安慶市東大湖富營養(yǎng)化過程中小球藻增長分析

路楊 劉昕怡 陶文志 孫慧群

摘要：以安慶市中心景觀湖泊東大湖為研究對象，測定水體中小球藻的種群增長狀況，與水體指標(biāo)ORP、TN、TP、NH3-N、CODMn、CODCr、BOD5的濃度進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果顯示;（1）小球藻數(shù)量第二次采樣比第一次采樣多，其中7號(hào)采樣點(diǎn)兩次采樣中小球藻數(shù)量最高;（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)兩次測量濃度均為7號(hào)采樣點(diǎn)最高;ORP兩次測量濃度差異較大;NH3-N兩次測量濃度差異不大;（3）兩次測定小球藻數(shù)量與各水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性相差較大，第二次測定中小球藻數(shù)量與TN、TP、CODCr、CODMn的相關(guān)性低于第一次的相關(guān)性，而ORP、NH3-N、BOD5卻升高，因此可以看出小球藻數(shù)量受到各水質(zhì)指標(biāo)的綜合影響。研究表明，東大湖小球藻增長不僅與污染源排放量有關(guān)還與排放污水的成分和濃度有關(guān)，而且受到各水質(zhì)指標(biāo)的綜合影響。

關(guān)鍵詞：富營養(yǎng)化 小球藻 總氮 總磷 氨氮

湖泊水資源和人類的生產(chǎn)與生活有著密切的聯(lián)系，但是隨著這些年經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，越來越多的自然資源受到破壞，湖泊這一大自然賦予人類重要的“天然寶庫”也毫無例外的受到了影響和破壞。城市景觀水體一般具有環(huán)境容量小、自凈能力差和流動(dòng)性較差等特點(diǎn)，在人類高強(qiáng)度的活動(dòng)影響下極易受污染，再加上大氣沉降、地表徑流攜帶等原因，我國90%以上的城市景觀水體水質(zhì)低于IV類地面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中大部分水體富營養(yǎng)化程度嚴(yán)重[1]，這使得城市景觀水體在感官和水質(zhì)上都失去了原有的價(jià)值，甚至可能會(huì)影響居民生活、危害人體健康，因而控制水體惡化刻不容緩。近20年來， 我國對湖泊富營養(yǎng)化狀況、發(fā)生原因進(jìn)行了一系列研究與防治的實(shí)踐，然而富營養(yǎng)化依然未得到有效控制。根據(jù)我國環(huán)境部2019年的《中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國已經(jīng)開展?fàn)I養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測的107個(gè)重要湖泊及水庫中，貧營養(yǎng)狀態(tài)湖泊（水庫）占9.3%，輕度營養(yǎng)狀態(tài)占62.6%，中度富營養(yǎng)狀態(tài)占22.4%，重度富營養(yǎng)狀態(tài)占5.6%?？芍覈h(huán)境富營養(yǎng)化狀況總體比較嚴(yán)峻[2]。安慶東大湖為封閉湖泊，湖泊中氮、磷等營養(yǎng)鹽的輸出能力較差，浮游生物的生存與水體中的含氧量和氮、磷含量密切相關(guān)，東大湖近年來發(fā)生的水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致藻類大量生長繁殖，水質(zhì)惡化，作為安慶市中心重要景觀水體，水質(zhì)情況影響著安慶人民的身心健康。為此，本研究通過對東大湖水質(zhì)及優(yōu)勢藻類數(shù)量進(jìn)行檢測，分析水質(zhì)指標(biāo)對小球藻（Chlorella）增長的影響，以期為東大湖富營養(yǎng)化消除和水體保護(hù)提供科學(xué)參考[3]。

1研究方法

1.1 研究區(qū)概況

安慶位于安徽省西南部，長江下游北岸，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四時(shí)分明，年平均氣溫大約為17℃，氣候溫潤。安慶降水充沛，年平均降水量1300 mm-1500 mm，主要集中在4-8月，占年降水總量的70%以上，特別是6-7月的梅雨期間，常有大到暴雨出現(xiàn)[4]。東大湖 （29°47′～31°57′E，115°46′～117°44′N） 位于安徽省安慶市區(qū)中心，與西小湖有涵洞相通。東大湖占地約3.88 km2，周邊環(huán)境比較簡單， 主要是市區(qū)公路和人行道;只經(jīng)過初步處理的工廠廢水、生活污水定期向東大湖排放，導(dǎo)致湖泊污染事件頻繁發(fā)生[5]。由于受季風(fēng)影響，湖水流向由東北向西南。

