張之浩， 李 威， 陳立偉， 孔晶晶

(1.中南林業(yè)科技大學 生命科學與技術(shù)學院，湖南 長沙 410003；2.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學院，湖南 長沙 410003；3.江西融大環(huán)境技術(shù)咨詢有限公司，江西 南昌 330000 )

0 引言

洞庭湖是我國第二大淡水湖，北納松滋河、虎渡河、藕池河長江三口河道分泄的洪水，西南匯湘江、資江、沅江、澧水四水，東融新墻河、汨羅江來水，江河來水進入洞庭湖調(diào)蓄后，由城陵磯注入長江.洞庭湖多年平均出湖流量為2 755億m3，為鄱陽湖的3倍，約占長江出海口多年平均徑流量30%，是長江流域乃至全國調(diào)蓄作用最大的湖泊，其對整個長江中下游地區(qū)水資源調(diào)蓄、防洪調(diào)蓄占據(jù)極其重要的地位[1].洞庭湖在維護生態(tài)平衡、保護生物多樣性和促進區(qū)域發(fā)展等方面發(fā)揮重要的作用，黨中央、國務院高度重視洞庭湖的環(huán)境綜合治理與生態(tài)保護問題.習總書記提出，長江經(jīng)濟帶要“共抓大保護，不搞大開發(fā)”“要走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路”.洞庭湖作為長江的通江湖泊，其水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)直接影響到長江中下游地區(qū)的水生態(tài)安全.2010年之前，洞庭湖水質(zhì)狀況較好，總磷是主要超標指標[2].近年來，受發(fā)展階段和發(fā)展方式制約，以及近年來入湖江河水文節(jié)律的變化，洞庭湖面臨部分地區(qū)水體污染形勢嚴峻、生態(tài)系統(tǒng)退化等問題，水體富營養(yǎng)程度和浮游植物生物量呈波動上升趨勢[2-3].磷是湖泊富營養(yǎng)化的主要限制性因子，控制水體中磷濃度能有效治理湖泊水體富營養(yǎng)化[4].

2018年洞庭湖總體水質(zhì)為Ⅳ類，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為48.2，屬于中營養(yǎng)狀態(tài).從監(jiān)測斷面看，洞庭湖區(qū)11個國控監(jiān)測斷面水質(zhì)均為Ⅳ類.其中，東洞庭湖部分監(jiān)測斷面水質(zhì)相對較差，部分斷面達到輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，部分水域曾連續(xù)多年發(fā)生水華.洞庭湖出口監(jiān)測斷面水質(zhì)為Ⅳ類，為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)[2].洞庭湖水系連通復雜，污染物來源及特征具有復雜性、多變性.湘、資、沅、澧四水輸入及湖區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活源是洞庭湖總磷污染的主要來源，本文研究了洞庭湖流域2015—2020年水質(zhì)及總磷污染物變化趨勢，分析了入湖四水總磷污染物濃度并對洞庭湖總磷污染物來源進行初步探討.從法律法規(guī)體系、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、全面控制污染物排放等方面提出洞庭湖總磷防治對策，以期為打贏污染防治攻堅戰(zhàn)獻計獻策.

1 洞庭湖流域總磷污染現(xiàn)狀

1.1 洞庭湖水質(zhì)情況分析

2020年，洞庭湖布了岳陽樓、鹿角、東洞庭湖等11個水質(zhì)監(jiān)測斷面.表1為洞庭湖11個水質(zhì)監(jiān)測斷面2015—2020年的水質(zhì)變化情況.

表1 洞庭湖11個水質(zhì)監(jiān)測斷面水質(zhì)類別

洞庭湖11個水質(zhì)監(jiān)測斷面，2015年3個為四類水質(zhì)，8個為五類水質(zhì)；2016年10個為四類水質(zhì)，1個為五類水質(zhì)； 2017年、2018年、2019年全部為四類水質(zhì).2020年1個為三類水質(zhì)，10個為四類水質(zhì).說明2015—2020年，洞庭湖水質(zhì)逐步改善，其中主要超標因子為總磷.

