长江中下游三个湖泊型保护区富营养化状况评价

罗建波 王科朴 李应仁 刘雪华 黄瑛 穆希岩 李绪兴 雷云雷

摘要：为评估渔业保护区的环境质量状况及富营养化水平，以全国渔业生态环境监测网数据为基础，运用综合营养状态指数法，对中国湖泊主要分布区域长江中下游3个保护区的富营养状况进行了评价。结果显示，梁子湖武昌鱼国家级水产种质资源保护区、鄱阳湖鳜鱼翘嘴红鲌国家级水产种质资源保护区、千岛湖国家级水产种质资源保护区综合营养指数分别为45.0、49.4、42.6，整体处于中营养水平，主要贡献因子是总磷和叶绿素a。

关键词：湖泊;国家级水产种质资源保护区;富营养化评价;环境质量;梁子湖;鄱阳湖;千岛湖

中图分类号：X524         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）16-0028-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.16.007           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Aiming to evaluate the eutrophication levels of three national aquatic germplasm conservation zones， which all located in the middle and lower Yangtze River， where most lakes were distributed too in China. The evaluation was based on comprehensive nutritional status index and the data used was from national fishery eco-environment monitoring network. The results showed that the comprehensive nutritional status indexes of Liangzi Lake Wuchang Fish National Aquatic Germplasm Conservation Zones， Boyang Lake Mandarin Fish and Topmouth Culter National Aquatic Germplasm Conservation Zones and Qiandao Lake National Aquatic Germplasm Conservation Zones， were 45.0， 49.4 and 42.6， respectively， indicating all three conservation zones in mesotrophic level and the main contribution factors were total phosphorus and chlorophyll a.

Key words： lakes; national aquatic germplasm resources conservation zones; eutrophication assessment; environment quality; Liangzi Lake; Boyang Lake; Qiandao Lake

營养的概念，20世纪初作为水产基础的表征，即水体增加有机质的能力而引入湖沼学中，由于对物质和能量流转过程的深入研究，很快就有了越来越广泛的意义，营养这一概念变成了湖泊生态系统的表征[1]，而营养分类特别是富营养化评价便日益成为湖泊生态学的重要内容。

湖泊富营养化本是湖泊演化过程中的一种自然现象，这种演化十分缓慢，有时甚至需要上万年才能完成，但由于人类经济活动的迅速发展，大大加速了湖泊的这一进程[2]。水体富营养化是指藻类大面积繁殖，在光合作用下昼夜溶解氧浓度大幅度变化，部分藻类还释放一些毒素，造成鱼类死亡，使水体使用功能降低[3]。

湖泊富营养化后会导致一系列的生态系统异常响应。这些响应包括沉水植物消亡、蓝藻水华频发、微生物的生物量与生产力增加，生物多样性下降，营养盐的循环与利用效率加快等。整个湖泊生态系统也会伴随着富营养化的发展呈现出生物多样性下降、生物群落结构趋于单一、生态系统趋于不稳定的现象[4]。

对于湖泊富营养化的评价，多从水质、水生生物以及底质3个方面来进行，所采用的评价方法可归纳为特征法（早期研究常用）、参数法（氮、磷、叶绿素a等指标）、生物指标评价法（水生生物种类和数量）、磷收支模型法（湖中磷浓度预测）、营养状态指数法（氮、磷等指标按权重综合构成的方法，是目前主要采用的方法）、数学分析法（模糊数学、灰色系统）等[1]。美国科学家卡尔森在1977年建立了以湖水透明度（SD）为基准的营养状态评价指数，日本的相崎守弘等提出了修正的营养状态指数（TSIM），即以叶绿素a浓度为基准的营养状态指数[5]。王明翠等[5]在总结各种富营养化评价的基础上，选取叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）等5项指标作为湖泊富营养化评价的统一指标，提出了适合中国湖泊评价的统一的综合评价方法，并建立了分级评价标准，该方法已经成为国家标准评级法方法（试行）。