1.2 樣品的采集與測定

1.2.1采樣及樣品處理

研究區(qū)為安慶市東大湖，按照《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（HJ495-2009）共布設(shè)11個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間為2020年9月19日與2020年10月30日。依據(jù)GBT 14581-1993和文獻(xiàn)6采集水樣，藻類定性分析和定量分析水樣依據(jù)文獻(xiàn)7采集。

1.2.2樣品測定

ORP測量儀現(xiàn)場測定氧化還原電位（oxidation-reduction potential，ORP），總氮（total nitrogen，TN）、總磷（total phosphorus，TP）、氨氮（ammonia nitrogen，NH3-N）、高錳酸鉀指數(shù)（Potassium permanganate index，CODMn）、化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，CODCr）、五日生化需氧量（five-day biochemical oxygen demand ，BOD5）測定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）;取濃縮后的樣品0.1 mL顯微鏡下進(jìn)行藻類種類鑒定;將濃縮定容后的樣品充分搖勻，立即打開瓶塞用0.1 mL吸管在中央部吸出0.1 mL樣品，注入計(jì)數(shù)框內(nèi)，小心蓋好玻片，使樣品均勻分布，且保證計(jì)數(shù)框內(nèi)無氣泡，然后在顯微鏡下進(jìn)行藻類計(jì)數(shù) [8]。

1.3數(shù)據(jù)處理

1.3.1藻類計(jì)量

小球藻數(shù)量，計(jì)算公式如下：

式中：N—每升水中浮游植物的數(shù)量（萬個(gè)/L）;Cs—每升水浮游植物的數(shù)量（mm2）;Fs—每個(gè)視野計(jì)數(shù)框的面積（mm2）;Fn—每片計(jì)數(shù)過后視野數(shù);Pn—每片通過計(jì)數(shù)實(shí)際數(shù)出的藻類個(gè)體數(shù)或細(xì)胞數(shù);V—1L水濃縮后的體積U——計(jì)數(shù)框的體積。

1.3.2水質(zhì)評價(jià)

水質(zhì)評價(jià)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002》Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

1.3.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

測定的數(shù)據(jù)用SPSS（16.0）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析。

2. 結(jié)果與討論

前期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，東大湖11個(gè)采樣點(diǎn)富營養(yǎng)化期間藻類種類和數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大變化，其中小球藻是最主要的優(yōu)勢種。本研究在此基礎(chǔ)上對小球藻增長進(jìn)行分析。

2.1不同采樣點(diǎn)小球藻數(shù)量特征

由圖2可知，兩次測定7號(hào)采樣點(diǎn)小球藻數(shù)量最高，分別為24萬個(gè)和41.7萬個(gè)，與其它采樣點(diǎn)相比，呈極顯著差異（P<0.01）。5號(hào)和6號(hào)采樣點(diǎn)第二次測定小球藻數(shù)量較高，分別為11.4萬個(gè)和34.3萬個(gè)，與第一次相比均呈極顯著升高;其它采樣點(diǎn)兩次測定數(shù)量均較低，第一次測定值在0.04-3.45萬個(gè)范圍內(nèi)，第二次測定值在0.16-8.2萬個(gè)范圍內(nèi)。除1號(hào)采樣點(diǎn)外，其它采樣點(diǎn)第二次測定均比第一次有明顯升高（P<0.05）?？梢?，時(shí)隔一個(gè)月，東大湖小球藻呈快速增長趨勢，且6號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)量增長非常迅速，5號(hào)和7號(hào)其次，其它采樣點(diǎn)增長相對平緩。

本研究對11個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行多次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各采樣點(diǎn)均處于匯水區(qū)。5采樣點(diǎn)處有水下排污口，受納沿岸生活污水和地表徑流污水;6號(hào)采樣點(diǎn)與鄰接的西小湖相通，西小湖主要污染源是生活污水排放和地表徑流;7號(hào)采樣點(diǎn)有一個(gè)水下排污口，內(nèi)徑約50 cm，排放量大，受納安慶市區(qū)生活污水、工業(yè)廢水和地表徑流污水。推斷6號(hào)采樣點(diǎn)小球藻生長迅速與來自西小湖污染源的生活區(qū)污染排放量有關(guān)，7號(hào)采樣點(diǎn)小球藻生長迅速可能與混合廢水中的成分、濃度有關(guān)，有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2不同采樣點(diǎn)水質(zhì)特征

