宁夏平罗沙湖水体富营养化变化特征分析及防治对策

宁夏平罗沙湖水体富营养化变化特征分析及防治对策
陈珂;张健;李娇;胡桂荣
【摘要】通过对近6年来沙湖水体富营养化变化特征、成因以及对沙湖水体pH 和水温的变化特征进行分析,结果表明:沙湖水质综合富营养化程度为轻度.建议通过积极推动外源污染整治、控制减少内源性污染、建立人工湿地等措施控制沙湖水体富营养化.
【期刊名称】《宁夏农林科技》
【年(卷),期】2016(057)011
【总页数】5页(P56-58,封2-封3)
【关键词】沙湖;富营养化;变化特征;对策
【作者】陈珂;张健;李娇;胡桂荣
【作者单位】宁夏石嘴山市环境监测站,宁夏石嘴山753001;宁夏石嘴山博石环评师事务所(有限公司),宁夏石嘴山753000;宁夏石嘴山市环境监测站,宁夏石嘴山753001;宁夏石嘴山市环境监测站,宁夏石嘴山753001
【正文语种】中文
【中图分类】X524
1.1 沙湖水体监测数据来源
利用石嘴山市环境监测站沙湖水质2010—2015年监测资料进行统计分析。

1.2 数据分析方法
数据处理采用SPSS16.0软件进行统计分析，利用富营养化状态指数（TLI）对沙
湖富营养化现状进行变化特征分析。

采用沙湖水质监测指标叶绿素作为基准参数，选择总磷、总氮、高锰酸盐指数、透明度和叶绿素进行相关加权计算综合营养状态指数[TLI（∑）]。

其中综合营养指数分级为：TLI（∑）为0～30，贫营养状态；TLI（∑）为30～50，中营养状态；TLI（∑）为50～60，轻度营养状态；TLI（∑）为60～70，中度营养状态；TLI（∑）为70～100，重度营养状态[4-6]。

同时分
析了沙湖水体pH和水温的变化特征，进一步阐述了沙湖水质富营养化的现状。

2.1 综合营养状态指数的变化特征
综合营养状态指数[TLI（∑）]是反应水体富营养化、水体质量的基本指标。

由图1可见，综合营养状态指数季节间变化明显。

2010—2014年，夏季均值（6～8月，56.4）＞秋季（9～11月，55.3）＞春季（3～5月，54.2）（平罗沙湖冬季水体
完全封冻，不进行水质监测）；夏季变化趋势前3年和后3年基本一致，2015年春、秋两季（57.8、57.1）＞夏季（56.6），但各季节之间差异不大。

夏季综合营养状态指数高于其他季节，这是由于夏季光照充足、光照时间长，气温高，使得水温达到一年之中的最高时期，水温升高有利于藻类的生长繁殖从而增加叶绿素含量，这与已有研究结果一致[7-8]。

在同一营养状态下，综合营养状态指数越低，其营养程度越弱。

从年份来看（图2），沙湖水质年际间的综合营养状态指数在轻度富营养化范围（50～60）之内变化，其中2010—2012年处于走低趋势，2013—2015年处于走高趋势，并且在2015年达到近6年的高峰值。

由此可见，沙湖水体的营养状态不稳定，并且有恶化的风险，尤其在2015年的春秋季，水质比夏季还差。

2.2 各监测指标营养状态指数变化特征
2.2.1 叶绿素营养状态指数变化特征由封二图8可见，叶绿素营养状态指数[TLI （chla）]年际变化处于减小趋势，春季在各年份中（除2015年外）均处于最低
状态，表明春季气温相对较低（水温较低），对于叶绿素繁殖不利；除2012年、
2015年之外，其他年份夏季均处于各季节之首，表明叶绿素随着气温的升高，繁殖速度加快；秋季叶绿素变化起伏不及春、夏两季，但2015年秋季处在各季节之首，表明在旅游旺季，游轮运输能力强，对叶绿素的增加有促进作用，多数年份的夏季达到了轻度富营养化状态指数的最高区域。

