梁子湖流域環境基線調查與評價

梁子湖流域環境基線調查與評價

吳衛菊,王玲玲,張斌,廖琪,朱燕,唐杰

(湖北省環境科學研究院,湖北 武漢430070)

摘要：在對梁子湖流域自然環境、社會經濟、污染源分布和水生態環境等狀況進行基線調查的基礎上,分析梁子湖水環境質量和生物多樣性現狀,針對當前梁子湖面臨的水質富營養化、生物多樣性降低等問題,提出加大保護梁子湖的宣傳力度,提高廢污水達標排放率,建立梁子湖環境保護長效機制等對策和建議。

關鍵詞：梁子湖;基線調查;社會經濟;生態環境;生物多樣性

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.019

基金項目:財政部、環保部良好湖泊試點項目(鄂財建2012[17]號)

作者簡介:吳衛菊(1985—),女,工程師,博士,主要從事水環境規劃和水生態研究工作。E-mail:merry19851017@126.com

中圖分類號：X824文獻標志碼：A

收稿日期：(2014-05-22編輯：彭桃英)

Baseline survey and evaluation on environment of Liangzi Lake Basin

WU Weiju, WANG Lingling, ZHANG Bin, LIAO Qi, ZHU Yan, TANG Jie

(HubeiAcademyofEnvironmentalSciences,Wuhan430070,China)

Abstract：On basis of a baseline survey to the natural environment condition, social economy situation, pollution source distribution situation and aquatic ecological environment situation in Liangzi Lake Basin, the author of this paper analyzed the water environmental quality and biodiversity of Liangzi Lake. According to the problems that the water quality of Liangzi Lake was eutrophic and the biodiversity was decreasing, some countermeasures and suggestion were put forward:strengthen the propaganda of Liangzi Lake protection, improve the sewage discharge standard rate,establish a long-term mechanism of environmental protection in Liangzi Lake.

Key words： Liangzi Lake; baseline survey; social economy; ecological environment; biodiversity

1梁子湖流域概況

1.1自然環境狀況

梁子湖位于湖北省東南部,長江中游南岸,東經114°32'～114°43',北緯30°01'～30°16',隸屬長江干流漢江至鄱陽湖區間水系,是我國東部典型草型淡水湖泊代表。梁子湖湖面跨武漢市江夏區和鄂州市,常年平均水位時,水面面積225km2,平均水深2.5m,貯水量6.5億m3,流域集水面積2085km2。梁子湖子湖眾多,入湖河港發達,湖水滯留時間為0.53a。梁子湖地處中緯度南部,屬于亞熱帶季風氣候濕潤區,湖區多年平均氣溫17.30℃,降雨量3.69mm/d,蒸發量2.49mm/d,冬季盛行北風或偏北風,夏季盛行偏南風,風速較大。

梁子湖是我國目前水質最好的淡水湖泊之一,具有生物多樣性、遺傳多樣性和物種稀有性等特點,湖內共有脊椎動物280余種,其中鳥類166種,包括21種國家重點保護鳥類(一級保護鳥類5種);水生高等植物92種,包括4種國家重點保護植物(一級保護植物1種)。梁子湖是團頭魴(武昌魚)(Megalobramaamblycephala)和湖北圓吻鲴(Distoechodonhupeinensis)的原產地和標本模式產地,是亞洲稀有水生植物物種藍睡蓮(Nymphaeacoerulea)的唯一生存地,是我國新記錄物種和國際特有新記錄物種揚子狐尾藻(MyriophyllumoguraenseMikisubsp.yangtzenseWang)的發現地。

1.2社會經濟狀況

梁子湖流域范圍內的19個鄉(鎮、街道)現有人口75.42萬人。根據最新調查結果顯示,梁子湖流域所涉及的4個地市區2011年國內生產總值達到775.54億元,其中一、二、三產業產值分別占生產總值的13.50%、56.87%、和29.62%,農民人均純收入6126.63元/a,與7851.7元/a的全省平均水平有一定差距。梁子湖流域除烏龍泉街道、太和鎮、雙溪橋鎮、橫溝橋鎮具備一定的工業基礎外,其他地區經濟主要依靠農業種植和養殖。賀勝橋鎮、大幕鄉、涂家垴鎮、梁子湖風景區、舒安鄉、山坡鄉、金牛鎮的農業產值占其國民生產總值的50%以上,其第二產業產值在區域生產總值中占主導地位。流域內除武漢江夏區的經濟狀況較好、農民人均純收入基本在6000元/a左右外,其他大部分鄉鎮還是相對貧困的地區。

