江蘇省淡水水體富營養化的威脅：成因、影響及解決方案

董家華

（南京信息工程大學，南京 210044）

江蘇省是我國淡水湖泊分布最為集中的省區，河網密布，境內共有大小湖泊200余個，湖泊分布率為6%，居全國之首。然而，由于經濟的迅速發展和人口的急速增長、工業生活污水的排放、土地的過度利用以及農業生產中產生的損耗，江蘇淡水系統逐步遭到污染，并發生水體富營養化現象[1]，江蘇省重要湖泊營養程度如表1所示。淡水水體富營養化和藻華現象會嚴重影響河流湖泊的生態功能和水質。后期，隨著富營養化的持續發展，整個湖泊生態系統會發生生物多樣性減少、生物群落結構簡化、生態系統不穩定等嚴重的生態污染現象，并最終由清水、大型植物為主的生態系統逐漸過渡到濁水、藻類為主的生態系統[2]。

表1 江蘇省內重要湖泊的營養程度

20世紀80年代以前，除了少數幾個靠近城市中心的應用型小湖泊，江蘇省內大部分湖泊的水質都很高。然而，受經濟飛速發展影響，大部分淡水水體已成為中度甚至高度富營養化水體，其中太湖受影響最為嚴重。1990年和2007年，太湖發生了最具破壞性的藻華事件，對周邊地區的自然和建筑環境造成了極其嚴重的負面影響[3]。直到現在，江蘇省飛速推進的城市化進程仍然會影響區域內淡水富營養化的狀況。一項針對長江中下游區域內的50個湖泊的研究表明，大部分湖泊仍然處于富營養化狀態[4]。無錫市2007年飲用水危機出現的原因是藍藻的大量繁殖，原因是富營養化導致自來水廠取水口受到污染。許多建設項目（如大壩）降低了河流和湖泊生態系統之間的聯系，改變了水動力條件和相應的生態系統響應[5]。在今天的研究中，富營養化一般是指氮、磷輸入的增加所引起的營養過剩狀態，具體地說，是指工業化、農業現代化和城市化過程中植物養分（主要是氮、磷）的排放增加引起的水體生態現象。圖1為長江中下游地區湖泊營養狀態的匯總，由此可見，很大一部分長江中下游湖泊正處于富營養化狀態。

圖1 長江中下游地區湖泊營養狀態

湖泊營養狀況的監測對于預測未來趨勢、制定適當的富營養化法規和管理方法有至關重要的作用。因此，中國國家環境監測中心提出了基于營養水平指數（TLI）的湖泊營養狀況標準測量方法，對湖泊的營養狀況進行了有效的監測和判斷。另一項關于淡水水體的指標稱為水質指數（WQI），也可以用于淡水水質的分類和未來水質變化趨勢的預測。

上文重點介紹了江蘇省湖泊富營養化的現狀，下面探討淡水水體富營養化的成因和影響，然后進行采樣分析，最后提出解決水體富營養化問題的對策，以控制水體富營養化的負面影響。

1 淡水水體富營養化的成因

氮、磷是植物生長所必需的元素。然而，如果水體吸收的氮和磷過量，生態系統就會發生變化，可能引發藻華現象。富營養化的主要影響元素是氮和磷。總氮（TN）和總磷（TP）一直是衡量淡水富營養化水平的指標，而淡水富營養化的成因各異，包括地理因素、污染物類型以及自然生態系統特性（氣候或水生物）[6]。

1.1 地理特征

大部分富營養化現象發生于湖泊系統中，其原因在于湖泊的特殊地理特征。湖泊生態系統有一個河流和湖泊的過渡區域。相關研究表明，該區域對水體運動趨勢的變化、人類活動影響的增加等環境因素的改變十分敏感。例如，由于河口水流急速且不規律，一些野生動物不在河口地區棲息。此外，由于湖泊的空間地理特征，各種陸源污染物、廢水、泥沙、地表徑流等容易在湖泊系統中大量積累。與其他水體系統相比，湖泊的自恢復能力較差。總而言之，湖泊系統的地理特征是造成嚴重富營養化的重要原因。

