人工調(diào)控措施對(duì)玄武湖水質(zhì)的作用范文

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《南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)》2018年第1期

摘要：對(duì)玄武湖實(shí)施清淤引水、藻華治理、種群恢復(fù)等措施前后的水體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明:清淤引水工程可短時(shí)間內(nèi)降低沉積物中污染物濃度，緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，但從長(zhǎng)期效果分析，水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量并未顯著改善．藻華治理能在短期內(nèi)有效抑制水體中的藍(lán)藻水華，治理后水體各項(xiàng)指標(biāo)均有提升，水生植物種群得以恢復(fù)，是短期改善水體水質(zhì)的有效方式．在種群恢復(fù)階段與往年相比，水體各項(xiàng)指標(biāo)均有所改善，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，是一種理想的湖泊治理方法．

關(guān)鍵詞：清淤引水;藻華治理;種群恢復(fù);溶解氧;生態(tài)修復(fù)

0引言

南京玄武湖屬城市小型淺水湖泊，在20世紀(jì)80年代末，玄武湖水質(zhì)就已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)化程度．1996—1998年之間依次實(shí)施了污水截流與污水整治工程、清淤疏浚工程、生態(tài)工程等手段治理玄武湖水環(huán)境［1］．2005年7月，南京玄武湖首次發(fā)生大面積以微囊藻(Microcystis)為主要優(yōu)勢(shì)種群的藍(lán)藻水華［2］，9月對(duì)玄武湖進(jìn)行應(yīng)急治理．2005年11月，隨著藍(lán)藻被控制，在玄武湖解放門和櫻洲西側(cè)湖邊淺水區(qū)零星出現(xiàn)菹草(Potamogetoncrispus)，2006年3月以后，隨氣溫回升，菹草迅速生長(zhǎng)并在較短時(shí)間內(nèi)蔓延至全湖［3］．2006年3月下旬由于菹草過(guò)度拓殖，開始對(duì)玄武湖菹草進(jìn)行人工收割，4月開始對(duì)植株進(jìn)行全面收割，種群迅速萎縮．以上這一系列措施會(huì)對(duì)玄武湖水質(zhì)產(chǎn)生什么樣的影響?本文擬結(jié)合南京玄武湖監(jiān)測(cè)資料，分析清淤引水、藻華治理、種群恢復(fù)3種措施對(duì)水體的影響，為湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理提供一些理論依據(jù)．

1材料與方法

1.1問(wèn)題背景

1.1.1清淤工程

1998年1月，玄武湖正式開始疏挖，平均去除30cm表層淤泥，完成了3.3km2的清淤任務(wù)，清除淤泥量達(dá)75.48萬(wàn)m3，按測(cè)定的淤積速率0.3～0.7mm/a計(jì)算，相當(dāng)于已清除了40～100a來(lái)形成的淤積物，除最小的西南湖為試驗(yàn)進(jìn)口的吸泥船而帶水清淤外，其余兩湖區(qū)均將湖水抽干，采用的是15～22kW立式泥漿泵和17kW高壓水槍組成的水力挖塘機(jī)組群(30套)，每套機(jī)組每天可清淤3～400m3泥漿，質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%左右，清淤期間，沿途污水停止輸入湖內(nèi)［1］．西北湖于1998年3月7日完工放水;東南湖于4月底完工，1998年10月下旬起抽用經(jīng)沉淀后的長(zhǎng)江水沖換，換水周期約70d［2］．

1.1.2藻華治理

2005年7月，南京玄武湖爆發(fā)了大面積藍(lán)藻水華，9月開始采用以改性黏土法為主的治理方式對(duì)玄武湖進(jìn)行應(yīng)急治理，9月20開始對(duì)北湖區(qū)進(jìn)行了治理，9月30日，應(yīng)用于東南湖的治理，10月16日應(yīng)用于西南湖，10月31日結(jié)束．治理期間共使用改性黏土約300t，湖面噴灑黏土達(dá)106.0g/m2［3］．

1.1.3種群自然恢復(fù)

2005年11月，菹草主要零星分布在玄武湖湖邊的淺水區(qū)自然萌發(fā)并生長(zhǎng)，菹草平均密度:3～5株/m2，株高約3～10cm．自2005年底至2006年2月，仍以湖邊淺水區(qū)為主，密度達(dá)30株(分枝)/m2左右，株高約30～70cm，到2月底，局部地區(qū)菹草超過(guò)100cm，到達(dá)水面;3月后，隨氣溫回升，菹草迅速生長(zhǎng)并在較短的時(shí)間內(nèi)蔓延至全湖［4］．2006年4月，由于菹草過(guò)度拓殖，南京市從內(nèi)蒙古包頭市購(gòu)置了2臺(tái)水草收割機(jī)，開始人工收割，割除離水面20～30cm的植株頂部，到4月中旬開始對(duì)植株進(jìn)行全面收割．所以11月為種群恢復(fù)前階段，12月至次年2月為零星生長(zhǎng)階段，2—4月上旬為拓殖階段，4月中下旬為收割階段．自此之后，菹草種群在每年均會(huì)在玄武湖出現(xiàn)，并持續(xù)生長(zhǎng)至次年夏季，部分年份因菹草過(guò)度拓殖，甚至進(jìn)行了人工收割．

