探究生态修复后的东牙溪水库

魏 芳

福建省三明环境监测中心站，福建三明 365000

东牙溪水库是三明市区重要饮用水源地，位于三明市三元区中村乡境内，全流域面积188 km2，最大水深为63.4 m，总库容2263 万m3，多年平均径流量1.36 亿m3/年，为山谷型月调节水库，肩负着三明市区30 多万人口生活饮用供水的重任。

然而，由于水库周边农村基础环保设施建设尚未完善，当地居民素质和环保意识不强，随意丢弃垃圾、乱扔乱倒现象时有发生，水土流失严重、河道垃圾堵塞等，都会影响保护区内物质和能量的有效流动和循环[1]。东牙溪水库周边林地大部分为毛竹林，每年3—5月是中村乡农民挖笋、制笋的季节，如遇下雨天气，山上腐烂的笋壳经雨水浸泡产生的污水随地表径流进入河道，造成水体氮磷超标。东牙溪水库泥沙淤积，水体自净能力有限，加之库区周边生活污染源和农业污染源排放的物质在水库中长期积蓄，严重威胁库区供水安全。

多年来，三明市委、市政府及当地相关部门高度重视东牙溪饮用水源保护区流域水环境综合整治工作，先后对三明市区饮用水源地实施了水体生态修复第一、二、三期工程及生物多样性保护与生态系统质量提升工程。水体生态修复技术是一种能借助大自然的自我修复能力对生态系统或环境自身进行修复的技术，国内多位学者已从不同角度对其做了研究[2-5]。本研究探究了东牙溪水库实施水生态修复工程前后的水质，了解水生态修复技术对水体影响情况，并为制订改善水体水质措施提供参考。

1 东牙溪水库水生态修复系统引入情况

针对东牙溪水库存在的藻类暴发隐患、底泥内源污染加剧、溶解氧季节性偏低、水体富营养化及以上问题带来的饮水安全隐患等问题，三明市于2013年启动了饮用水源地水体生态修复工程，实施了三明市区饮用水源地水体生态修复第一期工程、第二期工程及第三期工程。

由于库区中部未实施生态修复工程，水体底层溶解氧相对其他修复区较低，底泥中氮磷含量较高，在一定程度上影响了库区内生态系统。库区上游受中村乡生活污染和农业林业生产活动的影响，上游入库水质较库区差，总氮含量较高，影响库区水质。

对此，为了巩固库区前期工程修复效果，提升库区水质稳定性，改善水体富营养化，保证东牙溪水库的供水安全，同时促进水库良性食物链构建，为维护水生物种多样性和保证水生态质量提供良好的环境基础，在东牙溪饮用水源保护区周边的污染源实施综合整治和前期库区内部生态修复的同时，实施东牙溪水库生物多样性保护和生态系统质量提升工程（图1）。

2 水生态系统引入的差异

三明市区饮用水源地水体生态修复工程自2013年启动至第三期工程于2017年12月开始试运行。在一期至三期工程实施后，修复区溶解氧浓度显著提高，底部水体由厌氧、缺氧状态逐步提升至好氧状态，在同期蓝藻暴发概率较大的时期，并未发生藻类暴发；系统运行后，抑制了水库底部内源污染释放，促进水体底部总氮、氨氮、总磷持续降低。

经查阅相关资料获悉：2017年12月至2018年7月监测数据表明，在东牙溪水库实施生态修复工程部分与未修复部分有明显差异（图2～图5）。库区底部溶解氧，未修复区底部溶解氧含量相比修复区底部溶解氧含量低，且在溶氧分层时期表现尤为明显。

图2 2017年12月—2018年7月东牙溪修复区与未修复区底层溶解氧数据

图5 2017 年12月—2018年7月东牙溪修复区与未修复区氨氮数据

一期、二期、三期工程实施后，第一期工程修复区、第二期工程修复区、第三期工程修复区与上游中村电站、库区中游未修复区存在明显的差异，上游中村电站总氮、总磷、氨氮含量最高，污染最为严重，而中游总氮等污染物含量虽然相比上游中村电站有所降低，但明显高于库区内其余修复区污染物含量。

3 东牙溪水库水生态环境现状

根据东牙溪水库自动监测站2017年1月至2022年7月对水库水质的监测，分析pH值、溶解氧、氨氮、总氮、总磷项目的月均含量变化情况（图6～图10）。（注：由于系统维护、水库清淤等原因，部分数据缺失）。

3.1 pH值、溶解氧

由图6和图7可获知：（1）库区 pH值相对比较稳定均未超过9；（2）库区溶解氧基本处于6 mg/L以上，在2019 年9月东牙溪水库生物多样性保护和生态系统质量提升工程项目实施后，2017、2018年10月库区溶解氧偏低的现象得到改善。

图6 2017年1月—2022年7月自动监测站水质pH值变化情况

图7 2017年1月—2022年7月自动监测站水质溶解氧变化情况

3.2 营养盐指标

分析东牙溪水库水质氨氮、总氮、总磷等营养盐的月均含量变化情况可知（图8～图10）：（1）东牙溪库区氨氮指标比较稳定均维持在I类水质标准。（2）自2019年9月东牙溪水库生物多样性保护及生态系统质量提升工程项目运行后，2019年12月较往年同期库区总氮有一定的削减（约11 %），而2020年和2021年12月较2019年的同期又有所回升。同时在2020年2月开始降雨量比2018年同期偏多，且同期水位持续降低的情况下，2020年1—4月库区总氮比2017年平均水平低10.2 %、比2018年低20.9 %、比2019年低16.6 %，说明生态修复工程的实施在一定时期内有助于库区总氮削减。且从图10可明显看到库区总氮含量基本上从每年3月到5月有呈上升的趋势，除2019年、2021年外，其他年份5月的总氮含量均处于劣Ⅲ类水质标准。（3）自最后一个生态修复工程实施后，库区总磷含量除2020年9月、2021年12月 及2022年6月 外均比往年同期低，并处于I～II类水质标准，说明生态修复工程项目启动对库区总磷削减有明显的促进作用。

