金文龍，周 維

(蘇州市環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215007)

1 前 言

我國(guó)重點(diǎn)流域治理經(jīng)驗(yàn)表明，湖泊一旦污染，有的將不可逆轉(zhuǎn)，治理成本巨大。保護(hù)湖泊生態(tài)環(huán)境具有重要意義[1-2]。陽(yáng)澄湖是太湖平原第三大淡水湖，位于蘇南工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，為典型城市淺水湖泊，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用[3-4]。近年來(lái)，由于周邊工農(nóng)業(yè)及生活污水的排放，陽(yáng)澄湖的氮磷污染及富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題正越來(lái)越受到研究者們的關(guān)注：梁長(zhǎng)蓂等[5]利用2002～2012年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)陽(yáng)澄湖營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程及其趨勢(shì)進(jìn)行了研判；呂文等[6]對(duì)陽(yáng)澄西湖的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)及營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空變化特征進(jìn)行了分析；桂智凡等[7]分析了陽(yáng)澄湖氮磷的污染現(xiàn)狀及豐枯水期的變化特征，并識(shí)別了導(dǎo)致這些變化的主要原因是養(yǎng)殖活動(dòng)和底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放等；劉洋等[8]通過(guò)陽(yáng)澄湖主要河道2006～2009年水質(zhì)數(shù)據(jù)，對(duì)陽(yáng)澄湖水污染成因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的整治對(duì)策；宋學(xué)宏等[9]采用營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)陽(yáng)澄湖養(yǎng)殖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；周靜等[10-11]的研究表明近幾年陽(yáng)澄湖的水質(zhì)污染主要體現(xiàn)在富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)氮、磷方面。前人的研究主要集中在陽(yáng)澄湖或其局部湖區(qū)氮磷污染的評(píng)價(jià)等方面，且研究基于的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已相對(duì)陳舊，未能綜合反映目前陽(yáng)澄湖的氮磷及富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的空間分布以及時(shí)間變化規(guī)律。本文利用2015～2017年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)陽(yáng)澄西湖、中湖、東湖的總氮(TN)、總磷(TP)及富營(yíng)養(yǎng)化程度的時(shí)空變化特征進(jìn)行了研究，有助于更有針對(duì)性地開展陽(yáng)澄湖的水環(huán)境治理，并為湖泊水環(huán)境保護(hù)提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)參考。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

陽(yáng)澄湖南北長(zhǎng)約17km 東西寬約11km，面積為118.93km2，平均水深1.43m，庫(kù)容約3.2×108m3。湖中有2條東北至西南走向的狹長(zhǎng)半島，把陽(yáng)澄湖分為東湖(約占總面積的44.08%)、中湖(約占總面積的29.03%)和西湖(約占總面積的26.89%)，三湖之間彼此有河流港汊相互溝通而匯成一體。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源和分析方法

TN、TP濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于蘇州市環(huán)保部門，本次研究收集2015～2017年陽(yáng)澄湖湖體6個(gè)采樣點(diǎn)每月一次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中陽(yáng)澄西湖、中湖、東湖各兩個(gè)采樣點(diǎn)，具體見圖1。

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel2010完成。繪圖采用Excel2010、Origin Pro9.0等軟件完成。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

選擇TP、TN、葉綠素a(Chl-a)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和透明度(SD)等5項(xiàng)主要指標(biāo)，依據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《關(guān)于印發(fā)湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定的通知》中推薦的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)方法[12-13]，對(duì)水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)按“貧”、“中”、“富”進(jìn)行分級(jí)。其評(píng)價(jià)公式為：

圖1 陽(yáng)澄湖內(nèi)采樣點(diǎn)布設(shè)示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling points in Yangcheng Lake

式中：TLI(Σ)——綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相對(duì)權(quán)重；TLI(j)——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

Chl-a是浮游植物現(xiàn)存量的重要指標(biāo)，氮、磷則是浮游植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，3者之間的相關(guān)關(guān)系對(duì)確定湖泊水體的限制因子具有重要意義。以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

式中：rij——第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)；m——評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

TLI(Chl-a)=10(2.5+1.086lnChl-a)

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+2.66lnCODMn)

式中：Chl-a的單位為mg/m3，SD的單位為m，其余指標(biāo)單位均為mg/L。

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)：TLI<30為貧營(yíng)養(yǎng)；30≤TLI≤50為中營(yíng)養(yǎng)；5070為重度富營(yíng)養(yǎng)。