1.2 人類活動

20世紀70年代以來，隨著工業的蓬勃發展和城市化進程的加快，江蘇省湖泊流域附近出現了大量的工業和城市群。雖然這些工業項目為江蘇省創造了巨大的經濟價值，但大部分工程并不重視污水處理，導致大量污水被直接排入淡水水體中。另外，隨著城市化的飛速發展及城市人口的急速增加，生活污水的排放量顯著增長。農業方面，為了提高產量，農民過度使用化肥和農藥，導致土壤中氮磷元素的極速增長和積累，其隨地表徑流進入淡水水體，導致其富營養化[7]。

湖泊中營養物質的外部注入可以分為兩類，即點源排放和非點源排放。點源排放是指污水來自一個或者多個固定地點，而非點源排放是指污染源廣泛、范圍不同。點源排放相對容易控制和解決，但非點源排放較難處理，因此非點源排放成為影響淡水水體水質的主要因素。以巢湖為例，約68%的總磷和74%的總氮源自非點源排放[8]。

2 江蘇淡水水體富營養化影響

湖泊水體富營養化對當地環境和生態產生許多負面影響，包括生態系統退化和水質惡化等。

2.1 飲用水供應

湖泊是江蘇省主要的飲用水源。一旦湖泊發生富營養化，湖中的藻類會散發出難聞的氣味，導致其不能再成為飲用水的水源。因此，富營養化將對水資源的利用產生不利影響。例如，2007年，太湖出現藍藻污染事件，許多沿湖城市受到影響，無錫市被迫關閉供水系統，導致城市進入大面積缺水狀態[9]。

2.2 自然環境

湖泊生活著各種各樣的水生物，而藻類的快速生長會抑制動植物的呼吸作用，消耗其他正常生命活動所需的溶解氧等營養物質。與此同時，藻華下的水體呈厭氧狀態，導致許多厭氧微生物繁衍生息，受缺氧和缺少光照影響，許多水生物死亡[10]。例如，20世紀90年代發生在江蘇各湖泊附近的藻華曾導致了大規模的魚類窒息。

2.3 工業、農業及經濟

水華會影響工業生產、農業生產和城市居民的生活。漁業是江蘇省湖區的重要產業，水質下降導致漁業受到影響，從而造成嚴重的經濟損失。此外，水華也會影響湖區旅游業及相關產業的發展。水華現象大面積蔓延，會嚴重污染周邊農業用地，造成作物產量大幅度減少[9]。

3 南京眼、秦淮河、玄武湖的水質采樣分析

3.1 采樣地點

本次試驗采樣地點設置在南京市內部分淡水水體中，包括長江南京段南京眼、秦淮河及玄武湖。采樣位置為南京眼（31°59′67″N，118°41′87″E）、秦淮河（32°0′49″N，118°46′32″E）及玄武湖（32°4′27"N，118°47′0"E）。本次試驗在三個取樣點共取水樣6個。

3.2 采樣點現場測定

在采樣地采樣的同時，利用儀器測定6個水樣的基本特征，包括水體能見度、溫度、溶解氧含量以及pH值。具體測定結果如表2所示。

表2 采樣點水體基本特征匯總

3.3 實驗室測定

試驗期間，在實驗室對不同地點的6個水樣進行總氮、總磷的測定，從而通過水樣判定水體富營養化狀態及特征

3.3.1 總磷含量測定方法

總磷測定采用鉬酸銨分光光度法，以硫酸鉀（K2S2O8）為氧化劑，然后消化未經過濾的水樣。首先，用不同量的標準溶液，用分光光度計測定吸光度，繪制標準曲線。取0.0、0.5、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0、20.0 mL磷標準溶液分別放入50 mL比色管中，用蒸餾水稀釋到25 mL。然后，在每根比色管中加入4 mL 5%過硫酸鉀溶液，用紗布和橡皮筋擰緊塞子，防止液體濺出。將比色管放入高壓蒸汽滅菌鍋中加熱，設置溫度為120℃，定時30 min。之后關閉殺菌鍋，打開閥門放氣。然后取出比色管，待其冷卻至室溫。用蒸餾水稀釋至50 mL，加1 mL 10%抗壞血酸溶液，然后加入2 mL鉬酸銨溶液，充分混合30 s后，再靜置15 min。最后，將部分溶液移至10 mm石英試管中，以蒸餾水為標準，用分光光度計測量700 nm波長處的吸光度。用20 mL的吸管取20 mL的水樣，通過以上步驟，測定樣品的吸光度，在標準曲線上找到相應的總磷含量，并通過式（1）計算總磷含量。

