基于综合营养状态指数的汾河景区湿地水体富营养化研究

崔苗 张晨

［关键词］综合营养状态指数；湿地水体；富营养化；水生态环境保护；汾河景区

［摘要］随着城市化进程的加快，水生态环境问题越发凸显。黄河支流的汾河景区作为太原城市的“绿肺”，有着涵养水源、美化环境、防止水土流失等重要作用。本研究通过对2021年4—10月汾河景区14个监测点位的湿地水体重要污染物指标进行逐月监测，计算汾河景区综合营养状态指数，评价汾河景区水体富营养化情况，并针对当前存在的问题提出汾河景区水生态环境保护对策，以期为提升水生态环境质量、重塑水景观风貌提供数据支撑。结果表明：2021年汾河景区总氮全年超标，氨氮在8月超标，其余项目均符合地表水Ⅴ类标准；综合营养状态指数为53.89，属轻度富营养化；综合营养状态指数在7、8、9月明显高于其他月份，在8月达到峰值，且在远离城市中心的柴村桥监测点位最低，在城市中心区域的南内环桥、南中环桥南、长风桥、跻汾桥等监测点位相对较高，水质状况与温度和人类活动密切相关。

［中图分类号］X524；X824［文献标识码］A［文章编号］1000－0941（2023）04－0049－04

随着城市化进程的加快，水质恶化、水量失衡、水生态系统退化等水生态环境问题越发凸显。流域生态系统在保护水源、净化水体、蓄水滞洪、调节气候、保护生物多样性等方面具有重要作用。水生态环境保护和治理可有效缓解水资源匮乏问题、增强自然生态系统碳汇功能、改善居民生活质量，是社会经济发展和生态环境建设的迫切需要，具有经济和生态双重效益[1]。为贯彻落实习近平生态文明思想，加快实施七河流域生态保护与修复，2021年山西省人民政府出台了《关于加快实施七河流域生态保护与修复的决定》，是從根本上改变三晋大地山川面貌、满足人民日益增长的优美生态环境需要的重要举措，也是推动黄河流域生态保护和高质量发展的重大决策。

黄河支流的汾河景区位于太原城区，本着“以人为本、突出生态”的建设理念，以建设绿色、生态、和谐的景区为目标，通过设计绿色空间，形成景观节点，起到涵养水源、美化环境、防止水土流失的作用，是太原城市的“绿肺”。本研究通过对2021年4—10月汾河景区14个监测点位的湿地水体重要污染物指标进行逐月监测，计算汾河景区综合营养状态指数，评价汾河景区富营养化情况，并针对当前存在的问题提出对策，以期为提升水生态环境质量、重塑水景观风貌提供数据支撑。

1研究区概况

汾河景区北起太原市柴村桥北侧，南至迎宾桥南侧，全长32.5km，占地面积约18km2，其中水面面积约9km2，绿地面积约4.5km2，蓄水总量达2450万m3，集湖区水生态系统治理、防洪排污、园林绿化、旅游休闲、健身娱乐于一体。景区内的园林绿化对扬尘抑制效果良好，夏季最高气温比市区低3℃左右，相对湿度较市中心高10%～20%，整个景区在挖掘生态资源、文化资源和旅游资源的基础上，着力打造“生态、文化、休闲”三大胜境。

2研究方法

2.1水质监测

为了解汾河景区湿地水体水质状况，共监测10项污染物指标，包括：pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷、透明度、叶绿素a、藻密度，其监测方法和标准值见表1，其中藻密度测定时选取的藻类是蓝藻。汾河景区用水属景观娱乐用水，其水质标准参照《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中Ⅴ类标准。

在汾河景区从北至南布设14个监测点位，包括柴村桥（入水口）、胜利桥北（湿地）、胜利桥南（1#池）、迎泽桥（2#池）、南内环桥（3#池）、长风桥（4#池）、跻汾桥（5#池）、南中环桥南（6#池）、九院沙河南侧（浑水渠）、南环高速北500m平台处、通达桥北500m平台处、晋阳桥南350m处（1#闸坝北）、迎宾桥北200m平台处、迎宾桥南（2#闸坝北）。样品采集时间为2021年4—10月，其中4、5、10月是汾河景区的枯水期，采样频次为每月1次；6—9月是汾河景区的丰水期，采样频次为每周1次，取全部监测结果的平均值作为研究数据。

2.2综合营养状态指数计算

依据中国环境监测总站制定的《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》，选取总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）、透明度（SD）、叶绿素a（Chla）为参数计算综合营养状态指数，对汾河景区水体富营养状况进行评价。综合营养状态指数计算公式为

TLI（Σ）=∑mj=1TLIj×Wj（1）

式中：TLI（Σ）为综合营养状态指数；TLI（j）为第j种参数的营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；m为评价参数的个数。

以叶绿素a作为基准参数，Wj的计算公式为

Wj=rij2∑mj=1rij2（2）

式中：rij为第j种参数与基准参数叶绿素a的相关系数。中国湖泊（水库）的叶绿素a与其他参数的相关系数分别为rTN=0.82，rTP=0.84，rSD=-0.83，rCODMn=0.83[2]。各参数的营养状态指数计算公式分别为

TLI（Chla）=25+10.86lnρChla（3）

TLI（TP）=94.36+16.24lnρTP（4）

TLI（TN）=54.53+16.94lnρTN（5）

TLI（SD）=51.18-19.4lnCSD（6）

TLI（CODMn）=1.09+26.61lnρCODMn（7）

式中：TLI（Chla）、TLI（TP）、TLI（TN）、TLI（SD）、TLI（CODMn）分别为叶绿素a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数的营养状态指数；ρChla为叶绿素a浓度，mg/m3；ρTP、ρTN、ρCODMn分别为总磷浓度、总氮浓度、高锰酸盐指数，mg/L；CSD为透明度，m。采用0～100的连续数值[3]对汾河湿地水体营养状态进行分级，详见表2。