3 結(jié)果和討論

3.1 陽(yáng)澄湖氮磷時(shí)空變化特征

2015年～2017年陽(yáng)澄湖及其西湖、中湖、東湖的TN、TP年均值變化情況見圖2。顯然，陽(yáng)澄湖的TN、TP變化趨勢(shì)有一定差異：三年來(lái)，陽(yáng)澄湖的TN濃度先升高后降低，但是變化幅度不大，而TP濃度逐年上升，2017年比2015年升高了73.5%。

從空間上來(lái)看，西湖的TN污染始終最嚴(yán)重，TN均值先升高后降低呈下降趨勢(shì)；中湖的TN均值也是先升高后降低，但呈上升趨勢(shì)，2017年較2015年升高了19.6%；東湖則逐年下降。湖體TN濃度的變化與周邊入湖河道水質(zhì)密切相關(guān)，其中陽(yáng)澄西湖主要受湖體西線入湖河道影響，陽(yáng)澄中湖、東湖主要受北線入湖河道影響，因此中湖TN污染加劇的原因可能與陽(yáng)澄湖北線河道的水質(zhì)惡化有關(guān)，而東湖由于位于陽(yáng)澄湖下游，其東線和南線均是出湖河道，水流條件較好，河道來(lái)水污染可得到較快稀釋自凈，因此TN濃度呈下降趨勢(shì)。

TP濃度方面，陽(yáng)澄中湖、東湖逐年升高，而西湖則是先升高后下降，西、中、東湖2017年的TP濃度比2015年分別上升45.5%、81.7%和113.8%，說(shuō)明近三年湖體TP污染主要體現(xiàn)在中湖和東湖。2015、2016年TP濃度均是西湖最高，到2017年中湖TP濃度超過(guò)西湖，成為三個(gè)湖區(qū)中最高。陽(yáng)澄中、東湖TP濃度的升高可能是由湖體北線七浦塘引排水工程的建設(shè)運(yùn)行造成，由于河道與湖泊TP水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的差異，導(dǎo)致引水水質(zhì)TP濃度偏高，為平衡陽(yáng)澄湖南側(cè)蘇州工業(yè)園區(qū)的用水壓力，2017年七浦塘向湖體大量引水，水量主要進(jìn)入陽(yáng)澄中湖和東湖，導(dǎo)致了對(duì)中、東湖TP濃度的沖擊。

圖2 陽(yáng)澄湖及其西、中、東湖的TN、TP年均值變化特征Fig.2 Annual variation of TN and TP in Yangcheng Lake and its West,Middle,East Lakes

圖3為2015～2017年陽(yáng)澄湖TN、TP每年的月變化趨勢(shì)。不難看出，TN呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化性，每年的1～3月TN濃度均較高，濃度區(qū)間在1.62mg/L～2.55mg/L之間；4月開始，TN濃度明顯下降，到7～9月達(dá)到最低，三年內(nèi)的最低值在0.65mg/L～0.77mg/L之間，從10月份開始又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，即冬春季節(jié)氮含量高，夏秋季節(jié)相對(duì)較低，這可能與湖體庫(kù)容量及面源輸入情況有關(guān)，夏秋季為豐水期，同時(shí)農(nóng)業(yè)活動(dòng)正處于減弱期收獲期，外源營(yíng)養(yǎng)鹽輸入減少[14]。

圖3 陽(yáng)澄湖TN、TP的年內(nèi)變化特征Fig.3 Monthly varication in the year of TN and TP in Yangcheng Lake from 2015～2017

TP濃度則呈現(xiàn)上下波動(dòng)的形態(tài)，季節(jié)變化規(guī)律不明顯，但在2016和2017年的8月份，都有出現(xiàn)了一次明顯波峰，總體來(lái)說(shuō)，夏、秋兩季相對(duì)于冬、春兩季濃度較高，這可能與湖泊養(yǎng)殖餌料碎屑沉積[15]、氣溫升高、底泥釋放[16]以及河道引水等綜合因素有關(guān)。

3.2 TN/TP的變化特征

TN/TP比值對(duì)于藻類的暴發(fā)性生長(zhǎng)具有重要的意義，是水體中浮游植物營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的重要反映[17]。有研究[14]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體中TN/TP小于7時(shí)，氮將限制藻類的生長(zhǎng)，TN/TP在8至30之間時(shí)，水體比較適合藻類生長(zhǎng)，而當(dāng)TN/TP超過(guò)30時(shí)磷成為藻類生長(zhǎng)的限制因子。

