林日彭,倪兆奎,郭舒琨,4,龔佳健,4,王圣瑞,4*

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近25年洞庭湖水質(zhì)演變趨勢(shì)及下降風(fēng)險(xiǎn)

林日彭1,2,3,倪兆奎2,3,郭舒琨2,3,4,龔佳健2,3,4,王圣瑞1,2,3,4*

(1.南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院,鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330031；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,北京 100875；3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012；4.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北 宜昌 443002)

利用1991~2015年水質(zhì)數(shù)據(jù)研究了洞庭湖水質(zhì)演變特征,識(shí)別了主要驅(qū)動(dòng)因子,并探討了水質(zhì)下降對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響.結(jié)果表明,1991~2015年間,洞庭湖水質(zhì)總體呈下降趨勢(shì),TN和TP是影響水質(zhì)變化的主要指標(biāo),其濃度年均值分別介于1.060~2.072mg/L和0.026~0.146mg/L;其中,1991~2002年間,TN和TP濃度均顯著上升,多元回歸分析顯示水位和泥沙淤積是導(dǎo)致洞庭湖TN和TP濃度升高的主要因素; 2003~2015年間,TN濃度進(jìn)一步明顯上升,而TP濃度維持高位,波動(dòng)變化,氮、磷負(fù)荷輸入量和水位是影響TN和TP濃度變化的主要因素.洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)則由輕微風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹械蕊L(fēng)險(xiǎn),TP是影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要水質(zhì)指標(biāo);受洪水、農(nóng)業(yè)面源污染和城市化等影響,洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空差異較大,1991~2008年間,各湖區(qū)磷風(fēng)險(xiǎn)均有所升高,其中西洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)增長(zhǎng)幅度最大;2009~2015年,各湖區(qū)磷風(fēng)險(xiǎn)均有所降低,其中西洞庭湖下降幅度最大,而東洞庭湖下降幅度較小.因此,進(jìn)一步控制入湖氮磷負(fù)荷、優(yōu)化水位及重點(diǎn)關(guān)注磷風(fēng)險(xiǎn)是保護(hù)洞庭湖水生態(tài)的重要舉措.

洞庭湖水質(zhì)演變；驅(qū)動(dòng)因子；磷風(fēng)險(xiǎn)；TN和TP

洞庭湖是我國(guó)第二大淡水湖泊,是長(zhǎng)江流域重要的調(diào)蓄湖泊和水源地,其分流和調(diào)蓄作用對(duì)長(zhǎng)江中下游防洪和水資源利用舉足輕重[1].此外,洞庭湖也是我國(guó)重要的淡水資源儲(chǔ)備地,更是洞庭湖區(qū)乃至長(zhǎng)江中下游民眾重要的生活飲用水源地,其水質(zhì)狀況直接影響區(qū)域生態(tài)平衡和民眾身體健康.然而,相關(guān)研究表明[2-6],近25年來(lái)隨著流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,洞庭湖水質(zhì)呈明顯下降趨勢(shì),已經(jīng)影響了當(dāng)?shù)仫嬘盟踩c湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康.

目前,針對(duì)洞庭湖水污染問(wèn)題研究較多.王旭等[7]的研究成果表明,洞庭湖水質(zhì)變化與水位和流量有較好相關(guān)性,隨流量與水位下降,洞庭湖水質(zhì)呈逐漸下降趨勢(shì);張光貴等[8]采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)三峽工程運(yùn)行前后洞庭湖水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià),表明洞庭湖水質(zhì)變化與流域氮磷污染加劇和來(lái)水來(lái)沙量等有關(guān);姜加虎等[9]認(rèn)為泥沙淤積使洞庭湖洲灘面積擴(kuò)張,導(dǎo)致洞庭湖各湖區(qū)水質(zhì)差異.然而,已有研究更多的是關(guān)注洞庭湖水質(zhì)變化,而針對(duì)變化原因解析,特別是針對(duì)水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的研究則較少,而這一問(wèn)題正是洞庭湖保護(hù)治理需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一.研究洞庭湖水質(zhì)下降原因,并探討其風(fēng)險(xiǎn)對(duì)針對(duì)性的提出保護(hù)治理對(duì)策建議具有重要意義.