2.2.2 总磷、总氮营养状态指数变化特征由封三图1可见，总磷营养状态指数[TLI （TP）]2010年年均值、春季、夏季、秋季均处于近6年之首，春夏季达到了中度富营养化状态。

经调查了解，沙湖在2010年基础设施不够完备，总磷（TP）含量较高与沙湖周边农田种植灌溉有较大关系。

2011年后通过基础设施的逐步完善，防护措施到位，总磷的年均值、春夏秋季营养状态指数变化处于平稳较缓慢的上升趋势，多数年份以夏季居高，2015年以春季居高，但均未超过轻度富营养状态指数的阈值。

有研究表明，湖泊中总磷含量增高，将会促使藻类以及其他水生生物异常繁殖，导致水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏[5]。

由封三图2可见，总氮营养状态指数[TLI（TN）]年均值2011年、2015年达到中度富营养状态，其他年份处在轻度富营养状态的最高值域内；春季2015年，达到中度富营养化状态[TLI（TN）=62.7]，其他年份处在轻度富营养状态的最高值域内；夏季，2011年[TLI（TN）=60.3]、2015年[TLI（TN）=62.3]达到中度富营养化状态，除2014年较低外，其他年份维持在轻度值域的最高范围；秋季，2011年 [TLI（TN）=60.5]、2015年[TLI（TN）=61.7]达到中度富营养化状态，其他年份维持在轻度值域的最高范围。

总氮营养状态指数与总磷营养状态指数相比，总氮营养状态指数季节间变化起伏明显，尤其是夏季，年际间起伏不定。

分析原因，可能与降水时间分布及农田灌溉有关，有待进一步研究证实。

有研究表明，当氮磷比大于16时，磷是限制因子；小于16时，氮是限制因子[9-10]。

从2010—2015年监测数据来看，氮磷比值除
2010年小于16外，其他年份均大于16，氮磷比最高值达到36.2。

表明沙湖水质多数年份的限制性因子是磷，氮不是主控因子，这可能是由于沙湖近年来氮营养盐含量较高，水体中氮含量过剩。

2.2.3 透明度营养状态指数变化特征透明度（SD）是指水样的澄清程度，清洁水
是透明的，当水中存在悬浮物和胶体时透明度便降低。

水的透明度过低不但影响感官性状，还会影响水生生物的生活，使得底层藻类见不到阳光，不能进行光合作用，不但不能产氧，反而会耗氧，久而久之就会造成氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质积累，造成水质老化。

因此水体透明度也是反映水质状况的一项指标[11]。

透明度能反映水体的清澈程度和富营养化程度，由封三图3可见，沙湖水体透明度营
养状态指数[TLI（SD）]年际间变化比较平稳，2010—2015年均值维持在60～
70范围内，达到中度富营养化程度；夏季年均值（71.0）达到了重度富营养化程度；春秋季（66.8、67.9）达到中度富营养化程度。

夏季水温高，水体中氮磷含量高，有利于藻类和浮游生物繁殖，导致水体透明度减小，这与相关研究得出的结论一致。

2.2.4 高锰酸盐指数营养状态变化特征高锰酸盐指数（CODmn）是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。

其定义为:在一定条件下，用高锰酸钾氧化
水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。

高锰酸盐指数越高，消耗的氧就越多。

由封三图4可见，高锰酸盐指数营养状态指
数[TLI（CODmn）]年均值、春夏秋季值2010—2014年变化比较平稳，只有2015年的年均值和夏秋季值变化起伏较大，位居近6年来之首。

就其原因分析，2015年沙湖水域面积随时间变化较大，5月18日沙湖水域面积为2 844 hm2，
7月27日缩减至2 273 hm2，而8月15日进一步缩减至2 226 hm2（此数据来自宁夏气象科研所遥感监测）。

