長江中下游三個湖泊型保護區(qū)富營養(yǎng)化狀況評價

羅建波 王科樸 李應(yīng)仁 劉雪華 黃瑛 穆希巖 李緒興 雷云雷

摘要：為評估漁業(yè)保護區(qū)的環(huán)境質(zhì)量狀況及富營養(yǎng)化水平，以全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，對中國湖泊主要分布區(qū)域長江中下游3個保護區(qū)的富營養(yǎng)狀況進行了評價。結(jié)果顯示，梁子湖武昌魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)、鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)、千島湖國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)綜合營養(yǎng)指數(shù)分別為45.0、49.4、42.6，整體處于中營養(yǎng)水平，主要貢獻因子是總磷和葉綠素a。

關(guān)鍵詞：湖泊;國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū);富營養(yǎng)化評價;環(huán)境質(zhì)量;梁子湖;鄱陽湖;千島湖

中圖分類號：X524? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）16-0028-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.16.007? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract： Aiming to evaluate the eutrophication levels of three national aquatic germplasm conservation zones， which all located in the middle and lower Yangtze River， where most lakes were distributed too in China. The evaluation was based on comprehensive nutritional status index and the data used was from national fishery eco-environment monitoring network. The results showed that the comprehensive nutritional status indexes of Liangzi Lake Wuchang Fish National Aquatic Germplasm Conservation Zones， Boyang Lake Mandarin Fish and Topmouth Culter National Aquatic Germplasm Conservation Zones and Qiandao Lake National Aquatic Germplasm Conservation Zones， were 45.0， 49.4 and 42.6， respectively， indicating all three conservation zones in mesotrophic level and the main contribution factors were total phosphorus and chlorophyll a.

Key words： lakes; national aquatic germplasm resources conservation zones; eutrophication assessment; environment quality; Liangzi Lake; Boyang Lake; Qiandao Lake

營養(yǎng)的概念，20世紀初作為水產(chǎn)基礎(chǔ)的表征，即水體增加有機質(zhì)的能力而引入湖沼學(xué)中，由于對物質(zhì)和能量流轉(zhuǎn)過程的深入研究，很快就有了越來越廣泛的意義，營養(yǎng)這一概念變成了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的表征[1]，而營養(yǎng)分類特別是富營養(yǎng)化評價便日益成為湖泊生態(tài)學(xué)的重要內(nèi)容。

湖泊富營養(yǎng)化本是湖泊演化過程中的一種自然現(xiàn)象，這種演化十分緩慢，有時甚至需要上萬年才能完成，但由于人類經(jīng)濟活動的迅速發(fā)展，大大加速了湖泊的這一進程[2]。水體富營養(yǎng)化是指藻類大面積繁殖，在光合作用下晝夜溶解氧濃度大幅度變化，部分藻類還釋放一些毒素，造成魚類死亡，使水體使用功能降低[3]。

湖泊富營養(yǎng)化后會導(dǎo)致一系列的生態(tài)系統(tǒng)異常響應(yīng)。這些響應(yīng)包括沉水植物消亡、藍藻水華頻發(fā)、微生物的生物量與生產(chǎn)力增加，生物多樣性下降，營養(yǎng)鹽的循環(huán)與利用效率加快等。整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)也會伴隨著富營養(yǎng)化的發(fā)展呈現(xiàn)出生物多樣性下降、生物群落結(jié)構(gòu)趨于單一、生態(tài)系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定的現(xiàn)象[4]。

對于湖泊富營養(yǎng)化的評價，多從水質(zhì)、水生生物以及底質(zhì)3個方面來進行，所采用的評價方法可歸納為特征法（早期研究常用）、參數(shù)法（氮、磷、葉綠素a等指標）、生物指標評價法（水生生物種類和數(shù)量）、磷收支模型法（湖中磷濃度預(yù)測）、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（氮、磷等指標按權(quán)重綜合構(gòu)成的方法，是目前主要采用的方法）、數(shù)學(xué)分析法（模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)）等[1]。美國科學(xué)家卡爾森在1977年建立了以湖水透明度（SD）為基準的營養(yǎng)狀態(tài)評價指數(shù)，日本的相崎守弘等提出了修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSIM），即以葉綠素a濃度為基準的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[5]。王明翠等[5]在總結(jié)各種富營養(yǎng)化評價的基礎(chǔ)上，選取葉綠素a（chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）等5項指標作為湖泊富營養(yǎng)化評價的統(tǒng)一指標，提出了適合中國湖泊評價的統(tǒng)一的綜合評價方法，并建立了分級評價標準，該方法已經(jīng)成為國家標準評級法方法（試行）。