中国是一个多湖泊的国家，这些湖泊主要分布在长江中下游地区，中国第2次湖泊现状调查显示，138个面积大于10 km2的湖泊中，有85.4%的湖泊超过了富营养化标准，其中达到重富营养化标准的占40.1%。东部平原湖区的长江中下游地区富营养化比例高达85.9%[6，7]。湖泊富营养化是当前长江流域湖泊面临的主要生态环境问题之一。同时，全国渔业生态环境监测网监测显示，氮、磷等富营养化元素已成为中国渔业水域主要超标因子，湖泊水库重要渔业水域总氮、总磷超标大于85%[8]。

为保护水生生物资源及其栖息地，农业农村部（原农业部）自2007年起，以每年一批的速度建设国家级水产种质资源保护区，目前已建成535个。前四批220处国家级水产种质资源保护区中，长江流域11省市99个，约占50%，且多数分布在长江中下游地区[9]。但目前鲜见关于这些保护区的资源状况、环境污染情况、富营养化状况等基础情况研究。本研究采用国家推荐标准方法，关注渔业水域最主要污染指标氮、磷富营养化因子，首次对长江中下游3个国家级种质资源保护区富营养状况和环境质量状况进行评价，以期对保护区的管理提供支持。

1  材料与方法

1.1  研究区域概况

长江中下游区域的湖泊富营养化比较严重，选取梁子湖武昌鱼国家级水产种质资源保护区（梁子湖保护区）、鄱阳湖鳜鱼翘嘴红鲌国家级水产种质资源保护区（鄱阳湖保护区）、千岛湖国家级水产种质资源保护区（千岛湖保护区）等3个保护区进行富营养化状况的监测和评价。梁子湖武昌鱼国家级水产种质资源保护区总面积28 000 hm2，其中核心区面积9 400 hm2，试验区面积18 600 hm2。保护区位于湖北省东南部，地跨鄂州市梁子湖区、武汉市江夏区、黄石市大冶市3市区。主要保护对象为团头鲂（武昌鱼）、湖北圆吻鲴、胭脂鱼、鳤、鱤、光唇蛇鮈、长吻鮠、莼菜、水蕨、扬子狐尾藻、蓝睡莲、水车前等。设置监测点位5个。

鄱阳湖鳜鱼翘嘴红鲌国家级水产种质资源保护区59 520 hm2，其中核心区面积21 218 hm2，试验区面积38 302 hm2。保护区位于鄱阳湖中部。主要保护对象为鳜鱼、翘嘴红鲌、鲤鱼、鲫鱼、青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、短颌鲚、长颌鲚等。设置监测点位2个。

千岛湖国家级水产种质资源保护区总面积    6 667 hm2，其中核心区面积1 000 hm2，试验区面积 5 667 hm2。保护区地处浙江省杭州市淳安县境内千岛湖西北湖区，主要保护对象为黄尾密鲴、细鳞斜颌鲴，其他保护对象包括翘嘴红鲌、蒙古红鲌、光唇鱼、唇鱼骨、大眼华鳊等。设置监测点位5个。

保护区面积范围及监测点位如图1所示。

1.2  分析方法

数据来源于全国渔业生态环境监测网部分成员单位2017年监测结果，数据采集和处理过程按照《2017年全国渔业生态环境监测网常规监测工作方案》及《渔业生态环境监测规范》进行，选取评价指标包括叶绿素a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数等5个，采用的评价方法包括综合营养状态指数法和单因子评价法，评价的标准主要依据《渔业水质标准》及《地表水环境质量标准》二类水质标准。

营养状态指数计算公式如下：

式中，TLI表示综合营养状态指数;TLI（j）代表第j种参数的营养状态指数;Wj为第j中参数的营养状态指数的相关权重。

湖泊营养状态分级，采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级：TLI≤30，贫营养;3070，重度富营养。