式中，CP為總磷含量，mg/L；m為總磷質量，mg；V為溶液體積，L。

3.3.2 總氮含量測定方法

總氮的測定采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法。除標準溶液用量不同以外，其他步驟與總氮測定相似。本試驗標準溶液用量與氮氣（0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、8.00 mL硝酸鉀標準溶液）不同。最后，用10 mL移液管取1 000 mL水樣，按以上步驟操作。然后基于修正后的吸光度，找到相應的氮含量校準曲線，然后計算總氮（TN），最后，基于標準曲線，可以確定總氮的含量。

基于總氮和總磷的含量結果，通過式（2）和式（3）計算營養狀態指數（TLI）的值，最終確定水體富營養化水平。

根據規定，湖泊營養狀態分級采用0～100（TLI值）的數字，湖泊營養狀態分級標準如表3所示。

表3 湖泊營養狀態分級標準

3.4 試驗結果

表4 水樣總氮總磷含量匯總

水樣總氮總磷含量匯總結果如表4所示，測量結果表明，秦淮河及玄武湖采樣點處于輕度至中度富營養化狀態，而位于長江的采樣點則處于重度富營養化狀態。這與長江附近污染源眾多，長江流域面積廣闊，控制和治理富營養化難度大，長江運輸業及漁業飽和發展有密切關系。近年來，南京市制定了強有力的法規和處理方法，使得當地大部分淡水水體的富營養化程得到緩解，水環境也得到極大的改善。

4 富營養化解決方法

富營養化湖泊的治理方法一般可以分為三個部分：修復受損的湖泊生態系統、控制污水排放以及對周邊地區進行重新規劃和管理。

4.1 湖泊生態系統修復

湖泊生態系統修復和水質恢復的首要原則是減少藻類的生長，方法較多。首先是利用特殊的水生植物和微生物，它們具有吸收養分的特殊能力，不僅可以減少藻類的生長，也能夠充分吸收湖泊系統中的游離養分。為有效提取養分，這些水生植物和微生物會釋放特別的化學物質，降低湖泊藻類的爆發性增長和富營養化水平，達到恢復湖泊原有水質的目的[11-12]。另外，人們可以運用化學和物理方法去除底泥，控制水體富營養化程度[13]。

4.2 控制污水排放

湖泊系統吸納的污水來源廣泛，包括工業污水和生活污水。地方政府要調整產業結構，淘汰落后產能，大力發展高科技制造業和服務業。這樣可以減輕污染，為社會創造新崗位，滿足居民基本需求。

4.3 周邊地區規劃與管理

土地利用格局和規劃是影響湖泊系統水質的重要因素之一。研究表明，在蘇州、無錫、常州等快速發展的城市，城市化進程導致地表徑流顯著增長[14]。土地利用的變化會影響土壤結構、水的遷移和循環模式[15]。為了減緩這些影響，湖泊和工廠、居民區的中間要建立緩沖區，建設沿湖濕地保護區，并與恢復植被相結合，以吸收富營養化物質（氮和磷）[16]。另外，人們要調整和優化農業用地規劃，既保護農田，又降低進入湖泊的氮磷量[17-18]。

5 結語

江蘇省的淡水水體富營養化水平仍然相對較高，但與嚴重時期比較，目前已經取得了很大的進步，這得益于政府和個人的治理行動。TLI和WQI指標的應用對水質監測具有重要的影響，有助于未來實施有關法規。今后要結合物理、化學和生物技術，實施淡水水體富營養化防治，以便控制水體富營養化，保護水環境。