松花湖水質(zhì)富營養(yǎng)化現(xiàn)狀研究

鄒繼穎，劉 輝，鄭建偉，楊 陽，于 珊

(吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林132022)

松花湖坐落于吉林市轄區(qū)內(nèi)，跨樺甸、蛟河、豐滿三個(gè)縣(市、區(qū))．松花湖是1942年修建豐滿電廠大壩后形成的山谷型人工湖泊，位于吉林市松花江上游25 km［1］．松花湖具有發(fā)電、農(nóng)灌、防洪、漁業(yè)、旅游、航運(yùn)等多種功能，同時(shí)又是生產(chǎn)與生活的水源地，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改善生態(tài)環(huán)境方面有重要作用．由于水土流失嚴(yán)重以及工業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展等為湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來了一定的破壞和污染，有些區(qū)域已呈輕度富營養(yǎng)化［2］．文章通過實(shí)地調(diào)查，對松花湖春季水質(zhì)因子進(jìn)行了解，研究松花湖枯水期的水質(zhì)因子與環(huán)境狀況，以期為松花湖富營養(yǎng)化預(yù)防及控制提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1．1 樣品采集與處理

于2013年4月和5月采樣，位置見圖1．設(shè)了3個(gè)采樣點(diǎn):豐滿斷面、沙石滸斷面、樺樹林?jǐn)嗝娣謩e表示為1#、2#、3#．水樣采集后現(xiàn)場用 0．45 μm 的Millipre濾膜進(jìn)行過濾，并加H2SO4酸化保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后立刻進(jìn)行化學(xué)分析．測定指標(biāo)有葉綠素、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、透明度、pH、溶解氧，按規(guī)范進(jìn)行測定［3-4］．

圖1 采樣位點(diǎn)圖

1．2 評價(jià)方法及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

選擇湖泊富營養(yǎng)化最主要的5項(xiàng)指標(biāo)即葉綠素 a(CHl-a)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)作為評價(jià)因子［5-6］．綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:TLI(∑)-綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj-第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)-代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);以CHl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為:

式中:rij-第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chl-a的相關(guān)系數(shù);m-評價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)．(相關(guān)系數(shù)rij及rij2值表略)

2 結(jié)果與討論

2．1 水質(zhì)狀況分析

透明度(SD)均值為207 cm，超過國家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn);高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)均值為3．165 mg/L，達(dá)到國家Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn);總磷(TP)均值為0．030 mg/L，超過國家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn);總氮(TN):采樣均值為1．565 mg/L，超過了國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn);溶解氧(DO)均值為10．115 mg/L，達(dá)到國家Ⅰ類水體標(biāo)準(zhǔn);葉綠素 a(CHL-a)均值為 3．57μg/L，達(dá)到國家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn)．具體數(shù)據(jù)見表1．

表1 松花湖枯水期4月、5月采樣數(shù)據(jù)

運(yùn)用水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)結(jié)果見表2．采樣點(diǎn)均值以總氮(TN)的分營養(yǎng)度最高，其均值水平已處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)．其次為葉綠素a(Chl-a)的分營養(yǎng)狀態(tài)整體上處于中營養(yǎng)水平．高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的分營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的均值也已進(jìn)入了中營養(yǎng)化的下限水平，呈現(xiàn)出由上游至下游水體中CODMn的營養(yǎng)度逐漸增高的趨勢．透明度(SD)分營養(yǎng)狀態(tài)整體上處于中營養(yǎng)水平．總磷(TP)分營養(yǎng)度也已進(jìn)入中營養(yǎng)化水平．

表2 分營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)計(jì)算結(jié)果

按1．2評價(jià)方法及相關(guān)系數(shù)計(jì)算的各斷面和平均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見表3．

表3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)結(jié)果

松花湖整體上尚處在中營養(yǎng)狀態(tài)，上游水體已接近有輕度富營養(yǎng)化的趨勢．

2．2 討 論

CODMn總體上越往上游越高．有些研究文獻(xiàn)［7］所得CODMn一般都超過了國家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn)．枯水期所得數(shù)據(jù)可能與上年該地區(qū)的干旱程度及周邊地區(qū)廠礦企業(yè)排污濃度多少有關(guān)．

松花湖的TN/TP為52．33，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過磷限制的界限值．因此，總磷是松花湖富營養(yǎng)化的主要限制營養(yǎng)鹽并且是松花湖水體富營養(yǎng)化的第一限制因子．

