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Causes and characteristics of eutrophication in urban lakes

城市湖泊富营养化成因和特征*


城市湖泊的功能主要体现在旅游、如愿、洪涝调蓄排水、调节气候以及改善城市生态环境等方面。根据湖泊所处地理位置和湖泊水质退化现象,阐述了城市湖泊水体从贫营养到富营养转变的主要原因;从水质的理化指标、底质污染物含量和水生态系统等方面初步时论了城市型浅水湖泊富营养化的特征。同非城市湖泊相比:大部分城市湖泊的水体透明度下降,污染严重的湖泊还会出现水体发黑或出现水华;水质和底质的氮磷及其它污染物含量较高,水生态系统急剧退化,水生植物以浮游植物为主,藻类大量繁殖,高等水生植物不断消亡。根据综合营养度指数对我国主要城市湖泊进行分级评价的结果表明,我国城市湖泊均达到了富营养化或严重富营养化程度。

The urban lakes act as function of tourism, entertainment, drainage, climate modulation and environment improvement. The present paper describes the causes for the changes of urban lakes from oligotrophic to eutrophic status based on location and water quality degradation. Characteristics of eutrophication in urban lakes are discussed based on water quality index, contaminant concentration in. sediment and aquatic ecosystem. Compared with the other lakes, water in urban lakes is turbid, with lower transparency. Contents of nutrients and the other contaminants in water and sediment are usually higher. As aquatic ecosystem degrades rapidly, phytoplanktou become dominant producers, whereas macrophytes go to extinction. According to trofic state index, the pollution state of urban lakes in China is eutrophic or serious eutrophic.


全 文 :生态科学2004年11月第23卷第4期 ECOLOGICSC ENCENov.,2004.23(4):370~373
城市湖泊富营养化成因和特征
彭俊杰,李传红,黄细花(』1一东省剐、I市环境科学研究所,剐·l516001)
【摘要】 城市湖泊的功能主要体现在旅游、娱乐、洪涝调蓄排水、调节气候以及改善城市生态环境等方向。根据湖
泊所处地理位置和湖泊水质退化现象,阐述了城市湖泊水体从贫营养到富营养转变的主要原因;从水质的理化指标、
底质污染物含量和水生态系统等方面初步讨论了城市型浅水湖泊富营养化的特征。同非城市湖泊相比:大部分城市湖
泊的水体透明皮下降,污染严重的湖泊还会出现水体发黑或出现水华;水质和底质的氮磷及其它污染物含量较高,水
生态系统急剧退化。水生植物以浮游植物为主,藻类大量繁殖,高等水生植物不断消亡。根据综合营养度指数对我圈
主要城市湖泊进行分级评价的结果表明,我围城市湖泊均达到了富营养化或严重富营养化程度。
关键词:城市湖泊;富营养化;水质;底质:水生态系统
中图分类号:x171 文献标识码:A 文章编号:l008-8873(2004)04-370·04
Causesandcharacteristicsofeu rophicationinurbalakes
PENGJun.iie,LiChun-hong’HUANGXj_hua(EnvimnmentalScienceInstituteofHuizhou,Huizhou51600l,China)
AbstractTheurbanIakesactasfunctionoftourism,entertainment,drainage,climatemodulationallde V ro啪 nt
impmvement.Thepresentpaperdescribesthcausesforthechangesofurbanl kesf-romligotn)phictoeutrophicstatusbased
onlocationandwater口ualitydegradation.Cha糟cteristicsofeu仃1)phicationinurbanlakesarediscussedbasedonwaterqua“ty
index,contamimntconcentrationinsedimentandaquaticecosystem.COmparedwit量ltlleotherlakes,、Ⅳaterinu banlakesis
turbid,withlowertransDarency.Contentsofnutrjentsa dheothercontaminantsinwa er锄dse imentarcusuallyhigher.As
aquatjcecosystemdegradesrapidly,ph”oplanktoubecomedominantpmducerS,w血ereasmacrophyteSgotoex“ncci伽.
Accordin譬totm6cstateindex,theDollutionstateOfurbanlakesinChinaiseutrophicorseriouse trophic.
