北京地區(qū)高爾夫球場人工湖富營養(yǎng)化分析研究

濮陽雪華 高晨浩 安勐潁 韓烈保

摘要：為了評價北京地區(qū)不同季節(jié)高爾夫球場人工湖富營養(yǎng)化的現狀，分析其產生的內在原因，對北京3家高爾夫球場2011年4～10月人工湖水體的理化性質進行了監(jiān)測。結果表明：水體富營養(yǎng)化呈現明顯的季節(jié)變化，并且A 球場水體的整體狀況顯著優(yōu)于B和C球場。3家球場水體pH均呈現偏堿性，透明度較低；高錳酸鹽指數均符合《地表水環(huán)境質量標準》中對Ⅴ類水的要求；葉綠素a的含量均高于富營養(yǎng)化狀態(tài)的標準值。B和C球場總氮和總磷含量在個別月超過了Ⅴ類水的標準。除水溫外，水體各參數間均具有顯著的相關性。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數評價表明，3家高爾夫球場人工湖水體均已呈現不同程度的富營養(yǎng)化。

關鍵詞：高爾夫球場；人工湖；富營養(yǎng)化

中圖分類號：G 849.3；S 273.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5500（2013）05-0021-06

收稿日期：2013-08-29； 修回日期：2013-10-09

基金項目：奧林高爾夫基金項目（AL 2012004）資助

作者簡介：濮陽雪華（1987- ），男，安徽廣德人，在讀博士。

E-mail：puyangxuehua@163.com

韓烈保為通訊作者。

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質大量進入緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖所引起的水質污染現象[1]。其本質問題是由于水生生物多樣性遭到破壞，影響系統的平衡穩(wěn)定性，造成該系統喪失自我維持、自我調節(jié)的能力，并最終導致水生生態(tài)系統的破壞和環(huán)境問題的進一步加劇[2]。目前，隨著人類對環(huán)境資源開發(fā)利用活動日益增加，大量含有氮、磷營養(yǎng)物質的污水排入湖泊、水庫和河流，增加了這些水體營養(yǎng)物質的負荷量。水體富營養(yǎng)化已經成為世界范圍內一個突出的環(huán)境問題[3]。

一個標準的18 洞高爾夫球場通常由發(fā)球臺、球道、果嶺和高草區(qū)組成，占地面積70～120 hm²[4]，其中水域面積接近整個球場面積的30%，不僅是球場重要的障礙景觀元素，也是球場灌溉用水的基本來源，因此，水資源在高爾夫球場中扮演著極其重要的作用[5]。為了保持較高的草坪質量，高爾夫球場在日常維護管理過程中需要施用農藥和化肥，如果施用不當，隨著灌溉和降雨的進行，過剩的營養(yǎng)物質就會進入球場人工湖的水體，造成人工湖水體的富營養(yǎng)化，這已經成為國內外高爾夫球場普遍存在的問題[6-9]。目前，國內外主要利用水生植物、水生動物、微生物等生物—生態(tài)方法對湖泊富營養(yǎng)化進行治理和修復，取代原有的物理和化學方法[10]，但關于高爾夫球場水體富營養(yǎng)化現狀和治理的研究報道較少。

通過對高爾夫球場人工湖水質理化性質的監(jiān)測，評價不同季節(jié)水體富營養(yǎng)化的現狀，分析其產生的內在原因，為我國高爾夫球場的日常管理和水體的改良提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究地概況

A球場位于北京市房山區(qū)，設計為27洞國際錦標賽球場，占地面積約124 hm²，水域面積約76 000 m²，于2009年正式開業(yè)。B球場位于北京市朝陽區(qū)，球場設計為18洞國際錦標賽球場，占地面積約87 hm²，水域面積約74 000 m²，于2004年正式開業(yè)。C球場位于北京市昌平區(qū)，球場設計為27洞國際錦標賽球場，占地面積約150 hm²，水域面積約127 000 m²，于2004年正式開業(yè)。3家球場果嶺草種均為匍匐翦股穎（Agrostis stolonifera），發(fā)球臺和球道草為草地早熟禾（Poa pretensis），高草區(qū)為高羊茅（Festuca arundinacea），所有人工湖水均來自地下水和降水。

