生態恢復對長湖水質時空變化的影響

楊 軍，王海艷，柴 毅

(1. 長江大學農學院，湖北 荊州 434025；2. 長江大學濕地生態與農業利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025；3. 長江大學動物科學學院，湖北 荊州 434025)

改革開放以來，隨著我國經濟的快速發展，人們的生產生活方式發生了翻天覆地的變化，對水資源的開發利用也達到了前所未有的強度，大量含有氮、磷營養物質的生產生活污水未經處理直接排入附近的湖泊、水庫和河流，增加了這些水體的營養物質負荷量，給水生態環境造成了嚴重破壞[1-3]。環保部門公布的調查數據顯示，2014年全國地表水約10%為劣Ⅴ類水體，有些流域甚至大大超過了這個比例。2019年5月份生態環境部發布的《2018中國生態環境狀況公報》顯示，盡管我國地表水質趨于改善，但仍有約7%的地表水為劣Ⅴ類水體，其中七大重點流域中的黃河流域、松花江流域、海河流域和遼河流域劣Ⅴ類水體的比例均超過了10%，部分地區甚至超過了20%。此外，在監測的主要湖泊和水庫中，有超過30%的水體處于Ⅳ ～ 劣Ⅴ類狀態。當前，湖泊和水庫在我國飲用水源的占比高達85%，解決水質問題成為湖庫管理的重要任務[4,5]。

長湖是湖北省第三大湖泊，位于荊州、荊門、潛江3市交界處，江漢平原四湖水系的上游，是長江中游地區生態平衡的重要濕地生態系統[6]。長湖分為廟湖、海子湖、馬洪臺和圓心湖4個湖區，流域成雨面積3 240 km2，整個長湖面積122～150 km2，最大水深6.1 m，庫容為2.71 億m3。近20年來，由于經濟社會的快速發展，人為干擾的因素不斷增多，大量城鄉生活污水、工業廢水、農業污水未經有效處理直接排入湖泊，加之圍網養魚和飼料、農藥的大量投入，長湖已受到嚴重的污染，水體呈明顯的富營養化狀態，水質下降為III到Ⅴ類，甚至劣Ⅴ類[7-9]，且有進一步惡化趨勢。海子湖作為長湖水產養殖的主產區，是長湖污染程度最重的區域之一，其主要環境問題是水產養殖污染嚴重，養殖過程中大量投放飼料和化肥，加上周邊工業和生活等點源污水大量排放，導致水體污染嚴重[9-10]。長湖水質的惡化使得從長湖流入總干渠中的水質多偏中性或略偏堿性，總氮和總磷含量超標幾倍甚至幾十倍，在靠近長湖的上游段水質問題尤為突出[11]。

為了遏制四湖流域濕地生態環境退化，逐步恢復湖泊的自然生態面貌，2015年7月，在荊州市政府的支持下，長湖啟動了湖泊生態恢復工程，并于2016年7月全部完成，具體措施包括拆除養殖圍網、增殖放流和種植水草，共拆除養殖圍網3 667 hm2，投放魚苗41萬尾，封灘育草120 hm2，清除有害生物300 hm2，恢復水生植物150 hm2，長湖生態得到明顯改善(數據來自荊州市長湖生態管理局)。本文通過分析2014-2018年長湖營養鹽指標的時空變化，擬探討生態恢復前后長湖營養鹽的變化特征，為保障四湖流域的飲用水安全和維持流域濕地資源的可持續利用提供科學依據。

1 研究方法

1.1 監測方法

圖1 長湖流域水系及采樣點位置示意圖

1.2 數據分析

采用Microsoft Excel工作表整理數據，采用SPSS 19.0和STATISTICA 10.0軟件進行數據統計分析和繪圖。

2 結果與討論

2.1 長湖水體營養鹽時間變化特征

2.1.1 年際變化

圖2 長湖水體營養鹽年際變化特征

總體而言，近幾年長湖水體營養鹽的演變過程可劃分為兩個階段：

第二階段為2016-2018年，水體營養鹽濃度呈逐漸下降趨勢，有機污染程度逐漸減輕。這一時期水質的改善源于一系列生態恢復措施的實施降低了人為活動對湖泊生態系統的干擾，同時水草的種植不僅為魚類和浮游動物提供了棲息場所和繁殖基質，也能對進入水體的過量營養物質和金屬元素起到凈化作用[14]。

2.1.2 年內變化

圖3 長湖水體營養鹽年內變化特征

2.2 長湖水體營養鹽空間變化特征

圖4 長湖水體營養鹽空間變化特征

從營養鹽的空間變化來看，廟湖、海子湖和馬洪臺3個湖區污染最為嚴重，長湖主體區域(圓心湖區)污染較輕。這與長湖的地形有關，長湖西北部地區分布著荊州區中心城區以及荊州區的6個鄉鎮，這些城鎮排放的生活污水和工業廢水量占全流域的93.7%，并主要通過龍會橋河、太湖港和拾橋河分別排入長湖西北部水域的廟湖、海子湖和馬洪臺區，使得該水域污染物負荷明顯偏高[9]。此外，長湖濕地植被主要分布于湖泊的東邊和南邊，西邊和北邊的植被覆蓋率較低，這在一定程度上也削弱了西北部水域的水質凈化能力[18,19]。

2.3 生態恢復對長湖水體營養鹽的影響

圖5 生態恢復對長湖水體營養鹽的影響

2.4 長湖水質變化特征

2014-2018年長湖水質變化見表1。由表1可知，2016年生態恢復前，長湖水質基本處于Ⅴ ～ 劣Ⅴ類狀態，生態恢復后，全湖水質有所改善，習家口監測點水質由Ⅴ類轉為Ⅳ～Ⅴ類，其他監測點由Ⅴ～劣Ⅴ類轉為Ⅴ類。從水質的空間變化來看，調查期間，長湖水質總體呈現出西北地區偏高、東南部地區偏低的趨勢，這與過往的研究基本一致[20]。從表1可以看出，盡管生態恢復后長湖水質有所改善，但水質狀況依然不容樂觀，這主要是因為長湖的主要污染物中有超過70%的污染物來源于周邊各縣市的工業廢水、城鎮/農村生活污水、畜禽養殖和農業種植面源排放，尤其是畜禽養殖[7]和農業種植[9]。因此，農業面源污染治理是長湖流域水污染控制的關鍵。

表1 長湖2014-2018年水質變化

3 結 論

本文通過研究長湖2014-2018年期間不同水域的水質，分析了生態恢復前后長湖水質的變化特征。結果表明：