尹然

摘要 以武汉市南湖为研究对象，通过为期8个月（2018年12月—2019年7月）的水质监测，阐明了湖区内叶绿素a（Chl a）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）及高锰酸盐指数（CODMn）的时空变化特征以及富营养化水平。结果表明，南湖水体黑臭的主要影响指标为TN与SD，流域内水体TN平均浓度为4.60 mg/L，SD均值为35.42 cm，TP平均浓度为0.18 mg/L，CODMn 平均浓度为8.77 mg/L，Chl a平均浓度为53.71 μg/L;在时间尺度上，上覆水综合营养状态指数TLI呈现出雨季（6—7月）高于旱季（12月—5月）;在空间尺度上，南湖各片区均处于富营养状态，且三大片区中综合营养状态指数TLI民大片区>洪山片区>财大片区。无論从时间尺度上还是空间尺度上，所有采样点均处于富营养状态，且富营养化程度与地区污染水平呈现一定的相关性。生活污水和畜禽养殖业废水等直排入湖等是造成该湖区水体富营养化问题突出的主要原因。

关键词 富营养化;综合营养状态指数法;南湖

中图分类号 X824文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）24-0066-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.24.020

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Evaluation of Eutrophication of Urban Lakes and Coping Strategies—A Case Study of Nanhu Lake of Wuhan City

YIN Ran （Beijing Zhongke Tianhe Environmental Technology Service Co.，Ltd.，Beijing 100085）

Abstract Taking Nanhu Lake in Wuhan City as the research object，the temporal and spatial variation characteristics of chlorophylla （Chl a），total phosphorus （TP），total nitrogen （TN），transparency （SD） and permanganate index （CODMn） and eutrophication level in the lake area were clarified through 8month water quality monitoring from December 2018 to July 2019.The results show that TN and transparency are the main indicators of black odor in Nanhu Lake.The average concentration of TN in the watershed is 4.60 mg/L，the average transparency is 35.42 cm，the average concentration of TP is 0.18 mg/L，the average concentration of CODMn is 8.77 mg/L，and the average concentration of Chl a is 53.71 μg/L; On the time scale，the TLI of the overlying water shows that the rainy season （June-July） is higher than the dry season （December-May）; On the spatial scale，all areas of Nanhu Lake are in eutrophic state，and the comprehensive nutrition state index of the three major areas is TLI Minda Area> Hongshan Area> Caida Area.No matter from time scale or space scale，all sampling points are in the state of eutrophication，and the degree of eutrophication has a certain correlation with the level of regional pollution.The main causes of eutrophication in the lake area are the direct discharge of domestic sewage into the lake and the direct discharge of livestock and poultry wastewater into the lake.

Key words Eutrophication;Comprehensive nutritional status index;Nanhu Lake

湖泊（水库）是我国水资源的重要组成之一，具有防洪排涝、水产养殖、蓄水灌溉、旅游、气候调节和维护生物多样性等生态服务功能，对社会经济发展具有重要意义[1-2]。近年来，随着城市工业的快速发展，大量氮、磷等营养物质排入湖泊（水库），导致蓝藻、水华频繁爆发，水体富营养化严重[3-6]。《2018年中国生态环境状况公报》显示[7]，监测全国水质的111个重要湖泊（水库）的总磷、COD和高锰酸盐指数中，水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类的湖泊为18个，占比16.2%;监测营养状态的107个湖泊（水库）中，31个为富营养化状态，占比为29.0%。

长江中下游地区是我国淡水湖泊集中分布的地区，全国约2/3的淡水湖泊。位于长江中下游的大多是浅水湖泊，更容易发生富营养化[8]。20世纪80年代以来，由于经济的发展，大量的N、P等营养物质随着工农业废水和生活污水被排入江湖，导致生态系统结构和功能退化，蓝藻水华频繁爆发，水质性缺水日趋严重。日趋严重的湖泊富营养化问题制约社会和经济的可持续发展，国家在“十五”期间计划治理的三湖中，有二湖（太湖、巢湖）位于长江中下游地区。为降低水体富营养化对湖泊生态功能和水环境质量的影响，需严格控制湖泊中氮、磷等营养盐的排入量[9-12]。

南湖位于湖北省武汉市洪山区，属汤逊湖水系，为城郊浅水型湖泊。近年来由于城市建设的快速发展，大量未经处理的生活污水直排入河，导致南湖水质日益恶化，生态服务功能遭受严重破坏[13]。目前，针对湖泊（水库）富营养化问题的研究较多[14-16]，但针对城市湖泊的富营养化研究相对较少。笔者选取武汉南湖作为研究对象，通过对南湖水质的连续监测，揭示湖区氮、磷等水质指标的时空变化特征与富营养化状态，阐明南湖富营养化问题成因，为城市湖泊的富营养化控制提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

南湖位于武汉市洪山区西南部、武昌区东南部，南湖流域范围介于114°20′～114°23′E、30°28′～30°30′N。南湖流域面积约37.44 km2，地势西面低，其余三面高，地势起伏较大，地面高程18.8～58.7 m，现状湖泊唯一出口为南湖连通渠。南湖流域水域面积约为7.7 km2，其中湖区水体面积约为7.5 km2，南湖公园水面面积约为0.2 km2，水深介于1.8～2.6 m。南湖流域气候为北亚热带季风性湿润气候，降雨量充沛，四季分明，雨热同季，降雨量主要集中在6—8月，年平均气温为16～18℃[17]。南湖是典型的浅水型湖泊，但近年来由于城市建设扩张，南湖周边商业与其他类型建设用地逐渐侵占湖区，南湖湖区面积急剧减少，周围居民区与学校众多，大量未经处理的生活污水直排入河，导致南湖水质进一步恶化，富营养化现象持续发生[18]。

