李精精 張玉珍,2,3

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法在東牙溪富營養(yǎng)化評價(jià)中的應(yīng)用*

李精精1張玉珍1,2,3

1.福建師范大學(xué) 2.福建省環(huán)境科學(xué)研究院 3.福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心

利用東牙溪的自然概況、社會經(jīng)濟(jì)概況等資料，結(jié)合2013—2015年水質(zhì)監(jiān)測情況，選取透明度、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、葉綠素a等指標(biāo)，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對東牙溪水體進(jìn)行富營養(yǎng)化評價(jià)。結(jié)果顯示，東牙溪2013—2015年年均值綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢，營養(yǎng)級別處于中營養(yǎng)狀態(tài)；夏季和秋季各月份綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較高，冬季和春季較低，營養(yǎng)級別均為中營養(yǎng)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，分析東牙溪水體富營養(yǎng)化的原因，并提出控制飲用水源地水污染的措施。

水體富營養(yǎng)化 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法 東牙溪

湖泊、水庫具有洪澇調(diào)蓄、水產(chǎn)養(yǎng)殖、灌溉、供水等多種功能，然而近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，過量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的排放，導(dǎo)致氮磷比失調(diào)，造成水體中的水生生物大量繁殖，藍(lán)藻代替了其他水生生物，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，嚴(yán)重可發(fā)生水華。氮、磷作為水體富營養(yǎng)化的主要物質(zhì)，主要來源于生活污水、含氮磷的工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)氮磷肥料。人為排放的廢水引起的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，可以在短時(shí)間出現(xiàn)，很難自凈和恢復(fù)。目前，在我國131個(gè)主要湖泊中，富營養(yǎng)化的湖泊約占51.2%，致使藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。通過對水體富營養(yǎng)化進(jìn)行評價(jià)[1]，并研究湖泊的水體富營養(yǎng)化程度及其形成原因，能夠有效反映水體質(zhì)量及富營養(yǎng)化狀況，為提出改善水體的措施提供依據(jù)具有重要意義。本文利用東牙溪的自然地理概況、經(jīng)濟(jì)社會資料，結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評價(jià)了東牙溪水體富營養(yǎng)化的程度，分析造成水體污染的原因，為流域生態(tài)環(huán)境和湖泊富營養(yǎng)化的控制提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

東牙溪流域地處福建省三明市東南部中村鄉(xiāng)境內(nèi)，東牙溪于中村鄉(xiāng)境內(nèi)自東向西流入沙溪，是沙溪的一條支流，主河道全長30多km，該水庫總庫容2263萬m3，是三明市區(qū)重要的飲用水源地，擔(dān)負(fù)著三明市區(qū)20多萬人口飲用水的重任[2]。東牙溪所在的三明市地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，4～6月為梅雨季節(jié)，7～9月易受臺風(fēng)影響，年平均氣溫在16.5℃～18.1℃之間。其流域面積為188km2，平均海拔高度為320～980m，屬山地地貌，植被覆蓋率高，以人工次生林為主[3]。

1.2 社會經(jīng)濟(jì)概況

流域所在的中村鄉(xiāng)距市區(qū)13km，下轄18個(gè)行政村，其中16個(gè)行政村涉及水源保護(hù)區(qū)，人口11300人。流域農(nóng)業(yè)以種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)為主，化肥的使用量達(dá)到年約2000t，家禽家畜養(yǎng)殖數(shù)量約28萬。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)35家，其中工業(yè)以筍加工、竹木加工為主[4]。東牙溪主要污染物來源包括農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖、筍干加工制作、農(nóng)田、竹林、果林茶園等[5]。

自2000年，東牙溪氮磷指標(biāo)增高，總氮、總磷超過二類水標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降[7-8]，到2015年，東牙溪氮磷指標(biāo)有所下降，但仍偏高。

2 湖泊富營養(yǎng)化評價(jià)方法的選擇

目前湖泊富營養(yǎng)化評價(jià)的方法主要有營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，TSI )、修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)、營養(yǎng)度指數(shù)法和評分法。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法應(yīng)用廣泛，簡便易行，評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性較高，對于湖泊水體富營養(yǎng)化的研究，通常采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，為湖泊富營養(yǎng)化的防治提供依據(jù)[6]。因此，本文對東牙溪水體富營養(yǎng)化評價(jià)采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。根據(jù)《湖泊(水庫) 富營養(yǎng)化評價(jià)方法及分級技術(shù)規(guī)定》，選取葉綠素a(Chl-a)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)( CODMn) 五項(xiàng)參數(shù)。選取的數(shù)據(jù)為東牙溪2013—2015年，每年為1～12月，共12組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的公式為：

