浙江省閑林水庫的富營養化狀況評價與防治對策

儲忝江，楊寧，郭煒，戴楊鑫

(1.杭州市農業科學研究院 水產所，浙江 杭州 310008； 2.杭州市閑林水庫管理處，浙江 杭州 311122)

湖泊富營養化是在自然因素和(或)人類活動的影響下，水體中氮、磷等元素大量增加，從而導致水生態系統生產力增加的一種現象[1-2]。據2018年全國水利發展統計公報[3]，我國已建成水庫98 822座，總庫容8 953億m3，是世界上水庫最多的國家。我國水庫的水環境總體優于天然湖泊，而且分布廣，惠及的人口眾多；因此，對水庫資源與環境的保護非常重要[4]。

2018年，水利部對全國1 097座水庫的抽樣調查發現，富營養水庫占30.4%，比2017年上升了3.1%[5]。水庫富營養化會導致生態系統異常，生物多樣性下降，水華爆發等[6]。據統計，浙江省84.9%的水庫屬貧-中營養類型，但是近年來水質呈現變差趨勢[7]。在本研究檢索范圍內，圍繞浙江省水庫開展富營養化評價的研究報道較少，且主要集中于發育穩定的水庫[7-9]。新建水庫的水生生態系統尚未發育穩定，水質指標波動較大，對新建水庫開展富營養化狀況評價，有助于了解水庫生態系統的動態變化[10]。閑林水庫位于杭州市余杭區閑林街道西溪源村，屬于杭州市西部地區上埠河流域，是杭州市的應急備用水源地，也是千島湖配水工程的重要組成部分。閑林水庫屬于新建水庫，于2010年8月動工興建，2016年4月正式下閘蓄水，2017年12月工程全面建成。調查期間，水庫平均面積80.75萬m2，平均庫容630.018萬m3。本文根據監測結果，運用綜合營養指數法對其富營養化狀況進行評價，以期為閑林水庫的管理和決策提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣點設置和采樣時間

根據閑林水庫的具體情況，在水庫設置4個采樣點(圖1)，分別于2019年4月(春季)、6月(夏季)、9月(秋季)和11月(冬季)開展水樣采集。

圖1 閑林水庫4個采樣站點位置

1.2 水質理化指標和測定方法

在每個采樣點使用采水器取上、中、下3個水樣進行混合，共采集2 L水樣，低溫避光保存，運回實驗室進行水質理化分析。現場測定透明度(SD)；在實驗室參照HJ 636—2012檢測總氮(TN)，參照GB/T 11893—1989檢測總磷(TP)，參照HJ/T 132—2003檢測高錳酸鹽指數(CODMn)，參照HJ 897—2017檢測葉綠素a(Chla)。

1.3 分析方法

采用綜合營養狀態指數法[11]和單因子評價法進行評價和分析。

營養狀態指數(T)計算公式如下：

TChla=10(2.5+1.086lnVChla)；

(1)

TTP=10(9.43+1.624lnVTP)；

(2)

TTN=10(5.453+1.694lnVTN)；

(3)

TSD=10(5.118-1.94lnVSD)；

(4)

TCODMn=10(0.109+2.661lnVCODMn)；

(5)

T=∑WjTj。

(6)

式(1)～(6)中：Tj表示相應指標的營養狀態指數，Vj表示相應指標的含量；Wj表示相應指標營養狀態指數的權重，下標j表示相應指標。

以Chla作為基準參數，則j指標營養狀態指數的權重計算公式如下：

(7)

式(7)中：rj表示第j項指標與基準參數Chla的相關系數，Chla、TP、TN、SD、CODMn的取值分別為1、0.84、0.82、-0.83、0.83；m表示評價指標的個數。

采用0～100的一系列整數對湖泊營養狀態進行分級：T≤30，貧營養；3070，重度富營養。

單因子法的計算公式如下：

(8)

