮是限制性因素，而2014年和2016年磷是限制性因素，氮磷的超标为富营养化发生提供了内在条件，因此对于观音湖水质来说，控制氮磷营养盐的注入是控制其富营养化的根本原因。尽管涪江上游还建有多个梯级电站水库，但因每个湖库周边的污染源不同，氮磷营养盐的注入量也不同，因此早春富营养化目前仅限于涪江干流观音湖段，是否适合于整个涪江干流有待于进一步考证。

图4 2015年桂花断面每月总氮和总磷监测结果Fig.4 Monthly monitoring results of total nitrogen and total phosphorus in Guihua section in 2015

3.3.2 气候的影响

历年爆发富营养化的时段正好是每年初春气温回升而降水偏少的时节，而遂宁市属于亚热带湿润季风气候，降雨主要集中在5～9月(见图5)，而1～4月的降雨量之和不足全年总降雨量的10%。当早春季节，气温和水温骤升，且降雨稀少，库区水力停留时间较长时，适宜较低水温的浮游植物优势种(拟多甲藻等)在营养盐较高的环境中，浮游植物快速生长，导致富营养化的爆发，随着初夏的到来，降水增多、气温及水温升高迅速缓解，因此早春的气候条件是观音湖发生富营养化的必要条件。一次富营养化平息后，形成孢囊进入底泥中休眠，在环境适宜(光照、水温、营养充足)的条件下迅速萌发，进入水体，再次形成富营养化[12]。因此观音湖富营养化现象具有周期性。

图5 遂宁市近5年来月均降雨量随时间变化趋势Fig.5 Tendency of monthly mean atmospheric precipitation with time in Suining for the past five years

3.3.3 浮游生物分布广且密度较高

浮游生物的镜检结果显示，观音湖的浮游植物优势种以拟多甲藻为主，拟多甲藻是一种广温性种类，可在10 ℃～28 ℃大量繁殖，最适合生长水温为13 ℃～15 ℃[13]，近年来在我国淡水水域形成富营养化现象时有发生。监测结果显示，拟多甲藻各采样点均有分布且密度较高，富营养化水面表观颜色为褐色，其能在水中上下垂直迁移，选择所需的最佳水层[6]。拟多甲藻具有趋光性，在光照逐渐升高的上午，藻类聚集于水库或湖泊水面致使水色逐渐加深，夜晚沉到水下摄取营养导致表观颜色逐渐降低，白天当它们聚集于水面时，水面呈现出现褐色或红褐色，因此致使在早春时段涪江三桥至过军渡大坝的水域水色呈褐色。

3.3.4 快速发展的城镇化

随着城镇化的快速推进，尤其是城乡结合部的快速发展，而相应的规划和管理相对缺失，给当地的生态环境造成不同程度破坏，再结合人们的生态环境保护意识的相对缺乏，导致涪江及其支流不同程度的污染，特别是直接注入观音湖的明月河、联盟河和开善河，这些河流流经近年来快速发展的城乡结合部，乱排的生活污水和乱扔的生活垃圾致使其污染相对较为严重，营养盐含量较高。

因此，近年来观音湖早春发生富营养化的根本原因是由于汇入其中的水质较差，带来了过多的营养物质，导致水体中氮、磷和有机物浓度畸高，无法被正常消耗，为水体富营养化的发生提供了营养基础；再结合每年初春气温、水温升高而降水稀少，和过军渡水电站为保持观音湖水面高度维持其市政景观而停止泄流，导致水流变缓甚至静止，水力停留时间变长，就会引发藻类大量繁殖，从而爆发藻类富营养化。

3.4 应对措施

3.4.1 加强观音湖的环境管理。

建立观音湖富营养化信息系统，及时掌握气候、水文、水质以及水生生物的动态变化资料，为防治富营养化提供详尽的信息库。密切关注来水和温度变化，一旦气温回升迅速而降水偏少，应适时采取综合协调措施，增加观音湖的来水量，加大库区水体流速，降低富营养化发生的必要条件，并实时关注观音湖库区水质营养状态变化趋势及其水质状况。建立湿地生态系统，加强湖体的自净能力。湿地一方面可通过基质吸收、吸附、过滤、离子交换等途径去除水中的营养物；另一方面湿地的水生植物也可以吸收水中的营养物质，其根部还能提供微生物降解营养物质的良好条件。