1.2 樣品的采集與分析

每家球場選擇3個人工湖，每個人工湖參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）[11]進行采樣點位的設置，取樣均在水面以下0.5 m 處進行，每個湖設置 6 個取樣點，每個樣點采集500 mL水樣，將多個樣點的水樣混合均勻后裝入洗凈的塑料瓶中，葉綠素a單獨分裝并現場加入1%碳酸鎂溶液將其固定。同時現場測定透明度（SD）、水溫和pH，并做好相關記錄，所有樣品4 ℃保存。

水樣的分析測試參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）[11]，設置3個重復。水溫采用水溫計法，pH采用玻璃電極法，透明度（SD）采用塞氏盤法，高錳酸鹽指數（COD_Mn）采用酸性法，總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，總磷（TP）采用鉬銻抗分光光度法。葉綠素a （Chla）的測定采用95%乙醇萃取浸提法[12]。

1.3 富營養(yǎng)化的評價方法

選取簡單準確的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法作為球場人工湖富營養(yǎng)化的評價方法，依據透明度（SD）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數（COD_Mn）、葉綠素a的測定值，計算其綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數[13]。

營養(yǎng)狀態(tài)指數計算式為：

（1） TLI（Chla）= 10 （2.5 + 1.086 ln Chla）

（2） TLI（TP） = 10 （9.436 + 1.624 ln TP）

（3） TLI（TN） = 10 （5.453 + 1.694 ln TN）

（4） TLI（SD） = 10 （5.118-1.94 ln SD）

（5） TLI（COD_Mn） = 10 （0.109+ 2.661 lnCOD_Mn）

1.4 數據分析

數據采用Microsoft Excel 2007以及SPSS 16.0軟件進行統計分析，使用SigmaPlot 10.0進行作圖。

2 結果與分析

2.1 高爾夫球場人工湖水質參數的變化特征

2.1.1 人工湖水體溫度的變化 水溫是影響水體中浮游植物生長變化的主要原因。3家高爾夫球場之間的水溫差異不大，變化為14.4～28.3 ℃，年平均值為22.7 ℃，其中，8月的平均水溫最高，為28.3 ℃，這與此時水體富營養(yǎng)化較為嚴重具有一定的關系（圖1）。

圖1 人工湖水體溫度的月變化特征曲線

Fig.1 Monthly variations of water temperature

in artificial lake

2.1.2 人工湖水體透明度（SD）的變化狀況 SD是評價水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標，按美國環(huán)保署（EPA）標準，通常SD值小于2 m即為富營養(yǎng)化[14]。A球場的SD值在4～8月變化不大，9月和10月略有下降，并且其SD值在4～10月均顯著的優(yōu)于B和C球場（圖2）。B和C球場的SD值呈現先下降后上升的趨勢，其中，8月的SD值最低，除了4月和5月外，其余時間2家球場的差異均不顯著。3家高爾夫球場SD值的變化分別為0.86～1.15，0.47～0.83和0.40～0.57 m，年平均值分別為1.03，0.60和0.49 m，按照EPA的標準，3家球場均處于富營養(yǎng)化的狀態(tài)。

圖2 人工湖水體透明度的月變化特征曲線

Fig.2 Monthly variations of water transparency

in artificial lake

注：曲線上方的垂直線段表示不同球場間方差分析的LSD值（P=0.05），下同

2.1.3 人工湖水體pH的變化狀況 3家高爾夫球場pH的變化趨勢存在一定的差異（圖3），B 和C 球場分別在7月和8月的pH最高，而A 球場在此時呈現出較低的pH，并且3家球場在5～8月pH均呈現出顯著差異。3家球場pH的變化分別為7.83～8.46，8.05～9.19和8.15～8.62，年平均值分別為8.07，8.62和8.35，均呈現偏堿性。這是由于夏季水溫較高，湖水里的藻類大量繁殖，并且進行強烈的光合作用，消耗大量的CO₂，促進水體中HCO₃^-的分解，導致pH 上升。

圖3 人工湖水體pH的月變化特征曲線

Fig.3 Monthly variations of water pH in artificial lake

2.1.4 人工湖水體高錳酸鹽指數（COD_Mn）的變化狀況 COD_Mn的含量通常被作為地表水受有機污染物和還原性無機物質污染的綜合指標[11]。3家球場COD_Mn的含量隨著水溫的升高呈現出上升的趨勢，其中，A球場在9月達到最高值，B和C球場在8月達到最大值，并且3家球場在不同的時間彼此之間呈現出一定的差異性（圖4）。其變化分別為3.19～6.32，2.79～11.97和7.44～12.85 mg/L，年平均值分別為4.48，7.09和9.60 mg/L，各個月的含量均低于《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）中對Ⅴ類（≤15 mg/L）水的限定值。