Keywords:Urbanlake;Eutrophjcation;waterqualityndex;Sediment;Aquaticecosystem
城市湖泊指位于大中城市城区或近郊的中小型湖
泊,例如国内的城市湖泊有杭州西湖、惠州西湖、武
汉东湖、北京昆明湖、南京玄武湖、济南大名湖、广
州流花湖和东山湖等。现代都市的发展都在充分利用
城中水体的多种功能,使城市湖泊的价值更多地体现
在旅游、娱乐、洪涝调蓄排水、调节气候以及改善城
市生态环境等方面。大多数城市湖泊融合了当地人文
景观和自然景观,具有深厚的文化底蕴,因而城市湖
泊经常被比喻为城市的一颗明珠,如杭州西湖、惠州
西湖、北京昆明湖等城市湖区景观作为国家级的风景
名胜区已成为国内外著名的风景游览胜地,是当地经
济发展的重要资源。
但随着社会经济的发展和城市人口的剧增,人类
的活动使城市湖泊的富营养化过程加快,水生态系统
受到不同程度的破坏,藻类大量繁殖,水体透明度下
降,沉水植物消亡,污染严重的湖泊还会出现水体发
黑或出现水华,气温升高时有腥臭味,削弱了城市湖
泊特有的景观娱乐功能ll,2I。由于所处的地理位置和功
能定位不同使得城市型浅水湖泊水体的演变过程和污
染现状同远离城市的湖泊有较大差异,本文主要论述
城市湖泊富营养化的成因和特征,为其污染控制和治
理提供一定的依据。
1城市湖泊富营养化成因
城市湖泊富营养化是人类社会活动对湖泊高强度
的影响导致的结果。顾宗濂把我国的湖泊富营养化分
为天然富营养化和人为富营养化,天然富营养化过程
要经过几千年或更长时间才能完成,而人类经济活动
可以使湖泊在几年时间内就会出现富营养化现象p’4J。
20世纪我国大部分湖泊经历了从贫营养到富营养的
演化过程【56I。特别是人群聚居的城市中的浅水型人工
湖泊,在改革开放前期的50~60年代,很多城市湖泊
还有沉水植物,水体清澈透明,游鱼清晰可见¨J。
城市湖泊往往还具有洪涝调蓄排水的功能,湖泊水位
和水体的交换性都可实现人工调控,湖泊水源除了来
自湖泊流域或城区地表径流和湖面降水的补给外,还
有一部分来自城市工业废水和生活污水。20世纪80
年代开始,随着我国工业的迅猛发展,城市人流、车
流增多,生活污水、餐饮废水、工业废水、城区地表
径流等都成为城市湖泊的特征污染源。很多城市湖泊
及城郊湖泊几乎成了纳污水体,湖泊的水质急剧下
降【l’8】。全球的湖泊、河流等水体均具有相似的污染
特征,即人类活动越频繁的地方水体的纳污量越大。
Omemik分析了美国928个水域非点源污染与流域内
土地利用的关系,发现农业和城镇高度发达地区的水
体营养盐浓度高,森林地区水体营养盐浓度低,两者
相差约10倍【Z2I,表1列出了美国东部地区水体平均总
氮、总磷浓度与土地利用的关系。
旗金项目:广东省科技计划项目资助(2002c31611)
作者简介:彭俊杰(1969一),男,硕士,J=程师,研究方向为
环境评价、水生态环境。E-mail:junjiepeng@263.net
2004一03.3l收稿,2004—1l—18接受
万方数据
4期 彭俊杰,等:城市湖泊富骱养化成因和特征 371
表1水体平均总氮、总磷浓度与土地利用的关系㈤
!璺坠!!!壁!!璺!i旦望!坠!巳211璺望坚竺!璺g!璺望璺!!:!型!塾!苎生!