式(8)中：Pi表示第i項指標的貢獻率；Ci表示第i項指標的實際檢測值；Si表示第i項指標的標準值。

2 結果與分析

2.1 閑林水庫水質狀況

閑林水庫年均TP為0.06 mg·L-1，CODMn為1.87 mg·L-1，TN為2.24 mg·L-1，SD為2.15 m，Chla為18.51 μg·L-1。對照地表水功能分區和地表水二類水環境質量標準，總磷、高錳酸鹽指數滿足相應限量要求，但總氮超出要求。國際上一般認為，總氮、總磷分別達到0.2 mg·L-1和0.02 mg·L-1時，富營養化將開始發生[12]。陳水勇等[13]認為，作為富營養化的判斷標準，總氮和葉綠素a濃度需分別大于0.2 mg·L-1和10 μg·L-1。1982年，經濟合作與發展組織(OECD)提出富營養化的標準判斷為平均總磷濃度大于0.035 mg·L-1，平均透明度小于3 m。對照這些指標，閑林水庫已處于富營養化狀態。

2.2 閑林水庫富營養化狀況

由表1可以看出，閑林水庫目前的年均綜合營養狀態指數為46.25，屬于中營養水平。從季節上看，閑林水庫營養狀態指數由高到低依次為春季>冬季>秋季>夏季，季節差異大，春季的營養狀態指數最高(53.56)，屬于輕度富營養，而夏季最低(36.28)，屬于中營養。這與施沁璇等[9]的調查結果略有不同，其調查發現浙江青山水庫總體為中營養，而春季的營養狀態指數最低。

表1 閑林水庫水體指標的營養狀態指數與分級

水庫富營養化的重要標志是浮游植物生物量的增加和藻類水華的出現[14]。對閑林水庫浮游植物的調查結果也充分反映了這點：春季，閑林水庫浮游植物的平均生物量為15.40 mg·L-1，遠高于其他季節(表2)。閑林水庫是一座新建水庫，調查期間庫尾一直在開展千島湖配水工程的施工，同時為了配合施工，水庫水位一直被調節在60 m上下，這些人為干預都會影響水庫的水生生態系統。因此，本試驗中的現象到底是偶發情況還是閑林水庫的特殊地理環境和構造所帶來的長期影響，尚需從整個生態系統的角度做進一步深入研究。

表2 不同季節閑林水庫浮游植物的生物量

2.3 富營養化因子的貢獻率

表3為各指標對水庫富營養化的貢獻率，其中，總磷、總氮和葉綠素a這3個指標的全年貢獻率合計達到78.5%。春季、夏季和秋季，水庫富營養化的主要貢獻因子是總氮和葉綠素a；冬季，水庫富營養化的主要貢獻因子則是總磷和葉綠素a。

表3 各指標對閑林水庫富營養化的貢獻率

氮磷比值(N/P)對藻類生長有重要影響：比值大于7時，磷是可能的限制性營養鹽；比值小于7時，氮是可能的限制性營養鹽[15]。閑林水庫年均氮磷比值為38，表明磷是閑林水庫的限制性營養鹽。韓曉霞等[16]和羅建波等[17]的研究結果顯示，磷是浙江省千島湖富營養化的主要限制因子，與本研究結果一致。

3 閑林水庫富營養化防治對策

閑林水庫屬于新建的小型水庫，其水生生態系統還在進一步的發育完善之中。水庫的富營養化程度與水庫類型、功能有密切關系。根據閑林水庫的現實情況，從以下幾個方面提出防治對策。

3.1 控制農業面源污染

閑林水庫周邊只有零星的工業企業，主要污染源為農業面源、人畜生活排放的污水，因此，建議附近村莊截污納管，同時提倡采取可持續的農業技術，控制庫區附近的養殖總量，嚴格劃分禁養區和限養區。

3.2 構建穩定的水生生態系統

適當增加水庫水生生物的多樣性，提高水生生態系統的穩定性。在水庫中適當投放濾食性魚類來控制水體中的藻類，在淺水區域投放螺螄等大型底棲動物控制著生藻類，種植水生植物吸收水體中的氮、磷。

3.3 建立常規監測系統

閑林水庫已經安裝了24 h水質自動檢測系統，建議在此基礎上對水庫中的水生生物(浮游生物、大型底棲動物、著生藻類、魚類等)開展定期的生態調查，厘清生物和環境之間的變動規律。

3.4 其他措施

加強水庫水源地的保護監督管理，及時制止危害水質安全的行為。加強輿論引導和宣傳，提高公眾的潔水護水意識，讓全社會一起參與到水源地的水質保護行動中。