1.3污染源現狀

目前,梁子湖流域有工業企業166家,其中規模工業企業有64家,工業污染物排放量較大。梁子湖地區是湖北省內重要的畜牧業生產基地和水產品養殖基地,畜禽和水產養殖帶來較大污染。梁子湖周邊耕地397.58km2,原始的農業耕作方式造成嚴重的面源污染。梁子湖流域農村及城鎮環保基礎設施建設滯后,生活污水的任意排放也對梁子湖環境造成了極大壓力。

梁子湖流域19個鄉鎮COD排放量為11978.02t/a、TN為1988.37t/a、TP為406.24t/a。從梁子湖流域污染行業類型來分析其污染物負荷情況,見表1。從污染物產生來源來看,COD排放中,城鎮生活污水和農業面源污染產生的COD量較大,二者分別達到TP總排放量的42.51%、27.03%;TN的排放中,農業面源污染和畜禽養殖污染產生的TN較多,分別達到TN總排放量的33.11%、34.85%;TP排放以畜禽養殖為主要來源,畜禽養殖排放的TP量占TP總排放量的53.89%。

表1　梁子湖流域污染類型負荷

2調查與分析

《中國湖泊志》中有對梁子湖水生態環境的詳細調查結果,包括地理、氣候、水文、水質及浮游動物、浮游植物、底棲動物等情況[1]。本研究在以往數據的基礎上,增加了水質年度變化調查、湖濱帶植被調查、湖泊底質調查及鳥類資源調查,調查方法上有所更新,調查指標涉及面更廣,以便能更準確反映湖泊當前環境現狀及未來發展趨勢。

2.1調查方法

以2012年為調查基準年,每季度測定梁子湖水體CODMn、TN、TP、NH3-N、DO等指標,測定方法參考《水和廢水監測分析方法》[2];調查梁子湖湖濱帶植被、沉水植被、浮游動物、浮游植物、底棲動物生物多樣性,浮游生物調查方法參照《淡水浮游生物研究方法》[3];查閱梁子湖魚類、鳥類[4]分布情況,分析湖區底泥沉積物理化性狀[5-7],并結合目前水環境狀況及當地經濟社會發展情況,對未來水環境變化趨勢進行預測。

2.2調查結果

2.2.1水環境狀況

水質監測結果表明,春季梁子湖水質總體以Ⅲ類水質為主,Ⅱ類和Ⅳ類次之,Ⅴ類偶有出現;夏季梁子湖水質總體以Ⅲ類水質為主,Ⅳ類次之;秋季梁子湖水質總體以Ⅲ類為主(占湖面75.2%),Ⅱ類次之(占湖面24.8%);冬季梁子湖水質總體以Ⅳ類為主(占湖面70.5%),Ⅲ類次之(占湖面26.6%),其余為Ⅴ類水質水面。

按照綜合營養狀態指數方法[8]計算,結果表明梁子湖春季、冬季水質狀況較好,水體水質為中營養狀態;夏季、秋季梁子湖水質較差,為輕度富營養狀態。從不同區域劃分來看,2012年,梁子湖江夏水域水質穩定在Ⅱ類,鄂州水域總體水質為Ⅲ類。

2.2.2底質分析

從垂直分布情況來看,梁子湖沉積物中TOC、NH3-N、有機氮、TN、TP等營養鹽質量濃度與Cu、Cr、Pb、Hg和As等重金屬質量比變化規律相似,均隨著沉積物深度的增加而減小;從水平分布來看,梁子湖不同區域沉積物中的營養鹽質量濃度及重金屬質量比差異性較大。