以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

表1 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chl-a的相關(guān)關(guān)系、和值[6]

表1 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chl-a的相關(guān)關(guān)系、和值[6]

參數(shù)Chla/mg·m-3TP/mg·L-1TN/mg·L-1SD/mCODMn/mg·L-1 10.840.82-0.830.83 10.70560.67240.68890.6889 0.26630.18790.17900.18340.1834

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式：

TLI(Chl)=10(2.5+10.86lnChl) TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN) TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

采用0~100的一系列數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)<30，營養(yǎng)級別為貧營養(yǎng)；30≤≤50，營養(yǎng)級別為中營養(yǎng)；>50，營養(yǎng)級別為富營養(yǎng)；50<≤60，營養(yǎng)級別為輕度富營養(yǎng)；60<≤70，營養(yǎng)級別為中度富營養(yǎng)；>70，營養(yǎng)級別為重度富營養(yǎng)。處于同一營養(yǎng)狀態(tài)下，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)越高，營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

3 富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果

3.1 東牙溪年均值富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果

選取東牙溪2013～2015年間的透明度(SD) 、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷(TP) 、總氮(TN) 、葉綠素a(Chl-a) 五項(xiàng)指標(biāo)的年均值，根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計(jì)算得出東牙溪營養(yǎng)狀態(tài)結(jié)果，如表2 。

由表2可知，東牙溪各年度透明度呈下降趨勢，高錳酸鹽指數(shù)呈現(xiàn)波動趨勢，總磷呈上升趨勢，總氮出現(xiàn)波動趨勢，葉綠素a出現(xiàn)波動趨勢。總體來看，2013～2015年東牙溪的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢，營養(yǎng)級別處于中營養(yǎng)狀態(tài)。

表2 2013—2015年東牙溪營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)結(jié)果

3.2 東牙溪按月份變化富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果

分別按月份選取Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，東牙溪2013～2015年各月份綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)結(jié)果見圖1。

由圖1可知，東牙溪2013年各月份營養(yǎng)級別均為中營養(yǎng)，4～9月份營養(yǎng)指數(shù)均較高，富營養(yǎng)化的高峰出現(xiàn)在9月，說明夏季和秋季東牙溪富營養(yǎng)化程度均較高，相比之下，除了1月份營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較高以外，春季和冬季富營養(yǎng)化程度均較低。2014年各月份營養(yǎng)級別均為中營養(yǎng)，4～9月營養(yǎng)指數(shù)均較高，富營養(yǎng)化的高峰出現(xiàn)在9月份，說明夏季和秋季東牙溪富營養(yǎng)化的程度均較高，春季和冬季富營養(yǎng)化程度較低。2015年各月份的營養(yǎng)級別均為中營養(yǎng)，6～9月為富營養(yǎng)化的高峰，2015年東牙溪富營養(yǎng)化程度的高峰出現(xiàn)在夏季和秋季，冬季和春季較低。

圖1 東牙溪2013～2015年各月份營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價(jià)結(jié)果

總體來看，由2013～2015年東牙溪年均值和月值評價(jià)結(jié)果可知，年均值的營養(yǎng)化程度級別均為中營養(yǎng)，但是綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢；月值富營養(yǎng)化程度的高峰均出現(xiàn)在夏季和秋季，冬季和春季較低，富營養(yǎng)化程度的季節(jié)變化明顯。

4 東牙溪水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因

4.1 東牙溪農(nóng)村生活污水總氮年排放達(dá)到40.38t，總磷年排放0.92t[5]。農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施落后，缺乏污水設(shè)施建設(shè)，生活污水未經(jīng)有效處理就直接排入河流中，以及生活垃圾任意傾倒現(xiàn)象普遍，造成水庫水質(zhì)總氮、總磷等指標(biāo)超標(biāo)。

4.2 東牙溪流域年化肥施用量約2000t[4]，流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用過量的化肥，而土壤中的化肥能夠被植物有效利用的僅約30%，而剩余部分的化肥和土壤中殘留的農(nóng)藥經(jīng)過降雨的沖刷，會隨著地表徑流流入湖泊河流，造成水體富營養(yǎng)化[7]。加上流域所在的中村鄉(xiāng)山地丘陵面積大，梯田廣布，導(dǎo)致大量化肥滲入農(nóng)田中，經(jīng)雨季沖刷，給水庫環(huán)境帶來污染，農(nóng)業(yè)面源污染造成的水體污染不容忽視。

