探究生態修復后的東牙溪水庫

魏 芳

福建省三明環境監測中心站，福建三明 365000

東牙溪水庫是三明市區重要飲用水源地，位于三明市三元區中村鄉境內，全流域面積188 km2，最大水深為63.4 m，總庫容2263 萬m3，多年平均徑流量1.36 億m3/年，為山谷型月調節水庫，肩負著三明市區30 多萬人口生活飲用供水的重任。

然而，由于水庫周邊農村基礎環保設施建設尚未完善，當地居民素質和環保意識不強，隨意丟棄垃圾、亂扔亂倒現象時有發生，水土流失嚴重、河道垃圾堵塞等，都會影響保護區內物質和能量的有效流動和循環[1]。東牙溪水庫周邊林地大部分為毛竹林，每年3—5月是中村鄉農民挖筍、制筍的季節，如遇下雨天氣，山上腐爛的筍殼經雨水浸泡產生的污水隨地表徑流進入河道，造成水體氮磷超標。東牙溪水庫泥沙淤積，水體自凈能力有限，加之庫區周邊生活污染源和農業污染源排放的物質在水庫中長期積蓄，嚴重威脅庫區供水安全。

多年來，三明市委、市政府及當地相關部門高度重視東牙溪飲用水源保護區流域水環境綜合整治工作，先后對三明市區飲用水源地實施了水體生態修復第一、二、三期工程及生物多樣性保護與生態系統質量提升工程。水體生態修復技術是一種能借助大自然的自我修復能力對生態系統或環境自身進行修復的技術，國內多位學者已從不同角度對其做了研究[2-5]。本研究探究了東牙溪水庫實施水生態修復工程前后的水質，了解水生態修復技術對水體影響情況，并為制訂改善水體水質措施提供參考。

1 東牙溪水庫水生態修復系統引入情況

針對東牙溪水庫存在的藻類暴發隱患、底泥內源污染加劇、溶解氧季節性偏低、水體富營養化及以上問題帶來的飲水安全隱患等問題，三明市于2013年啟動了飲用水源地水體生態修復工程，實施了三明市區飲用水源地水體生態修復第一期工程、第二期工程及第三期工程。

由于庫區中部未實施生態修復工程，水體底層溶解氧相對其他修復區較低，底泥中氮磷含量較高，在一定程度上影響了庫區內生態系統。庫區上游受中村鄉生活污染和農業林業生產活動的影響，上游入庫水質較庫區差，總氮含量較高，影響庫區水質。

對此，為了鞏固庫區前期工程修復效果，提升庫區水質穩定性，改善水體富營養化，保證東牙溪水庫的供水安全，同時促進水庫良性食物鏈構建，為維護水生物種多樣性和保證水生態質量提供良好的環境基礎，在東牙溪飲用水源保護區周邊的污染源實施綜合整治和前期庫區內部生態修復的同時，實施東牙溪水庫生物多樣性保護和生態系統質量提升工程（圖1）。

2 水生態系統引入的差異

三明市區飲用水源地水體生態修復工程自2013年啟動至第三期工程于2017年12月開始試運行。在一期至三期工程實施后，修復區溶解氧濃度顯著提高，底部水體由厭氧、缺氧狀態逐步提升至好氧狀態，在同期藍藻暴發概率較大的時期，并未發生藻類暴發；系統運行后，抑制了水庫底部內源污染釋放，促進水體底部總氮、氨氮、總磷持續降低。

經查閱相關資料獲悉：2017年12月至2018年7月監測數據表明，在東牙溪水庫實施生態修復工程部分與未修復部分有明顯差異（圖2～圖5）。庫區底部溶解氧，未修復區底部溶解氧含量相比修復區底部溶解氧含量低，且在溶氧分層時期表現尤為明顯。

圖2 2017年12月—2018年7月東牙溪修復區與未修復區底層溶解氧數據

圖5 2017 年12月—2018年7月東牙溪修復區與未修復區氨氮數據

一期、二期、三期工程實施后，第一期工程修復區、第二期工程修復區、第三期工程修復區與上游中村電站、庫區中游未修復區存在明顯的差異，上游中村電站總氮、總磷、氨氮含量最高，污染最為嚴重，而中游總氮等污染物含量雖然相比上游中村電站有所降低，但明顯高于庫區內其余修復區污染物含量。

3 東牙溪水庫水生態環境現狀

根據東牙溪水庫自動監測站2017年1月至2022年7月對水庫水質的監測，分析pH值、溶解氧、氨氮、總氮、總磷項目的月均含量變化情況（圖6～圖10）。（注：由于系統維護、水庫清淤等原因，部分數據缺失）。

3.1 pH值、溶解氧

由圖6和圖7可獲知：（1）庫區 pH值相對比較穩定均未超過9；（2）庫區溶解氧基本處于6 mg/L以上，在2019 年9月東牙溪水庫生物多樣性保護和生態系統質量提升工程項目實施后，2017、2018年10月庫區溶解氧偏低的現象得到改善。

圖6 2017年1月—2022年7月自動監測站水質pH值變化情況

圖7 2017年1月—2022年7月自動監測站水質溶解氧變化情況

3.2 營養鹽指標

分析東牙溪水庫水質氨氮、總氮、總磷等營養鹽的月均含量變化情況可知（圖8～圖10）：（1）東牙溪庫區氨氮指標比較穩定均維持在I類水質標準。（2）自2019年9月東牙溪水庫生物多樣性保護及生態系統質量提升工程項目運行后，2019年12月較往年同期庫區總氮有一定的削減（約11 %），而2020年和2021年12月較2019年的同期又有所回升。同時在2020年2月開始降雨量比2018年同期偏多，且同期水位持續降低的情況下，2020年1—4月庫區總氮比2017年平均水平低10.2 %、比2018年低20.9 %、比2019年低16.6 %，說明生態修復工程的實施在一定時期內有助于庫區總氮削減。且從圖10可明顯看到庫區總氮含量基本上從每年3月到5月有呈上升的趨勢，除2019年、2021年外，其他年份5月的總氮含量均處于劣Ⅲ類水質標準。（3）自最后一個生態修復工程實施后，庫區總磷含量除2020年9月、2021年12月 及2022年6月 外均比往年同期低，并處于I～II類水質標準，說明生態修復工程項目啟動對庫區總磷削減有明顯的促進作用。