以chla作为基准参数，则第j中参数的归一化的相关权重计算公式如下：

式中，rij为第j种参数与基准参数chla的相關系数;m为评价参数的个数。中国湖泊相关参数与基准参数chla的相关关系rij及rij2见表1。

单因子法公式如下：

式中，Pi为第i项指标污染指数;Ci为第i项指标实际检测值;Si为第i项指标标准值。单因子污染指数1.0作为该因子是否对环境产生污染的基本分界线。

2  结果与分析

2.1  3个种质资源保护区富营养化因子及环境质量评价结果

依据地表水功能分区和地表水二类水环境质量标准，梁子湖保护区总氮、高锰酸盐指数优于水质标准，总磷超出标准。鄱阳湖保护区总氮、总磷超出标准，高锰酸盐指数优于水质标准。千岛湖保护区总磷、高锰酸盐指数优于水质标准，总氮超出标准（表2）。

中国渔业生态环境状况公报2017年及全国渔业生态环境监测网2017监测结果显示，石油类、铜、挥发性酚、非离子氨、镉、汞、砷、锌、铅等监测指标均优于相应渔业水质标准或地表水环境质量标准[8]，表明3个保护区除氮、磷营养元素超标外，整体环境质量良好，保护区富营养化可能是潜在的环境问题。

3个保护区总氮浓度在0.45～1.47 mg/L，叶绿素a浓度在3.83～10.09 μg/L。文献[10]认为总氮浓度大于0.2 mg/L，叶绿素a浓度大于10 μg/L，可以作为富营养化判断标准，梁子湖保护区、鄱阳湖保护区叶绿素a浓度优于标准，但其总氮浓度及千岛湖叶绿素a浓度超过标准，表明3个保护区处于富营养化状态。

3个保护区总磷浓度在0.04～0.30 mg/L，透明度在1.12～2.40 m，根据秦伯强等[4]报道，经济合作与发展组织（OECD）在1982年提出平均总磷浓度大于0.035 mg/L，平均透明度小于3 m，即为富营养化的标准。以此判断，3个保护区透明度指标劣于OECD标准。依据地表水环境质量标准（二类），梁子湖保护区、鄱阳湖保护区总磷劣于标准，千岛湖保护区总磷指标优于标准。表明3个保护区处于富营养化状态。

2.2  3个种质资源保护区的富营养状况及环境质量状况评价

根据综合富营养状态指数法评价结果（表3）显示，梁子湖保护区、鄱阳保护区、千岛湖保护区综合营养状态指数分别为45.0、49.4、42.6，按照国家富营养化评级标准，3个保护区均处于中营养状态，其中，鄱阳湖保护区最高，接近富营养化标准（50），存在富营养化风险。

3个保护区各个富营养化分指数在24.3～74.6，千岛湖保护区COD指标最小，为24.3，鄱阳湖保护区TP指数最大，为74.6。依据富营养化分指标评价标准[11，12]，梁子湖保护区TP富营养化指数（62.5），鄱阳湖保护区TN富营养化指数（61.1）、TP富营养化指数（74.6），千岛湖保护区叶绿素a富营养化分指数（50.1）均大于50，达到富营养化标准。

2.3  富营养化各因子贡献率

梁子湖保护区富营养化贡献率大小表现为chla>TP>TN>COD>SD，主要贡献因子是叶绿素a和总磷，两者合计贡献率为55%。鄱阳湖保护区富营养化贡献率大小表现为TP>TN>chla>SD>COD，主要贡献因子是总氮和总磷，两者合计贡献率为51%。千岛湖保护区富营养化贡献率大小表现为chla>TN>SD>TP>COD，主要贡献因子是叶绿素a和总氮，两者合计贡献率为52%。

氮磷比值（N/P）同样对藻类生长有重要影响，当N/P小于7时，氮是可能的限制性营养盐，N/P大于7时，磷是可能的限制性营养盐[13]。梁子湖保护区、鄱阳湖保护区、千岛湖保护区氮磷比值分别为3、5、20，表明氮是梁子湖保护区和鄱阳湖保护区的限制性营养盐，磷是千岛湖保护区的限制性营养盐。

