我国湖泊富营养化控制策略研究进展

我国湖泊富营养化控制策略研究进展摘要：随着工业化、城市化以及农业现代化的快速推进，湖泊富营养化问题已日益成为全球性的水环境污染问题。我国湖泊富营养化呈现迅猛发展的趋势，并对区域经济发展与生产、生活用水保障带来挑战。尽管为了防控湖泊富营养化，政府投入了大量人力与物力，但在一些湖泊富营养化频繁区，一些防治与控制措施还没有收到理想而满意的效果。文章在综述国内外湖泊富营养化防治与控制策略研究的基础上，阐述了我国在富营养化研究方面存在的主要问题，提出了我国湖泊富营养化分区控制的新思路。关键词：富营养化；湖泊；湖泊富营养化；控制策略；分区控制ProgressonControllingStrategiesofLakeEutrophicationinChinaAbstract：Eutrophicationoflakesisincreasinglybecomingoneofbigconcernsforwaterpollutionataglobalscale.Lakeeutrophicationmakesregionaleconomicdevelopmentandproductive，domesticwatersafeguardconfrontwithchallengesatregionalextent.AlllevelsofgovernmentalagentsinChinahaveputalotofmanpowersandmaterialresourceincontrollinglakeeutrophication，butsofarsatisfactoryresultshavenotbeenachieved.Basedonthereviewofstudiesontreatmentandcontrollingstrategiesinthefiledoflakeeutrophication，mainissuesandlimitationsincurrenteutrophicationresearchactivitieswereelaborated，newideasforlakeeutrophicationcontrolconsideringlocationoflakeswereproposedaswell.Keywords：eutrophication；lake；lakeeutrophication；controllingstrategy；zoningcontrol引言水体富营养化已日益成为一个全球性的水环境污染问题。据统计，目前，全球约有75%以上的封闭型水体存在富营养化问题。我国国土辽阔，湖泊众多，全国共有1km2以上的湖泊2759个，总面积达91019km2，占国土面积的0.95%。近年来，由于人口增长，工业化、城市化和现代农业的快速推进，大量营养元素（N、P等）及有机物排入湖泊中，致使藻类等水生生物过量繁殖，溶解氧减少，透明度下降，湖泊水质迅速恶化。目前在我国131个主要湖泊中，已达富营养程度的湖泊有67个，占51.2%。在39个代表性水库中，达富营养程度的有12座，占30%。在五大淡水湖中，太湖、洪泽湖、巢湖已达富营养程度，鄱阳湖、洞庭湖目前虽维持中营养水平，但磷、氮含量偏高，正处于向富营养过渡阶段。湖泊富营养化的发生导致湖泊生态系统结构和功能退化，蓝藻水华频繁暴发，水质性缺水日趋严重，并造成巨大经济损失。1国内外湖泊富营养化的研究现状1.1国外研究概述20世纪初，水体富营养化问题引起了生态学家、湖沼学家的注意，同时也得到一些国际组织、国家政府及社会各界人士的关注与重视。经过几十年的研究，目前其成果主要体现营养元素控制因素、富营养化水质改善、政策控制措施三个方面。（1）营养元素研究方面。目前研究表明，水体中氮、磷含量直接决定了藻类的繁殖速率，影响水体富营养化进程，是水体富营养化主要控制因子。还有一些研究也表明水体中有机质、维生素类和微有机成分以及锰、铁和钼等微量元素也是影响藻类爆发和水体富营养化发展的重要原因。