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)化評價中的應用*

李精精1張玉珍1,2,3

1.福建師范大學 2.福建省環(huán)境科學研究院 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)濟概況等資料，結合2013—2015年水質監(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，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對東牙溪水體進行富營養(yǎng)化評價。結果顯示，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)濟的發(fā)展，過量的氮、磷等營養(yǎng)物質的排放，導致氮磷比失調，造成水體中的水生生物大量繁殖，藍藻代替了其他水生生物，導致水質惡化，嚴重可發(fā)生水華。氮、磷作為水體富營養(yǎng)化的主要物質，主要來源于生活污水、含氮磷的工業(yè)廢水以及農業(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，可以在短時間出現(xiàn)，很難自凈和恢復。目前，在我國131個主要湖泊中，富營養(yǎng)化的湖泊約占51.2%，致使藍藻水華頻繁爆發(fā)，水質嚴重惡化。通過對水體富營養(yǎng)化進行評價[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)濟社會資料，結合水環(huán)境監(jiān)測結果，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評價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。

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，東牙溪于中村鄉(xiāng)境內自東向西流入沙溪，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，擔負著三明市區(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)屬于亞熱帶季風氣候，4～6月為梅雨季節(jié)，7～9月易受臺風影響，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)濟概況

流域所在的中村鄉(xiāng)距市區(qū)13km，下轄18個行政村，其中16個行政村涉及水源保護區(qū)，人口11300人。流域農業(yè)以種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)為主，化肥的使用量達到年約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村生活、畜禽養(yǎng)殖、筍干加工制作、農田、竹林、果林茶園等[5]。

自2000年，東牙溪氮磷指標增高，總氮、總磷超過二類水標準，導致水環(huán)境質量下降[7-8]，到2015年，東牙溪氮磷指標有所下降，但仍偏高。

2 湖泊富營養(yǎng)化評價方法的選擇

目前湖泊富營養(yǎng)化評價的方法主要有營養(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)法應用廣泛，簡便易行，評價結果準確性較高，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)化評價方法及分級技術規(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作為基準參數(shù)，則第種參數(shù)的歸一化的相關權重計算公式為：

表1 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chl-a的相關關系、和值[6]

表1 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chl-a的相關關系、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)化程度越嚴重。

3 富營養(yǎng)化評價結果

3.1 東牙溪年均值富營養(yǎng)化評價結果

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) 五項指標的年均值，根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算得出東牙溪營養(yǎng)狀態(tài)結果，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?？傮w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)評價結果

3.2 東牙溪按月份變化富營養(yǎng)化評價結果

分別按月份選取Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五項指標，根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進行計算，東牙溪2013～2015年各月份綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價結果見圖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)評價結果

總體來看，由2013～2015年東牙溪年均值和月值評價結果可知，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 東牙溪農村生活污水總氮年排放達到40.38t，總磷年排放0.92t[5]。農村基礎設施落后，缺乏污水設施建設，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，造成水庫水質總氮、總磷等指標超標。

4.2 東牙溪流域年化肥施用量約2000t[4]，流域農業(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，導致大量化肥滲入農田中，經(jīng)雨季沖刷，給水庫環(huán)境帶來污染，農業(yè)面源污染造成的水體污染不容忽視。

4.3在經(jīng)濟發(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不及原始森林。水土流失會導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，水體污染嚴重。經(jīng)調查，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，直接排入農田、河流，若不妥善處理，將對環(huán)境產(chǎn)生深遠影響。

4.5 目前對東牙溪水質影響較大的工業(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。據(jù)環(huán)保部門測算，流域內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，導致水質惡化。

5 治理措施

（1）大力加強飲用水源地生活污水處理設施建設，在中村鄉(xiāng)設垃圾中轉站，推進生活污水和生活垃圾的處理。

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

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

（4）在庫區(qū)一定輻射范圍內以及岸邊禁止建養(yǎng)殖場，遠離下滲率較高的地區(qū)，盡量遠離水土流失嚴重的地區(qū)[9]；對已經(jīng)在東牙溪干流和主要支流附近建設的養(yǎng)殖場，應實施搬遷或取締；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，引導農戶從分散式制筍向集中式制筍方向發(fā)展；對不合格的作坊進行改造或淘汰，在岸邊分布的企業(yè)實施搬遷或者對其進行嚴格管理和控制。

6 結論

本文根據(jù)東牙溪2013—2015年監(jiān)測結果，選取 Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五項指標，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評價了東牙溪水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)。評價結果表明，從年均值來看，東牙溪2013—2015年營養(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)境進一步惡化，應根據(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。

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福建省環(huán)?？萍加媱濏椖俊案＝ㄊ「粻I養(yǎng)化庫區(qū)型水源地應急控藻與生態(tài)修復綜合調控研究”（編號：2015R017）；

張玉珍。