1.2水質(zhì)監(jiān)測(cè)

在玄武湖的東南湖、西南湖、北湖區(qū)(按方位分為西北湖和東北湖)分別設(shè)代表性的點(diǎn)位，記為1#、2#、3#、4#、5#(如圖1)，計(jì)算并分析其平均值，平均每月采集3次水樣，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定SD(透明度)、溶解氧(DO)、水溫、pH等指標(biāo)，并取表層水體5cm的水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)預(yù)處理后由Skalar水質(zhì)流動(dòng)分析儀(荷蘭)測(cè)定水體TN、TP等指標(biāo)［5］．高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)采用高錳酸鉀酸性法［5］滴定測(cè)得，BOD5用江蘇省電分析儀器廠生產(chǎn)的880型數(shù)字式BOD5儀測(cè)定．

1.3數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作．

2結(jié)果與分析

2.1清淤引水工程對(duì)水質(zhì)的影響

由圖2a可見，玄武湖經(jīng)清淤疏浚工程治理，SD得到提高，治理前1995—1997年SD一直處于下降趨勢(shì)，1997年到達(dá)最低點(diǎn)，僅為24.2cm，工程實(shí)施當(dāng)年較之前開始顯著回升，達(dá)28.6cm，較1997年升高18.2%，之后兩年SD處于上升趨勢(shì)，2000年達(dá)到的37.4cm，但于2002年降至26.8cm，低于工程實(shí)施的1998年．由圖2b可見，進(jìn)行清淤疏浚治理前，水體TN年平均值為3.9～5.3mg/L，1996年達(dá)到最高點(diǎn)，為5.3mg/L，在治理當(dāng)年TN含量下降至4.26mg/L，1999年下降至歷年最低，僅2.5mg/L，但于2000年，TN含量又躍升至4.9mg/L．工程實(shí)施前水體TP含量均大于0.3mg/L，清淤疏浚工程的當(dāng)年，水體中的TP含量較前未顯著降低，治理后的1999年，TP含量有所降低，但于2000年又恢復(fù)至治理前水平．由圖2c可見，水體Chla含量1997年達(dá)最高，經(jīng)治理后第二年達(dá)最低，較1997年降低52.6%，2000年又有所升高，且超過(guò)1998年含量．

2.2藻華治理階段水質(zhì)

由圖3a可見，水體經(jīng)應(yīng)急治理，DO含量升高，治理前平均DO含量為7.67mg/L，最低日僅6.14mg/L，治理中平均DO含量升至8.73mg/L，最高日達(dá)為11.00mg/L，經(jīng)應(yīng)急治理后升至9.52mg/L，治理中和治理后分別較治理前提高了13.8%、24.1%，但差異不顯著(P＞0.05)．平均SD得到改善，治理前SD平均為20cm，其中最低僅10cm，治理中升至41cm，治理后為56cm，最高達(dá)67cm，治理中、治理后分別較治理前提高了103.0%、179.5%，治理中較治理前改善不顯著(P＞0.05)，治理后改善顯著(P＜0.05)．由圖3b可見，平均TN含量呈下降趨勢(shì)，治理前平均TN含量為4.59mg/L，最高達(dá)7.07mg/L，治理中降為1.59mg/L，最低僅1.06mg/L，治理后略有回升，平均為1.66mg/L，治理中和治理后較治理前分別降低65.3%、54.1%，后兩階段較治理前改善顯著(P＜0.05)．平均TP含量呈下降趨勢(shì)，治理前平均TP含量為1.90mg/L，最高達(dá)4.30mg/L，治理中平均TP含量降至0.70mg/L，最低僅0.19mg/L，治理后降至0.25mg/L，最低僅0.09mg/L，后兩階段較治理前分別下降了45.6%、74.5%，差異顯著(P＜0.05)．由圖3c可見，平均pH值略有降低，治理中平均pH值由治理前的9.1降至8.4，治理后平均為8.7，但差異不顯著(P＞0.05)，后兩階段分別較治理前降低了7.2%和4.3%．