1.2 洞庭湖水質(zhì)總磷污染情況分析

由圖1、圖2可見，2015—2020年，洞庭湖11個斷面總磷呈現(xiàn)顯著下降趨勢.11個斷面總磷年均濃度從0.097～0.128 mg/L下降至0.040～0.072 mg/L.其中鹿角斷面降低幅度最大，下降了58.6%.均低于地表水Ⅲ類標準中河流總磷標準(0.2 mg/L)，但各個斷面均高于地表水Ⅲ類標準中湖、庫總磷標準(0.05 mg/L).洞庭湖作為典型過水性湖泊，其總磷污染情況不僅與湖區(qū)污染物情況有關(guān)，上游來水水質(zhì)也極大程度上影響著洞庭湖的總磷污染情況.2015—2020年，湘江、資江、沅江、澧水四水總磷年均值分別從0.092、0.080、0.105、0.083 mg/L下降到了0.054、0.053、0.043、0.048 mg/L，分別下降了41.3%、33.7%、59.0%、42.2%.洞庭湖出水斷面總磷含量隨著湘江、資江、沅江、澧水四水總磷含量的降低而降低.

圖1 2015—2020年洞庭湖斷面總磷污染物濃度均值Fig.1 Average concentration of total phosphorus pollutants in sections of Dongting Lake from 2015 to 2020

圖2 2015—2020年洞庭湖出水及四水總磷污染物濃度均值Fig.2 Average concentration of total phosphorus pollutants in the effluent of Dongting Lake and the four waters from 2015 to 2020

1.3 2019年各入湖區(qū)域濃度狀況分析

2019年，11個洞庭湖湖體斷面水質(zhì)總體為輕度污染，營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，主要污染物為總磷.其中，岳陽、常德和益陽湖區(qū)均為Ⅳ類水質(zhì)，總磷平均濃度分別為：岳陽湖區(qū)0.073 mg/L、常德湖區(qū)0.066 mg/L、益陽湖區(qū)0.059 mg/L，超標倍數(shù)為0.18～0.46倍.岳陽湖區(qū)的總磷污染相對其他兩個湖區(qū)較嚴重.

由于四水入湖口的總磷采用地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)中河流標準(Ⅲ類標準限值為0.2 mg/L)[5]，湖體和洞庭湖出口區(qū)域的總磷采用湖庫標準(Ⅲ類標準限值為0.05 mg/L)，導致四水入湖口的總磷無超標，而湖體和洞庭湖出口區(qū)域的總磷均呈現(xiàn)超標.如表2所示。

表2 2019年洞庭湖各區(qū)域的總磷年均值及超標倍數(shù)

湘、資、沅、澧四水入湖總磷污染物通量占主導因素，再加上湖區(qū)總磷匯入疊加影響.四水總磷污染物極大地影響了洞庭湖總磷污染，四水與洞庭湖“河湖共治”是控制洞庭湖總磷污染的關(guān)鍵.

2 洞庭湖流域總磷污染防控對策

2019年，湘、資、沅、澧四水入湖口總磷污染物濃度均高于地表水Ⅲ類標準限值(湖、庫標準0.05 mg/L)，四水入湖總磷污染物極大影響了洞庭湖區(qū)總磷污染物濃度.磷的過度輸入是導致水體富營養(yǎng)化的主要因素之一[6]，水體富營養(yǎng)化是由于營養(yǎng)鹽的增加而導致藻類和水生植物生產(chǎn)力的增加、水質(zhì)下降等一系列變化的現(xiàn)象[7].水體由于營養(yǎng)鹽的輸入輸出失去平衡性，從而導致水生態(tài)系統(tǒng)物種分布失衡，單一物種瘋長，破壞了系統(tǒng)的物質(zhì)與能量的流動，使整個水生態(tài)系統(tǒng)逐漸走向滅亡.磷作為反映湖泊富營養(yǎng)化程度和初級生產(chǎn)力的重要指標，大部分以有機磷形態(tài)存在.Wetzel[8]指出有機磷中 70%以顆粒態(tài)磷存在，這導致磷極易滯留在湖泊中，導致沉積物中磷含量升高.在一定的氣候條件下，沉積物中磷大量釋放導致水華爆發(fā)風險的增加.

Schelske等[9]認為控制污染物來源是防治水體富營養(yǎng)化的根本辦法.2020年《湖南省第二次全國污染源普查公報》[10]數(shù)據(jù)顯示，洞庭湖湖區(qū)(湖南部分)總磷污染排放量為0.43萬噸，湘江、資江、沅江、澧水四水流域總磷污染物排放量分別為1.06、0.33、0.27、0.11萬噸.四水流域總磷污染物排放總量遠大于洞庭湖湖區(qū)，湘江是洞庭湖區(qū)域磷污染物主要來源之一[11].洞庭湖總磷污染物濃度與四水來水中磷污染濃度密切相關(guān)，四水與洞庭湖“河湖共治”是控制洞庭湖總磷污染的關(guān)鍵方法；洞庭湖區(qū)以洞庭湖為中心，覆蓋岳陽、常德、益陽3市范圍內(nèi)20多個縣市區(qū).該地區(qū)是我國重要的畜禽養(yǎng)殖、水稻種植基地.養(yǎng)殖廢水、農(nóng)田灌溉水的排放注入了大量磷污染物，以2008年為例，畜禽養(yǎng)殖廢物中磷的流失導致進入洞庭湖總磷3 347 噸[11].