根據背景值法和美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)的效應范圍法對梁子湖沉積物重金屬污染狀況進行定量評價,結果表明Hg和As是梁子湖沉積物的主要污染物;采用內梅羅污染指數法[9]和潛在生態危害指數法[10]對沉積物的重金屬污染狀況進行評估,結果表明梁子湖沉積物中Hg的風險程度最高,為重度污染級別。若以長江干流I級和II級背景值作為基準值[11],則梁子湖沉積物重金屬潛在生態危害指數分別達到重度和中度生態風險程度。

2.2.3生物多樣性

a. 湖濱帶植被。共調查發現梁子湖湖濱帶植物52科128屬182種。夏季梁子湖湖濱帶植被種類豐富,長芒稗(Echinochloacaudata)、狗牙根(Cynodondactylon)、小飛蓬(Conyzacanadensis)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草(Vallisnerianatans)、菱(Trapanatans)等;秋冬季湖濱帶植物明顯減少,主要優勢種包括狗牙根、青綠苔草(Carexbreviculmis)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)等。

b. 沉水植被。梁子湖沉水植物常見類型有菹草(Potamogetoncrispus)、狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、苦草及金魚藻(Ceratophyllumdemersum)等。沉水植物生物量及分布面積均在春季時達到最大。沉水植物大多沿湖邊生長或以扇形分布于入湖尾閭。梁子島以西(前江大湖東側)及高塘湖中沉水植物分布相對密集。春季主要為菹草,生長密集;夏秋季以苦草覆蓋率最高,以狐尾藻生物量最大;冬季以菹草和狐尾藻為主要種類。

c. 浮游植物。調查發現梁子湖有7門94屬184種浮游植物,以綠藻門(Chllorophyta)種類最多,以硅藻門(Bacillariophyceae)的直鏈藻屬(Melosira)為主要的優勢種,藍藻門(Cyanophyta)的顫藻屬(Oscillatoria)、魚腥藻屬(Anabeana),金藻門(Chrysophyta)的錐囊藻(Dinobryon)為季節性的亞優勢種。共有綠藻49屬107種,占浮游植物種類總數的58.2%;硅藻門22屬36種,占19.6%;藍藻門有12屬24種,占13.0%;還有裸藻門(Euglenophyta)5屬9種,隱藻門(Cryptophyta)2屬3種,甲藻門(Pyrrophyta)3屬4種,金藻門1屬1種。

d. 浮游動物。調查共發現浮游動物128種,其中原生動物60種,輪蟲33種,橈足類18種,枝角類17種。無論從種類還是個體數量上看,梁子湖水體浮游動物中均以原生動物占優勢。原生動物中以輻射異胞蟲(Heterophrysradiata)、櫛毛蟲(Didinium)和變形蟲(Amoeba)等種類為主要優勢種;輪蟲中以長肢多肢輪蟲(Polyarthradolichoptera)、萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)、裂足臂尾輪蟲(Brachionusdiversicornis)、前節晶囊輪蟲(Asplanchnapriodonta)、螺形龜甲輪蟲(Keratellacochlearis)為主要優勢種;枝角類中長額象鼻溞(Bosminalongirostris)、短尾秀體溞(Diaphanosomabrachyurum)是主要的優勢種;而橈足類中常見的優勢種有胸外飾劍水蚤(Ectocyclopsphaleratus)、廣布中劍水蚤(Mesocyclopsleuckarti)、近鄰劍水蚤(Cyclopsvicinus)、草綠近劍水蚤(Acanthocyclopsviridis)等。

e. 底棲動物。調查共發現22種底棲動物,以蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)、長足搖蚊(Tanypuschinensis)、羽搖蚊(Chironomusplumosus)、銅銹環棱螺(Bellamyaaeruginosa)為常見種。從分布上看,底棲動物生物量在全湖分布不均勻。

f. 魚類。根據報道,梁子湖曾有魚類94種[12],隸屬10目20科94種。但由于江湖分隔及其他影響,目前梁子湖共有魚類70余種。梁子湖目前魚類種群數量比較多的有鯽(Carassiusauratusauratus)、青梢鲌(Culterdabryi)、鱖(Sinipercachuatsi)、草魚(Ctenopharyngodonidellus)等種類。梁子湖有國家二級保護魚類1種,即胭脂魚(Myxocyprinusasiaticus),占湖北省國家重點保護魚類總數(4種)的25%。梁子湖省級重點保護魚類有4種,即鳤(OchetobibuselongatesKner)、鯮(Luciobramamacrocephalus)、光唇蛇鮈(Saurogobiogymnocheilus)、長吻鮠(Leiocassislongirostris),占湖北省省級重點保護魚類總數13種的30.76%。