基于以上考慮,本文利用1991~2015年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),研究探討了洞庭湖水質(zhì)演變的階段性特征,識(shí)別了洞庭湖水質(zhì)下降的主要驅(qū)動(dòng)因素,并評(píng)估了不同區(qū)域水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn),以其為保障洞庭湖的水環(huán)境安全提供理論和數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洞庭湖是長(zhǎng)江中下游大型通江湖泊,由西洞庭湖、南洞庭湖和東洞庭湖組成,具有高水湖相,低水河相的水文特征.它吸納長(zhǎng)江荊江段松滋、藕池、太平三口的分流,同時(shí)接納湘、資、沅、澧四水,最后在城陵磯匯入長(zhǎng)江,構(gòu)成了一個(gè)龐大且復(fù)雜的吞吐型湖泊系統(tǒng).

洞庭湖處于復(fù)雜的“江-湖-庫(kù)”系統(tǒng)中,是與長(zhǎng)江互聯(lián)互通的重要調(diào)蓄湖泊,江湖水情變化對(duì)流域水資源利用與水環(huán)境產(chǎn)生了一系列影響[10-11],三峽水庫(kù)運(yùn)行,減緩了洞庭湖泥沙淤積速率,減少了上游來(lái)水量,給洞庭湖水環(huán)境質(zhì)量造成了一定影響[12-13].

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與樣品采集

1991~2015年洞庭湖水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院洞庭湖江湖關(guān)系變化野外觀測(cè)研究站和湖南省洞庭湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;水位與徑流輸沙量數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)總院,湖南省水情日?qǐng)?bào)表(http://www.hnsw.com.cn)和湖北省江河水情報(bào)表,其他數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒和相關(guān)文獻(xiàn).

本研究所用監(jiān)測(cè)點(diǎn)位根據(jù)湖南省洞庭湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,全湖共設(shè)11個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(圖1),包括西洞庭湖的南嘴、蔣家嘴和小河嘴;南洞庭湖的萬(wàn)子湖、楊柳站、橫嶺湖和虞公廟;東洞庭湖的鹿角、東洞庭湖、洞庭湖出口和岳陽(yáng)樓.每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)左、中、右3條垂線,分別采集表層(0.5m)水樣.

圖1 洞庭湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面

本研究所用水質(zhì)指標(biāo)TN用過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法(HJ636—2012),TP用鉬銻抗分光光度法,CODMn用酸性法,CODCr用重鉻酸鉀法,NH3-N用納氏試劑光度法[14]測(cè)定.各指標(biāo)水質(zhì)類(lèi)別根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)劃分[15].

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

利用Excel2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,采用SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、Pearson相關(guān)性分析以及回歸分析、選用Spearman秩相關(guān)系數(shù)進(jìn)行Daniel趨勢(shì)檢驗(yàn),使用OriginPro8.0作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 洞庭湖水質(zhì)演變趨勢(shì)

總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量(CODCr)和高錳酸鉀指數(shù)是湖泊研究中常用的水質(zhì)指標(biāo),本研究通過(guò)分析以上5個(gè)指標(biāo)變化,探究洞庭湖水質(zhì)歷史變化趨勢(shì).為便于對(duì)比分析,根據(jù)25年水文突變過(guò)程,以及長(zhǎng)江中上游及湖南四水流域水利工程建設(shè)與運(yùn)行時(shí)間[16-20],將近25年分成三個(gè)階段;第1階段1991~2002年(三峽工程運(yùn)行前);第2階段2003~ 2008年(三峽運(yùn)行初期);第3階段2009~2015年(三峽運(yùn)行后期).

洞庭湖TN濃度在1991~2015年間總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),波動(dòng)范圍在1.060~2.072mg/L之間,TN濃度由接近III類(lèi)水質(zhì)轉(zhuǎn)為V類(lèi)水質(zhì)(圖2);其中1991~2002年間波動(dòng)較大,TN濃度總體處于IV類(lèi)水質(zhì),在1999年出現(xiàn)峰值;2003~2008年間變化平穩(wěn), TN濃度保持在IV類(lèi)水質(zhì);2008年以后明顯升高,該階段TN平均濃度是上一階段的1.3倍,TN濃度上升到V類(lèi)水質(zhì).

TP年均濃度變化趨勢(shì)不如TN明顯,表現(xiàn)為有升有降,基本在IV類(lèi)水平線上波動(dòng),其變化在0.026~ 0.146mg/L之間.其中1991~2002年間波動(dòng)較大,TP濃度從較好的III類(lèi)水質(zhì)上升到IV類(lèi)水質(zhì),在1999年出現(xiàn)峰值;2003~2008年間TP濃度總體處于V類(lèi)水質(zhì),該階段TP平均濃度是上一階段的2.13倍;2008年以后開(kāi)始呈下降趨勢(shì),TP濃度也從V類(lèi)水質(zhì)下降為IV類(lèi)水質(zhì).