中國是一個多湖泊的國家，這些湖泊主要分布在長江中下游地區(qū)，中國第2次湖泊現(xiàn)狀調(diào)查顯示，138個面積大于10 km2的湖泊中，有85.4%的湖泊超過了富營養(yǎng)化標準，其中達到重富營養(yǎng)化標準的占40.1%。東部平原湖區(qū)的長江中下游地區(qū)富營養(yǎng)化比例高達85.9%[6，7]。湖泊富營養(yǎng)化是當(dāng)前長江流域湖泊面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題之一。同時，全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測顯示，氮、磷等富營養(yǎng)化元素已成為中國漁業(yè)水域主要超標因子，湖泊水庫重要漁業(yè)水域總氮、總磷超標大于85%[8]。

為保護水生生物資源及其棲息地，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）自2007年起，以每年一批的速度建設(shè)國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)，目前已建成535個。前四批220處國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)中，長江流域11省市99個，約占50%，且多數(shù)分布在長江中下游地區(qū)[9]。但目前鮮見關(guān)于這些保護區(qū)的資源狀況、環(huán)境污染情況、富營養(yǎng)化狀況等基礎(chǔ)情況研究。本研究采用國家推薦標準方法，關(guān)注漁業(yè)水域最主要污染指標氮、磷富營養(yǎng)化因子，首次對長江中下游3個國家級種質(zhì)資源保護區(qū)富營養(yǎng)狀況和環(huán)境質(zhì)量狀況進行評價，以期對保護區(qū)的管理提供支持。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)域概況

長江中下游區(qū)域的湖泊富營養(yǎng)化比較嚴重，選取梁子湖武昌魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)（梁子湖保護區(qū)）、鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)（鄱陽湖保護區(qū)）、千島湖國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)（千島湖保護區(qū)）等3個保護區(qū)進行富營養(yǎng)化狀況的監(jiān)測和評價。梁子湖武昌魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)總面積28 000 hm2，其中核心區(qū)面積9 400 hm2，試驗區(qū)面積18 600 hm2。保護區(qū)位于湖北省東南部，地跨鄂州市梁子湖區(qū)、武漢市江夏區(qū)、黃石市大冶市3市區(qū)。主要保護對象為團頭魴（武昌魚）、湖北圓吻鲴、胭脂魚、鳤、鱤、光唇蛇鮈、長吻鮠、莼菜、水蕨、揚子狐尾藻、藍睡蓮、水車前等。設(shè)置監(jiān)測點位5個。

鄱陽湖鱖魚翹嘴紅鲌國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)59 520 hm2，其中核心區(qū)面積21 218 hm2，試驗區(qū)面積38 302 hm2。保護區(qū)位于鄱陽湖中部。主要保護對象為鱖魚、翹嘴紅鲌、鯉魚、鯽魚、青魚、草魚、鰱魚、鳙魚、短頜鱭、長頜鱭等。設(shè)置監(jiān)測點位2個。

千島湖國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)總面積? ? 6 667 hm2，其中核心區(qū)面積1 000 hm2，試驗區(qū)面積 5 667 hm2。保護區(qū)地處浙江省杭州市淳安縣境內(nèi)千島湖西北湖區(qū)，主要保護對象為黃尾密鲴、細鱗斜頜鲴，其他保護對象包括翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌、光唇魚、唇魚骨、大眼華鳊等。設(shè)置監(jiān)測點位5個。

