洞庭湖流域氮磷污染生态修复技术研究进展

一、引言

洞庭湖是长江流域重要调蓄湖泊，承担着防洪、供水、生物多样性保护等多重生态功能。近年来，随着流域内农业集约化发展、城镇化加速及工业生产规模扩大，大量氮磷污染物输入导致湖泊富营养化加剧。监测数据显示，洞庭湖部分区域总氮、总磷浓度超出地表水Ⅲ类标准，蓝藻水华频发，水生态系统面临严峻挑战。因此，开展氮磷污染治理技术研究对流域修复具有迫切的现实意义。生态修复技术通过强化自然生态系统的自净能力，在实现氮磷持续削减的同时，可重建健康的水生态系统，是解决流域污染问题的核心路径之一。本文聚焦生态修复技术的前沿应用，梳理其在洞庭湖流域的实践进展。

二、洞庭湖流域氮磷污染现状

2.1 污染来源

2.1.1 农业面源污染

农业是流域氮磷污染的主要贡献源。种植业中，化肥施用量超过国际安全上限，利用率仅 30%-40% ，未被吸收的氮磷通过径流和渗漏进入水体；畜禽养殖业年产粪便超千万吨，部分养殖场处理设施缺失，粪便直接排放；水产养殖中过量投饵及养殖尾水排放，进一步加剧氮磷负荷。

2.1.2 生活源污染

城镇化进程带动生活污水排放量年增 5%-8% ，部分城镇污水处理厂负荷不足，管网覆盖率低，30% 生活污水未经处理直排。生活垃圾经雨水冲刷，氮磷污染物随径流汇入水体。

2.1.3 工业源污染

化工、造纸等传统产业仍占工业结构主导，部分企业工艺落后，废水处理设施运行不稳定。工业园区周边水体总氮、总磷浓度较其他区域高 20%-30%^[1] 。

2.2 污染特征

洞庭湖流域的氮磷污染在空间上呈现出显著差异。入湖河口以及城市周边水域的氮磷污染较为严重，由于接纳了大量上游来水以及周边城市排放的污水，总氮、总磷浓度长期处于较高水平。在时间维度上，丰水期由于水量充沛，污染物得到一定程度的稀释，但大量面源污染物随着地表径流涌入水体，氮磷负荷依然较高；枯水期水量减少，水体自净能力减弱，氮磷浓度相对升高，富营养化问题更为凸显 [2]。

三、洞庭湖流域生态修复技术

3.1 湖滨带生态缓冲带构建技术

3.1.1 技术原理与结构设计

湖滨带生态缓冲带通过“植被 - 基质 - 微生物”的协同作用，实现入湖污染物的拦截与净化 [3]。其典型结构包括：

挺水植物带：沿湖岸线种植芦苇、香蒲等植物（密度 10-15 株/m²），形成5-10 米宽的生物屏障，通过根系吸附与沉积作用截留颗粒态氮磷；

沉水植物带：在水深 1-3 米区域种植苦草、狐尾藻，通过光合作用提升水体溶解氧 ΔΩ^′D0⩾5mg/L ），促进微生物对溶解态氮磷的转化；

基质改良层：铺设 20-30cm 厚的铁锰氧化物改性土壤，其对磷的吸附容量可达150mg/g，显著增强化学固定能力。

3.1.2 洞庭湖应用案例

在东洞庭湖岳阳段构建的 20 公里缓冲带采用“芦苇 - 茭白 - 苦草”立体模式，监测显示：地表径流总氮去除率达 42%-58% ，总磷去除率 55%-70% ；沉积物磷释放通量从0.25g/ (m²⋅d) 降至 ，有效抑制内源污染。

3.2 生态沟渠与塘堰系统技术

3.2.1 农业面源污染控制技术体系

针对农田退水氮磷污染，构建“生态沟渠 + 净化塘”复合系统 [4]。

（1）生态沟渠

梯形断面设计（底宽 1.5m，边坡 1:1.5），沟底铺设 5-10mm 砾石层并种植空心菜、水芹菜（覆盖度 ⩾60% ）；- 两侧边坡植被缓冲带（草本植物密度 20株/m²），通过植物吸收与基质过滤削减污染物。

（2）串联式净化塘堰

沉淀池：设置斜板沉淀装置，SS 去除率超 80% ；

生物转化塘：投加芽孢杆菌复合菌剂（ ⋅10⁸CFU/m³ ），强化氮磷降解；

清水塘：种植睡莲等浮叶植物，进一步净化水质。

3.2.2 治理成效

南县农田示范区应用表明：农田退水总氮从 8.5mg/L 降至 3.2mg/L ，总磷从 1.2mg/L 降至 0.4mg/L ；氮磷负荷年削减量分别达 62% 和 67% ，出水水质接近地表水Ⅳ类标准。