圖4 人工湖水體高錳酸鹽指數的月變化特征曲線

Fig.4 Monthly variations of water permanganate

index in artificial lake

2.1.5 人工湖水體總氮（TN）、總磷（TP）的變化狀況 3家球場人工湖TN含量變化分別為0.45～0.80，1.23～2.33和1.44～2.43 mg/L，年平均值分別為0.60，1.80和1.85 mg/L，A球場4～10月的變化幅度較小，B 和C 球場的變化趨勢呈現出先上升后降低的趨勢，均在7月到達最高值，除4月外，他們之間各個月TN 的含量差異均不顯著，但是A 球場除10月外，其余各個月TN 的含量均顯著低于B和C球場（圖5）。A球場各月TN含量均達到《地表水環(huán)境質量標準》中Ⅲ類（≤1.0 mg/L）水的標準，而B和C球場TN含量在部分月超過了Ⅴ類（≤2.0 mg/L）水的標準。

圖5 人工湖水體總氮含量的月變化特征曲線

Fig.5 Monthly variations of water total nitrogen

in artificial lake

3家球場TP含量的月變化與TN含量呈現出類似的趨勢，但B和C球場在8月達到最大值，分別為0.25和0.30 mg/L，均已超過了Ⅴ類（≤0.2 mg/L）水的標準（圖6）。3家球場TP含量的變化分別為0.02～0.04，0.04～0.25和0.08～0.30 mg/L，年平均值分別為0.03，0.13和0.15 mg/L。其中A球場顯著優(yōu)于B和C球場，各個月的含量均達到Ⅲ類（≤0.05 mg/L）水的標準。

圖6 人工湖水體總磷含量的月變化特征曲線

Fig.6 Monthly variations of water total phosphorus

in artificial lake

研究報道湖泊水體TN濃度為0.2 mg/L，TP濃度為0.02 mg/L是湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生的初始濃度[15，16]。依據此標準，3家高爾夫球場的TN和TP濃度均比湖泊富營養(yǎng)化的初始濃度高，因此，3家球場的人工湖水體均已處于富營養(yǎng)狀態(tài)。根據浮游植物與氮磷比生長關系的解釋，Redfield 定律認為，藻類細胞組成的原子比率 C∶N∶P = 106∶16∶1，因此，如果氮磷比超過16∶1，磷被認為是限制性因子，反之，當氮磷比小于10∶1 時，氮則被認為是限制性因素，而當氮磷比為10～20 時，限制因素則變得不確定[17，18]。3家球場氮磷比的年平均值分別為19.22，13.54和12.31，因此，A球場浮游植物生長的主要限制因子是磷，而B和C球場限制因素則存在不確定性。A球場氮磷比最接近16∶1的月為4月，而B和C球場則均是7月，由此可以推測，A球場在4月富營養(yǎng)化較為嚴重，B和C球場則在7月較為嚴重。

2.1.6 人工湖水體Chla的變化狀況 Chla含量是評價水體富營養(yǎng)化程度最直接有效的方法。研究報道，Chla含量從常量上升至10 mg/m³以上，并有迅速增加的趨勢時，就能夠預測水體即將發(fā)生富營養(yǎng)化[19]。A球場Chla各月含量基本保持穩(wěn)定，只是在8月有小幅度上升。B和C球場Chla含量逐漸升高，在8月達到最高值后開始降低（圖7）。3家球場的Chla含量的變化分別為20.43～30.07，57.61～102.21和69.34～124.35 mg/m³，年均值分別為24.28、76.03和90.51 mg/m³，并且A球場各月的Chla含量均顯著低于B和C球場。由此可見，3家球場人工湖的水體均已呈現出富營養(yǎng)化的狀態(tài)。