為了探討小球藻生長和東大湖水質(zhì)的關(guān)系，本研究對東大湖水質(zhì)的ORP、CODCr、BOD5、CODMn、NH3-N、TP、TN等指標(biāo)進(jìn)行了兩次測定，這些指標(biāo)均為影響小球藻生長的因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3）：

ORP第一次測定濃度在493.77 mv-524.56 mv之間，第二次測定濃度在491.08 mv-514.51 mv之間。其中5號(hào)采樣點(diǎn)第一次測定數(shù)值最大（524.56 mv），9號(hào)采樣點(diǎn)第二次比第一次高，其余采樣點(diǎn)均為第一次比第二次高。

CODCr第一次測定濃度在26.11 mg/L-73.21 mg/L之間，第二次測定濃度在24.70 mg/L-71.76 mg/L，第二次各采樣點(diǎn)均比第一次低，兩次測定7號(hào)采樣點(diǎn)濃度最大，分別為73.21 mg/L和71.76 mg/L。

BOD5第一次測定濃度在5.47 mg/L-10.29 mg/L，第二次測定濃度在1.92 mg/L-15.12 mg/L。第二次各采樣點(diǎn)均比第一次低，兩次測定7號(hào)采樣點(diǎn)濃度最大，分別為14.59 mg/L和14.27 mg/L，8號(hào)采樣點(diǎn)兩次濃度差異最大，相差10.63 mg/L。

CODMn第一次測定濃度在1.55 mg/L-4.90 mg/L，第二次測定濃度在1.36 mg/L-4.47 mg/L，第二次各采樣點(diǎn)均比第一次低，兩次測定7號(hào)采樣點(diǎn)濃度最大，分別為4.90 mg/L和4.47 mg/L。

NH3-N第一次測定濃度在1.02 mg/L-2.75 mg/L，第二次測定濃度在0.99 mg/L-11.12 mg/L，7號(hào)采樣點(diǎn)第二次測定濃度達(dá)到11.12mg/L，比第一次極顯著升高。

TP第一次測定濃度在0.03 mg/L-0.71 mg/L，第二次測定濃度在0.02 mg/L-0.51 mg/L。4號(hào)采樣點(diǎn)和7號(hào)采樣點(diǎn)兩次測定結(jié)果相差非常明顯;7號(hào)采樣點(diǎn)與其它采樣點(diǎn)相比均呈極顯著升高，分別為0.71 mg/L和0.51 mg/L;4號(hào)采樣點(diǎn)第二次比第一次極顯著升高0.36 mg/L;其它各采樣點(diǎn)兩次測定濃度非常低，且第二次均比第一次低。

TN第一次測定濃度在2.37 mg/L-11.84 mg/L;第二次測定濃度在2.61 mg/L-11.57 mg/L。7號(hào)采樣點(diǎn)兩次測定結(jié)果均比其它采樣點(diǎn)呈極顯著升高，分別為11.84 mg/L和11.57 mg/L;其它各采樣點(diǎn)兩次測定濃度非常低，且第二次均比第一次低;11個(gè)采樣點(diǎn)兩次測定結(jié)果差異不明顯。

2.3小球藻增長與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

第二次測定的的小球藻總體比第一次增長迅速，七種水質(zhì)指標(biāo)濃度增長的總體趨勢也相近，為此，對兩次測定進(jìn)行相關(guān)性分析。由表2看出，第一次測得的小球藻個(gè)數(shù)與TN、TP、CODCr、CODMn呈極強(qiáng)相關(guān)，與BOD5呈明顯相關(guān)，與ORP相關(guān)性弱，與NH3-N呈負(fù)相關(guān)。第二次測得的小球藻個(gè)數(shù)與TN、TP、CODCr呈極強(qiáng)相關(guān)，與BOD5呈明顯相關(guān)，與第一次不同的是，小球藻個(gè)數(shù)與NH3-N和ORP呈極強(qiáng)相關(guān)，與CODMn的相關(guān)性變?nèi)酢？梢酝浦?，兩次小球藻與水質(zhì)測定結(jié)果呈反向趨勢的主要原因與NH3-N、ORP、CODMn關(guān)聯(lián)密切，而最主要因子是NH3-N[11]。