化學(xué)需氧量(CODCr)年均濃度變化較大,出現(xiàn)了多次突變.其中1991~2002年間,CODCr濃度由極好的I類(lèi)水質(zhì)轉(zhuǎn)為較好的III類(lèi)水質(zhì),其最大值是最小值的2.5倍;2003年以后CODCr濃度在I類(lèi)水平線上浮動(dòng).

圖2 1991~2015年洞庭湖主要水質(zhì)指標(biāo)的逐年變化趨勢(shì)

高錳酸鉀指數(shù)和氨氮的年均濃度都處于較好的II類(lèi)水質(zhì),都出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì),其中高錳酸鉀指數(shù)在第3階段的平均濃度較前兩階段平均濃度縮小了50%,氨氮在第3階段平均值較第2階段也縮小了近30%.

各指標(biāo)近25年趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果表明(表1),TN年均濃度的秩相關(guān)系數(shù)為0.764,表明TN年均濃度呈極顯著上升趨勢(shì)(<0.01),即近25年,洞庭湖水質(zhì)總氮指標(biāo)呈加重趨勢(shì);TP年均濃度的秩相關(guān)系數(shù)為0.462,表明TP年均濃度呈顯著上升趨勢(shì)(<0.05),與李有志等[5]得出的結(jié)論一致,即總磷也是影響洞庭湖水質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo);而對(duì)于CODCr、高錳酸鉀指數(shù)和氨氮的年均濃度均呈不顯著上升和下降趨勢(shì),對(duì)洞庭湖水質(zhì)影響較小.

表1 洞庭湖TN、TP、CODMn、NH3-N和CODCr演變特征統(tǒng)計(jì)分析

注:值>0表明呈上升趨勢(shì),>W表明達(dá)到顯著或極顯著水平.

2.2 洞庭湖各湖區(qū)水質(zhì)演變特征

洞庭湖各湖區(qū)水質(zhì)長(zhǎng)期變化趨勢(shì)定量分析結(jié)果(表2)表明,過(guò)去25年里洞庭湖3個(gè)湖區(qū)TN濃度均呈極顯著上升趨勢(shì)(>0,<0.01),TP濃度也呈顯著上升趨勢(shì)(>0,<0.05),而CODCr、高錳酸鉀指數(shù)、NH3~N濃度總體呈不顯著上升趨勢(shì),其引起洞庭湖水質(zhì)下降主要與TN和TP濃度升高有關(guān).

表2 洞庭湖各湖區(qū)TN、TP、CODCr、CODMn和NH3-N演變特征統(tǒng)計(jì)分析

注:值>0表明呈上升趨勢(shì),>W表明達(dá)到顯著或極顯著水平.

圖3 1991~2015年洞庭湖各湖區(qū)TN和TP演變特征

就洞庭湖水質(zhì)的空間分布而言,TN和TP濃度在東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖變化各不相同,其中TN濃度總體表現(xiàn)為東洞庭湖>南洞庭湖>西洞庭湖(圖3).就變化趨勢(shì)而言,南洞庭湖和西洞庭湖TN濃度在2009年之前總體處于IV類(lèi)水質(zhì),之后開(kāi)始出現(xiàn)顯著上升,水質(zhì)一度由III類(lèi)上升為V類(lèi)甚至達(dá)到了劣V類(lèi),這一趨勢(shì)與全湖TN濃度變化趨勢(shì)相似,而東洞庭湖TN濃度在2009年之前就出現(xiàn)了IV類(lèi)和V類(lèi)水質(zhì),對(duì)洞庭湖全湖TN濃度貢獻(xiàn)最大;TP濃度在東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖變化差異性極小,3個(gè)湖區(qū)TP濃度都由較好的III類(lèi)水質(zhì)變成了V類(lèi)水質(zhì),與全湖TP濃度變化相似,就變化趨勢(shì)而言,2003年之前,西洞庭湖TP濃度總體高于東洞庭湖和南洞庭湖,而2009年以后,東洞庭湖TP濃度高于西洞庭湖和南洞庭湖.