1.2 样品采集与处理 根据南湖湖区周边土地利用现状的不同，以南湖大道与楚平路为基准，将南湖湖区分为三大片区，即洪山片区、民大片区和财大片区。

该研究于2018年12月—2019年7月对南湖进行逐月采样分析，采样点位包括代表其典型特征的3个连续监测样点及33个单次重点采样点位，其中单次采样点位通过网格布点法进行确定，具体采样点位置见图1。连续监测点位是逐月进行水质监测，单次重点样品采集在2019年7月进行。

南湖湖区水体中富营养化监测指标选取叶绿素a（Chl a）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）及高锰酸盐指数（CODMn）等5项指标。试验分析方法参照《水和废水监测分析方法》（第四版）[19]。其中TP：原水过硫酸钾消解，钼涕抗分光光度法。TN：原水過硫酸钾（Alfa Aesar，英国）消解，紫外分光光度计比色。SD：利用一个白色圆盘沉入水中后，观察到不能看见它时的深度即为SD。Chl a：离心过滤水样，滤膜低温干燥后，加入丙酮进行研磨，获取上清液，选用分光光度法测定Chl a含量。CODMn：水样加入硫酸使呈酸性后，加入一定量的高锰酸钾溶液，并在沸水浴中加热反应一定的时间，剩余的高锰酸钾，用草酸钠溶液还原并加入过量，再用高锰酸钾溶液回滴过量的草酸钠，计算得出高锰酸盐指数值。

1.3 评价方法

目前，我国常用的湖泊富营养化评价方法有营养状态指数法、营养度指数法和评分法、修正的营养状态指数法、综合营养状态指数法以及富营养化评价综合指数法等[20-21]。综合营养状态指数法在国内水体富营养化评价中应用最广，简单易行且评价结果准确性较高[22]。因此，该研究选取综合营养状态指数法评价南湖湖区水体富营养化程度[23-24]。根据《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》（总站生字〔2001〕090号），选取Chl a、TP、TN、SD及CODMn，5项参数作为水体富营养化程度的评价因子，综合营养状态指数的计算公式为

TLI（）=mj=1Wj× TLI（j） （1）

式中，TLI（）为综合营养状态指数;TLI（j）为第j种参数的营养状态指数;Wj为第j种参数营养状态指数的相关权重。

以Chl a作为基数参考，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为

Wj=r2ij/mj=1r2ij（2）

式中，rij为第j种参数与基准参数Chl a的相关系数;m为评价参数的个数。

中国湖泊的Chl a与其他参数之间的相关关系rij、r2ij和Wj如表1所示。

式中，Chl a单位为mg/m3;SD单位为m;TP、TN及CODMn单位均为mg/L。

采用0 ～ 100的系列数字对湖泊营养状态进行分级和对水质进行定性评价分析，如表2所示，在同一营养状态下，综合营养状态指数越高，营养化程度越严重[25-26]。

2 结果与分析

2.1 时间趋势评价

2018年12月—2019年7月南湖湖区水体监测结果下图2所示。结合地表水环境质量标准与城市黑臭水体污染程度分级标准，TP与CODMn均达到地表水Ⅴ类标准，TN未达到地表水Ⅴ类标准，SD监测结果显示水体为轻度黑臭水体，Chl a含量普遍高于25 μg/L。

研究区域内Chl a平均含量为53.71 μg/L，2018年12月Chl a含量最高为66.57 μg/L，2018年12月—2019年1月Chl a含量呈下降趋势并达到年内最低值（37.00 μg/L），2—4月Chl a含量呈上升趋势，5—7月Chl a含量变化较为平缓;三大片区中财大片区与南湖水体Chl a含量变化趋势相同，洪山片区和民大片区Chl a含量随时间变化规律基本一致且浓度变化不明显。

（2）南湖湖泊上覆水水质呈现出显著的空间异质性。三大片区中洪山片区与财大片区水质明显优于民大片区，其中TN、TP与CODMn3个指标分布规律中财大片区水质优于洪山片区。与上述3个指标相反，SD与Chl a 2个指标分布规律中财大片区水质比洪山片区差。

（3）根据综合营养状态分级标准，2018年12月—2019年7月南湖湖区水体综合富营养化评价指数TLI值先下降后升高，最终趋于平缓，说明湖区内水体具有一定的自净能力，尚未完全失去其生态功能。

（4）综合富营养化评价指数表明，无论从时间尺度上，还是空间尺度上，各监测点都处于富营养状态，TLI低值出现在2019年1月（61.55），TLI最高值出现在2019年4月（72.12），均值为68.26，TLI值呈现出雨季高于旱季的特征，降雨量变化以及污水直排入河是造成TLI分布特征的重要原因，同时也是造成该湖区水体富营养化问题突出的主要原因之一。

（5）南湖水体富营养化产生的主要原因有生活污水以及畜禽养殖业废水直排入湖、水土流失、生态空间被挤占等。为防止水生态进一步恶化，应根据南湖湖区的富营养化产生原因，采取合理的治理措施，以改善水体水质。

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