（2）富营养化水质改善技术研究方面。包括减少入湖外源性营养负荷的技术、控制湖泊内源营养负荷技术、控制湖泊富营养化的湖泊生态修复技术和水体中藻类的治理技术。其中，外源控制技术主要包括废污水迁移、氧化塘技术、土地处理系统、生物除磷、前置库、限制合成洗涤剂含磷量、水栽生物过滤法等。内源控制技术主要包括沉积物氧化、化学沉淀、底泥覆盖、引水冲刷、底泥疏浚、湖内下层水抽取、选择排放、水位操作、生物技术等。湖泊生态修复技术主要包括大型高等水生植物修复技术、食鱼性鱼调控技术等。水体中藻类的治理一般有直接过滤除藻、气浮除藻、化学药剂除藻、养鱼除藻、机械收藻等。（3）政策措施方面。湖泊富营养化政策措施主要分为两类。一种是运用激励机制去影响产生污染的生产投入，例如化肥和农药的投入。第二种是利用税收补贴机制影响湖泊污染浓度。1.2国内研究概述早在20世纪50年代到60年代初期，国内的专家学者就开始注意到有关富营养化问题。近二十年来，国内学者对东湖、巢湖、太湖、洞庭湖、洪湖、滇池、白洋淀等湖泊的富营养化控制和生态恢复开展了大量的研究，并取得了许多成功的经验，相关成果主要可以归纳为六个方面。（1）对长江中下游湖区湖泊富营养化的营养盐的来源、富营养化的发生机制和控制技术等做了比较深入、全面的研究。王圣瑞等研究了长江中下游浅水湖泊沉积物对磷的吸附特征。秦伯强则通过对长江中下游浅水湖泊的分析，总结出了要控制浅水湖泊富营养化，除了进行外源控制之外，还必须进行内源的治理，治理内源营养盐的有效途径是水生植被的恢复。（2）对内源营养盐的形态、释放模式、影响因素、转化机理和控制技术等方面做了大量的研究工作，并取得了丰硕的成果。金相灿等对湖泊沉积物中磷的吸收以及影响湖底水土界面上磷的分布和摄入的因素做了一定的研究。秦伯强等以太湖为例，在野外调查观测与实验室试验分析的基础上，分析了大型浅水湖泊沉积物悬浮的动力机制，并提出了其内源释放的一般性模式。（3）对来自外源特别是农业面源的氮、磷营养盐在进入湖泊水体之前的迁移、转化规律等方面做了一定的研究。席北斗认为，在不同的pH条件下，沟渠沉积物对农田排水沟渠中氮、磷的截留是不同的，其总体趋势基本是截留量随着pH值的增加而上升。翟丽华以杭嘉湖流域为例，通过试验，研究了沟渠沉积物对氮、磷的吸附特征及pH值大小对吸附能力的影响。（4）对我国典型富营养化湖泊的营养盐的来源、富营养化的发生机理、限制因子、影响因素和调控策略等方面做了卓有成效的研究。谢锋等利用灰色聚类法对五里湖湖滨带进行富营养化评价，研究结果表明，五里湖湖滨带处于富营养状态，磷是其富营养化的限制性因子。秦伯强等]则从总体上分析了太湖的水环境状况，指出非点源污染是其主要的污染源。李一平等通过建立数学模型对太湖富营养化控制机理进行了研究。（5）在控制技术上，我国的湖泊治理专家提出了“截断外源、控制内源、人工生态修复”的综合治理创新思路和“物理一生态工程”、“复合人工湿地系统”、“湖滨生态系统重建”、“开敞湖面修复”等一系列湖泊富营养化治理应用技术，在富营养化湖泊治理中得到了广泛应用。叶春在云南洱海湖滨带的生态恢复研究中，采用生物和生境对策，提出了滩地模式、河口模式、陡岸模式、鱼塘模式、农田模式、堤防模式等6种湖滨带生态恢复工程模式。（6）在湖泊富营养化控制战略上，提出了新的措施。我国是一个国土面积广阔，地区分异显著的国家，因此，制定全国性的控制战略对我国湖泊富营养化的治理具有重要的指导意义。对此刘鸿亮提出要制定我国湖泊营养物控制的国家战略，并在这个国家战略下确立生态分区的湖泊营养物基准和标准，通过采用TMDLs（最大日负荷限值）总量控制方法和营养物削减集成技术，来达到改善湖泊水质状况的目的。2我国湖泊富营养化研究中存在的主要问题2.1研究区域过于偏狭，主要集中于长江中下游湖区长江中下游湖区是我国当前湖泊富营养化问题最突出的地区，从而导致长江中下游湖区成为我国目前湖泊富营养化重点研究的地区。