松花湖水體中，溶解的無機(jī)氮占總氮的65%，有機(jī)氮含量占總氮的35%．雖然有報(bào)道說，藻類也可利用有機(jī)氮，但對于像松花湖這樣以磷為第一限制因子的湖泊來說，由于相對與磷來說，氮的含量是充分的，即藻類可直接吸收的氮也是充分的，所以藻類以利用溶解的無機(jī)氮為主，即松花湖水體中的可被藻類利用的無機(jī)氮占總氮的65%［8］．TN過高是由于入湖支流帶進(jìn)大量污水、降水沖刷湖周坡耕地、旅游設(shè)施和人群排入湖中的污染物等原因所造成．

松花湖屬于深水湖泊，太陽輻射氣溫上升，大氣中的熱量傳遞給水體表面，再向水體的縱深傳遞［9］．溫度大于4℃時(shí)，水的密度隨著溫度的升高反而降低，因此當(dāng)熱量傳遞到一定深度，溫度隨著深度的增加而下降，形成了明顯的溫度不連續(xù)的水層，就出現(xiàn)了變溫層．水體上下層間有較大的溫度差，這也就導(dǎo)致上下水層的溶解氧不一樣．

由所得葉綠素a的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可知，在水深小于9 m時(shí)，隨著水深的增加，葉綠素a的值降低，但是在深度達(dá)到19 m以后，葉綠素a的值逐漸增加．

相關(guān)研究［7，10］認(rèn)為松花湖富營養(yǎng)化發(fā)生的閾值為:總磷含量0．065 mg/L、總氮含量0．843 mg/L和葉綠素a濃度11．90μg/L．調(diào)查結(jié)果顯示總磷含量與葉綠素a含量沒有達(dá)到發(fā)生富營養(yǎng)化的閾值標(biāo)準(zhǔn)，總氮達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)．其它指標(biāo)都在控制范圍之內(nèi)．對調(diào)查數(shù)據(jù)分析可知:松花湖水體尚處在中營養(yǎng)狀態(tài)，但上游部分水體有輕度富營養(yǎng)化的趨勢，這可能與上游水質(zhì)污染相對較重有直接關(guān)系．

3 結(jié) 論

研究發(fā)現(xiàn)，松花湖水體已處于中營養(yǎng)階段，有可能出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象．但近幾十年來對松花湖的實(shí)際監(jiān)測結(jié)果顯示松花湖未出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，分析原因如下:經(jīng)過近十幾年對松花湖流域污染的治理，入湖污染得以初步控制;松花湖地處吉林省，屬于長白山余脈，自然環(huán)境［11］決定其環(huán)境溫度只有在6、7、8月在20℃以上，而11月至第2年3月氣溫在0℃以下，所以松花湖的環(huán)境溫度和水體的溫度不適合暴發(fā)富營養(yǎng)化．

［1］ 施云芬，劉月華，李英贊．2001～2005年松花湖水質(zhì)評價(jià)［J］．水生態(tài)學(xué)雜志，2009，2(1):11-15．

［2］ 孫義利，孫瑤．有關(guān)松花湖富營養(yǎng)化的探討［J］．三峽環(huán)境與生態(tài)，2013，3(4):44-47．

［3］ 國家環(huán)保局．水和廢水檢測分析方法［M］．3版，北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989．

［4］ 鄒繼穎，劉輝，李萬海．長白山圓池夏季浮游植物種群的初步研究［J］．吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27(1):40-42．

［5］ 國家環(huán)保局．水和廢水監(jiān)測分析方法［M］．4版．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002．

［6］ 中國環(huán)境監(jiān)測總站．湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價(jià)方法及分級技術(shù)規(guī)定［M］．北京:國家環(huán)?？偩?，2001．

［7］ 王霞，呂憲國，白淑英，等．松花湖富營養(yǎng)化發(fā)生的閾值判定和概率分析［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(12):3989-3997．

［8］ 王霞，呂憲國，閆伯茹，等．基于富營養(yǎng)化闕值的松花湖水環(huán)境容量分析［J］．湖泊科學(xué)，2006，18(5):503-508．

［9］ 王寧．朱顏明，李順．松花湖水體營養(yǎng)物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化及成因分析［J］．環(huán)境科學(xué)研究，1999，12(5):27-30．

［10］鄒繼穎，劉輝．松花湖水質(zhì)及浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的研究［J］．黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2014，5(1):1-5．

［11］鄒繼穎，劉輝，李東，等．長白山圓池濕地生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境分析［J］．吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，31(1):40-42．