农业和城镇占地 总磷TotalPhosphate67%可信限 总氮TotalNitrate 67%可信限
曼型2旦!坠婴!鲤!型!堕!型!璺!丝!一!里墨:兰:!!—』!!鱼旦!竺!璺堕!韭! !里曼:生:!! 鱼!堑巳塑皇生坐堕
0 0.Ol5 0.008~O.026 0.51 0.33~0.77
25
50
75
100
O.026
0.045
0.078
0.136
0.Ol4~0.048
0.024~O.083
O.042~O.144
0.073~0.25l
0.87
1.49
2.55
4_37
0.57~1.32
0.98~2.26
1.68~3.88
2.87~6.64
浅水湖泊,尤其是城市湖泊,具有较低的耐污染负
荷能力,外来营养盐和其它污染物的大量输入和不合理
的开发利用,导致湖泊原有生态系统遭受破坏,水体自
净能力下降,藻类大量繁殖,水体透明度下降,沉水植
物消亡。湖泊水生植被有类似于陆生植被的重要生态功
能,水草茂盛则水质清澈,水产丰盛,湖泊生态稳定。
尤其是浅水湖泊中,水生植被不仅是初级生产力的主要
组成部分,而且在美化水体景观、净化水质、保持营养
平衡和生态平衡方面有显著的功效。~旦水生植被遭受
破坏,底泥容易悬浮起来,将会导致沉积已久的营养盐
不断地向水中释放【7J,湖水中的营养盐负荷进一步加
大,如此愈演愈烈,形成水质恶化的循环过程。成小英
等【2习在南京莫愁湖的研究结果表明,水生植被健全的湖
区水体的自净能力强,其水体中的总氮、总磷比水生植
被不健全的自净能力差的湖区分别低43.7%、50.3%。
2城市湖泊的水环境特征
城市湖泊地处城区,被街道包围,同非城市湖泊相
比,通常其湖水面积较小,水位较浅,湖泊水体透明度
低,有机污染物和营养盐含量较高例,湖底平坦,沉积
的淤泥较厚,底泥中有机质、氮、磷等营养物质十分丰
富;水生植物以浮游藻类为主,大型水生植物较少;农
业施肥、农药和水上养殖对城市湖泊产生的污染较少。
2.I湖泊富营养化评价及分级标准
湖泊富营养化评价,就是通过与湖泊营养状态有关
的一系列指标及指标间的相互关系,对湖泊的营养状态
作出准确的判断。目前我国湖泊富营养化评价的基本方
法主要有营养状态指数法(卡尔森营养状态指数(TSI)、
修正的营养状态指数、综合营养状态指数(TLI))、
营养度指数法和评分法。国际上通常采用从影响湖泊富
营养化的众多因子中选取叶绿素a(chl诅)、总磷(TP)、
总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(COD)
等五项指标作为湖泊富营养化评价的统一指标。评价方
法大多采用营养度指数法(AHP.PCA),将层次分析
法(AHP)和主成分分析法(PCA)相结合成为湖泊富
营养化状况综合评价方法。综合营养度指数的计算公式
为【1.241:
TLIc:∑%.儿‘=∑%(以/+以1nq。)
,=l /=l
lnc min
ai=————————————。L————————————一x100

1nc,max一1nc,min
b2面磊品面堋
式中TLIC为湖泊营养状态的综合营养度;TLIj为
第.j个因子的分营养度;Wj第j个因子的“综合权”;qx
为第j个因子的监测值;Cjnlin和Cjmax分别是第j个因
子相应于营养度为0和100的浓度值。
为了说明湖泊富营养状况,采用O~100的一系列
数字对湖泊营养状况进行分级,营养度指数Ⅱ如越高,
其营养程度越重,TLI匹30为贫营养,TLIc为30~50
时为中营养,,n。p50时为富营养。
2.2水质严重超标
根据各地多年的监测调查资料,我国多数城市湖泊
水体现在已呈严重富营养化状态,水体总氮、总磷、溶
解性磷(DP)浓度非常高,透明度很低。表2列出了我
国部分城市湖泊的主要水质状况【l0I,地表水环境质量标
准(GB3838—2002)中适用于农业用水区及一般景观要
求水域的V类标准总氮、总磷的标准值分别为
2.00mg·L.1,0.20mg·L.1,表2中所列的城市湖泊的
水质全都为超V类水平,这些湖的水质还不够一般景观
水的要求。
国际上一般认为湖泊水体总磷浓度为0.02mg·L_I,
总氮浓度为0.2mg·L-1是湖泊富营养化的发生浓度⋯J。
而这些城市湖泊的总氮浓度为1.70~20.80mg·L.1,高
出国际标准值的8~100倍,总磷浓度为O.090~0.970
mg·L-1,高出国际标准值的4~45倍,按此标准显然
