武漢外沙湖葉綠素a季節(jié)變化及其與水質(zhì)因子的相關(guān)性研究

陳靜 李軍 李夢(mèng)晗 石勇

摘要：對(duì)外沙湖3個(gè)測(cè)點(diǎn)葉綠素a及水溫、透明度、電導(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行12個(gè)月逐月測(cè)定，在1年的監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，葉綠素a濃度呈明顯測(cè)點(diǎn)廈季節(jié)變化特點(diǎn)。2個(gè)測(cè)點(diǎn)葉綠素a監(jiān)測(cè)均值與綜合污染指數(shù)呈顯著正相關(guān)，這說(shuō)明葉綠素a可以間接反映外沙湖的污染程度?；瘜W(xué)需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關(guān)，另外透明度與葉綠素a呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明葉綠素a高低受多個(gè)水質(zhì)因子的共同影響。要控制外沙湖富營(yíng)養(yǎng)化、防止水華，除了控制氮磷污染外，還需進(jìn)行綜合治理，降低各糞污染物的濃度。

關(guān)鍵詞：外沙湖；葉綠素a；水質(zhì)因子

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

外沙湖位于武漢市武昌區(qū)東北部，東鄰?fù)馍澈蟮?，西抵友誼大道，南至公正路，北鄰湖北大學(xué)及秦園東路，現(xiàn)已建成沙湖公園，湖泊面積2.89 km2。

近年來(lái)由于生產(chǎn)和生活污水排放的影響，導(dǎo)致了水體的富營(yíng)養(yǎng)化，為解決武昌區(qū)外沙湖、楚河及水果湖水環(huán)境，2019年起，武昌區(qū)對(duì)上述水體開(kāi)展了綜合整治工程，工程于2021年5月完工。

葉綠素是植物光合作用中的主要光和色素。通過(guò)測(cè)定浮游植物葉綠素a，可掌握水體的初級(jí)生產(chǎn)力情況及富營(yíng)養(yǎng)化程度。關(guān)于湖泊葉綠素a與水質(zhì)相關(guān)因子之間的關(guān)系，很多學(xué)者作了深入的研究，但多局限于對(duì)葉綠素與氮、磷及高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量等有限水質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)性的研究，關(guān)于外沙湖葉綠素a分布狀況及葉綠素a與多種水質(zhì)因子和綜合污染指數(shù)之間相關(guān)性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

通過(guò)對(duì)外沙湖3個(gè)測(cè)點(diǎn)治理完成后2021年5月- 2022年4月共12個(gè)月葉綠素a及水溫、透明度、色度、總懸浮固體、濁度、電導(dǎo)率、硬度、溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、總氮、總磷等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目逐月測(cè)定，分析外沙湖葉綠素a時(shí)空分布狀況，探討外沙湖葉綠素a含量與水質(zhì)因子之間的關(guān)系，篩選出影響藻類生長(zhǎng)的水質(zhì)因子，為防止水體富營(yíng)養(yǎng)化從而引起的藻類過(guò)度生長(zhǎng)、水華再次發(fā)生提供理論依據(jù)。

1樣品采集與測(cè)試

1.1點(diǎn)位分布

監(jiān)測(cè)布設(shè)有3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，分別位于外沙湖北端、湖心、外沙湖南端。

1.2樣品的采集

從2021年5月至2022年4月，每月在外沙湖3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采集水樣，時(shí)間為每月月初，對(duì)其中的葉綠素a進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定相關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)，包括水溫、透明度、電導(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷等。每次采樣從上午8：30-12：00，在每個(gè)采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水溫、溶解氧、透明度、pH后，用有機(jī)玻璃采水器采集水面下0.5 m的水樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試。

1.3樣品的分析

監(jiān)測(cè)分析方法、依據(jù)及使用儀器見(jiàn)表1。

2結(jié)果與討論

2.1外沙湖全湖葉綠素a的周年變化特征

如表2所示外沙湖3個(gè)采樣點(diǎn)葉綠素a均值月變化曲線。

在1年的監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，外沙湖全湖葉綠素a濃度均值介于7-133 ug/L之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為114%。葉綠素a濃度呈明顯季節(jié)變化特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)最高值和次高值出現(xiàn)在秋季的10月份和夏季的7月份，而監(jiān)測(cè)最低值出現(xiàn)在冬季的1月，說(shuō)明外沙湖夏秋季出現(xiàn)了藻類爆發(fā)性生長(zhǎng)。（見(jiàn)圖1）

