滇池富营养化应对策略分析

张石文

（云南省生态环境科学研究院（云南省高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室） 云南昆明 650000）

引言

滇池地处云贵高原中部，是云南省境内的最大天然湖泊，同时也是昆明市主要的淡水来源，直接关系到昆明市的社会经济发展。滇池地处昆明市西南郊，水域总面积达298km2，湖容量为12.9 亿m3，最大水深为10.9m，是典型的浅水湖泊。

滇池湖体主要由湖区面积10.8km2的北部草海和湖区面积298.2km2的南部外海组成。滇池湖水的补给主要依靠地表径流和湖面降水，且不具备良好的注入水源，入湖河流总数超过20 条，但出水口只有草海的西园隧道和外海的海口中滩闸。该种近乎封闭性特征无疑增加了滇池富营养化问题的解决难度，进入滇池的营养物质无法及时流出，不断在湖体积累增加，致使湖区内污染物的总量提升[1]。

1 材料与方法

1.1 研究区域与监测点位

研究区域为滇池草海湖区和外海湖区，共设10 个监测点位，其中8 个位于外海，分别为灰湾中、观音山西、观音山中、观音山东、滇池南、海口西、罗家营、白鱼口；2 个位于草海，分别为断桥和中心位置。采样点水深控制为水下0.5m，监测频率为每月一次。监测指标包括叶绿素a（Chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（CODMn）以及透明度（SD）等。

1.2 研究方法

研究监测点均为地表水国控断面，监测数据来自云南省生态环境监测中心，并采用具备相关监测资质以及各监测项目计量认证资格的检测单位，严格按照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《水环境监测技术规范》（SL219-2013）、《地表水污水监测技术规范》（HJ91-2002）、《水质湖泊和水库采样技术指导》（GB/T145481-93）以及《地表水总磷现场前处理技术规定（试行）》等相关水质监测技术规范进行样品采集、检测、数据分析处理及质量控制[2]。

滇池富营养化状况的评价方式采用综合营养状态指数法，评价因子包括5 个指标，分别为叶绿素a（Chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（CODMn）以及透明度（SD）。

统计分析采用SPSS20.0 软件。通过独立样本t 检验进行组间均值的差异性检验，设置显著性水平0.05.采用双尾Pearson 相关分析对水质参数间的相关关系进行解释。本次研究采用Waid 方法衡量组间相似性，并采用层次聚类分析10 个监测点的Chla、TP 以及TN指标。

2 结果与分析

2.1 滇池Chla、TN和TP的年度变化

结合滇池水域10 个水质监测点的监测数据分析结果显示，（1）草海湖区Chla、TP、TN 的浓度范围分别为0.002-1.012mg/L、0.030-0.718mg/L、0.20-9.97mg/L。草海湖区Chla 在2016～2020 年的浓度与2011～2015年相比变化不大，趋于稳定，TP 浓度呈下降趋势，TN浓度则在2011～2017 年呈波动下降趋势，但在2018～2020 年有所上升。（2）外海湖区Chla、TP、TN 的浓度范围分别为0.003-0.589mg/L、0.015-0.491mg/L、0.35-9.70mg/L。外海湖区的Chla 浓度在10 年内都较为稳定，TP 浓度呈持续下降趋势。TN 浓度在2011～2018 年呈持续下降趋势，但在2019～2020 年呈上升趋势。

2.2 水质参数间的相关关系

经结果分析显示，各水质参数，包括叶绿素a（Chla）、水温（Temp）、酸碱值（pH）、电导率（Cond）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH4N）、总氮（TN）和总磷（TP）之间的相互关系中Chla 和BOD5、TP等参数为正相关关系。

2.3 滇池Chla、TP、TN的空间分布格局

经数据分析得出，草海湖区的Chla、TP、TN 的平均浓度分别为0.098mg/L、0.163mg/L、4.196mg/L；外海湖区的Chla、TP、TN 平均浓度分别为0.068mg/L、0.116mg/L、1.724mg/L。与外海湖区的Chla、TP、TN 浓度相比，草海区域要更高（经t 检验，P＜0.01，具统计学意义），由此可知草海湖区的水质要差于外海湖区。对滇池10 个监测点分为两类进行聚类分析，将8 个外海监测点列为类别1，2 个草海监测点为类别2。经聚类分析结果显示，滇池中草海与外海的水质差异性较大，但草海和外海内部水质均出现均质化。