水域面积变化与湿地周边的农业用水有关，7、8
月份正是农业用水高峰期，相比5月来说农业用水量大大增加，所以造成水域面
积急剧缩减，最终使得高锰酸盐指数营养状态指数达到近年来的最高值。

2.3 水体pH的变化特征
水体pH通过直接影响藻类的增殖而间接影响水体的富营养化程度。

大量繁殖的藻类进行光合作用后，会吸收水中大量的CO2，使碳酸盐的解离平衡转移，促使水
体pH上升。

同时，水体pH的增高又会促进藻类的大量生长，在其他条件合适的情况下，会使水体暴发“藻类水华”，形成富营养化。

富营养化水域pH一般为中性至弱碱性[12]，沙湖水体监测时期2010—2015年pH年均值在8.53～8.77范围变化（封三图5），偏碱性，具备富营养化形成条件。

其中，季节间的变化为秋季（8.86）＞夏季（8.65）＞春季（8.56）；年际、季节变化值在8.0～9.0之内，一直处于偏碱性。

分析原因，一方面与水体富营养化因素有关；另一方面，与沙湖所处地理环境地下水有关。

根据土壤盐化分级标准，2 g/kg＜土壤全盐含量≤4
g/kg为中度盐渍化土壤[13]。

沙湖一带属于中度或以上盐渍化土壤，周边以水稻
种植为主，因此沙湖水体pH偏高受地理环境影响较大。

2.4 水温变化特征
气候和地理环境条件是决定湖泊富营养化的主要因素，沙湖一带气候四季分明，春季气温回升快，干旱少雨、风沙天气多；夏季炎热，降水集中，日照充足；秋季凉爽、雨水适中；冬季严寒漫长，日照时间短，湖泊封冻一般在12月下旬至翌年2
月或3月。

由封三图6可见，沙湖水温年均值变化平稳，春季水温年际间变化起
伏明显，6年来均维持在9.8～15.9℃；夏季变化趋势接近直线，变幅较小,在
24.4～26.8℃；秋季介于春夏之间，变幅在15.8～18.4℃。

由此表明，沙湖水温
在年际间变幅较小，季节之间变幅较大。

2.5 沙湖水体富营养化变化特征总结
2010—2015年，沙湖的综合营养状态指数存在时空异质性，始终保持在轻度营
养状态，年际间变化呈前3年下降，后3年明显上升趋势。

其中叶绿素营养状态
指数年均值呈下降趋势，季节间变化起伏明显；总磷营养状态指数年均值变化趋势呈“U”状态，季节变化除2010年外，其他年份呈缓慢上升趋势；总氮营养状态指数年均值呈波浪式变化趋势，2014—2015年转为上升状态，季节变化异质性较大；透明度营养状态指数年均值呈下降趋势，夏季更明显，春秋季呈波浪式上升趋势；高锰酸盐指数营养状态2010—2014年年均值、季节值变化较平稳，2015年发生突变急剧上升；pH年均值在8.5～8.8之间变化，属于偏碱性，pH偏高的成因主要受地理环境因素影响较大；水温年际间变化较平稳，季节间变化明显与气候特点一致。

3.1 重点推进外源污染整治
应从控制人为污染源着手，准确调查沙湖营养物质的主要排放源。

监测排入水体的废水和污水中的氮、磷浓度。

计算出年排放的氮、磷总量，为实施外源性营养物质的控制措施提供可靠的科学依据。

3.1.1 加强沙湖周边农业污染源监督管理建立农业面源污染治理的协调机构，发展生态农业。

沙湖周边地区的农业种植必须在农业科技人员指导下推广化肥农药减量性信息和应用、测土配方施肥等科学除虫施肥技术，提高化肥农药的利用率，减少施用量，严格控制农田灌溉退水流入沙湖。