3.3 微生物强化生态修复技术

3.3.1 功能微生物筛选与应用

（1）高效脱氮菌群：从洞庭湖沉积物中筛选出亚硝化单胞菌 - 假单胞菌复合菌群，在缺氧条件下氨氮去除速率达 1.2mg/(L⋅h) ，较传统活性污泥法提升30% 。

（2）聚磷微生物制剂：聚磷菌（PAOs）与解磷菌（PSB）混合制剂可将水体

溶解态磷降至 0.05mg/L 以下，同时促进底泥中磷的固化。

3.3.2 原位修复工艺与

在西洞庭湖汉寿段采用“生物膜载体 + 底泥曝气”技术[5] ：

改性聚乙烯载体（比表面积 800m²/g ）固定化微生物，形成移动生物膜反应器；

沉水式曝气装置（曝气强度 ）配合菌剂投加，6 个月后水体透明度从0.2m 提升至0.6m，底泥总氮、总磷含量分别下降 28% 和 35%. 。

3.4 水生态系统重构技术

3.4.1 生物群落构建与调控

（1）食物链层级设计：

生产者层：恢复沉水植物（苦草、轮叶黑藻，覆盖度 ⩾30% ），提升初级生产力；

消费者层：投放鲢鱼、鳙鱼（ 20-30kg/ha) ）控制藻类，移植田螺、河蚬（500-800 个 /ha）促进有机质分解；

调控杂食性鱼类（鲤鱼 ⩽10kg/ha) ），避免底泥扰动释放氮磷。

3.4.2 南洞庭湖万子湖修复案例

实施生态重构工程后 [6] ：浮游植物生物量下降 40%, ，蓝藻优势种比例从75% 降至 30% ；水体总氮从3. 8mg/L 降至 2. 1mg/L, ，总磷从 0.35mg/L 降至 0.18mg/ L ；水生生物种类从126 种增至189 种，生态系统完整性指数提升 40% 。

3.5 生态修复技术集成模式

3.5.1 入湖河口复合治理模式

技术组合：前置沉淀塘（HRT12h）→水平潜流人工湿地（水力负荷 0.5m³ /(m²⋅d) ）→湖滨植被缓冲带（宽 50m⋅ ）。

处理效能：总氮去除率 60%-70% ，总磷去除率 75%-85% ，出水达地表水Ⅲ类标准。

3.5.2 农业面源污染防控模式

. 技术链条：农田生态沟渠（长度 ⩾1000m ）→塘堰净化系统（总容积⩾5000m³ ）→湖滨缓冲带（宽30m）。

减排效益：氮磷负荷年削减率分别为 55% 和 65% ，农田退水 COD⩽30mg/L

四、结论与展望

4.1 技术应用现状

洞庭湖流域生态修复技术已从单一措施向“拦截 - 净化 - 重构”的集成模式发展。湖滨带缓冲带对面源污染的拦截效率达 50% 以上，微生物强化技术可快速降低水体氮磷浓度，水生态重构则实现了生态系统的长效维持。但技术应用仍存在季节性波动（如冬季植物枯萎导致净化效率下降 30% ）、长效管理成本高等挑战。

4.2 未来发展方向

（1）材料创新：研发铁锰氧化物改性生物炭（磷吸附容量 ⩾200mg/g⟩ ）、pH响应型氮磷缓释载体，提升污染物去除效率；

（2）智能管控：构建基于物联网的水质传感器网络（监测频率 1 次/10min），结合BP 神经网络模型实现修复效果动态预测；

（3）协同机制：建立湘鄂跨省生态补偿制度（如 TP 每下降 0.1mg/L 补偿10 元/ 吨），推动流域治理的长效化。

参考文献：

[1] 洞庭湖水质及出入湖主要污染物通量变化趋势分析 [J]. 周琴 ; 贾海燕 ; 卢 路; 朱惇 . 三峡生态环境监测 ,2021(02)

[2] 洞庭湖近30 年水环境演变态势及影响因素研究[J]. 王丽婧; 田泽斌;李莹杰; 陈建湘; 李利强; 汪星; 赵艳民; 郑丙辉. 环境科学研究,2020(05)

[3]城市河流滨岸缓冲带生态修复模式研究 [J]. 廖先容 ; 扈幸伟 ; 邬龙 . 水利水电技术 ,2017(10)

[4] 生态沟渠对农村生活污水脱氮除磷效果的研究 [J]. 王令 ; 王文杰 ;夏训峰 . 环境科学与技术 ,2015(08)

[5]水环境中生物膜的研究进展 [J]. 张金莲 ; 吴振斌 . 环境科学与技术 ,2007(11)

[6] 南洞庭湖湿地鱼类生境景观变化及其人为驱动 [J]. 李敏 ; 张灿明 ;李姣; 邓学建. 长江流域资源与环境,2015(12)

作者简介：靳菁（1989.5-），女，硕士研究生，工程师，河南，汉族，从事工作：环境生态修复