3.4.2 控制营养物质的输入

加强对汇入遂宁境内涪江干流及其支流的水质管控，尤其是在城乡结合部，从源头上减少观音湖水体营养物质的输入，进一步对直接汇入库区的小流域进行污染综合整治，杜绝污水直排和垃圾乱丢弃。建立健全观音湖管理体系，制定相应的规定和配套政策，以保证各项管理工作的顺利进行。同时还有加强执法力度，加大工业企业污染治理力度，对企业污水处理的设施和实际运行情况进行严格监管，对超标排放营养物质或其它污染物的单位和个人，加大处罚力度。

3.4.3 利用生物操纵技术

采用生物操纵技术，有选择性的调控不同食性的鱼种及其投放比例，来消除水体中过多的浮游植物和浮游动物，既能促进渔业生产，又能净化水质。在浅水区域通过种植高等植物(如莲藕、蒲草等)，营养物随着这些水生植物收获一起离开水体，达到除去氮、磷营养盐的目的，这是一项既有经济效益又有环境效益的措施。

3.4.4 加强宣传教育

加强观音湖库区的生态景观的管理，增大环保宣传教育的力度，进一步提高当地居民和旅游者的环保意识，增强公众的社会责任感，避免观音湖水质发生二次污染。同时，要推行公众参与政策，广为接纳各方群众的合理化建议和意见，确保观音湖管理机制的正常运行。

4 结 论

(1)在早春时段，遂宁市观音湖水质整体呈现出轻度富营养化的现状，所有监测点位的溶解氧均处于过饱和状态，叶绿素a偏离正常值，各监测点位综合营养状态指数在56～63之间，拟多甲藻是浮游植物中的绝对优势种。江岸平直程度和水流方向的差别，使得观音湖右岸的富营养化程度较左岸轻。

(2)通过近年来观音湖早春富营养化调查结果，发现呈现出加重的态势，富含营养盐污水的不断注入和每年早春时的适宜气候是观音湖发生早春富营养化的内在和外在因素，浮游植物的生存特点和城镇化的快速发展对观音湖富营养化的发生起到了一定的推动作用。

(3)根据遂宁市观音湖早春富营养化的现状和趋势，有针对性地提出了4条应对措施，以期为当地主管部门治理观音湖早春富营养化提供参考。

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Current Situation and Cause Analysis of the Early Spring Eutrophication of Guanyin Lake in Suining

ZHANG Kai,YANG Yong-an,TANG Hong-jun,XU Xiao-yun,LIU Bing,WANG Jie

(SuiningEnvironmentalMonitoringCenter,Suining,Sichuan629000,China)

The current situation of the early spring eutrophication of Guanyin lake in Suining was researched based on the investigation data in 2016, the cause of the early spring eutrophication was analyzed through the change tendency for the past few years. The results showed that Guanyin lake water quality in spring was lightly eutrophicated, and the eutrophication of the right bank was lighter than the left bank, Peridiniopsis sp. was the absolute dominant species of phytoplankton. The trend of the early spring eutrophication of Guanyin lake has been becoming worse, the polluted water containing abundant nutritive salt flows into Guanyin lake and suitable climate in every early spring were the internal and external factors. The survival characteristics of phytoplankton and the rapid development of town speed up the lake eutrophication. Finally, four measures were proposed according to the current situation and tendency of the early spring eutrophication of Guanyin lake, in order to provide the reference for the management of Guanyin lake.

Eutrophication; current situation; cause; Guanyin lake

2016-11-13

张 凯(1975-)，男，四川省遂宁市人，1996年本科毕业于西南农业大学兽医公共卫生专业，高级工程师，主要从事环境监测与管理方面的研究。

杨永安，ysan13@163.com。

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1001-3644(2017)02-0062-06