為使洞庭湖水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化趨勢得到遏制，控制洞庭湖流域總磷污染，近年來各級政府、相關(guān)部門陸續(xù)發(fā)布了《湖南省水污染防治目標責任書》《洞庭湖水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》《洞庭湖生態(tài)環(huán)境專項整治三年行動計劃(2018—2020年)》《中共湖南省委關(guān)于堅持生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展深入實施長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略大力推動湖南高質(zhì)量發(fā)展的決議》等多項文件[12]，嚴格控制污染物入湖總量，降低水體富營養(yǎng)化程度.但2021年中央生態(tài)環(huán)境保護督察情況顯示，洞庭湖化肥減量、控制農(nóng)業(yè)源磷污染物排放方面存在不足，未達到《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》[13]要求：洞庭湖周邊地區(qū)2020年化肥使用量比2015年減少10%以上.為加強洞庭湖總磷污染物控制目標，在治理過程中需從如下幾方面加強防控。

2.1 全面控制污染物排放

與其他研究相似，四水及湖區(qū)入湖總磷污染物通量是洞庭湖總磷污染來源的主要部分(如表2所示).劉詠梅等[14]認為應控制四水來水水質(zhì)，通過聯(lián)合調(diào)度的方式改善洞庭湖水質(zhì)情況.嚴格實施入湖污染物管控，從源頭控制污染物是抑制洞庭湖水體富營養(yǎng)化的重要手段.污染源防治措施主要分為農(nóng)業(yè)面源污染控制、工業(yè)點源污染控制、城鎮(zhèn)污水處理.在綜合考慮現(xiàn)狀污染負荷量的基礎(chǔ)上，分類型、分階段地降低總磷等主要污染物入湖的總量[15].

在農(nóng)業(yè)上，推廣農(nóng)田最佳養(yǎng)分管理模式，并建立專業(yè)團隊進行科學指導.在洞庭湖區(qū)全面推廣測土配方施肥，推進化肥減施增效.在水稻種植區(qū)推廣水稻精確定量施肥，優(yōu)化農(nóng)藝管理措施，控制化肥農(nóng)藥用量，減少總磷排放[16].建立省、市、縣、鄉(xiāng)各級專業(yè)團隊，指導農(nóng)民科學進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，“增產(chǎn)不增施”；因地制宜構(gòu)建種植業(yè)尾水及農(nóng)田地表徑流的生態(tài)攔截屏障與尾水回用工程.在洞庭湖區(qū)種植業(yè)集中地區(qū)構(gòu)筑高效脫氮除磷滯留槽、人工濕地等生態(tài)工程，合理推進3R(減源-攔截-修復)技術(shù)，延長污染物質(zhì)的遷移路徑，利用生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部自我消納的能力，實現(xiàn)總磷等污染物的有效控制與養(yǎng)分的高效利用；建立大中型規(guī)模畜禽養(yǎng)殖污染治理體系，提高畜禽養(yǎng)殖場固體糞污處理利用率；推廣池塘循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)，鼓勵立體養(yǎng)殖，逐步實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水凈化處理和循環(huán)利用.工業(yè)上，積極推行清潔生產(chǎn)，加強工業(yè)集聚區(qū)污染治理，推進重點行業(yè)氮磷排放總量控制[17].對重點企業(yè)、飲用水水源地及洞庭湖生態(tài)監(jiān)控點加強網(wǎng)上監(jiān)管，開展實時監(jiān)控，對各類入湖排污口開展排查監(jiān)測和重點治理；推進城鎮(zhèn)生活污水處理提質(zhì)增效，補齊短板，提升系統(tǒng)效能.加大城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設(shè)力度，強化城中村、老舊城區(qū)和城鄉(xiāng)接合部管網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)旱天無生活污水直排.

