(1.貴州大學 林學院，貴陽 550001；2.貴州科學院，貴陽 550009)

1 研究背景

草海是貴州境內最大的淡水天然湖泊，在當地的自然和社會環(huán)境中有著舉足輕重的地位。草海自然保護區(qū)由濕地、農田和森林3個生態(tài)系統(tǒng)以及村鎮(zhèn)聚落環(huán)境組成，獨特的氣候資源配之以高原湖泊風光使其被視為生態(tài)、民俗旅游的理想境地，也被譽為“世界十大最佳觀鳥區(qū)之一”。但隨著人類活動的增加，草海的污染日益嚴重，草海自然保護區(qū)96 km2范圍內居住著約3萬人口，而人均耕地不足667 m2，有些村寨人均耕地甚至不足334 m2。多年的監(jiān)測數據顯示草海水質富營養(yǎng)化程度嚴重，并有日益增加的趨勢；水下部分的蘆葦和水草每年腐敗沉落后，在湖底形成強烈的生物淤積，造成湖水二次污染，并且湖底每年都在抬高，沼澤化趨勢明顯[1-2]。在此情況下，改善草海水環(huán)境狀況刻不容緩，草海水質污染控制也是一項非常艱巨的任務。

掌握水質污染物的時空分布特征，是制定有效的污染控制方案的前提基礎。在草海流域中，已經進行了一些有關污染物的時空變化特征的研究。例如，周晨等[3]運用水質綜合評價和GIS空間分析方法，研究草海濕地水環(huán)境質量時空變化。相對而言，在我國其他流域，進行這些類似的水質時空分布特征研究較多。其中包括了對云南[4-7]、青藏高原[8]、湖南[9]、山西[10]、山東[11]、河南[12]等地的研究。例如：朱琳等[4]對2013—2015年武水河流域7個監(jiān)測斷面的11個水質指標數據進行分析，揭示武水河水質時空分布差異性；程學寧等[5]對閩江19個監(jiān)測斷面8項水質指標進行時空聚類，分析了時空背景下的閩江水質變化特征；等等。即便如此，還是不能夠準確確定流域內水質的時空分布特性，這是因為流域內水質時空分布的影響因素很多且很復雜。因此，本文監(jiān)測枯水期和豐水期草海高原濕地不同空間下水質污染情況，探究草海水質污染的差異，對流域水質時空變化特征進行了分析，旨在為草海流域水污染治理提供參考，具有現(xiàn)實意義和理論意義。

2 研究區(qū)域概況

草海國家級自然保護區(qū)位于貴州省西部威寧彝族回族苗族自治縣縣城西南側，地理位置介于104°10′16″E—104°20′40″E，26°47′32″N—26°52′52″N，是一個完整的、典型的喀斯特高原濕地生態(tài)系統(tǒng)，是貴州省境內最大的天然巖溶堰塞淡水湖泊。保護區(qū)面積96 km2，其中水域面積枯水期19.8 km2、豐水期26.0 km2。原湖面面積45 km2，平均水深僅2 m，最深處5.13 m，蓄水量達1.4億m3。由于歷史原因，草海湖水面積已大大縮小，現(xiàn)在大約僅有25 km2，蓄水量也大大減少。

草海屬長江水系，是金沙江支流橫江洛澤河的上源湖泊，其水源補給主要靠大氣降水，其次為地下水。匯入草海的河流大多為發(fā)源于泉水的短小河溪，主要有東山河、北門河、卯家海子河、白馬河和大中河等。這些小溪的流量隨降水的季節(jié)變化而變化。夏秋季節(jié)流量大，冬春季節(jié)流量減小，有的甚至斷流。由于草海湖區(qū)巖石的隔水作用，地下水埋藏較淺，一般在5 m以內，出露的泉點較多，畜牧場、下壩、白馬塘、大水井、謝家沖等泉水均成為注入草海的重要源泉。

3 材料與方法

3.1 采樣布點原則

為充分考慮草海流域周邊主要污染來源及人為干擾對草海水質的影響，針對各空間斷面的污染狀況布點，結合實際情況對草海流域豐水期和枯水期進行布點采樣，其中由草海碼頭進入草海湖面的航道內有3個采樣點，采樣點分布見圖1。

圖1 草海采樣點分布示意圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Caohai Lake

3.2 樣品的采集與制備

分別于2014年8月(豐水期)和2015年3月(枯水期)對不同空間草海水樣進行采集。在采集水樣前，先用準備采集的水樣清洗采樣瓶幾次，等待水位穩(wěn)定時再進行采樣，盡量減輕對水體的擾動，但不能混入水里的雜質，盡量選擇在水流平緩或者靜止的水域采取表層水。采樣后蓋緊取樣瓶，然后在取樣瓶上貼上標簽，裝入準備好的箱子帶回實驗室于4 ℃保存。為保證各指標監(jiān)測結果的準確性，水樣采集回來后盡量在48 h內測定。