圖7 人工湖水體chla含量的月變化特征曲線

Fig.7 Monthly variations of water chlorophyll

a in artificial lake

2.2 人工湖水體富營養(yǎng)化綜合評價

根據綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數公式，3家高爾夫球場人工湖的富營養(yǎng)化狀況評價結果（表2）。依據綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數（從0～100 的一系列連續(xù)數字）對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)的分類等級標準為：TLI（Σ）<30為貧營養(yǎng)；30 ≤TLI（Σ）≤ 50 為中營養(yǎng)；TLI（Σ）> 50 為富營養(yǎng)，其中50 70為重度富營養(yǎng)[13]。由此可見，A球場整體處于中營養(yǎng)狀態(tài)，除9和10月處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)外，其余月均為中營養(yǎng)狀態(tài)。B和C球場整體處于中度富營養(yǎng)化的狀態(tài)，其中B球場中度富營養(yǎng)狀態(tài)的月占71.4%，輕度富營養(yǎng)的占28.6%，C球場中度富營養(yǎng)狀態(tài)的月占85.7%，8月份甚至達到重度富營養(yǎng)狀態(tài)。

2.3 人工湖水體各參數間的相關性分析

對人工湖水體各參數間的相關性分析表明，水溫與其他各因子均無顯著的相關性，pH與SD和TN有顯著相關性（P<0.05），與Chla相比有極顯著的相關性（P<0.01），但是pH與TP和COD_Mn無顯著相關性。其余各參數因子間均有極顯著的相關性（P<0.01）（表3）。說明人工湖水體富營養(yǎng)化是多個因子共同作用的結果，而且這些因子相互影響，密切聯系。

表2 人工湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數

Table 2 The comprehensive trophic state index [TLI （Σ）] in artificial lake

表3 人工湖水體各參數間的相關分析矩陣

Table 3 The correlation among the water parameters in artificial lake

3 討論與結論

通過分析可知，除A球場外，其余2家球場的人工湖均已處于較為嚴重的富營養(yǎng)化狀態(tài)。高爾夫球場的富營養(yǎng)化主要是由于球場在日常養(yǎng)護管理時施用的化肥造成，尤其是在施用化肥后進行大量噴灌或是遭遇大雨天氣，這種影響就變得更為嚴重[8，9]，同時由于球場湖泊的濕度緩沖帶設計不合理，人工湖水生植物種植較少，并且水體缺少循環(huán)流通，又會加劇富營養(yǎng)化的發(fā)生。北方的高爾夫球場會在初春、初夏和秋末進行施肥，并且夏季灌溉較為頻繁，而在初春和秋末人為干預較少，因此，球場富營養(yǎng)化也呈現出夏季較高，春秋季較低的趨勢。A球場日常管理中不向人工湖中傾倒草屑，并且單個人工湖面積較大，水體較深，在湖中及緩沖區(qū)域均種植了大量的水生植物，因此，其水體富營養(yǎng)化程度較低。

為了避免球場人工湖水體富營養(yǎng)化，首先，應該改進施肥技術，嚴格按需按量施肥，選擇有機肥、菌肥等對水體污染較小的肥料，避免雨天和施肥后大量澆水[5，20]。其次，球場應合理設計濕地緩沖帶，優(yōu)先選擇種植吸附能力強的水生植物，對于已經出現富營養(yǎng)化的湖泊應采取措施，利用綠色修復技術及時治理[10，21，22]。最后，球場還應加強管理者環(huán)保意識和工作技能，避免大量澆水和隨意傾倒草屑等錯誤的管理方式，積極運用BMP（Best Management Practice）策略去管理球場水環(huán)境[23]。

通過綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數評價表明3家高爾夫球場人工湖水體均處于不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)，并且表現為夏季較高，春秋較低的趨勢。A球場水體的各項參數均優(yōu)于其余2家球場。3家球場水體的pH呈偏堿性，SD值遠低于富營養(yǎng)化發(fā)生的初始值，COD_Mn的含量均符合《地表水環(huán)境質量標準》對Ⅴ類水的要求，Chla含量均高于富營養(yǎng)化狀態(tài)的標準值，TN濃度的年平均值分別是富營養(yǎng)化發(fā)生初始值的3倍、9倍和9.3倍，TP濃度則分別是富營養(yǎng)化發(fā)生初始值的1.5倍，6.5倍和7.5倍，并且B和C球場TN 和TP 含量在部分月份均超過了Ⅴ類水的標準。相關性分析的結果表明水體各參數是相互影響和制約的，共同作用引起了水體的富營養(yǎng)化。

參考文獻：

[1] 史丹.我國湖泊富營養(yǎng)化問題及防治對策[J].資源開發(fā)與市場，2005，21（1）：17-18，27.

[2] 牛明改.水體富營養(yǎng)化藻類資源競爭與種群演替規(guī)律的初探[D].蘇州：蘇州大學，2004.

