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        基于綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的汾河景區(qū)濕地水體富營養(yǎng)化研究

        2023-06-23 17:27:16崔苗張晨
        中國水土保持 2023年4期
        關(guān)鍵詞:富營養(yǎng)化

        崔苗 張晨

        [關(guān)鍵詞]綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);濕地水體;富營養(yǎng)化;水生態(tài)環(huán)境保護(hù);汾河景區(qū)

        [摘要]隨著城市化進(jìn)程的加快,水生態(tài)環(huán)境問題越發(fā)凸顯。黃河支流的汾河景區(qū)作為太原城市的“綠肺”,有著涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境、防止水土流失等重要作用。本研究通過對2021年4—10月汾河景區(qū)14個監(jiān)測點(diǎn)位的濕地水體重要污染物指標(biāo)進(jìn)行逐月監(jiān)測,計算汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù),評價汾河景區(qū)水體富營養(yǎng)化情況,并針對當(dāng)前存在的問題提出汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策,以期為提升水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、重塑水景觀風(fēng)貌提供數(shù)據(jù)支撐。結(jié)果表明:2021年汾河景區(qū)總氮全年超標(biāo),氨氮在8月超標(biāo),其余項(xiàng)目均符合地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn);綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為53.89,屬輕度富營養(yǎng)化;綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在7、8、9月明顯高于其他月份,在8月達(dá)到峰值,且在遠(yuǎn)離城市中心的柴村橋監(jiān)測點(diǎn)位最低,在城市中心區(qū)域的南內(nèi)環(huán)橋、南中環(huán)橋南、長風(fēng)橋、躋汾橋等監(jiān)測點(diǎn)位相對較高,水質(zhì)狀況與溫度和人類活動密切相關(guān)。

        [中圖分類號]X524;X824[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1000-0941(2023)04-0049-04

        隨著城市化進(jìn)程的加快,水質(zhì)惡化、水量失衡、水生態(tài)系統(tǒng)退化等水生態(tài)環(huán)境問題越發(fā)凸顯。流域生態(tài)系統(tǒng)在保護(hù)水源、凈化水體、蓄水滯洪、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性等方面具有重要作用。水生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理可有效緩解水資源匱乏問題、增強(qiáng)自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能、改善居民生活質(zhì)量,是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要,具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)雙重效益[1]。為貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想,加快實(shí)施七河流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù),2021年山西省人民政府出臺了《關(guān)于加快實(shí)施七河流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的決定》,是從根本上改變?nèi)龝x大地山川面貌、滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要的重要舉措,也是推動黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重大決策。

        黃河支流的汾河景區(qū)位于太原城區(qū),本著“以人為本、突出生態(tài)”的建設(shè)理念,以建設(shè)綠色、生態(tài)、和諧的景區(qū)為目標(biāo),通過設(shè)計綠色空間,形成景觀節(jié)點(diǎn),起到涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境、防止水土流失的作用,是太原城市的“綠肺”。本研究通過對2021年4—10月汾河景區(qū)14個監(jiān)測點(diǎn)位的濕地水體重要污染物指標(biāo)進(jìn)行逐月監(jiān)測,計算汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù),評價汾河景區(qū)富營養(yǎng)化情況,并針對當(dāng)前存在的問題提出對策,以期為提升水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、重塑水景觀風(fēng)貌提供數(shù)據(jù)支撐。

        1研究區(qū)概況

        汾河景區(qū)北起太原市柴村橋北側(cè),南至迎賓橋南側(cè),全長32.5km,占地面積約18km2,其中水面面積約9km2,綠地面積約4.5km2,蓄水總量達(dá)2450萬m3,集湖區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)治理、防洪排污、園林綠化、旅游休閑、健身娛樂于一體。景區(qū)內(nèi)的園林綠化對揚(yáng)塵抑制效果良好,夏季最高氣溫比市區(qū)低3℃左右,相對濕度較市中心高10%~20%,整個景區(qū)在挖掘生態(tài)資源、文化資源和旅游資源的基礎(chǔ)上,著力打造“生態(tài)、文化、休閑”三大勝境。

        2研究方法

        2.1水質(zhì)監(jiān)測

        為了解汾河景區(qū)濕地水體水質(zhì)狀況,共監(jiān)測10項(xiàng)污染物指標(biāo),包括:pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、氨氮、總磷、透明度、葉綠素a、藻密度,其監(jiān)測方法和標(biāo)準(zhǔn)值見表1,其中藻密度測定時選取的藻類是藍(lán)藻。汾河景區(qū)用水屬景觀娛樂用水,其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