3.3 測定指標

主要水質測試指標包括：溶解氧(DO)、化學需氧量(CDOCr)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(CODMn)及生化需氧量(BOD)。各指標的測定方法依照國家標準測定方法[13]。

表1 評價指標的質量濃度等級標準Table 1 Grading standard of mass concentration of pollution factors

表2 草海豐水期不同空間下水質指標質量濃度檢測結果Table 2 Detected mass concentration of water quality indicators at different locations of Caohai Lake in wet season

3.4 評價方法

本文采用單因子評價法，其基本原理是以目標水體的最差單項指標作為該水體水質類別的判斷依據。指標污染指數計算值為某種污染物的實測濃度與該污染物的評價標準值的比值，即Pi=Ci/C0。其中：Pi為單因子指數；Ci為第i類水質污染物指標的實測濃度；C0為第i類水質污染物指標的評價標準。當Pi≤1時，表示水體未受到污染；當Pi>1時，表示水體受到污染，具體數值直接反映污染物超標程度[14]。單項指標評價以《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)為評價標準，各評價指標的質量濃度等級標準如表1所示。

4 結果與分析

4.1 草海流域水質特征

4.1.1 草海豐水期的水質特征

從表2可以看出，在草海豐水期，各水質指標含量變化差異較大。從各指標含量均值的斷面空間來看，除了CODMn的最高含量出現(xiàn)在湖中心、TN的最高含量出現(xiàn)在湖中心往陽關山方向以外，其余的水質指標(包括DO、 CODCr、NH3-N、TP、BOD)最高含量均出現(xiàn)在碼頭往湖中心的方向?？傮w來看，湖中心區(qū)域的水質指標含量均比其他方位的含量少。而碼頭處和出水口方向的水質指標含量相差不大，湖中心分別往東山和陽關山的含量也近似相同。

DO的標準差總體上較小，說明了在各個斷面空間下DO濃度變化不是很大，變化幅度也較小，CODMn、 CODCr、BOD也表現(xiàn)出與DO相同的規(guī)律，而NH3-N、TN、TP的標準差相較而言較大，側面說明最大值與最小值間相差較大，變化范圍也較大。

4.1.2 草?？菟诘乃|特征

從表3可知，在草?？菟冢魉|指標含量變化差異較大。從各指標含量均值的斷面空間來看，除了DO的最高含量出現(xiàn)在出水口處以外，其余的水質指標(包括CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP、BOD)最高含量均出現(xiàn)在碼頭往湖中心方向。除了CODCr的標準差相較而言較大以外，其余的水質指標標準差都很小，說明CODCr濃度變化范圍較大，變化幅度也較大。

表3 草?？菟诓煌臻g下水質指標質量濃度檢測結果Table 3 Detected mass concentration of water quality indicators at different locations of Caohai Lake in dry season

表4 草海豐水期單因子污染指數法評價結果
Table 4 Evaluation result of water quality of Caohai Lake in wet season by single factor index method

空間DOCODMnBODCODCrNH3-NTNTPPi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別水質類別1水質類別2碼頭往湖中心方向1.25Ⅰ4.58Ⅳ1.28Ⅲ2.16Ⅴ2.55Ⅱ2.85Ⅲ12.70ⅣⅤⅣ湖中心區(qū)域1.18Ⅰ4.77Ⅳ1.11Ⅲ1.30Ⅲ1.55Ⅱ3.09Ⅲ8.30ⅢⅣⅢ湖中心往東山方向1.19Ⅰ4.09Ⅳ1.00Ⅲ1.74Ⅳ1.39Ⅱ2.84Ⅲ7.52ⅢⅣⅢ湖中心往陽關山方向1.19Ⅰ3.91Ⅳ1.08Ⅲ1.39Ⅳ1.66Ⅱ4.29Ⅲ7.27ⅢⅣⅢ出水口1.24Ⅰ4.08Ⅳ1.11Ⅲ2.03Ⅴ0.97Ⅱ1.21Ⅱ5.89ⅢⅤⅢ

4.2 草海流域水質污染評價

4.2.1 草海豐水期水質污染評價

通過單因子評價可知，如表4中的水質類別1所示，草海豐水期符合或優(yōu)于Ⅳ類水體的斷面空間有3個，除了碼頭往湖中心方向處和出水口處的水質類別為Ⅴ類以外，其他的斷面空間均為Ⅳ類水體。水質類別總體上在Ⅳ—Ⅴ類之間。CODMn和TP的單因子指數較大，說明這2個指標對草海豐水期水質產生的影響較大。