2.4 滇池综合营养状态指数年度变化

草海湖区的综合营养状态指数明确高于外海湖区的综合营养状态指数（t 检验，P＜0.01，具体统计学意义）。经数据分析2011～2015 年滇池海草湖区的综合营养状态指数较高且较为稳定，2016～2020 年在下降一定幅度后又出现回升。外海湖区的综合营养状态则是在2011～2016 年呈持续下降趋势，突然在2017 年上升，在2018 年下降至10 年中的最低值之后又开始回升。

3 讨论

3.1 滇池水质及营养化控制效果分析

滇池流域占云南省总土地面积的0.75%，是云南省城镇化以及工业化发展的主要地区，同时也具备较高的人口密度，其所产生的污染排放量已超出了环境的原有承受范围。再加上滇池的自净能力较差，环境承受能力有限，均在一定程度上加重了滇池的水质污染问题，富营养化的问题也日趋严重，水华爆发概率也较高。通过将近10 年的综合整治，滇池草海与外海水质均从2011～2015 年的劣Ⅴ类转变为2016～2020 年的Ⅳ类、Ⅴ类；营养状态也从2011～2015 年的中度富营养转变为轻中度富营养。

聚类分析结果显示滇池流域草海与外海的水质差异性较大，但草海与外海水质均表现为均质化。造成该类现象的原因有可能是与近几年修建的牛栏江-滇池引水工程有关，在该引水工程的作用下有效改善了滇池水体的循环速度，加快了水体的流速。经相关报道，牛栏江-滇池引水工程自2013 年12 月投运以来，截至2019 年3 月实现总调水量30.41 亿m3，等同于两个滇池的容积，通过水源的补入，加快了滇池水体的流速，有效改善了滇池水体的循环速度[1]。同时也有相关研究表示，经牛栏水引入滇池后，滇池水体中的TP 和TN 浓度显著降低，滇池的水质以及富营养化状况均得到了明显的改善。

经研究结果显示草海湖区的Chla、TP、TN 浓度均高于外海湖区，造成该类现象的原因可能与草海原污染物浓度较高相关。而造成污染物底值较高的原因则是在1996 年草海西园隧道工程运行后，原本排入外海的污水均流入草海，致使草海湖区的TP、TN 以及CODMn等浓度快速上升，水质严重恶化。

现阶段，滇池流域实施的水环境综合整治措施主要包括有推进经济结构转型升级、健全污染物控制体系、水资源利用率的提升、水环境综合整治与保护、提升水质监管能力等。在环湖截污与交通、外流域调水与节水、入湖河道治理、农业农村面源整治、生态修复以及生态清淤等工程的逐步开展和落实，均使得滇池的水质和富营养化状态得到了较好的改善。特别是牛栏江-滇池引水工程的实施，显著降低了滇池水体中TP、TN 浓度，有效缓解了滇池富营养化趋势。此外，需注意的是近年来草海和外海的综合营养状态指数以及TN 均出现了回升现象，而造成滇池年度水质变化的原因主要是富营类污染物，由此不难发现滇池综合治理是一项艰巨的工程，还需进一步加强整治[3]。

3.2 滇池富营养化中营养盐的影响

叶绿素a（Chla）作为藻类总量的判断指标，经常被用作评价水体富营养化状况的主导因子。虽然滇池草海和外海的综合营养状态指数在近五年内均呈下降趋势，但草海和外海Chla 浓度依旧较高，特别是外海的Chla 浓度几乎没有变化。由此可以发现草海和外海湖区的浮游植物密度依旧较高，且依旧存在较高的水华爆发率。