g. 鳥類。根據梁子湖科考報告,梁子湖有鳥類166種,其中留鳥50種,夏候鳥41種,冬候鳥69種,旅鳥6種,以冬候鳥占優勢。在留鳥和夏候鳥繁殖鳥類中,東洋界42種,占47.25%;古北界20種,占21.97%;廣布東洋和古北兩界28種,占30.76%。可見以東洋界種類占優勢。梁子湖自然保護區內有國家重點保護鳥類21種,占湖北省國家重點保護鳥類總數80種的26.25%。其中,國家一級保護的有白鸛(Ciconiaciconia)、黑鸛(Ciconianigra)、白頭鶴(Grusmonacha)、白鶴(Grusleucogeranus)、丹頂鶴(Grusjaponensis)等5種;國家二級保護的有白額雁(Anseralbifrons)、斑嘴鵜鶘(Pelecanusphilippensis)、小天鵝(Cygnuscolumbianus)等15種;梁子湖自然保護區內有湖北省重點保護鳥類有鳳頭鸊鷉(Podicepscristatus)、鸕鶿(Phalacrocoraxcarbo)、銀鷗(Larusargentatus)、大山雀(Parusmajor)等42種。

3問題分析

根據梁子湖生態環境基線各項調查結果,梁子湖目前面臨的環境問題主要有以下幾點。

a. 流域污染尚未得到有效控制,局部水域水質狀況不容樂觀,局部底質也受到一定程度的污染。調查結果顯示,目前梁子湖夏、秋季節水質較差時達到輕度富營養狀態,且底泥也受到一定程度的污染,以長江干流I級和II級背景值作為基準值,梁子湖沉積物重金屬潛在生態危害指數達到重度或中度生態風險程度。2011年,梁子湖全流域主要污染物排放量COD為11978.02t/a、TN為1988.37t/a、TP為406.24t/a。而根據測算,梁子湖全流域環境容量COD為13061.15t/a、TN為1972.5t/a、TP為98.61t/a(表2)。早在2011年,梁子湖流域TN、TP的 排放總量就已超過流域環境容量,其中TN排放總量超過環境容量約0.80%,TP排放總量超過環境容量約311.97%。根據目前梁子湖流域總人口、城鎮化水平,近年來工業、農業的發展情況,以及擴增的畜禽養殖規模和壯大的水產養殖業,可以預測,梁子湖流域主要污染物COD、TN、TP的排放量還將持續增加,這勢必導致梁子湖的水質更加下降，生態功能進一步退化。

表2　2011年梁子湖全流域污染物排放量與

b. 水生植被遭到破壞,浮游植物生物量驟增。一直以來。圍湖造田和水產養殖對梁子湖湖濱造成了極為不利的影響。湖濱帶植被調查結果顯示,目前梁子湖湖濱帶結構不完整,西南部湖區多地缺乏沉水植物和浮葉植物,整個梁子湖湖濱帶挺水植被覆蓋度低,分布區域少。浮游植物調查結果顯示,梁子湖水體中浮游植物生物量逐漸增加,種類卻在減少,而耐污性強的藍藻、綠藻種類有所增多。1955年,梁子湖水體浮游植物細胞數約4×104個/L,優勢種為硅藻和甲藻[13];1982年調查發現浮游植物生物量升高為2.3×106個/L,優勢種為隱藻[12];本次調查發現浮游植物生物量已升至5726.23萬個/L(表3),優勢種為硅藻和藍藻。梁子湖浮游植物優勢種群和生物量的變化,說明梁子湖水質正向富營養化階段演變。