在草海豐水期，基本上所有的斷面空間水質類別均劣于Ⅲ類水體標準，其中超標指標主要為CODMn和CODCr。為了更好地分析評價草海斷面空間水質，現(xiàn)將超標的指標CODMn和CODCr去除后，再單獨分析CODMn和CODCr，去除這2個超標指標后各斷面空間水質類別如表4中水質類別2所示。去除這2個超標指標后，草海豐水期符合或優(yōu)于Ⅲ類水體的斷面空間有4個，除了碼頭往湖中心方向處的水質類別為Ⅳ類以外，其他的各斷面空間均為Ⅲ類水體。

4.2.2 草?？菟谒|污染評價

如表5中的水質類別1所示，草?？菟诜匣騼?yōu)于Ⅳ類水體的斷面空間有4個，除了出水口處的水質類別為Ⅴ類以外，其他的斷面空間均為Ⅳ類水體?？傮w而言，水質類別在Ⅳ—Ⅴ類之間。CODMn和TP的單因子指數較大，說明這2個指標對草海枯水期水質產生的影響較大。

在草?？菟?，斷面空間的水質類別和豐水期間相似。其中超標指標也主要為CODMn和CODCr，去除這2個超標指標后，草?？菟谒袛嗝婵臻g水質均符合Ⅲ類水體標準(如表5中的水質類別2)。

4.3 草海流域水質污染來源

經調查，目前草海水體的主要污染物來源是草海周邊農田化肥、周邊村落畜禽養(yǎng)殖所產生的糞尿和居民的生活污水。而不同的污染源在不同空間上的污染方式及污染強度不一樣。在碼頭往湖中心的方向，主要污染來源為周邊農田化肥。參考威寧縣統(tǒng)計局統(tǒng)計數據可知，草海周邊村寨2009年農用化肥施用量為2 879 t，其中氮肥998 t、磷肥1 668 t、復合肥199 t。在降雨和灌溉的條件下，部分化肥以可溶形式淋失到土壤下層，給淺層地下水造成污染。施入農田的化肥沒有被農作物吸收的部分會隨著地表徑流、通過地下淋溶等方式流失入水體，流失的N和P等營養(yǎng)物質過剩，則會使河、湖等出現(xiàn)富營養(yǎng)化，嚴重時可導致大量的藻類特別是有毒藻類的瘋長，使水質惡化。

表5 草海枯水期單因子污染指數法評價結果

Table 5 Evaluation result of water quality of Caohai Lake in dry season by single factor index method

空間DOCODMnBODCODCrNH3-NTNTPPi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別Pi水質類別水質類別1水質類別2碼頭往湖中心方向1.18Ⅰ3.86Ⅳ1.03Ⅲ1.94Ⅳ4.81Ⅲ4.50Ⅲ7.20ⅢⅣⅢ湖中心區(qū)域1.15Ⅰ3.30Ⅳ0.96Ⅰ1.84Ⅳ3.53Ⅲ3.39Ⅲ4.90ⅢⅣⅢ湖中心往東山方向1.05Ⅰ3.25Ⅳ0.79Ⅰ1.34Ⅲ1.81Ⅱ2.14Ⅲ5.64ⅢⅣⅢ湖中心往陽關山方向1.12Ⅰ3.06Ⅳ0.82Ⅰ1.55Ⅳ2.68Ⅱ3.17Ⅲ4.95ⅢⅣⅢ出水口1.17Ⅰ3.15Ⅳ0.83Ⅰ2.35Ⅴ2.46Ⅱ2.37Ⅲ4.02ⅡⅤⅢ

而在湖中心區(qū)域，周邊農田化肥對該區(qū)域的污染強度明顯小于離碼頭近的區(qū)域。但隨著湖中心向東山方向和陽關山方向靠近時，污染強度又會加大。在出水口處污染源的強度最小。草海濕地位于威寧縣城南側，長期以來，威寧縣沒有污水處理廠，城市生活污水中除了人糞尿能夠統(tǒng)一處理外，周邊村落畜禽養(yǎng)殖所產生的糞尿和其他污水直接進入草海流域。畜禽糞尿中含有大量的有機物質，草海地區(qū)畜禽糞尿的主要處理方式是隨意堆放在村落或農田灌溉溝渠旁，最終隨著降雨和地表徑流而流入草海，引起水體氨氮含量的增加、溶解氧的急劇下降，導致水體惡化發(fā)臭，威脅水生生態(tài)系統(tǒng)。