图1 东牙溪水库各阶段生态修复工程点位图

图3 2017年12月—2018年7月东牙溪修复区与未修复区总氮数据

图4 2017 年12月—2018年7月东牙溪修复区与未修复区总磷数据

图8 2017年1月—2022年7月自动监测站水质氨氮变化情况

图10 2017年1月—2022年7月自动监测站水质总磷变化情况

将东牙溪水库的营养盐含量进行年度均值分析，发现库区氨氮含量有逐年上升的趋势，总磷含量在2020年达低值后有所回升，总氮含量在生态修复工程全部竣工的2019年达最低值，后续又有所回升（图11）（由于东牙溪水库总氮含量变化在前后半年的差异较大，故不将2022年的年度情况纳入分析）。

一般而言，水中总氮含量是由氨氮、有机氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的和组成，氨氮指的是凯氏氮扣除有机氮部分[6]。蔺凯等[7]研究水中氨氮主要来自水中微生物对生活污水中含氮有机物的分解。结合图8、图9、图11的数据变化情况来看：东牙溪水库氨氮总体维持在I类水质标准，但有逐年增长的趋势，说明水库水体内含氮有机物在增多。

图9 2017年1月—2022年7月自动监测站水质总氮变化情况

图11 2017—2021年度东牙溪水库营养盐年均含量变化情况

4 小结与讨论

生态修复工程的引入对东牙溪水库的水质有一定的促进作用，无论是2017年12月—2018年7月修复区与未修复区的监测数据，还是借助近几年自动站的监测数据，均可看到库区水质：pH值相对比较稳定，均未超过9；溶解氧基本处于6 mg/L以上；东牙溪水库氨氮总体维持在I类水质标准；自最后一个生态修复工程实施后，库区总磷含量（除2020年9月、2021年12月 及2022年6月外）均比往年同期低，并处于I～II类水质标准。

影响水库水质的原因是多方面的，仅靠生态修复工程并不能完全控制好库区水质状况。从近几年的数据来看，东牙溪水库氨氮含量虽然总体维持在I类水质标准，但有逐年增长的趋势，且总氮含量在生态修复工程全部竣工的2019年达最低值，后续又有所回升，说明水库水体内含氮有机物在增多；总磷含量在2020年达低值后亦有所回升。

综上所述，造成东牙溪水库的营养盐成分有增长趋势可能存在以下原因：（1）近一两年，由于春秋季气温存在骤升骤降的变化，影响微生物在水体中对有机物的分解作用，何少钦[8]指出当气温骤降时表层的水体与底层水体之间存在温度差异会出现分层现象，从而产生微循环即水底层的腐植质等有机物向上涌动至表层水中，当微生物对这些有机物分解后便会产生大量的营养盐。（2）制笋产业仍是影响东牙溪水库水质的重要因素，每年3—5月是中村乡农民挖笋、制笋的季节，如遇下雨天气，山上腐烂的笋壳经雨水浸泡产生的污水随地表径流进入河道，造成水体氮磷超标，总氮基本上在每年的5月处于高位。（3）水库附近村庄生活污水处理不到位，虽然各村落布设了污水管网，但仍存在部分污水直排现象，加上314国道和水库两侧坡泥树叶等随雨水冲刷进入水库，使得水中的有机物含量增多，再经微生物作用后便产生大量的营养盐。（4）缺乏对东牙溪水库的生态系统稳定性研究，据了解每年东牙溪水库都会由渔政投放花白鲢鱼苗，且是只进不出，长期这样可能会打破水体的生态平衡系统。

对此，在已有的生态修复工程的基础上，关于东牙溪水库的水质保护总结以下5点看法：（1）提升防污控污能力，在水库两侧适当距离处增设防污沟、槽，以避免暴雨时周边杂物入库。（2）在水库的入水口设置水质自动监测站，以便掌握源头水的水质状况，有针对性地实现对水源地保护与污染源控制。（3）加强农村污水管网的布设，并做好环境保护的宣传，提高当地居民的生态意识，切实实现生活污水不入库。（4）加强对东牙溪水库水生态环境研究，合理配置水生物群落，花白鲢是典型的滤食性鱼类，白鲢以浮游植物为食，花鲢以浮游动物为食，而浮游动物在控制浮游植物的数量上也起着一定的作用，因而在投放花白鲢时，应控制好数量和搭配比例，鲢鱼的生长速度快，在有投入的前提下应适当的实行捕捞，以免单一物种的过度繁殖；同时有研究表明，蚌类、螺类对水体中的营养盐、浮游植物的去除作用明显，可在了解库区大型底栖动物资源的前提下，在库区适当区域引入蚌、螺，以进一步提高东牙溪水库的生物净化能力[9]。（5）从以往的监测数据来看，东牙溪水库的生态修复工程对维护水体水质在一定程度上有促进作用，但它对库区浮游动物、鱼类等整个生态系统的影响如何尚未评估，生态修复工程是个复杂的过程，在后续的监测中还应权衡其对整个生态平衡系统的作用。