3 討論

3.1 洞庭湖各階段水質(zhì)變化驅(qū)動(dòng)因子分析

隨著三峽工程的運(yùn)行,江湖關(guān)系演變將對(duì)洞庭湖地區(qū)及長(zhǎng)江中下游的防洪、水資源、水環(huán)境產(chǎn)生重要影響,洞庭湖來(lái)水來(lái)沙及城陵磯水位變化是江湖關(guān)系演變的重要表現(xiàn).加之洞庭湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展,入湖污染負(fù)荷的逐年增加,洞庭湖水質(zhì)呈下降趨勢(shì)[21].因此,針對(duì)以上因素分析洞庭湖各階段水質(zhì)變化驅(qū)動(dòng)因子至關(guān)重要.

本研究用入湖徑流量表示入湖水量、水位用城陵磯年平均水位表示、洲灘用年洲灘面積表示、泥沙用年泥沙淤積量表示,入湖污染負(fù)荷選用氮磷污染負(fù)荷表示,所用數(shù)據(jù)均為年均值.通過(guò)與主要水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性和回歸分析得出各階段驅(qū)動(dòng)因素(本研究采用回歸分析中的數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布和殘差方差齊性;Pearson相關(guān)性分析中的數(shù)據(jù)大多數(shù)服從正態(tài)分布但氨氮出現(xiàn)略微偏態(tài),對(duì)略微偏態(tài)的數(shù)據(jù)用Spearman方法進(jìn)行分析).

通過(guò)1991~2015年間洞庭湖及各湖區(qū)水質(zhì)變化趨勢(shì)可知(圖2和圖3),影響其水質(zhì)變化的主要水質(zhì)指標(biāo)為T(mén)N和TP.從主要水質(zhì)指標(biāo)與影響因子相關(guān)性分析可知(表3).TN和TP與水位、泥沙淤積量和氮磷負(fù)荷入湖量呈顯著相關(guān)(<0.05).其中TN與水位呈極顯著相關(guān)(<0.01),與王旭等[7]研究結(jié)果一致;由于入湖泥沙是TP的重要來(lái)源[22],TP與泥沙淤積量呈極顯著相關(guān)(<0.01),由洞庭湖TP濃度年際變化趨勢(shì)(圖2)與年泥沙淤積量變化可見(jiàn)(圖4).

表3 洞庭湖主要水質(zhì)指標(biāo)與影響因子之間的Pearson相關(guān)性分析

注:*表示顯著相關(guān)(<0.05);**表示極顯著相關(guān)(<0.01).

表4 水質(zhì)指標(biāo)與影響因子之間的回歸分析的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)

在1991~2002年間,洞庭湖水質(zhì)總體處于IV類(lèi),TN和TP是影響洞庭湖水質(zhì)的主要指標(biāo),根據(jù)回歸分析結(jié)果可知(表4),該時(shí)期洞庭湖TN和TP指標(biāo)主要受水位和泥沙淤積量的影響.由于該階段洞庭湖爆發(fā)多次洪水(1996、1998、1999)[23],攜帶大量農(nóng)業(yè)面源污染物,導(dǎo)致湖泊水體的氮、磷等污染物濃度升高[24-25].加之,這一階段洞庭湖來(lái)沙量巨大,“三口”年均來(lái)沙7×107~1×108t,“四水”來(lái)沙1.6×107~2.8×107t[26],而泥沙作為水體中氮、磷等污染物遷移轉(zhuǎn)化的重要載體,在這一時(shí)期呈波動(dòng)上升趨勢(shì)(圖4),使湖泊氮、磷濃度進(jìn)一步升高.申銳莉等[27]研究也認(rèn)為洪水明顯導(dǎo)致了洞庭湖水質(zhì)下降,說(shuō)明這一時(shí)期洞庭湖流域面源污染較嚴(yán)重,其主要是水土流失、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)藥化肥、畜禽量糞便等污染造成的[28].在空間分布上,東洞庭湖受影響最大,其主要是東洞庭湖是洞庭湖湖水的匯集地,污染物在此積累[4,29],加之長(zhǎng)江水流頂托作用,使大量懸浮物聚集在東洞庭湖出口[30],而南洞庭湖受影響最小,原因是洞庭湖來(lái)水來(lái)沙主要是通過(guò)西洞庭湖的“三口”進(jìn)入.