表3　2012年梁子湖浮游植物生物量　萬個/L

c. 人類活動頻繁,生物資源萎縮。由于人類活動的影響,梁子湖魚類生存環境受到威脅,物種逐漸趨向單一,多種有較高經濟價值的魚類資源銳減。水利設施的修建,人為分隔了子湖與大湖、主湖與長江的聯系,魚類基因間的交流減少,逐漸使梁子湖部分珍稀魚類(如銀魚等)基因消失。根據記載,20世紀60年代,梁子湖曾有魚類94種,隸屬10目20科94種[12]。但由于江湖分隔及其他影響,目前梁子湖僅有魚類70余種。由于梁子湖周邊圍湖造田,湖泊面積縮小(表4),生態環境退化,水生植被減少,導致湖泊濕地面積銳減,鳥類棲息地和食物來源遭到破壞,鳥類數量和種類有所下降。另外,梁子湖流域的旅游業開發目前正如火如荼,每年接待旅游者達50萬人次。大量的旅游接待必然對梁子湖水環境、生態環境造成不利影響,環境污染問題更加突出。

表4　梁子湖面積變化統計

4建議

梁子湖是我國保護最好的淡水湖泊之一,以其完整的生態系統和豐富的生物多樣性而具有獨特的生態價值,是我國乃至世界的珍貴湖泊濕地資源。切實保護梁子湖“一湖清水”,加強生態建設和環境保護,維護梁子湖生態功能和生物多樣性,必須采取有力措施。

4.1加大保護梁子湖的宣傳力度

長期以來,人們對湖泊的功能與效益缺乏全面的認識,產生了錯誤政策導向和經濟利益驅動的短視行為。相關媒體要從保護梁子湖的危機意識、責任意識等方面進行輿論宣傳和引導,進一步加大湖泊保護意識和湖泊資源憂患意識的宣傳教育,加強群眾湖泊保護科普活動的教育,提高全社會的湖泊保護意識,營造全社會關愛湖泊、善待湖泊、保護湖泊的良好氛圍。

4.2提高污水達標排放率

加快發展工業廢水深度處理和資源化的技術,提升梁子湖流域工業企業污水集中處理力度,提高梁子湖流域工業污廢水的達標排放率。在湖泊保護區內倡導水產養殖業從圍網養殖向生態養殖、清水養殖過渡,完善湖區休漁制度和捕撈許可證制度。科學劃定梁子湖規模化畜禽養殖禁養區、限養區和允許養殖區,對規模化畜禽養殖產生的污廢水進行收集和深度處理,實現畜禽養殖廢棄物資源化利用和零污染排放。種植業以清潔種植為方向,逐步實現“兩減”(減少化肥和農藥用量),切實減少農業面源污染。開展農村生活污水處理,建設污水收集處理設施,結合農村凈化沼氣池建設與改廁、改廚、改圈建設,逐步提高農村生活污水綜合處理率。加快村鎮生活垃圾收集和處理設施建設,提高農村生活垃圾收集率、清運率和處理率。

4.3采取生態調控措施

要合理開發湖泊水資源,保證生態用水,增強水體自凈能力。實施湖泊濕地保護和恢復工程,禁止圍湖造田、圍湖養殖等縮小湖泊水面的行為。采取生物控制、底棲生物移植等措施修復水域生態系統,加強生態湖濱帶和水源涵養林等生態緩沖帶的建設與保護,改善和豐富流域湖泊及河流的濱岸景觀。加強對流域內主要河流的治理,采用截污、清淤、換水等工程手段,改善河道水質,恢復和強化河道生態功能。

4.4建立梁子湖環境保護長效機制

梁子湖流域跨武漢、黃石、鄂州、咸寧4個地市,管理上各自為戰,使得梁子湖環境保護缺乏統一性和整體協調性。應盡快理清各部門管理職能,建立統一的管理體系,制定并頒布實施《湖北省梁子湖生態環境保護條例》,推動依法治湖、依法興湖、依法管湖。要逐級落實責任,建立嚴格的考核機制和問責制,促進省直相關部門切實履行職責,加強指導和協調,加大支持力度。要健全梁子湖環境監測預警體系,加強水質監測能力建設,優化監測網絡,制訂水環境保護預警和應急預案,健全指揮管理系統。要嚴格環境執法,對破壞梁子湖環境的違法行為要加大執法力度,確保梁子湖生態環境逐步好轉。

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