        在汾河景區(qū)從北至南布設(shè)14個監(jiān)測點(diǎn)位,包括柴村橋(入水口)、勝利橋北(濕地)、勝利橋南(1#池)、迎澤橋(2#池)、南內(nèi)環(huán)橋(3#池)、長風(fēng)橋(4#池)、躋汾橋(5#池)、南中環(huán)橋南(6#池)、九院沙河南側(cè)(渾水渠)、南環(huán)高速北500m平臺處、通達(dá)橋北500m平臺處、晉陽橋南350m處(1#閘壩北)、迎賓橋北200m平臺處、迎賓橋南(2#閘壩北)。樣品采集時間為2021年4—10月,其中4、5、10月是汾河景區(qū)的枯水期,采樣頻次為每月1次;6—9月是汾河景區(qū)的豐水期,采樣頻次為每周1次,取全部監(jiān)測結(jié)果的平均值作為研究數(shù)據(jù)。

        2.2綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算

        依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》,選取總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、透明度(SD)、葉綠素a(Chla)為參數(shù)計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù),對汾河景區(qū)水體富營養(yǎng)狀況進(jìn)行評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

        TLI(Σ)=∑mj=1TLIj×Wj(1)

        式中:TLI(Σ)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;m為評價參數(shù)的個數(shù)。

        以葉綠素a作為基準(zhǔn)參數(shù),Wj的計算公式為

        Wj=rij2∑mj=1rij2(2)

        式中:rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)葉綠素a的相關(guān)系數(shù)。中國湖泊(水庫)的葉綠素a與其他參數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為rTN=0.82,rTP=0.84,rSD=-0.83,rCODMn=0.83[2]。各參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式分別為

        TLI(Chla)=25+10.86lnρChla(3)

        TLI(TP)=94.36+16.24lnρTP(4)

        TLI(TN)=54.53+16.94lnρTN(5)

        TLI(SD)=51.18-19.4lnCSD(6)

        TLI(CODMn)=1.09+26.61lnρCODMn(7)

        式中:TLI(Chla)、TLI(TP)、TLI(TN)、TLI(SD)、TLI(CODMn)分別為葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);ρChla為葉綠素a濃度,mg/m3;ρTP、ρTN、ρCODMn分別為總磷濃度、總氮濃度、高錳酸鹽指數(shù),mg/L;CSD為透明度,m。采用0~100的連續(xù)數(shù)值[3]對汾河濕地水體營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級,詳見表2。

        3結(jié)果與評價

        3.1監(jiān)測點(diǎn)位水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

        2021年汾河景區(qū)14個監(jiān)測點(diǎn)位水質(zhì)監(jiān)測的10項(xiàng)指標(biāo)中,除迎澤橋(2#池)外其余各監(jiān)測點(diǎn)位的總氮均超過標(biāo)準(zhǔn)值,迎賓橋北200m平臺處pH值偏高,其余指標(biāo)均符合景觀娛樂用水標(biāo)準(zhǔn)(見表3)。14個監(jiān)測點(diǎn)位的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和評價等級見表4,除柴村橋(入水口)營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)、評價等級為良好外,其余各監(jiān)測點(diǎn)位營養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營養(yǎng),評價等級均為輕度污染。氮、磷營養(yǎng)鹽是水體富營養(yǎng)化的主要來源,汾河景區(qū)水質(zhì)狀況相對良好,水體富營養(yǎng)化情況較輕,其中遠(yuǎn)離城市中心的柴村橋監(jiān)測點(diǎn)位水質(zhì)狀況最好,未出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化的情況,而位于城市中心區(qū)域的南內(nèi)環(huán)橋、南中環(huán)橋南、長風(fēng)橋、躋汾橋等監(jiān)測點(diǎn)位水體富營養(yǎng)化情況相對嚴(yán)重,可以看出人口密度相對較大的區(qū)域水體富營養(yǎng)化相對嚴(yán)重,人類活動對水體質(zhì)量有重要影響。隨著城市快速發(fā)展和工業(yè)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快,未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的工業(yè)廢水、生活污水、有機(jī)垃圾、家禽家畜糞便、農(nóng)業(yè)化肥等流入水體,都是水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽的主要來源。此外,河道底泥污染增加水的滲透壓和硬度,破壞自然緩沖作用,阻礙水體自凈和淡水生物生長,造成水體富營養(yǎng)化,破壞水生態(tài)環(huán)境。