圖1 東牙溪水庫各階段生態修復工程點位圖

圖3 2017年12月—2018年7月東牙溪修復區與未修復區總氮數據

圖4 2017 年12月—2018年7月東牙溪修復區與未修復區總磷數據

圖8 2017年1月—2022年7月自動監測站水質氨氮變化情況

圖10 2017年1月—2022年7月自動監測站水質總磷變化情況

將東牙溪水庫的營養鹽含量進行年度均值分析，發現庫區氨氮含量有逐年上升的趨勢，總磷含量在2020年達低值后有所回升，總氮含量在生態修復工程全部竣工的2019年達最低值，后續又有所回升（圖11）（由于東牙溪水庫總氮含量變化在前后半年的差異較大，故不將2022年的年度情況納入分析）。

一般而言，水中總氮含量是由氨氮、有機氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的和組成，氨氮指的是凱氏氮扣除有機氮部分[6]。藺凱等[7]研究水中氨氮主要來自水中微生物對生活污水中含氮有機物的分解。結合圖8、圖9、圖11的數據變化情況來看：東牙溪水庫氨氮總體維持在I類水質標準，但有逐年增長的趨勢，說明水庫水體內含氮有機物在增多。

圖9 2017年1月—2022年7月自動監測站水質總氮變化情況

圖11 2017—2021年度東牙溪水庫營養鹽年均含量變化情況

4 小結與討論

生態修復工程的引入對東牙溪水庫的水質有一定的促進作用，無論是2017年12月—2018年7月修復區與未修復區的監測數據，還是借助近幾年自動站的監測數據，均可看到庫區水質：pH值相對比較穩定，均未超過9；溶解氧基本處于6 mg/L以上；東牙溪水庫氨氮總體維持在I類水質標準；自最后一個生態修復工程實施后，庫區總磷含量（除2020年9月、2021年12月 及2022年6月外）均比往年同期低，并處于I～II類水質標準。

影響水庫水質的原因是多方面的，僅靠生態修復工程并不能完全控制好庫區水質狀況。從近幾年的數據來看，東牙溪水庫氨氮含量雖然總體維持在I類水質標準，但有逐年增長的趨勢，且總氮含量在生態修復工程全部竣工的2019年達最低值，后續又有所回升，說明水庫水體內含氮有機物在增多；總磷含量在2020年達低值后亦有所回升。

綜上所述，造成東牙溪水庫的營養鹽成分有增長趨勢可能存在以下原因：（1）近一兩年，由于春秋季氣溫存在驟升驟降的變化，影響微生物在水體中對有機物的分解作用，何少欽[8]指出當氣溫驟降時表層的水體與底層水體之間存在溫度差異會出現分層現象，從而產生微循環即水底層的腐植質等有機物向上涌動至表層水中，當微生物對這些有機物分解后便會產生大量的營養鹽。（2）制筍產業仍是影響東牙溪水庫水質的重要因素，每年3—5月是中村鄉農民挖筍、制筍的季節，如遇下雨天氣，山上腐爛的筍殼經雨水浸泡產生的污水隨地表徑流進入河道，造成水體氮磷超標，總氮基本上在每年的5月處于高位。（3）水庫附近村莊生活污水處理不到位，雖然各村落布設了污水管網，但仍存在部分污水直排現象，加上314國道和水庫兩側坡泥樹葉等隨雨水沖刷進入水庫，使得水中的有機物含量增多，再經微生物作用后便產生大量的營養鹽。（4）缺乏對東牙溪水庫的生態系統穩定性研究，據了解每年東牙溪水庫都會由漁政投放花白鰱魚苗，且是只進不出，長期這樣可能會打破水體的生態平衡系統。

對此，在已有的生態修復工程的基礎上，關于東牙溪水庫的水質保護總結以下5點看法：（1）提升防污控污能力，在水庫兩側適當距離處增設防污溝、槽，以避免暴雨時周邊雜物入庫。（2）在水庫的入水口設置水質自動監測站，以便掌握源頭水的水質狀況，有針對性地實現對水源地保護與污染源控制。（3）加強農村污水管網的布設，并做好環境保護的宣傳，提高當地居民的生態意識，切實實現生活污水不入庫。（4）加強對東牙溪水庫水生態環境研究，合理配置水生物群落，花白鰱是典型的濾食性魚類，白鰱以浮游植物為食，花鰱以浮游動物為食，而浮游動物在控制浮游植物的數量上也起著一定的作用，因而在投放花白鰱時，應控制好數量和搭配比例，鰱魚的生長速度快，在有投入的前提下應適當的實行捕撈，以免單一物種的過度繁殖；同時有研究表明，蚌類、螺類對水體中的營養鹽、浮游植物的去除作用明顯，可在了解庫區大型底棲動物資源的前提下，在庫區適當區域引入蚌、螺，以進一步提高東牙溪水庫的生物凈化能力[9]。（5）從以往的監測數據來看，東牙溪水庫的生態修復工程對維護水體水質在一定程度上有促進作用，但它對庫區浮游動物、魚類等整個生態系統的影響如何尚未評估，生態修復工程是個復雜的過程，在后續的監測中還應權衡其對整個生態平衡系統的作用。