保護區(qū)面積范圍及監(jiān)測點位如圖1所示。

1.2? 分析方法

數(shù)據(jù)來源于全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)部分成員單位2017年監(jiān)測結(jié)果，數(shù)據(jù)采集和處理過程按照《2017年全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)常規(guī)監(jiān)測工作方案》及《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》進行，選取評價指標包括葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)等5個，采用的評價方法包括綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法和單因子評價法，評價的標準主要依據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標準》及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》二類水質(zhì)標準。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式如下：

式中，TLI表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);TLI（j）代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j中參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

湖泊營養(yǎng)狀態(tài)分級，采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進行分級：TLI≤30，貧營養(yǎng);3070，重度富營養(yǎng)。

以chla作為基準參數(shù)，則第j中參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式如下：

式中，rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù);m為評價參數(shù)的個數(shù)。中國湖泊相關(guān)參數(shù)與基準參數(shù)chla的相關(guān)關(guān)系rij及rij2見表1。

單因子法公式如下：

式中，Pi為第i項指標污染指數(shù);Ci為第i項指標實際檢測值;Si為第i項指標標準值。單因子污染指數(shù)1.0作為該因子是否對環(huán)境產(chǎn)生污染的基本分界線。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 3個種質(zhì)資源保護區(qū)富營養(yǎng)化因子及環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果

依據(jù)地表水功能分區(qū)和地表水二類水環(huán)境質(zhì)量標準，梁子湖保護區(qū)總氮、高錳酸鹽指數(shù)優(yōu)于水質(zhì)標準，總磷超出標準。鄱陽湖保護區(qū)總氮、總磷超出標準，高錳酸鹽指數(shù)優(yōu)于水質(zhì)標準。千島湖保護區(qū)總磷、高錳酸鹽指數(shù)優(yōu)于水質(zhì)標準，總氮超出標準（表2）。

中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況公報2017年及全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)2017監(jiān)測結(jié)果顯示，石油類、銅、揮發(fā)性酚、非離子氨、鎘、汞、砷、鋅、鉛等監(jiān)測指標均優(yōu)于相應(yīng)漁業(yè)水質(zhì)標準或地表水環(huán)境質(zhì)量標準[8]，表明3個保護區(qū)除氮、磷營養(yǎng)元素超標外，整體環(huán)境質(zhì)量良好，保護區(qū)富營養(yǎng)化可能是潛在的環(huán)境問題。

3個保護區(qū)總氮濃度在0.45～1.47 mg/L，葉綠素a濃度在3.83～10.09 μg/L。文獻[10]認為總氮濃度大于0.2 mg/L，葉綠素a濃度大于10 μg/L，可以作為富營養(yǎng)化判斷標準，梁子湖保護區(qū)、鄱陽湖保護區(qū)葉綠素a濃度優(yōu)于標準，但其總氮濃度及千島湖葉綠素a濃度超過標準，表明3個保護區(qū)處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。

3個保護區(qū)總磷濃度在0.04～0.30 mg/L，透明度在1.12～2.40 m，根據(jù)秦伯強等[4]報道，經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）在1982年提出平均總磷濃度大于0.035 mg/L，平均透明度小于3 m，即為富營養(yǎng)化的標準。以此判斷，3個保護區(qū)透明度指標劣于OECD標準。依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準（二類），梁子湖保護區(qū)、鄱陽湖保護區(qū)總磷劣于標準，千島湖保護區(qū)總磷指標優(yōu)于標準。表明3個保護區(qū)處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。

2.2? 3個種質(zhì)資源保護區(qū)的富營養(yǎng)狀況及環(huán)境質(zhì)量狀況評價

根據(jù)綜合富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評價結(jié)果（表3）顯示，梁子湖保護區(qū)、鄱陽保護區(qū)、千島湖保護區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為45.0、49.4、42.6，按照國家富營養(yǎng)化評級標準，3個保護區(qū)均處于中營養(yǎng)狀態(tài)，其中，鄱陽湖保護區(qū)最高，接近富營養(yǎng)化標準（50），存在富營養(yǎng)化風(fēng)險。