陽(yáng)澄湖各個(gè)湖區(qū)2015年～2017年的TN/TP值見圖4。不難發(fā)現(xiàn)，三年中陽(yáng)澄湖及其西、中、東湖的TN/TP均呈逐年下降趨勢(shì)，這主要是由于湖體TP濃度的升高引起的。2015年除陽(yáng)澄中湖外，東、西湖TN/TP均在30以上，2016年和2017年，西、中、東湖的TN/TP下降至18～26的區(qū)間，說(shuō)明陽(yáng)澄湖已具備了適合藻類生長(zhǎng)的條件。橫向來(lái)看，陽(yáng)澄湖各個(gè)湖區(qū)每年的TN/TP值均比較接近。

圖4 陽(yáng)澄湖及其西、中、東湖的TN/TP年均值變化特征Fig.4 Annual variation of TN/TP in Yangcheng Lake and its West,Middle,East Lakes

陽(yáng)澄湖TN/TP的月變化情況見圖5?？梢钥闯?，除2015年2月TN/TP異常升高外，陽(yáng)澄湖的TN/TP有較為明顯的季節(jié)變化性。其中，每年的1～4月TN/TP值較高，且一般大于30，說(shuō)明此時(shí)藻類生長(zhǎng)得到一定抑制；從5月開始，陽(yáng)澄湖TN/TP出現(xiàn)明顯下降，到11月份又開始上升。在氣溫較高的5～10月，陽(yáng)澄湖TN/TP一般均在30以下，其中2017年的7月最低為7.5，說(shuō)明這段時(shí)間較適合藻類生長(zhǎng)，藻類爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)湖體藻類的控制。

圖5 陽(yáng)澄湖TN/TP的年內(nèi)變化特征Fig.5 Monthly variation of TN/TP in Yangcheng Lake from 2015～2017

3.3 富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)評(píng)價(jià)

采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)對(duì)2015～2017年陽(yáng)澄湖各個(gè)湖區(qū)每年的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)變化情況進(jìn)行分析，見圖6。由圖6可知，2015年～2016年，陽(yáng)澄西湖的TLI基本持平，而中湖和東湖的TLI則明顯升高；2016年～2017年，陽(yáng)澄西湖的TLI出現(xiàn)下降，而中湖的TLI繼續(xù)上升，東湖基本持平。說(shuō)明近三年西湖富營(yíng)養(yǎng)情況有一定好轉(zhuǎn)，而中湖和東湖出現(xiàn)惡化，這與前文所述的陽(yáng)澄中、東湖TN、TP濃度的升高的結(jié)論是一致的，主要與陽(yáng)澄湖北線入湖河道污染的加劇有關(guān)，陽(yáng)澄湖北側(cè)區(qū)域工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集，大量分散的工業(yè)企業(yè)以及農(nóng)業(yè)面源是造成該區(qū)域氮、磷污染的主要原因。三年中，陽(yáng)澄西湖、中湖均處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，陽(yáng)澄東湖2015年為中營(yíng)養(yǎng)，2016和2017年轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度富營(yíng)養(yǎng)。橫向來(lái)看，2015和2016年均是西湖的TLI最高，到2017年，則是中湖最高，且東湖的TLI也上升至與西湖接近的水平。

圖6 陽(yáng)澄湖及其西、中、東湖富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)變化特征Fig.6 Annual variation of eutrophication in Yangcheng Lake and its West,Middle,East Lakes

從年內(nèi)的變化情況來(lái)看，陽(yáng)澄湖的TLI呈現(xiàn)波動(dòng)的形態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)較明顯的變化規(guī)律，見圖7。

圖7 陽(yáng)澄湖富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)年內(nèi)變化特征Fig.7 Monthly variation of eutrophication in Yangcheng Lake from 2015～2017

4 結(jié)論

4.1 2015～2017年，陽(yáng)澄湖中湖TN、TP濃度以及東湖的TP濃度都呈上升趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的，陽(yáng)澄中湖、東湖的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)持續(xù)惡化，這可能與陽(yáng)澄湖北線入湖河道污染加劇及北線七浦塘的大量引水有關(guān)，建議進(jìn)一步控制陽(yáng)澄湖北側(cè)區(qū)域污染并結(jié)合水質(zhì)合理開展調(diào)水引流。

4.2 陽(yáng)澄湖TN濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化性，每年冬春季較高，夏秋季節(jié)相對(duì)較低。此外，每年1～4月陽(yáng)澄湖TN/TP一般大于30，藻類生長(zhǎng)可得到一定抑制；每年5～10月一般在7～30之間，藻類爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)較高。因此建議在5～10月加強(qiáng)湖體藻類控制。