有关职能部门应做好监督管理工作，最大限度减少因过度施肥农田退水对沙湖造成的污染。

3.1.2 加快推进沙湖旅游区污染治理工作针对沙湖具有旅游功能的特殊性，采取的措施有：①加快推进沙湖南北岸污水处理厂建设运行，将旅游活动中所排放的生活污水集中处理并达标排放；②控制游船等水上娱乐设施的过度使用，避免油类泄漏对沙湖水体造成污染。

3.2 控制减少内源性污染
减少内源性营养物负荷可以有效地控制湖泊内部磷富集。

通过对湖泊底泥的挖掘、种植大型水生植物和水体的淡化等措施减少水体中营养物质和藻类生长，从而有效
控制沙湖水体富营养化。

3.3 建立人工湿地
人工湿地是近些年出现的一种新型的水处理技术，具有低投入、高效的脱氮除磷效果。

可设置塘-人工湿地、河道二级人工湿地-净化湖净化系统以及渗滤沟等工程设施，去除氮、磷等营养物，达到水体自身净化的目的。

通过对沙湖近6年水质监测部分数据进行分析，可以看出沙湖水质存在一定的富
营养化风险，并且夏秋季风险较高。

尤其是2015年部分水质监测项目营养状态指数达到了中度或以上，应引起相关部门的高度重视。

可通过控制内源性污染，合理调整湖泊内水生动植物种群，有效减少水体营养物质和藻类；加强沙湖周边湿地保护，利用湿地生态系统减轻湖泊污染负荷。

同时，还要加强外源性污染控制，严格控制污染源入湖，消减氮磷流入，尤其要控制农田灌溉后退水流入湖泊。

【相关文献】
[1]李红敬，张娜，李伟．环境因子对周丛生物的影响研究进展[J]．信阳师范学院学报（自然科学版），2013，26（2）：245-249．
[2]吴锋，战金艳，邓祥征，等．中国湖泊富营养化影响因素研究——基于中国22个湖泊实证分析[J]．生态环境学报，2012，21（1）：94-100．
[3]姜永军，丁敏，丁磊．水体富营养化控制因子及其污染途径研究[J]．甘肃科技，2003，19（10）：91-92．
[4]王明翠，刘雪芹，张建辉．湖泊富营养化评价方法及分级标准[J]．中国环境监测，2002，18（5）：47-49．
[5]高振美，张波，商景阁，等．太湖流域小型水源性湖泊氮、磷时空分布及营养状态评价[J]．环
境污染与防治，2012，34（1）：9-14．
[6]朱孔颖．湖泊富营养化原因及控制措施[J]．江苏环境科技，2004，17（S1)：63-64．
[7]翁笑艳．山仔水库叶绿素a与环境因子的相关分析及富营养化评价[J]．干旱环境监测，2006，20（2）：73-78．
[8]薛飞，夏品华，林陶，等．喀斯特深水水库叶绿素a与环境影响因子关系的研究——以阿哈水
库为例[J]．安徽农业科学，2011，39（16）：9811-9814．
[9]曲丽梅，姚德，丛丕福．辽东湾氮磷营养盐变化特征及潜在性富营养评价[J]．环境科学，2006，
27（2）：263-267．
[10]朱永青．淀山湖底泥氮磷营养盐释放及其影响因素研究[J]．环境污染与防治，2014，36（5）：70-77．
[11]王立前，张榆霞．云南省重点湖库水体透明度和叶绿素a建议控制指标的探讨[J]．湖泊科学，2006，18（1）：86-90．
[12]杨冲，胡翔，李安峰，等．龙形水系中心区水体富营养化评价与成因分析[J]．环境污染与防治，2012，34（11）：50-54．
[13]王遵亲，祝寿泉，俞仁培．中国盐渍土[M]．北京：科学出版社，1993：34-35．
[14]彭祥捷，黄继国，赵勇胜，等．长春南湖营养盐与叶绿素a的分布与富营养化评价[J]．环境污染与防治，2010，32（9）：50-54．。