所有采樣點(diǎn)中，7號(hào)采樣點(diǎn)兩次數(shù)量均最高，為此對其小球藻增長及七種水質(zhì)指標(biāo)濃度變化進(jìn)行相關(guān)性分析，第一次測得的小球藻個(gè)數(shù)與TN、TP、CODCr、BOD5呈負(fù)相關(guān)，與CODMn、ORP、NH3-N呈中等正相關(guān)。第二次測得的小球藻個(gè)數(shù)與BOD5、NH3-N相關(guān)性不變，但與TN、TP、ORP、CODCr相關(guān)性呈明顯的反向趨勢。可知，TN、TP、CODCr含量上升促進(jìn)小球藻種群增長，ORP降低有助于小球藻數(shù)量增加。前人的研究發(fā)現(xiàn)，TN、TP、CODCr、ORP等對藻類增長的影響不一樣，可能與水體多因素綜合作用相互干擾有關(guān)[4，6.11，12]。

7號(hào)采樣點(diǎn)兩次測定小球藻與ORP的相關(guān)性差異較大，暗示ORP對藻類增長的影響還受其它因子干擾。閆雪燕等研究中，水華束絲藻（Aphanizomenon flosaquae）和微囊藻（MiCrocystis sp.）豐度與ORP呈顯著正相關(guān)，單角盤星藻（Pediastrum simplex）豐度與ORP呈極顯著負(fù)相關(guān)[13]，證明了本研究的推測。

兩次NH3-N濃度差異在所有因子中最大，但從相關(guān)系數(shù)r看，與小球藻數(shù)量上升相關(guān)性并不強(qiáng)。可見，第一次小球藻增長主要是CODMn、ORP、NH3-N起促進(jìn)作用，過高濃度TN、TP、CODCr、BOD5綜合作用不利于小球藻增長，第二次迅速增長與TN、TP、CODCr濃度降低和ORP含量下降有關(guān)，濃度和含量下降后綜合作用促進(jìn)了小球藻數(shù)量上升。對于綜合作用未見前人研究，需要進(jìn)一步證明。

3 結(jié)論

東大湖為優(yōu)勢藻類種群為小球藻，其種群增長在TN、TP、ORP、NH3-N、CODCr、CODMn、BOD5等多種水質(zhì)指標(biāo)的作用下呈現(xiàn)不同的增長速度：

（1）7號(hào)采樣點(diǎn)兩次采樣中小球藻數(shù)量最高，但是其小球藻增長速度卻沒有6號(hào)采樣點(diǎn)快。

（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)兩次測量濃度均為7號(hào)采樣點(diǎn)最高;ORP兩次測量濃度差異較大;NH3-N兩次測量濃度差異不大，但是7號(hào)采樣點(diǎn)兩次測量濃度差別巨大。

（3）兩次測定小球藻數(shù)量與各水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性相差較大，第二次測定中小球藻數(shù)量與TN、TP、CODCr、CODMn的相關(guān)性低于第一次的相關(guān)性，而ORP、NH3-N、BOD5卻升高。

東大湖總氮的污染狀況最為嚴(yán)重。氮污染主要來源于：隨雨水流入的城市生活污水，工業(yè)生產(chǎn)所排放的含氮污水。建議提高城市污水處理率，選擇具有高效脫氮工藝的先進(jìn)污水處理技術(shù)，切實(shí)解決城市生活污水氮污染問題。由于小球藻的種群增長受到多種因素影響，因此在湖泊某一或某幾種水質(zhì)指標(biāo)過高時(shí)，可以人為影響湖泊中其他影響因素以達(dá)到抑制小球藻增長的目的。

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第一作者：路楊，男，1978年出生，高級工程師，研究方向?yàn)樗w污染監(jiān)測與治理。*通訊作者，副教授，研究方向生態(tài)修復(fù)。

安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（No.KJ2019A0552）。

1.安慶市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì) 安徽安慶 246000;2.安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 安徽安慶 246000