3個保護區(qū)各個富營養(yǎng)化分指數(shù)在24.3～74.6，千島湖保護區(qū)COD指標最小，為24.3，鄱陽湖保護區(qū)TP指數(shù)最大，為74.6。依據(jù)富營養(yǎng)化分指標評價標準[11，12]，梁子湖保護區(qū)TP富營養(yǎng)化指數(shù)（62.5），鄱陽湖保護區(qū)TN富營養(yǎng)化指數(shù)（61.1）、TP富營養(yǎng)化指數(shù)（74.6），千島湖保護區(qū)葉綠素a富營養(yǎng)化分指數(shù)（50.1）均大于50，達到富營養(yǎng)化標準。

2.3? 富營養(yǎng)化各因子貢獻率

梁子湖保護區(qū)富營養(yǎng)化貢獻率大小表現(xiàn)為chla>TP>TN>COD>SD，主要貢獻因子是葉綠素a和總磷，兩者合計貢獻率為55%。鄱陽湖保護區(qū)富營養(yǎng)化貢獻率大小表現(xiàn)為TP>TN>chla>SD>COD，主要貢獻因子是總氮和總磷，兩者合計貢獻率為51%。千島湖保護區(qū)富營養(yǎng)化貢獻率大小表現(xiàn)為chla>TN>SD>TP>COD，主要貢獻因子是葉綠素a和總氮，兩者合計貢獻率為52%。

氮磷比值（N/P）同樣對藻類生長有重要影響，當(dāng)N/P小于7時，氮是可能的限制性營養(yǎng)鹽，N/P大于7時，磷是可能的限制性營養(yǎng)鹽[13]。梁子湖保護區(qū)、鄱陽湖保護區(qū)、千島湖保護區(qū)氮磷比值分別為3、5、20，表明氮是梁子湖保護區(qū)和鄱陽湖保護區(qū)的限制性營養(yǎng)鹽，磷是千島湖保護區(qū)的限制性營養(yǎng)鹽。

韓曉霞等[14]2009—2010年在監(jiān)測透明度、總磷、葉綠素a等參數(shù)基礎(chǔ)上，以Carlson富營養(yǎng)化指數(shù)計算表明，千島湖保護區(qū)處于中營養(yǎng)狀態(tài)，葉綠素a的最大值為0.016 4 mg/L，對應(yīng)的TSI為58，葉綠素a是千島湖保護區(qū)富營養(yǎng)化的主要因素，與本研究結(jié)果一致。李娜等[15]以綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算鄱陽湖富營養(yǎng)狀態(tài)，為49.2，處于中營養(yǎng)狀態(tài)，與本研究結(jié)果一致。董文龍等[16]用同一種方法，計算梁子湖營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為42.5，處于中營養(yǎng)狀態(tài)，營養(yǎng)狀態(tài)貢獻因子以chla為首，TP第二，貢獻率較大，與本研究結(jié)果一致。

3? 小結(jié)

中國是漁業(yè)大國，水產(chǎn)品生產(chǎn)、消費和出口均是全球第一。由于資源過度開發(fā)、環(huán)境污染以及棲息地破壞等因素，漁業(yè)資源和水生生物多樣性面臨巨大的挑戰(zhàn)，為了保護水生生物資源，國家采取的措施之一就是建國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)，但目前處于重建輕管、只建不管的狀態(tài)，保護區(qū)基礎(chǔ)信息不清。本研究以全國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首次評價了長江中下游3個國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)的富營養(yǎng)化水平，結(jié)果顯示，3個保護區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況整體良好，3個種質(zhì)資源保護區(qū)富營養(yǎng)化狀況處于中度富營養(yǎng)化，但分營養(yǎng)因子評價顯示，3個保護區(qū)均處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，富營養(yǎng)化可能是保護區(qū)未來的潛在環(huán)境問題。與近幾年相同區(qū)域的研究結(jié)果比較顯示，保護區(qū)的富營養(yǎng)化狀況及主要貢獻因子與相同區(qū)域研究一致。研究結(jié)果可以為國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)環(huán)境及富營養(yǎng)化管理提供支持。

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