在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)葉綠素a監(jiān)測(cè)值變化較大，總的說(shuō)來(lái)，7-10月，湖面南端監(jiān)測(cè)值較高，湖面北端次之，湖心相對(duì)較低，11月至次年6月，各點(diǎn)監(jiān)測(cè)值基本上低于5-10月，測(cè)點(diǎn)間葉綠素a濃度差異較大，濃度最高的湖面南端年均值為濃度最低的湖心的1.9倍。除外沙湖湖心10月外，各測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)相似的周年變化曲線，所有測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)最高值均出現(xiàn)在10月，而1月為最低值或次低值?？偟恼f(shuō)來(lái)，各測(cè)點(diǎn)夏秋季監(jiān)測(cè)值最高，而1、2月監(jiān)測(cè)值最低。

2.2外沙湖各測(cè)點(diǎn)葉綠素a年均值與綜合污染指數(shù)

選取溶解氧、COD、總氮、總磷、氨氮5項(xiàng)指標(biāo)，按GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中IV類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算外沙湖各點(diǎn)位的綜合污染指數(shù)，并計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)與葉綠素a的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3及圖2。

從表3可以看出，在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，3個(gè)測(cè)點(diǎn)葉綠素a監(jiān)測(cè)均值從大到小依次為湖面南端、湖面北端、湖心，湖面北端和湖面南端葉綠素與綜合污染指數(shù)呈顯著正相關(guān)，湖心則不相關(guān)。綜合污染指數(shù)越高的湖區(qū)葉綠素a水平也越高。說(shuō)明綜合污染指數(shù)與葉綠素a之間關(guān)系因點(diǎn)而異，與點(diǎn)位污染特征有關(guān)，不是所有測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)都與葉綠素a相關(guān)。

2.3外沙湖各測(cè)點(diǎn)葉綠素a與其他水質(zhì)園子的相關(guān)性分析

2.3.1外沙湖葉綠素a與溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷、氨氮的周年變化特征

在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算外沙湖三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的月度均值，并繪制月度變化曲線，可以看出，葉綠素a與化學(xué)需氧量、總氮、總磷呈現(xiàn)大致相同的月度變化特征，而氨氮、溶解氧的月度變化與葉綠索a則無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。

2.3.2各水質(zhì)指標(biāo)與葉綠素a的相關(guān)性分析

分析3個(gè)測(cè)點(diǎn)12個(gè)月共36組水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解氧、COD、BOD、總氮、總磷等7項(xiàng)指標(biāo)與葉綠索a的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4（p=0.05，臨界值0.329）。

由表4可見(jiàn)，有3項(xiàng)所選指標(biāo)與葉綠索a呈正相關(guān)，相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為化學(xué)需氧量、總磷、總氮，另外透明度與葉綠素a呈負(fù)相關(guān)。

葉綠素a與透明度負(fù)相關(guān)，說(shuō)明外沙湖水體顏色主要來(lái)源于藻類的存在，透明度主要受藻類影響。因此透明度能夠較好地表征當(dāng)前藻類密度狀況。

葉綠素a與化學(xué)需氧量正相關(guān)，表明目前外沙湖水體中有機(jī)物污染與藻類的生長(zhǎng)密切相關(guān)，有機(jī)物濃度增大，藻類的繁殖速度也加快。

葉綠素a與總氮、總磷正相關(guān)，說(shuō)明東湖水體中溶解性的無(wú)機(jī)氮、磷均為藻類生長(zhǎng)的限制性因素。因此雖然外沙湖已經(jīng)處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，但任何氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的輸人都將促使湖區(qū)藻類密度進(jìn)一步增大，使水質(zhì)更加惡化，必須嚴(yán)加控制。

3結(jié)論

在1年的監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，外沙湖全湖葉綠素a濃度均值介于7 ug/L-133 ug/L之間，變異系數(shù)為114%。葉綠索a濃度呈明顯測(cè)點(diǎn)及季節(jié)變化特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)最高值出現(xiàn)在夏秋季，而監(jiān)測(cè)最低值出現(xiàn)在冬季的1-2月；湖面南端監(jiān)測(cè)值較高，湖面北端次之，湖心相對(duì)較低。測(cè)點(diǎn)間葉綠索a濃度差異較大。

在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，3個(gè)測(cè)點(diǎn)中的2個(gè)葉綠索a監(jiān)測(cè)均值與綜合污染指數(shù)顯著正相關(guān)。這說(shuō)明葉綠索a可以間接反映外沙湖的污染程度?；瘜W(xué)需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關(guān)，另外透明度與葉綠素a呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明葉綠素a高低受多個(gè)水質(zhì)因子的共同影響。要控制外沙湖富營(yíng)養(yǎng)化、防止水華發(fā)生，除了控制氮磷污染外，還需進(jìn)行綜合治理，降低各類污染物的濃度。