经相关数据分析显示滇池水域Chla 与BOD5、TP等呈显著相关关系[2]，由此可以发现磷与滇池富营养化紧密相关。研究显示，早藻类的生长过程中，氮磷比起到了极为重要的作用，藻类生长正常代谢的适宜氮磷比为7，TN:TP＞7 时，磷可能是限制营养盐；TN:TP＜7时，氮可能是限制营养盐。经数据分析，草海与外海湖区氮磷比平均值分别为25 和15，由此可知磷可能是滇池水域藻类生长的限制性营养盐。为此，滇池营养化控制过程中，应加强控磷措施。然而，富营养化的浅水湖泊存在氮磷双限的情况，通常情况下滇池水域的氮磷本底值普遍较高，浅水湖泊需基于控磷之上进行控氮，从而有效控制水体的富营养化。本次研究结果显示，近几年来滇池的TP 呈下降趋势，但TN 存在回升的趋势，结合氮磷协同控制来看，后续应加强对滇池水域TN 的控制[4]。

此外，滇池流域人口数量的增多，以及工业发展均是造成滇池水体富营养化的主要原因。随着城市化进程以及工业化发展的不断加快，使得导致草海富营养化的物质急剧增多，而河流截污工程，以及农业农村面源污染的控制均能有效控制外海湖区的氮磷比趋于稳定，甚至呈下降趋势。本研究结果也显示，滇池水域近5 年来氮磷浓度，与2011～2015 年相比要低，由此也可以看出滇池整治措施具备一定的成效。

4 滇池富营养化的应对策略

经监测数据分析发现在主要营养盐指标下降的基础上，滇池流域特别是外海湖在近10 年来其水体中Chla 的含量一直处于较高水平且几乎未发生变化，由此可见滇池浮游植物的改善情况甚微，其生态系统结构和功能依旧还未修复。

自20 世纪70 年代以来至本世纪初，滇池水域水质的污染受人类活动的影响而不断加重，滇池的生态系统结构以及功能都受到了严重的影响。在1980 年之前，滇池Chla 的含量较少，浮游植物细胞浓度低于106cells/L，至2000 年，覆有植物细胞浓度则达到108cells/L，其中蓝藻门微囊藻数量居多，且浮游动物生物量总数急速下降，滇池浮游动物与浮游植物的生物量比下降了2 个数量级[3]。从1980 年到现在，滇池底栖动物的种类不断减少，目前主要为耐污力较强的寡毛类动物。滇池大型水生植物的种类以及多样性也明显减少，物种由1950 年的40 多种降至2000 年后的10 多种，部分耐污性较差的种类全部消失，分布面积和生物量快速降低，水生植被的覆盖率由1950 年的85%下降至2000 年后的0%，生物群落趋于简单化，存活于滇池流域的主要为耐污性较强以及抗风浪较好的沉水植物。此外，滇池中的鱼类种群也从1957 年的23种下降至1990 年后的4 种[4]。

针对滇池富营养化的整治过程中应注重对污染源的控制和水生生态系统的恢复，从根本上解决问题。

4.1 湖体生态恢复工程

（1）恢复外海湿地的生态系统

受历史原因的影响，滇池沿湖堆砌有一道长160km 的防浪堤，堤后湖滨的原有湿地被农田或村庄代替。防浪堤对滇池和陆地之间的隔断，也给湖泊的生态系统造成了较为严重的损坏。

对于湖泊富营养化的改善而言，湿地有着重要的作用，主要表现为：①湿地中通过物理化学途径，包括吸收、吸附、过滤、离子交换和络合等方式，能有效消除水体中的营养物质；②湿地中的水生植物能吸收水体中的营养物质，其根部位置也有利于微生物降解营养物质。一般情况下，正常的湿地大约能去除面源污染中60%的TN、50%的TP 以及20%的CODCr。

（2）在草海科学种植凤眼莲

目前，草海是滇池富营养化最为严重的地区。过去为确保海埂公园的景观优美，凤眼莲一直被认为是有害植物而不被人们接受，但事实证明该种做法是错误的。凤眼莲对无机氮磷的吸收效果极佳，在最适宜的生长环境中，凤眼莲的除氮量高达3200 吨/km2，除磷量高达1240 吨/km2。假若在草海中种植一定量的凤眼莲，势必能有效降低湖水中的氮磷含量。值得注意的是，种植凤眼莲时，需适时进行收割，以避免凤眼莲腐烂所产生的营养物质二次污染水体。