        3.2汾河景區(qū)濕地水體富營養(yǎng)情況

        2021年4—10月汾河景區(qū)10項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)中有2項(xiàng)指標(biāo)超過地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),其中總氮超標(biāo)率為100%,氨氮在8月時超標(biāo),超標(biāo)率為14.3%,其余項(xiàng)目均達(dá)標(biāo)。汾河景區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)平均值為53.89,屬輕度富營養(yǎng)(見表5)。水體富營養(yǎng)化的主要污染物為總磷、總氮和氨氮,其中總氮是造成汾河景區(qū)水體輕度富營養(yǎng)化的主要污染物。

        2021年4—10月汾河景區(qū)的水溫維持在12.9~29.5℃,總氮、總磷和葉綠素a在多數(shù)湖泊中呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化,在春、夏季濃度較高,高溫創(chuàng)造了適宜生物生長和擴(kuò)散的環(huán)境,引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質(zhì)惡化,水體富營養(yǎng)化情況隨之嚴(yán)重。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明主要污染物月均值濃度和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與溫度變化密切相關(guān);汾河景區(qū)的主要污染物月均濃度值從4月到8月逐漸上升,8月至10月有所下降,在8月達(dá)到最高峰;7、8、9月的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)明顯高于其他月,8月達(dá)到最高。

        4汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策

        汾河景區(qū)作為山西城市生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分,其水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)在保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)生物多樣性、改善人居環(huán)境、美化城市景觀等方面有著不可替代的作用。汾河景區(qū)以生態(tài)環(huán)境綜合整治為目標(biāo),通過截污控污、生態(tài)修復(fù)等水生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)措施,有效遏制了水體惡化,研究結(jié)果顯示2021年汾河景區(qū)水質(zhì)狀況基本良好。然而受氮、磷等富營養(yǎng)元素和農(nóng)藥、汽車尾氣、有機(jī)難降解物、霧霾等污染物的影響[4],2021年汾河景區(qū)屬輕度富營養(yǎng)狀態(tài),總氮全年超標(biāo),是造成水體富營養(yǎng)化的主要污染物,且在夏季污染物濃度達(dá)到峰值,水體富營養(yǎng)化和水污染問題依然存在。

        水生態(tài)的健康安全是保證水景觀持久發(fā)揮效能的基礎(chǔ),從水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀三個方面提出加強(qiáng)汾河景區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)建議:①添加生物炭和干蘆葦稈以增加微生物群落中硝化螺旋菌門的數(shù)量,促進(jìn)細(xì)菌的硝化速率,脫氨微生物的高度富集可以加快水中含氮污染物的去除速度,減少亞硝態(tài)氮的累積濃度,從而減輕總氮對汾河景區(qū)的污染;②依據(jù)源頭治理的原則,加強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境管理,保障生態(tài)補(bǔ)水,加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測,全面排查汾河流域取水口,嚴(yán)厲打擊非法取水,實(shí)現(xiàn)科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污,并實(shí)施流域聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制,建立水質(zhì)異常及時預(yù)警機(jī)制,確保汾河景區(qū)水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo);③加強(qiáng)河流沿岸生態(tài)防護(hù)林建設(shè),打造綠色生態(tài)廊道,保護(hù)河流沿岸生態(tài)空間,并通過向河內(nèi)投放魚苗、在河底培育水生草本植物等措施,恢復(fù)河流自然生態(tài)環(huán)境,逐步形成山水合一、河湖相通、古今交匯、自然與人文相輝映的生態(tài)功能區(qū),彰顯“三面環(huán)山、一水中分、一湖點(diǎn)睛、九河環(huán)繞”的水韻龍城新格局。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]楊桂山,馬榮華,張路,等.中國湖泊現(xiàn)狀及面臨的重大問題與保護(hù)策略[J].湖泊科學(xué),2010,22(6):799-810.

        [2]智國錚,陳耀寧,袁興中,等.基于延拓盲數(shù)的洞庭湖湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價模型[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,33(11):2095-2101.

        [3]王明翠,劉雪芹,張建輝.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2002,18(5):47-49.

        [4]許金華,潘偉斌,張海燕.水體富營養(yǎng)化及其防治[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2005(6):63-65.

        [作者簡介]崔苗(1990—),女,山西晉中人,工程師,碩士,主要從事水質(zhì)監(jiān)測工作;通信作者張晨(1986—),女,山西太原人,副教授,博士,主要從事水污染控制、水生態(tài)修復(fù)工作。[收稿日期]2022-07-18

        (責(zé)任編輯李佳星)

        [基金項(xiàng)目]國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(22106096);山西省回國留學(xué)人員科研資助項(xiàng)目(2021—102);中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目(YDZX20191400002539);山西省水利科學(xué)技術(shù)研究與推廣項(xiàng)目(2022GM026)

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