而其他一些位于经济较落后，人类活动干涉较少的地区的一些湖泊，如东北湖区的镜泊湖，蒙新湖区的呼伦湖、岱海，云贵湖区等，这些湖泊的富营养化问题也日益突出，受到的关注程度却远远不够。2.2在对营养源的控制上，外源特别是针对来自农村的氮、磷营养盐的研究还需要加强目前我国在对湖泊富营养化营养源的控制上，对于工业污染和城市生活污染等点源排放治理力度较大，而对于量大面广的农村非点源污染控制则远远不够。在点源污染控制上，我国城市污水处理率但仍远低于一些发达国家的污水处理率。而对于来自于农村的污染物则基本没有什么有效的处理措施，处理率极低，绝大部分来自于农村的氮、磷污染物基本没有经过处理，就直接随地表径流进入到湖泊中，成来我国湖泊水体中氮、磷营养盐的主要来源之一。2.3对浅水湖泊的富营养化研究多，深水湖泊研究少一般来说，深水湖泊在夏季水下若干米处存在温跃层，而浅水湖泊则不存在。由于温跃层的存在和水深的不同，导致浅水湖和深水湖在许多方面（如内源营养盐的释放，水生高等植物的分布等）存在很大的区别，从而在富营养化的控制策略上也存在差异。但由于我国目前富营养化的湖泊绝大部分都属于浅水湖，特别是当前研究的重点富营养化长江中下游湖区99%以上的湖泊都是浅水湖。2.4流域水环境管理制度需进一步完善高效的流域管理是湖泊富营养化治理的关键。目前我国的流域管理体制存在诸多问题，主要表现在以下六个方面。（1）各相关管理部门的职能定位不清，流域管理与行政区域管理各自的职责不够清晰。（2）流域与区域之间、区域与区域之间、部门和部门之间缺乏统一的协调平台和机制。（3）缺乏完善的流域管理政策体系。（4）缺乏有法律地位的流域综合规划。（因此，在湖泊富营养化问题日益突出的情况下，加强这些方面的研究是非常必要的。2.5湖泊富营养化指标体系有待于进一步完善完善的营养状态指标体系对于湖泊富营养化的控制有着重要的意义。我国在湖泊营养基准方面的研究和实践尚为空白，至今尚未制定湖库的营养状态标准，仍是根据《地表水环境质量评价标准》中的毒理性及耗氧类指标进行评价，没有设置水生态系统的响应指标（如表征初级生产力的叶绿素a、生物量指标、与藻类有关的透明度等）。如何制订湖库的营养状态标准已成为我国湖库富营养化控制亟待解决的重要问题。3我国湖泊富营养化控制的策略分析由于湖泊富营养化是在不同区域的不同自然、社会条件下形成的，湖泊的富营养化不仅受到当地气候、水文、地质、地貌、生物等自然条件的影响，同时还受到区域土地利用方式、人口、农业现代化水平、城市化、工业化水平等社会经济因素的影响，从而导致湖泊富营养化具有区域分异的特点。所以，要控制湖泊富营养化，必须实行分区控制策略。由于缺乏最近的我国主要湖泊调查资料，所以这里参照1988～1992年我国主要湖泊的调查资料。根据我国主要湖泊1988～1992年调查资料计算结果（表1），把全国湖泊富营养化控制分为四种控制类型区（表2）。表1我国主要湖区富营养化湖泊数量占该区湖泊总数的比例湖区调查湖泊（个）富营养化湖泊(个)富营养化比例（%）东部平原湖区764153.9云贵湖区25624东北湖区12866.7蒙新湖区13646.2青藏湖区600注：根据我国湖泊1988~1992年调查资料（舒金华等，1996）整理计算。表2我国湖泊分区控制类型控制类型划分标准S(富营养化比例)范围重点控制区S＞50%东部平原湖区、东北湖区部分控制区25%＜S≤50%蒙新湖区潜在威胁区5%＜S≤25%云贵湖区维持现状区0≤S≤5%青藏湖区3.1重点控制区（包括东部平原湖区和东北湖区）本区指位于黄河、海河、淮河、长江、珠江等大江大河中下游平原丘陵地区、东北平原中央和东北山区的湖泊。由于人口密集、工业发达、农业现代化程度高、城市化水平高，本区成为我国湖泊富营养化问题最突出的地区。本区湖泊多为浅水湖，其内源磷释放量占整个磷负荷的相当比例，甚至超过外源负荷，所以该区的湖泊一直是我国富营养化重点控制的地区，治理的难度很大。在控制策略上，应采取内、外源营养物控