（3）培养水生植物群落

水生植物群落对保障湖体良好的水质有着重要的作用，其通过吸收水体中的营养物质、植物叶冠的遮光以及根部的分泌物来有效抑制藻类的繁殖，继而实现对水体富营养化的治理效果。在以往的50 年里，滇池的水生植物的破损情况较为严重，现阶段仅剩12 科20 种植物。根据目前滇池的状况，凭借自然恢复来达到原有水生植物群落的可能性极低，应合理结合人工培植技术，包括断片繁殖、根状茎繁殖、石芽繁殖以及营养膜繁殖技术等，来对部分水生植物群落进行恢复。

4.2 污染控制

（1）加强完善湖滨防护林体系

基于现有的林木资源，应不断提高流域内荒山的植被覆盖率以及林地生产率，并结合区域特性种植合适的防护林树种。针对以美化环境为目的的环湖区防护林，应尽可能的选用耐湿且姿态优美的树种；针对以预防土壤流失的地区防护林，则应尽可能的选用具备良好保水性的常绿阔叶林或针叶林树种。

在流域面源治理方面应将农业面源视为首要任务，在实际实施过程中应做到以下几点：①对农耕措施进行改善，减少化肥用量，并尽可能的使用有机肥或生物肥，避免农田营养盐的流失；②落实农村固体废弃物的处理工程，通过构建沼气池，实现有机废物的二次利用，实现农村生态系统的可持续发展；③对农村产业结构进行科学调整和优化，提高对高科技成果的重视，积极引用新型技术，不断推广绿色产业和生态农业的发展，以间接性的方式来降低营养物质进入湖体。

（2）落实人工引水入滇工程

滇池水体交换缓慢是导致底泥量增加的主要原因之一，为此，通过人工引水入滇，能利于改善上述情况。现阶段，滇池超过70%的水体处于中度富营养化，引水入滇能有效加快滇池水体的交换速率，加强水体的冲刷力，以加快水体中营养物质的输出。通过国内部分湖泊的引水经验分析，从外流域引水能有效降低湖泊的富营养化程度，但实际操作中对水位的控制要求较为严格，以避免对湖内原有的水生植物以及湖滨植被的生长造成损坏。

4.3 加强流域内的环境管理

（1）加强宣传力度

加强《滇池保护条例》的宣传力度，让全民充分了解到滇池富营养化的危害性，尤其是各级领导干部需对滇池水源保护重要性具备足够的认知，并制定符合可持续性发展的环境建设政策，为滇池富营养化应对措施的落实提供可靠的保障。

（2）不断健全相关富营养化的法律体系

《滇池保护条例》作为滇池管理依据，其相关的富营养化陈述的并不完善。此外，在对相关条例进行完善的同时，还应制定配套的行政法规以及政策，以确保管理工作的有法可依。针对执法过程中遇到的任何排放超标营养物质或其他污染物质的单位或个人均需严格依法查办。

（3）构建统一的滇池富营养化管理体系

以生态环境部门为重心，构建由省长直接领导，各相关部门参加的统一管理机构。统一实现对滇池水资源的保护、流域生态环境保护，并实现综合管理滇池的发展、保护以及开发活动。此外，还可通过公众参与政策，积极吸取广大群众的建议和意见，不断完善滇池管理机制。

（4）构建滇池富营养化信息系统

通过采集滇池气候、水文、水质以及水生生物的动态变化资料，构建科学的滇池富营养化预测预报模型，并根据模型及时预测滇池的水质变化情况，并制定相应的应对措施。

结语

针对滇池富营养化的整治，应注重对污染源的控制和水生生态系统的恢复，不断加强湖体生态恢复工程，恢复外海湿地的生态系统，加强湖体的自净功能；培养水生植物群落，利用水生植物净化水体；加强完善湖滨防护林体系，注重城镇生活源，农村面源污染的控制；落实人工引水入滇工程，通过水体交换来降低内源污染；加强宣传力度，提升全民的环境保护意识；不断健全相关富营养化的法律体系；构建统一的滇池富营养化管理体系以及滇池富营养化信息系统，从而有效的解决滇池富营养化问题。