我国城市湖泊都已受到严重污染而呈现出富营养化状
态。
有研究表明,总氮和总磷在多数湖泊中都呈明显的
季节性变化,在春、夏季其含量均比较高,这可能主要
是由于冬季累积于湖泊底部的营养盐开始上升至上层
水体,并且湖泊底泥中营养盐释放到水体中IluJ。
透明度也是湖泊富营养化评价的重要物理指标,随
着湖泊中浮游植物数量的增加,有叶绿素a含量增大和
透明度下降的趋势。我国城市湖泊的透明度多半在
0.5m以下,主要原因是富营养化严重,或是城区地表
径流和流域水土流失严重,导致湖水比较混浊。
万方数据
万方数据
4jU 彭俊杰,等:城市湖泊富营养化成因和特自 373
城I订湖泊藻类的优势种类随着湖水的富营养化程
度、湖泊所和地区和季=肖变化mJ不同,主要有绿藻、蓝
藻、隐藻、刑二藻等种类。随着城『仃湖泊营养状态向富营
养化转变,藻类数量和利·类数也发生变化,如武汉东湖
住寓营养化初期(20世纪50年代)主要优势种为甲藻、
绿藻,到富营养化中期(60~70年代),演替为绿藻和
蓝藻为主,进入重富营养化时期(80年代)优势种为蓝
藻【J引。无锡一h星湖在50年代浮游藻类受到大型水生植
物的强烈抑制,年均数量为26.7×104celI·L-l,以硅藻
和隐藻为主;90年代由于水质严重污染,浮游藻类大量
繁殖,年均数量达到4174×104cell·L-l,是1951年的
156倍,监藻水华极为严重126|。
浮游动物主要有四大类:原生动物、轮虫、枝角类、
桡足类。它{fJ的种群和数量变化呵反映水体的富营养化
程度,一般来说,水体中浮游动物含量愈少,表明水体
富营养化程度愈低,水质愈好。就数量来说,我国城市
湖泊的浮游动物年平均数量最高,平均为79966
cell·L-1,东部平原湖泊平均为3361cell·L.I,水库平
均为l893cell·L。1【l】。
大型底栖动物是水生态系统的一个重要的生态类
群,淡水湖泊和河流中其优势类群主要包括水栖寡毛
类、软体动物和水生昆虫等,它们既是鱼类的天然食物
资源,又能起到较好的水质监测作用【19】。在水质较好的
湖泊或水库中,软体动物在生物量中占主要地位,在重
富营养化的湖泊如广州的东山湖和流花湖底栖动物的
生物量都由寡毛类或摇蚊幼虫组成。
城市湖泊水生生物的另一个显著特点是随着城市
的发展,其种类和数量在近代都有一段历史的演化过
程。以武汉东湖为例,在50~60年代还处于中营养水
平,经过短短30多年,己发展到富营养和超富营养水
平,水质严重恶化,生物群落发生剧变,湖泊生态系统
平衡被打破,牛态系统异常脆弱。60~70年代,由于遭
受生产废水和生活污水污染,湖泊富营养化加剧,水生
大型植物衰退,藻类密度上升,至70年代中后期,水
华频繁发生,主要优势种类为大型的铜绿微囊藻
(M砌.Dc声出口d研咖跚)、螺旋鱼腥藻(爿,z口6删口
印的f(拯)和束丝藻(爿础口,2泐,”硎D肝印.)等,80年代
中后期虽然水体营养水平仍在提高,但蓝藻水华逐渐消失,平裂藻(胞廊优础聊.)、小环藻(咖,D纠肠聊.)、
纤维藻(彳胛胁静例h脚淞印.)和隐藻(C7即幻优D,?船)等
取而代之11剐。浮游动物群落也发生变化,表现出明显的
小型化趋势。底栖动物也发生显著变化,许多大型软体
动物消失,耐污的摇蚊幼虫和寡毛类数量上升[20|。
3结 语
随着社会经济的发展,城市湖泊周边地区的过度开
发利用,周围工q扯不断发展,城市人口剧增,再加上以
往城市规划滞后、公众环保意识不强等方面的原因,我
国绝大多数城市湖泊水体现在都呈富营养或严重富营
养化状态,已逐渐失去其原有的多项功能和美学价值。
城11j湖泊的牛念系统一旦退化就很难逆转,再恢复到健
康的生态系统i萧要付出较多的人力、财力和时间【2¨。因
此,有针对性地对城r仃湖泊采用适当的技术控制和治理
其富营养化,既具有紧迫性,更彳亍着艰巨性和长期性。
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万方数据
城市湖泊富营养化成因和特征
作者: 彭俊杰, 李传红, 黄细花
作者单位: 广东省惠州市环境科学研究所,惠州,516001
刊名: 生态科学
英文刊名: ECOLOGIC SCIENCE
年,卷(期): 2004,23(4)
被引用次数: 17次

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