韩晓霞等[14]2009—2010年在监测透明度、总磷、叶绿素a等参数基础上，以Carlson富营养化指数计算表明，千岛湖保护区处于中营养状态，叶绿素a的最大值为0.016 4 mg/L，对应的TSI为58，叶绿素a是千岛湖保护区富营养化的主要因素，与本研究结果一致。李娜等[15]以综合营养状态指数计算鄱阳湖富营养状态，为49.2，处于中营养状态，与本研究结果一致。董文龙等[16]用同一种方法，计算梁子湖营养状态指数为42.5，处于中营养状态，营养状态贡献因子以chla为首，TP第二，贡献率较大，与本研究结果一致。

3  小结

中国是渔业大国，水产品生产、消费和出口均是全球第一。由于资源过度开发、环境污染以及栖息地破坏等因素，渔业资源和水生生物多样性面临巨大的挑战，为了保护水生生物资源，国家采取的措施之一就是建国家级水产种质资源保护区，但目前处于重建轻管、只建不管的状态，保护区基础信息不清。本研究以全国渔业生态环境监测网数据为基础，首次评价了长江中下游3个国家级水产种质资源保护区的富营养化水平，结果显示，3个保护区环境质量状况整体良好，3个种质资源保护区富营养化状况处于中度富营养化，但分营养因子评价显示，3个保护区均处于富营养化状态，富营养化可能是保护区未来的潜在环境问题。与近几年相同区域的研究结果比较显示，保护区的富营养化状况及主要贡献因子与相同区域研究一致。研究结果可以为国家级水产种质资源保护区环境及富营养化管理提供支持。

参考文献：

[1] 蔡庆华.湖泊富营养化综合评价方法[J].湖泊科学，1997，9（1）：89-94.

[2] 钱凯先.国内外湖泊富营养化研究及对策[J].环境科学，1988，  9（2）：59-63.

[3] 张  晟，李崇明，魏世强，等.三峡库区富营养化评价方法探讨[J].西南农业大学学报（自然科学版），2004，26（3）：340-343.

[4] 秦伯强，高  光，朱广伟，等.湖泊富营养化及其生态系统响应[J].科学通报，2013，58（10）：855-864.

[5] 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.

[6] 吴  锋，战金艳，邓祥征，等.中国湖泊富营养化影响因素研究

——基于中国22个湖泊实证分析[J].生态环境学报，2012，21（1）：94-100.

[7] 杨桂山，马荣华，张  路，等.中国湖泊现状及面临的重大问题与保护策略[J].湖泊科学，2010，22（6）：799-810.

[8] 农业部，环境保护部.中国渔业生态环境状况公报2016[R].农业部，环境保护部，2016.

[9] 杨文波，李继龙，冯庚菲，等.国家级水产种质资源保护区划定状况研究[J].中国渔业经济，2011，29（5）：165-171.

[10] 陈水勇，吴振明，俞伟波，等.水体富营养化的形成、危害和防治[J].环境科学与技术，1999（2）：11-15.

[11] 任惠丽，刘爱华，田强兵，等.红碱淖渔业环境质量评价[J].水生态学杂志，2012，33（4）：96-99.

[12] 金相灿，刘鸿亮，屠清瑛.中国湖泊富营养化[M].北京：中国环境科学出版社，1990.

[13] 荆红卫，华  蕾，孙成华，等.北京城市湖泊富营养化评价与分析[J].湖泊科学，2008，20（3）：357-363.

[14] 韓晓霞，朱广伟，吴志旭，等.新安江水库（千岛湖）水质时空变化特征及保护策略[J].湖泊科学，2013，25（6）：836-845.

[15] 李  娜，黎佳茜，李国文，等.中国典型湖泊富营养化现状与区域性差异分析[J].水生生物学报，2018，42（4）：854-864.

[16] 董文龙，闵水发，唐利军，等.洪湖、梁子湖水体富营养化研究[J].环境保护科学，2016，42（4）：66-70.