4.4 草海流域水質與其他流域水質比較

在我國的其他流域中，不同的流域水質污染表現(xiàn)出不同的特征。比如赤水河上游流域的水質時空分析表明該流域豐水期和枯水期的水質結果差異不明顯[15]。而固城湖豐水期和枯水期的水質變化結果卻不同：豐水期處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，枯水期處于中營養(yǎng)狀態(tài)。鄱陽湖的水質也呈現(xiàn)出豐水期水質好于枯水期的規(guī)律。也有流域除了TN和TP污染分指數在豐水期最高之外，枯水期綜合污染指數最高，表明污染源中面源污染已占相當比例[16-18]。不同的流域在水質污染指標上也不同。比如赤水河上游流域CODCr是該流域水質主要污染物之一。而天目湖沙河水庫水質時空分布特征的研究表明了高錳酸鹽指數(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN)等主要水質因子存在顯著的空間分布差異[19]。河北省河流(包括灤河、北三河、永定河子牙河、漳衛(wèi)南運河、黑龍港運東水系)水質空間變化特征顯示該省的主要水質污染指標為高錳酸鹽指數(CODMn)、生化需氧量(BOD)和氨氮(NH3-N)，該省北部地區(qū)水質良好，中部和南部地區(qū)水質污染嚴重[20]。在水質類別表現(xiàn)上，流域間的差異性也較大。東江中游水質在Ⅰ—Ⅲ類之間[21]。溫瑞塘河水質已經達到了劣Ⅴ類的程度，水體中氮、磷含量嚴重超標，分別是國家Ⅴ類水標準的3.52倍和1.68倍[22]。

在本研究中，對草海流域水質的時空分析表明豐水期和枯水期的水質不同，總體上枯水期的水質指標均值比豐水期好。這也和上述的流域不一致，這與流域本身的地理位置及當地周圍環(huán)境有關。從空間斷面上來看，草海水質污染的超標指標主要為CODMn和CODCr，水質類別總體上在Ⅲ—Ⅳ類之間。

5 討 論

水是人類及一切生物賴以生存的必不可少的重要物質，是工農業(yè)生產、經濟發(fā)展和環(huán)境改善不可替代的極為寶貴的自然資源。在有限的可利用的淡水資源中，全球分配又極度不平衡。同時，經濟的高速發(fā)展，將使全球本來就缺乏的淡水資源水質的污染更加嚴重。中國水資源地區(qū)分布也很不平衡，長江流域及其以南地區(qū)，國土面積僅占全國的36.5%，水資源量卻占全國的81%；長江流域以北地區(qū)，國土面積占全國的63.5%，水資源量僅占全國的19%。為此，研究流域水質污染特征就顯得極其重要。草海流域在豐水期和枯水期2個時段水質污染指標表現(xiàn)不同。對草海流域空間斷面的水質類別現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，Ⅳ類水域治理是該流域的治理重心，此外，應擴大Ⅲ類水域占比，從而達到縮減Ⅴ類水域的目的，也是最終實現(xiàn)成都市河流水質污染控制目標的首要任務。各斷面空間的污染程度與主要污染源不同，應實際考慮因段制宜，針對不同的斷面空間采取不同的治理措施，使污染治理做到有的放失，最終最大力度實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。故此，草海流域應著力Ⅳ類水域治理，擴大Ⅲ類水域占比，從而達到縮減Ⅴ類水域，最終實現(xiàn)成都市河流水質污染控制目標。

草海流域的水質污染與斷面空間的關系明顯。其中，碼頭通往湖中心方向的這段水域水質污染較重，這是由于這段水域不僅受人們不合理使用化肥的影響，還常常受撐船、游人等人類活動的影響，攪動底泥使得水體中懸浮物大量增加，造成水體嚴重污染。其次較為嚴重的還有出水口處的水域和湖心至陽關山水域，這是由于這2段水域靠近縣城，受到縣城排放的生活和生產污水的影響較嚴重，另外水禽養(yǎng)殖區(qū)處于該片水域內，投放的飼料除部分被魚類攝取外，其余部分飼料和魚類排泄物通過物質循環(huán)成為了含氮較多的肥料，加重了水體污染。由于受到周邊農田化肥、農藥的大量施用和周圍村民生活污水隨意排入草海的影響，湖周靠近岸邊的水體污染較重。其他斷面空間(包括湖中心區(qū)域、湖中心往東山方向)污染相對較輕，這是由于水深較深，較少受到游人撐船游覽等人為活動的影響，水生植物的水質凈化能力較強，而且還分布有幾條小河溪，外來補給水稀釋了水體總的污染濃度，因此水質較其他區(qū)域水質要好。因此，草海斷面空間上的水體污染主要為人類活動的影響所致。

6 結 論

草海流域水質時空差異較大：在豐水期，DO、CODMn、CODCr、BOD的標準差總體上較?。辉诳菟?，CODCr的標準差相差較大，其余水質指標的標準差都很小。豐水期DO、CODMn、CODCr、TP較枯水期高，其余污染指標表現(xiàn)為枯水期較好。各斷面空間超標污染物主要為CODMn和CODCr，水質類別在Ⅳ—Ⅴ類之間。