2.2 河湖共治，連通水系

洞庭湖面積廣闊，水系復雜，污染源來源復雜多樣，不同湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)存在強烈的時空異質(zhì)性，不同湖區(qū)磷元素本底值、水體富營養(yǎng)化程度及其影響因素均存在差異.研究表明，水體總磷濃度與泥沙中總磷污染物含量具有顯著相關(guān)性，總磷易吸附在泥沙等湖泊沉積物中[18].但隨著水文環(huán)境的變化，吸附在沉積物中總磷會被重新釋放到水體中，這使得湖泊水體中營養(yǎng)鹽的增加應該是外源性輸入和內(nèi)源釋放綜合作用的結(jié)果[19-20].所以即使控制了外源污染物的進入，內(nèi)源釋放的總磷污染物依然可能使水體處于營養(yǎng)化狀態(tài)；控制洞庭湖總磷污染，除控制入湖污染物外，應對洞庭湖入湖河道及部分湖區(qū)底泥展開綜合治理，凈化內(nèi)源污染物.研究并實施一批水系連通工程，連通洞庭湖與湘、資、沅、澧四水，增強河湖水體流動性，形成引排順暢、蓄滯得當、豐枯調(diào)劑、多源互補、可調(diào)可控的脈絡相通的水網(wǎng)體系，促進水質(zhì)改善.

2.3 發(fā)展綠色經(jīng)濟，強化科技支撐

加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動形成綠色生產(chǎn)方式.對涉磷重污染企業(yè)按規(guī)定實行強制性清潔生產(chǎn)審核，開展清潔化改造，新建、改造、擴建項目實行主要污染物排放等量或減量置換.發(fā)展精細農(nóng)業(yè)，發(fā)展高效生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè).大力推行用養(yǎng)結(jié)合的耕作模式，發(fā)展“綠肥—中稻—再生稻”等良性循環(huán)的種植模式，對農(nóng)作物低產(chǎn)低效低質(zhì)區(qū)推行合理的輪作、間作，減少高氮肥磷肥施用作物種植面積.

整合科技資源，加強科技攻關(guān).通過相關(guān)科技計劃(專項基金)等，加快農(nóng)業(yè)面源污染治理、高效脫氮除磷等技術(shù)的研發(fā).建立省、市、縣、鄉(xiāng)各級專業(yè)團隊，指導農(nóng)民加強水生態(tài)保護、水環(huán)境監(jiān)控預警、水處理工藝技術(shù)裝備等領(lǐng)域的交流合作.加快技術(shù)成果的推廣與應用，切實提高流域水環(huán)境治理能力.四水及洞庭湖區(qū)域市縣分級制定總磷污染物減量方案，并建立考核制度體系.從2021年中央生態(tài)環(huán)境保護督察反饋情況看，湖區(qū)部分地區(qū)存在總磷污染物減量方案缺失，化肥減量數(shù)據(jù)不實等情況，建立有效監(jiān)察、考核制度，將總磷防治措施落到實處，對控制洞庭湖總磷污染起關(guān)鍵作用；另外，需加快洞庭湖流域水污染綜合整治法律法規(guī)、標準修訂步伐，考慮湖庫、河流總磷污染物標準限值差異等問題，制定相關(guān)流域排放標準.

3 結(jié)論

2015-2020年，洞庭湖水質(zhì)逐步改善.湖區(qū)11個水質(zhì)監(jiān)測斷面到2020年全部改善為Ⅳ類水以上.湘江、資江、沅江、澧水四水總磷年均值分別從0.092、0.080、0.105、0.083 mg/L下降到了0.054、0.053、0.043、0.048 mg/L，分別下降了41.3%、33.7%、59.0%、42.2%，四水來水中總磷含量的減少使得洞庭湖總磷污染問題逐步改善，湖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測斷面總磷呈現(xiàn)顯著下降趨勢.11個斷面總磷年均濃度從0.097～0.128 mg/L下降至0.040～0.072 mg/L.其中，降幅最大的斷面達到了58.6%.各個斷面均低于地表水Ⅲ類標準中河流總磷標準(0.2 mg/L)，但均高于地表水Ⅲ類標準中湖、庫總磷標準(0.05 mg/L).為繼續(xù)推進洞庭湖水環(huán)境狀況穩(wěn)中向好發(fā)展，保護湖區(qū)生態(tài)環(huán)境，需要進一步強化以下方面：1)全面控制污染物排放，重點推進農(nóng)業(yè)面源污染治理.完善政策法規(guī)標準體系建設(shè)，加快洞庭湖流域水污染綜合整治法律法規(guī)修訂步伐，制定流域排放標準；2)河湖共治，連通水系，增強河湖水體流動性，凈化內(nèi)源污染物，形成可調(diào)可控、脈絡相通的水網(wǎng)體系；3) 加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動形成綠色生產(chǎn)方式，強化科技支撐.