3结果与评价

3.1监测点位水质监测结果

2021年汾河景區14个监测点位水质监测的10项指标中，除迎泽桥（2#池）外其余各监测点位的总氮均超过标准值，迎宾桥北200m平台处pH值偏高，其余指标均符合景观娱乐用水标准（见表3）。14个监测点位的综合营养状态指数和评价等级见表4，除柴村桥（入水口）营养状态为中营养、评价等级为良好外，其余各监测点位营养状态均为轻度富营养，评价等级均为轻度污染。氮、磷营养盐是水体富营养化的主要来源，汾河景区水质状况相对良好，水体富营养化情况较轻，其中远离城市中心的柴村桥监测点位水质状况最好，未出现水体富营养化的情况，而位于城市中心区域的南内环桥、南中环桥南、长风桥、跻汾桥等监测点位水体富营养化情况相对严重，可以看出人口密度相对较大的区域水体富营养化相对严重，人类活动对水体质量有重要影响。随着城市快速发展和工业、农业现代化进程加快，未经处理或处理不达标的工业废水、生活污水、有机垃圾、家禽家畜粪便、农业化肥等流入水体，都是水体中氮、磷等营养盐的主要来源。此外，河道底泥污染增加水的渗透压和硬度，破坏自然缓冲作用，阻碍水体自净和淡水生物生长，造成水体富营养化，破坏水生态环境。

3.2汾河景区湿地水体富营养情况

2021年4—10月汾河景区10项水质监测指标中有2项指标超过地表水Ⅴ类标准，其中总氮超标率为100%，氨氮在8月时超标，超标率为14.3%，其余项目均达标。汾河景区综合营养状态指数平均值为53.89，属轻度富营养（见表5）。水体富营养化的主要污染物为总磷、总氮和氨氮，其中总氮是造成汾河景区水体轻度富营养化的主要污染物。

2021年4—10月汾河景区的水温维持在12.9～29.5℃，总氮、总磷和叶绿素a在多数湖泊中呈现出明显的季节性变化，在春、夏季浓度较高，高温创造了适宜生物生长和扩散的环境，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，水体富营养化情况随之严重。监测数据分析表明主要污染物月均值浓度和综合营养状态指数与温度变化密切相关；汾河景区的主要污染物月均浓度值从4月到8月逐渐上升，8月至10月有所下降，在8月达到最高峰；7、8、9月的综合营养状态指数明显高于其他月，8月达到最高。

4汾河景区水生态环境保护对策

汾河景区作为山西城市生态系统中重要的组成部分，其水生态系统建设在保护水环境质量、维护生态系统平衡、保护生物多样性、改善人居环境、美化城市景观等方面有着不可替代的作用。汾河景区以生态环境综合整治为目标，通过截污控污、生态修复等水生态系统建设措施，有效遏制了水体恶化，研究结果显示2021年汾河景区水质状况基本良好。然而受氮、磷等富营养元素和农药、汽车尾气、有机难降解物、雾霾等污染物的影响[4]，2021年汾河景区属轻度富营养状态，总氮全年超标，是造成水体富营养化的主要污染物，且在夏季污染物浓度达到峰值，水体富营养化和水污染问题依然存在。

水生态的健康安全是保证水景观持久发挥效能的基础，从水环境、水生态、水景观三个方面提出加强汾河景区水生态环境保护的相关建议：①添加生物炭和干芦苇秆以增加微生物群落中硝化螺旋菌门的数量，促进细菌的硝化速率，脱氨微生物的高度富集可以加快水中含氮污染物的去除速度，减少亚硝态氮的累积浓度，从而减轻总氮对汾河景区的污染；②依据源头治理的原则，加强水生态环境管理，保障生态补水，加强水质监测，全面排查汾河流域取水口，严厉打击非法取水，实现科学治污、精准治污，并实施流域联防联控机制，建立水质异常及时预警机制，确保汾河景区水质持续稳定达标；③加强河流沿岸生态防护林建设，打造绿色生态廊道，保护河流沿岸生态空间，并通过向河内投放鱼苗、在河底培育水生草本植物等措施，恢复河流自然生态环境，逐步形成山水合一、河湖相通、古今交汇、自然与人文相辉映的生态功能区，彰显“三面环山、一水中分、一湖点睛、九河环绕”的水韵龙城新格局。

[参考文献]

[1]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．

[2]智国铮，陈耀宁，袁兴中，等.基于延拓盲数的洞庭湖湖泊综合营养状态评价模型［J］.中国环境科学，2013，33（11）：2095-2101.

[3]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.

[4]许金华，潘伟斌，张海燕．水体富营养化及其防治[J]．环境科学与管理，2005（6）：63-65．

［作者简介］崔苗（1990—），女，山西晋中人，工程师，硕士，主要从事水质监测工作;通信作者张晨（1986—），女，山西太原人，副教授，博士，主要从事水污染控制、水生态修复工作。［收稿日期］2022-07-18

（责任编辑李佳星）

［基金项目］国家自然科学基金项目（22106096）；山西省回国留学人员科研资助项目（2021—102）；中央引导地方科技发展专项资金项目（YDZX20191400002539）；山西省水利科学技术研究与推广项目（2022GM026）