生态恢复对长湖水质时空变化的影响

杨 军，王海艳，柴 毅

(1. 长江大学农学院，湖北 荆州 434025；2. 长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025；3. 长江大学动物科学学院，湖北 荆州 434025)

改革开放以来，随着我国经济的快速发展，人们的生产生活方式发生了翻天覆地的变化，对水资源的开发利用也达到了前所未有的强度，大量含有氮、磷营养物质的生产生活污水未经处理直接排入附近的湖泊、水库和河流，增加了这些水体的营养物质负荷量，给水生态环境造成了严重破坏[1-3]。环保部门公布的调查数据显示，2014年全国地表水约10%为劣Ⅴ类水体，有些流域甚至大大超过了这个比例。2019年5月份生态环境部发布的《2018中国生态环境状况公报》显示，尽管我国地表水质趋于改善，但仍有约7%的地表水为劣Ⅴ类水体，其中七大重点流域中的黄河流域、松花江流域、海河流域和辽河流域劣Ⅴ类水体的比例均超过了10%，部分地区甚至超过了20%。此外，在监测的主要湖泊和水库中，有超过30%的水体处于Ⅳ ～ 劣Ⅴ类状态。当前，湖泊和水库在我国饮用水源的占比高达85%，解决水质问题成为湖库管理的重要任务[4,5]。

长湖是湖北省第三大湖泊，位于荆州、荆门、潜江3市交界处，江汉平原四湖水系的上游，是长江中游地区生态平衡的重要湿地生态系统[6]。长湖分为庙湖、海子湖、马洪台和圆心湖4个湖区，流域成雨面积3 240 km2，整个长湖面积122～150 km2，最大水深6.1 m，库容为2.71 亿m3。近20年来，由于经济社会的快速发展，人为干扰的因素不断增多，大量城乡生活污水、工业废水、农业污水未经有效处理直接排入湖泊，加之围网养鱼和饲料、农药的大量投入，长湖已受到严重的污染，水体呈明显的富营养化状态，水质下降为III到Ⅴ类，甚至劣Ⅴ类[7-9]，且有进一步恶化趋势。海子湖作为长湖水产养殖的主产区，是长湖污染程度最重的区域之一，其主要环境问题是水产养殖污染严重，养殖过程中大量投放饲料和化肥，加上周边工业和生活等点源污水大量排放，导致水体污染严重[9-10]。长湖水质的恶化使得从长湖流入总干渠中的水质多偏中性或略偏碱性，总氮和总磷含量超标几倍甚至几十倍，在靠近长湖的上游段水质问题尤为突出[11]。

为了遏制四湖流域湿地生态环境退化，逐步恢复湖泊的自然生态面貌，2015年7月，在荆州市政府的支持下，长湖启动了湖泊生态恢复工程，并于2016年7月全部完成，具体措施包括拆除养殖围网、增殖放流和种植水草，共拆除养殖围网3 667 hm2，投放鱼苗41万尾，封滩育草120 hm2，清除有害生物300 hm2，恢复水生植物150 hm2，长湖生态得到明显改善(数据来自荆州市长湖生态管理局)。本文通过分析2014-2018年长湖营养盐指标的时空变化，拟探讨生态恢复前后长湖营养盐的变化特征，为保障四湖流域的饮用水安全和维持流域湿地资源的可持续利用提供科学依据。

1 研究方法

1.1 监测方法

图1 长湖流域水系及采样点位置示意图

1.2 数据分析

采用Microsoft Excel工作表整理数据，采用SPSS 19.0和STATISTICA 10.0软件进行数据统计分析和绘图。

2 结果与讨论

2.1 长湖水体营养盐时间变化特征

2.1.1 年际变化

图2 长湖水体营养盐年际变化特征

总体而言，近几年长湖水体营养盐的演变过程可划分为两个阶段：

第二阶段为2016-2018年，水体营养盐浓度呈逐渐下降趋势，有机污染程度逐渐减轻。这一时期水质的改善源于一系列生态恢复措施的实施降低了人为活动对湖泊生态系统的干扰，同时水草的种植不仅为鱼类和浮游动物提供了栖息场所和繁殖基质，也能对进入水体的过量营养物质和金属元素起到净化作用[14]。

2.1.2 年内变化

图3 长湖水体营养盐年内变化特征

2.2 长湖水体营养盐空间变化特征

图4 长湖水体营养盐空间变化特征

从营养盐的空间变化来看，庙湖、海子湖和马洪台3个湖区污染最为严重，长湖主体区域(圆心湖区)污染较轻。这与长湖的地形有关，长湖西北部地区分布着荆州区中心城区以及荆州区的6个乡镇，这些城镇排放的生活污水和工业废水量占全流域的93.7%，并主要通过龙会桥河、太湖港和拾桥河分别排入长湖西北部水域的庙湖、海子湖和马洪台区，使得该水域污染物负荷明显偏高[9]。此外，长湖湿地植被主要分布于湖泊的东边和南边，西边和北边的植被覆盖率较低，这在一定程度上也削弱了西北部水域的水质净化能力[18,19]。

2.3 生态恢复对长湖水体营养盐的影响

图5 生态恢复对长湖水体营养盐的影响

2.4 长湖水质变化特征

2014-2018年长湖水质变化见表1。由表1可知，2016年生态恢复前，长湖水质基本处于Ⅴ ～ 劣Ⅴ类状态，生态恢复后，全湖水质有所改善，习家口监测点水质由Ⅴ类转为Ⅳ～Ⅴ类，其他监测点由Ⅴ～劣Ⅴ类转为Ⅴ类。从水质的空间变化来看，调查期间，长湖水质总体呈现出西北地区偏高、东南部地区偏低的趋势，这与过往的研究基本一致[20]。从表1可以看出，尽管生态恢复后长湖水质有所改善，但水质状况依然不容乐观，这主要是因为长湖的主要污染物中有超过70%的污染物来源于周边各县市的工业废水、城镇/农村生活污水、畜禽养殖和农业种植面源排放，尤其是畜禽养殖[7]和农业种植[9]。因此，农业面源污染治理是长湖流域水污染控制的关键。

表1 长湖2014-2018年水质变化

3 结 论

本文通过研究长湖2014-2018年期间不同水域的水质，分析了生态恢复前后长湖水质的变化特征。结果表明：