4.3在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，東牙溪流域受人類活動的影響和破壞，流域產(chǎn)生不同程度的水土流失，輕度流失面積1194hm2，中度流失面積625hm2，重度流失面積16hm2[3]。東牙溪水土流失地區(qū)主要集中于中村、回瑤村、米洋、筠竹、頂太、坑源、白水、居陽等地理位置較高的村。區(qū)域內(nèi)林業(yè)以人工次生林為主，人工林多以砍伐為目的，而且其保持水土能力遠(yuǎn)不及原始森林。水土流失會導(dǎo)致土壤中大量氮磷以及泥沙隨徑流匯入河流，加劇水體的富營養(yǎng)化。

4.4 東牙溪流域畜禽養(yǎng)殖年總氮年排放達(dá)到5.3t，總磷年排放0.46t[5]。東牙溪流域畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，大量畜禽糞便、廢水任意排放，水體污染嚴(yán)重。經(jīng)調(diào)查，東牙溪流域畜禽養(yǎng)殖是散養(yǎng)與規(guī)模養(yǎng)殖并存，多存在于河岸兩旁，散養(yǎng)畜禽糞便未經(jīng)處理，直接排入農(nóng)田、河流，若不妥善處理，將對環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

4.5 目前對東牙溪水質(zhì)影響較大的工業(yè)企業(yè)主要是竹木、筍等加工企業(yè)，筍干加工總氮年排放達(dá)到2.89t，總磷0.22t，這些企業(yè)一般情況下建在河邊，廢水任意排放，污染河水水質(zhì)。據(jù)環(huán)保部門測算，流域內(nèi)年排入東牙溪水域水煮筍廢水1.6萬t[8]，未經(jīng)處理直接排放，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

5 治理措施

（1）大力加強(qiáng)飲用水源地生活污水處理設(shè)施建設(shè)，在中村鄉(xiāng)設(shè)垃圾中轉(zhuǎn)站，推進(jìn)生活污水和生活垃圾的處理。

（2）控制農(nóng)業(yè)化肥的施用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，多利用有機(jī)肥，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)；利用生物技術(shù)控制和防治病蟲害，盡量減少有毒農(nóng)藥的施用。

（3）采取封山育林、限伐等措施，調(diào)整人工林結(jié)構(gòu)，提高森林涵養(yǎng)水源的能力，充分發(fā)揮森林的生態(tài)保護(hù)能力。

（4）在庫區(qū)一定輻射范圍內(nèi)以及岸邊禁止建養(yǎng)殖場，遠(yuǎn)離下滲率較高的地區(qū)，盡量遠(yuǎn)離水土流失嚴(yán)重的地區(qū)[9]；對已經(jīng)在東牙溪干流和主要支流附近建設(shè)的養(yǎng)殖場，應(yīng)實(shí)施搬遷或取締；對干支流岸邊散養(yǎng)區(qū)，要逐步減少散養(yǎng)規(guī)模[10]。

（5）提倡清潔生產(chǎn)，采用高新技術(shù)，引導(dǎo)農(nóng)戶從分散式制筍向集中式制筍方向發(fā)展；對不合格的作坊進(jìn)行改造或淘汰，在岸邊分布的企業(yè)實(shí)施搬遷或者對其進(jìn)行嚴(yán)格管理和控制。

6 結(jié)論

本文根據(jù)東牙溪2013—2015年監(jiān)測結(jié)果，選取 Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五項(xiàng)指標(biāo)，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評價(jià)了東牙溪水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)。評價(jià)結(jié)果表明，從年均值來看，東牙溪2013—2015年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)級別均為中營養(yǎng)狀態(tài)，且營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢。從月值來看，2013—2015年各月份均為中營養(yǎng)狀態(tài)，夏秋季節(jié)是富營養(yǎng)化的高峰，冬季和春季相對較低。

東牙溪流域目前的富營養(yǎng)化程度為中營養(yǎng)狀態(tài)，分析流域富營養(yǎng)化產(chǎn)生的主要原因有農(nóng)村生活污水的排放、化肥的過量施用、水土流失、畜禽養(yǎng)殖業(yè)的大量增加以及制筍業(yè)產(chǎn)生的廢水。為了防止水環(huán)境進(jìn)一步惡化，應(yīng)根據(jù)其富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因，提出合理的防治措施，以改善水質(zhì)。

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張玉珍。