[3] 田永杰，唐志堅，李世斌.我國湖泊富營養(yǎng)化的現狀和治理對策[J].環(huán)境科學與管理，2006，31（5）：119-121.

[4] 陽承勝，馬宗仁.高爾夫球場樹木設計及選擇[J].北方園藝，2002，（3）：32-33.

[5] 嚴昭，張文娟，張自和.高爾夫球場的水環(huán)境管理[J].草業(yè)科學，2007，24（6）：80-85.

[6] Reuben D B，Stuart Z C，Barnes N L，et al.Quantitative analysis of over 20 years of golf course monitoringstudies[J].Environmental Toxicology and Chemistry，2010，29（6）：1224-1236.

[7] Scott C R，Mary B G，ROSS B L.Assessment of surface water quality on three eastern north Carolinagolf courses [J].1998，17（10）：1934-1942.

[8] 張敏，常智慧，周云龍，等.北京鴻華高爾夫球場人工湖富營養(yǎng)化及其成因[J].北京林業(yè)大學學報，2010，32（1） 124-129.

[9] 蔣偉，黃昌祿，葉子軍，等.西南地區(qū)高爾夫球場人工湖水體富營養(yǎng)化狀況及其季節(jié)變化——以成都麓山高爾夫球場人工湖為例[J].四川環(huán)境，2012，31（4）：94-98.

[10] 李明傳.水環(huán)境生態(tài)修復國內外研究進展[J].中國水利，2007，（11）：25-27.

[11] 水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第4版）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

[12] 楊玉珍，夏未銘，楊瑾，等.水體中葉綠素a 測定方法的研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（5）：24-27.

[13] 王明翠，劉雪芹，張建輝.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標準[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2002，18（5）：47-49.

[14] 刁淑榮.白洋淀富營養(yǎng)化水平綜合評價[J].環(huán)境科學，1995，（16）：28-29.

[15] 彭近新.水質富營養(yǎng)化與防治[M].北京：中國環(huán)境出版社，1988.

[16] Birch S，McCaskie J.Shallow urban lakes：a challenge for lake management[J].Hydrobiologia，1999，（395）：365-377.

[17] Li R X，Zhu M Y，Chen S，et al.Responses of phytoplankton on phosphate enrichment in mesocosms[J].Acta EcologicalSinica，2001，21（4）：603-607.

[18] Wynne D，Rhee G Y.Effects of light intensity and quality on the relative N and P requerment （ the optimum N：P ratio） of marine phytoplankton algae[J].J Plank Res，1986（8）：91-103.

[19] 但德中.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：高等教育出版社，2006.

[20] 馬宗仁，黃藝欣.高爾夫球場球道草坪的施肥技術[J].草業(yè)科學，2001，18（4）：23-26.

[21] 種云霄，胡洪營，錢易.大型水生植物在水污染治理中的應用研究進展[J].環(huán)境污染治理技術與設，2003，4（2）：36-40.

[22] Reicher Z J，Kohler E A，Poole V L，et al.Managing Runoff with Constructed Wetlands[J].USGA Green Section Record，2005，43（4）：19-24.

[23] Carrow R N，Duncan R R，Wienecke D.BMPs approach to water conservation on golf courses[J].Golf Course Management，2005，73（7）：73-76 .

Studies on eutrophication of artificial lake in

golf course in Beijing area

PUYANG Xue-hua，GAO Chen-hao，AN Meng-ying，HAN Lie-bao

（Golf Education and Research Center of Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）

Abstract：In order to evaluate the situation of eutrophication and analyze the underlying causes of artificial lakes of golf courses in different seasons in Beijing area，the physic-chemical properties of lake water were monitored in three golf courses （A，B and C） from April to October.The results showed that an obvious seasonal variation in eutrophication was presented and the overall condition of Course A was significantly better than that of Course B and C.In all three golf courses，the pH value of lake water was alkaline，the transparency value was low and the permanganate index was less than the Fifth Level of Surface Water Environmental Quality Standard.Besides，the content of chlorophyll-a was higher than the eutrophication standard value.The contents of total nitrogen and total phosphorus exceeded the Standard Fifth Level during several months in Course B and C.The tested water parameters were significantly correlated with each other except for water temperature.The comprehensive evaluation of trophic state index indicated that the eutrophication was in progress in three golf course artificial lakes.

Key words： golf course；artificial lake；eutrophication