在2003~2008年間,洞庭湖水質(zhì)總體處于IV類(lèi)到V類(lèi),根據(jù)回歸分析結(jié)果可知(表4),該時(shí)期TN和TP主要受氮磷入湖負(fù)荷量和水位影響.由于自2003年后,洞庭湖受城市工業(yè)污染比重開(kāi)始下降,農(nóng)業(yè)污染比重開(kāi)始逐漸上升[31],導(dǎo)致氮、磷入湖負(fù)荷量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì),遞增速率達(dá)到了6.72萬(wàn)t/y(圖4).加之,這一階段水位較上一階段總體呈下降趨勢(shì),使得湖泊面積開(kāi)始縮小,減小了水體的自凈能力[32-34],排入的氮磷污染物不能及時(shí)被稀釋,導(dǎo)致TN和TP濃度較上一階段明顯升高.而由于三峽工程的運(yùn)行,減緩了長(zhǎng)江輸入洞庭湖泥沙的淤積速率(圖4),減少了洞庭湖上游的來(lái)水量,改變了水位變化規(guī)律[35-36],導(dǎo)致TN和TP濃度增長(zhǎng)速度放緩,這一結(jié)論與申銳莉等[3]的研究結(jié)果相符.

在2009~2015年間,洞庭湖水質(zhì)總體處于V類(lèi),根據(jù)回歸分析結(jié)果可知(表4),該時(shí)期TN、TP濃度主要受氮磷入湖負(fù)荷量和水位影響,雖然總?cè)牒?fù)荷量呈下降趨勢(shì),但氮負(fù)荷入湖量呈增加趨勢(shì)(圖4)與王巖等[37]的研究結(jié)果一致,而磷負(fù)荷入湖量呈下降趨勢(shì),泥沙作為T(mén)P的重要來(lái)源[22],這一時(shí)期也呈下降趨勢(shì)(圖4).因此,TP濃度在該時(shí)期處于波動(dòng),TN濃度出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖2和圖3).加之三峽工程的運(yùn)行和嚴(yán)重干旱等原因?qū)е氯牒繙p少,水體交換不暢,削弱了湖泊水體自凈能力[2,38-39],因而造成了洞庭湖水質(zhì)的進(jìn)一步下降.

3.2 洞庭湖水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)上文分析可知,洞庭湖水質(zhì)呈下降趨勢(shì),水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn)成為保護(hù)洞庭湖水環(huán)境需要關(guān)注的重要問(wèn)題.區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指受一個(gè)或多個(gè)脅迫因素影響后,對(duì)不利后果出現(xiàn)的可能性進(jìn)行評(píng)估[40].在比較各種區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上,本研究選取盧宏瑋等[41]所用氮磷污染風(fēng)險(xiǎn)值法對(duì)洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),以表征洞庭湖水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn).

3.2.1 氮、磷污染風(fēng)險(xiǎn)值的確定 由于氮、磷是洞庭湖主要污染指標(biāo),其濃度對(duì)洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一定影響,因而將氮磷指標(biāo)作為重要因素納入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系非常必要的,由此得出的評(píng)價(jià)結(jié)果也更為系統(tǒng)和全面,而氮、磷污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害系數(shù)是根據(jù)其毒性大小制定,因此引入氮、磷毒性系數(shù).根據(jù)盧宏瑋等[41]所得出的氮、磷毒性系數(shù)1.4和27,由此氮、磷的風(fēng)險(xiǎn)值可由下獲得:

式中:為毒性污染指數(shù),C為第種污染物的實(shí)測(cè)濃度;C為第種污染物的標(biāo)準(zhǔn)濃度(該污染物的國(guó)家地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn));K為第種污染物的毒性危害系數(shù);—污染物種類(lèi).

3.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 根據(jù)1991~2015年間氮磷風(fēng)險(xiǎn)值變化(圖5),并結(jié)合洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平相關(guān)研究[18-19,42]可知,洞庭湖在1991~2015年間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)由輕微向中等風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變,TP是影響洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最主要的水質(zhì)指標(biāo),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害由輕微向中等轉(zhuǎn)變(表5);而TN對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害一直屬于輕微狀態(tài),對(duì)洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較小.