2.3種群恢復(fù)對(duì)玄武湖水質(zhì)的影響

由圖4a可見，玄武湖的SD在菹草種群恢復(fù)前、零星生長(zhǎng)階段和拓殖階段呈逐漸升高趨勢(shì)，收割階段后有所降低，其中恢復(fù)前階段SD僅為55.5cm，零星生長(zhǎng)階段上升為103.7cm，拓殖階段SD最高為118.8cm，收割階段降至92.0cm．水體DO含量在菹草零星生長(zhǎng)階段最高，達(dá)10.7mg/L，快速拓殖階段也高于恢復(fù)前，收割階段降為6.8mg/L．由圖4b可見，水體TN含量在恢復(fù)前階段為2.09mg/L，零星生長(zhǎng)階段有所升高，達(dá)2.84mg/L，拓殖階段有所降低，為2.69mg/L，收割階段迅速降低，降至1.24mg/L，較拓殖階段降低56.2%．水體TP含量在恢復(fù)前為最高，為0.25mg/L，從零星生長(zhǎng)階段至收割階段持續(xù)降低，零星生長(zhǎng)階段為0.14mg/L，拓殖階段升至0.94mg/L，收割階段的TP含量有大幅度的下降，降至0.05mg/L，較恢復(fù)前降低78.0%．由圖5a可見，2003—2005年玄武湖未出現(xiàn)大量菹草種群，水體SD一直較低，2006年菹草種群出現(xiàn)階段水體SD均高于往年．由圖5b、5c可見，2006年1—3月，菹草緩慢生長(zhǎng)階段，水體TN含量均高于往年，4月菹草迅速拓殖，經(jīng)收割后，各湖區(qū)仍有小面積菹草種群存在，水體TN含量迅速降低，并低于往年水平．水體TP含量自菹草從零星生長(zhǎng)至大面積拓展，再至小面積存留階段，水體TP含量一直低于往年水平．

3討論

水體富營(yíng)養(yǎng)化治理過(guò)程中，當(dāng)污染外源得到有效控制之后［6］，對(duì)內(nèi)源氮磷污染的研究顯得格外重要［7］．清淤就是控制內(nèi)源污染釋放的一個(gè)有效手段，但清淤工程在清除內(nèi)源污染的同時(shí)，也破壞水生生態(tài)系統(tǒng)原有組分．在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較完善的水土界面，死亡藻類的殘?bào)w往往可以得到分解，殘?bào)w中的氮經(jīng)過(guò)氨化、硝化及反硝化等一系列過(guò)程，一部分可重新回到水體中，一部分以氣態(tài)形式逸散到大氣，還有一部分仍留在殘?bào)w中，因此沉積物中總氮的含量能夠維持平衡．清淤破壞了水土界面原有的生態(tài)系統(tǒng)，死亡藻類的分解受到影響，可能是清淤后沉積物中TN含量上升的原因之一，同時(shí)清淤治理打破了原先存在于玄武湖底泥與水體之間的磷循環(huán)的平衡，導(dǎo)致釋放在水體中的TP的含量升高，因此清淤過(guò)后要進(jìn)行一定程度的生態(tài)修復(fù)，才能解決水環(huán)境問(wèn)題［1］．營(yíng)養(yǎng)鹽升高也是導(dǎo)致水體藻類繼續(xù)增殖的一個(gè)重要因素，故水體Chla含量在治理后又恢復(fù)至治理前的水平.

4結(jié)論

由以上分析可知，3種手段在治理湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題上，清淤引水工程可短時(shí)間內(nèi)降低沉積物中污染物濃度，緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，但因該措施對(duì)水土交界面產(chǎn)生了擾動(dòng)，破壞了水體原有的生態(tài)系統(tǒng)，治理后水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量等指標(biāo)會(huì)很快恢復(fù)至治理前水平，成效并不顯著．以改性黏土法為主的藻華治理，有效抑制了水體中的藍(lán)藻水華，治理后水體各項(xiàng)指標(biāo)均有提升，水生植物種群得以恢復(fù)，湖泊景觀得到改善，是短期改善水體水質(zhì)的有效方式．在種群恢復(fù)階段與往年相比，水體SD和DO得到提高，TN、TP含量下降，說(shuō)明菹草的種群恢復(fù)在改善湖泊環(huán)境和提升水質(zhì)方面起到了重要作用．相比于清淤引水和藻華治理工程，種群恢復(fù)對(duì)湖泊水質(zhì)的改善效果更明顯，而且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，是一種理想的湖泊治理方法．因此，在進(jìn)行湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的治理過(guò)程中，以控制外源污染為前提，實(shí)施生態(tài)修復(fù)，建立以高等水生植物為優(yōu)勢(shì)群體的生態(tài)系統(tǒng)，是一種有效的措施．但在玄武湖生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，由于菹草單一種群的出現(xiàn)，無(wú)其他競(jìng)爭(zhēng)物種存在，容易使單一種群過(guò)度拓展，后期死亡時(shí)，會(huì)造成二次污染，故此階段可適當(dāng)進(jìn)行逐步收割，不僅可使種群不斷擴(kuò)展，還可以使水體營(yíng)養(yǎng)鹽攜帶出系統(tǒng)．因本文僅研究了菹草一種種群出現(xiàn)對(duì)水體的影響，帶有一定的局限性，如何合理有效地進(jìn)行種群恢復(fù)，仍然是水體生態(tài)修復(fù)未來(lái)研究的重點(diǎn)．

作者：肖瓊；王錦旗