表5 Pi與危害程度的關(guān)系

就空間分布而言,在1991~2015年間,各湖區(qū)TP風(fēng)險(xiǎn)對(duì)洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)危害大小不一,其中,在1991~2008年間,各湖區(qū)磷風(fēng)險(xiǎn)均有所升高,其中西洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)值增長(zhǎng)幅度最大,對(duì)洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)危害最大,其對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)最大,在1999、2004、2008年對(duì)該區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)造成了強(qiáng)的危害,主要是由于爆發(fā)的特大洪水,導(dǎo)致大量的農(nóng)業(yè)面源污染物進(jìn)入到水體中,以及干旱引起的水位下降,導(dǎo)致水體自凈能力下降,使得污染物濃度上升;2009~2015年間,洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)穩(wěn)定在中等水平[42-43],各湖區(qū)磷風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)下降趨勢(shì),但東洞庭湖下降幅度較小,對(duì)洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)變大,主要是因?yàn)闁|南部城市化過(guò)程,使流入東洞庭湖泥沙量大為增加,帶入的磷含量相應(yīng)的增多.為此,針對(duì)洞庭湖因水質(zhì)下降而導(dǎo)致洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變,需針對(duì)洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制,尤其需針對(duì)東、西湖區(qū)的磷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制.

4 結(jié)論

4.1 近25年(1991~2015),洞庭湖TN和TP濃度的年均值分別為1.060~2.072mg/L和0.026~0.146mg/L, TN濃度呈極顯著上升趨勢(shì)(<0.01),TP濃度呈顯著上升趨勢(shì)(<0.05),是影響洞庭湖水質(zhì)的主要水質(zhì)指標(biāo);空間分布上,總氮濃度差異性較大,表現(xiàn)為東洞庭湖>南洞庭湖>西洞庭湖,而總磷濃度空間差異較小,不同湖區(qū)趨于均勻.

4.2 不同階段洞庭湖水質(zhì)影響因素差異較大,其中1991~2002年間,洞庭湖水質(zhì)主要受水位和泥沙淤積影響;2003~2015年間的兩個(gè)階段,主要受入湖氮磷負(fù)荷和水位影響.

4.3 全湖而言,近25年,洞庭湖水體TP濃度升高對(duì)水質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較大,TN貢獻(xiàn)較低;不同湖區(qū), 1991~2008年間,西洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)增長(zhǎng)幅度最大,是洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)最大的湖區(qū);2009年以后,東洞庭湖磷風(fēng)險(xiǎn)下降幅度最小,對(duì)洞庭湖生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)變大.

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The trend and downside risk of water quality evolution in Dongting Lake in recent 25 years.

LIN Ri-peng1,2,3, Ni Zhao-kui2,3, GUO Shu-kun2,3,4, GONG Jia-jian2,3,4, WANG Sheng-rui1,2,3,4*

(1.Key Laboratory of Poyang Lake Environment and Resource Utilization, Ministry of Education, School of Resources Environmental & Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China；2.College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；3.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；4.College of Hydraulic& Environmental Engineering, China Three Gorges University, Yichang 443002, China)., 2018,38(12)：4636~4643

The evolution characteristics of water quality and major driving factors were investigated by using the data from 1991 to 2015 in Dongting Lake. The effects of declining of water quality on aquatic ecological risks also discussed in this study. The results showed that the water quality declined from 1991 to 2015. TN and TP were the major indexes that caused water quality decline, with the concentrations ranged from 1.06~2.07 and 0.026~0.146, respectively. From 1991 to 2002, the concentrations of TN and TP increased significantly, which could be the effects of water level and sedimentation according to the multiple regression analysis. From 2003 to 2015, TN concentration continuous to increase but TP was relatively stable, which resulted from nitrogen and phosphorus load input and water level. The level of ecological risk of Dongtimg Lake transformed from slightly to moderately from 1991 to 2015. The flood and enhanced agricultural nonpoint source pollution and urbanization were the main drivers, from 1991~2008, the risk all increased in different, especially in western district of Dongting Lake. From 2009 to 2015, the risk in different regions declined, the decrease of eastern district were more significant than western district. Therefore, to protect aquatic ecosystem of Dongting Lake, optimization of hydrologic condition, control of nutrients loading and particular focus on P risk were the most important strategies.

the water quality evolution of Dongting Lake；driving factors；phosphorus risk；TN and TP

X524

A

1000-6923(2018)12-4636-08

林日彭(1992-),男,江西上饒人,南昌大學(xué)碩士研究生,主要從事湖泊水環(huán)境研究.

2018-05-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2014BAC09B02);萬(wàn)人計(jì)劃項(xiàng)目(312232102)

*責(zé)任作者, 教授, wangsr2017@bnu.edu.cn