巢湖東半湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀的研究

汪順麗， 張宏才， 魏荷芬， 胡子全， 柴化建， 趙海泉

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 合肥 230036； 2. 安徽全民環(huán)?？萍加邢薰?， 合肥 230036)

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巢湖東半湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀的研究

汪順麗1， 張宏才1， 魏荷芬1， 胡子全2， 柴化建2， 趙海泉1

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 合肥 230036； 2. 安徽全民環(huán)?？萍加邢薰?， 合肥 230036)

摘要為了了解巢湖東半湖水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀，在巢湖東半湖選取3個(gè)站點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，對(duì)水體中浮游植物指標(biāo)和水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，在巢湖東半湖水域浮游植物種類共119 種，隸屬于8個(gè)門，其中硅藻門最多；浮游植物平均密度約為47.36×105個(gè)/L，藍(lán)藻門數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到水體中浮游植物密度的84.62%。水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該水域的化學(xué)需氧量并不高，說(shuō)明水體受有機(jī)物污染較輕，葉綠素a含量較高，總磷與總氮含量隨季節(jié)變化明顯，水體透明度在2014年變化不大，平均值為0.151 m。對(duì)該水域水體富營(yíng)養(yǎng)化水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，巢湖東半湖水域已達(dá)到中營(yíng)養(yǎng)化水平以上。

關(guān)鍵詞巢湖；浮游植物；葉綠素a；富營(yíng)養(yǎng)化

Eutrophication current situation and research of the east-half of Chaohu Lake

WANG Shun-li1, ZHANG Hong-cai1, WEI He-fen1,HU Zi-quan2, CHAI Hua-jian2, ZHAO Hai-quan1

1. School of Life Sciences, Anhui Agricultural University, Hefei 230036;2. Anhui Quanmin Environmental Technology Co., Ltd, Hefei 230036, China)

AbstractIn order to study the status of eutrophication in Chaohu lake, 3 sites were selected as sampling sites in the eastern half of Chaohu lake, and the phytoplankton and water quality indexes were monitored. The results showed that there were 119 species of phytoplankton belonging to 8 phyla in which bacillariophyta was the most. The average density of phytoplankton was about 47.36×105 cells/L, and the number of Cyanophyta was dominant in phytoplankton which reached 84.62% in density. Water quality monitoring results showed that the chemical oxygen demand in the water was not high, indicating that the water organic pollution was light. But there was a high Chl-a content, and a obvious changing in total phosphorus and total nitrogen content in seasons. Water transparency in 2014 changed little with the average value of 0.151m. In this study, the eutrophication level of the water was evaluated and the results showed that the quality of water in the eastern half of Chaohu lake has reached the level of middle eutrophication.

KeywordsChaohu Lake; phytoplankton; chlorophyll a; eutrophication

巢湖位于安徽省的中部，是安徽省第一大湖泊，也是中國(guó)五大淡水湖之一[1, 2]，以忠廟—姥山—齊頭嘴為界，可以把巢湖劃分為東半湖和西半湖[3]。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著巢湖周邊居民人口的增加、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)的迅速發(fā)展，生活污水和工業(yè)廢水的肆意排放，再加上巢湖附近村民對(duì)農(nóng)藥和化肥的大量使用，使得巢湖水體出現(xiàn)了明顯的富營(yíng)養(yǎng)化[4-6]。近年來(lái)，隨著巢湖治理相關(guān)政策的實(shí)施，巢湖水體富營(yíng)養(yǎng)化水平有所降低。

為了了解巢湖水體現(xiàn)階段的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和演化規(guī)律，本研究主要從浮游植物密度、種類和水體初級(jí)生產(chǎn)力(Chla)以及一些水質(zhì)指標(biāo)對(duì)巢湖東半湖進(jìn)行了為期1年的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)巢湖東半湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為巢湖的富營(yíng)養(yǎng)化治理提供一定的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集

本研究從巢湖東半湖設(shè)3個(gè)取樣點(diǎn)，如圖1所示，分別在忠廟、巢湖閘和龜山，頻率為每月1號(hào)采樣一次，為期1年，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采3組水樣，水樣為上、中、下3層的混合水樣，每組水樣1 000 mL，用于測(cè)定水體中浮游植物的種類和數(shù)量以及水質(zhì)。為了防止藻體變形，向用于測(cè)定浮游植物種類和數(shù)量的水樣中加入1.5%魯哥氏液；為了防止水樣中色素的降解，更準(zhǔn)確地測(cè)定水樣中葉綠素a的含量，本研究向采取的水樣中加1 mL 1%的MgCO3懸浮液[2]。

圖1 巢湖水域以及3個(gè)采樣點(diǎn)位置

1.2生物監(jiān)測(cè)

1.2.1浮游植物定性分析

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[7， 8]，淡水中浮游植物的種類主要有7個(gè)門類。本研究采用直接觀察法對(duì)水樣中浮游植物種類進(jìn)行鑒定，將水樣稀釋后放到高倍鏡下觀察，參照書籍《淡水生物學(xué)》[9]、《中國(guó)淡水藻志》[10]、《中國(guó)淡水生物圖譜》[11]和《淡水浮游生物圖譜》[12]對(duì)浮游植物種類進(jìn)行鑒定。

1.2.2浮游植物定量分析

本研究采用鏡檢計(jì)數(shù)法對(duì)水樣中浮游植物數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，把3個(gè)站點(diǎn)的水樣分別轉(zhuǎn)移到分液漏斗中靜置24 h，將水樣濃縮至30 mL，然后將濃縮后的水樣置于高倍鏡下用0.1 mL計(jì)數(shù)框計(jì)數(shù)，采用如下公式計(jì)算出水樣中浮游植物數(shù)量。

式中N表示每升水樣中浮游植物的數(shù)量(個(gè)/L)；A為計(jì)數(shù)框面積(mm2)；Ac代表計(jì)數(shù)面積(mm2)；Vw代表1 L水樣經(jīng)濃縮后的體積(mL)；V代表計(jì)數(shù)框體積(mL)；n代表計(jì)數(shù)所得浮游植物細(xì)胞數(shù)。

1.2.3葉綠素a的測(cè)定

用微孔濾膜對(duì)水樣進(jìn)行抽濾，將抽濾后的濾膜干燥、剪碎后研磨，所得勻漿轉(zhuǎn)移到離心管中，用90%的丙酮沖洗研缽，將沖洗液也轉(zhuǎn)移到離心管中，把研磨液置于黑暗中靜置，提取時(shí)間控制在24 h內(nèi)。將勻漿在轉(zhuǎn)速為3 000 r/min的離心機(jī)內(nèi)離心10 min，取上清液為提取液，將提取液倒入比色皿中，用分光光度計(jì)分別測(cè)定波長(zhǎng)為663、645和630 nm時(shí)樣品的吸光度，空白組為90%的丙酮溶液。

葉綠素a的含量用下式計(jì)算：

式中V1為提取液定容后的體積(mL)；D為在相應(yīng)波長(zhǎng)下的吸光度；V代表水樣體積(L)；δ為比色皿光程(cm)。

1.3水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)

本研究主要選取水樣的透明度(SD)、化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)和總磷(TP)作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，各指標(biāo)測(cè)定方法均為國(guó)家環(huán)保局制定的標(biāo)準(zhǔn)方法。透明度(SD)用鉛字法[13]測(cè)定；采用快速消解分光光度法[14]測(cè)定水樣的化學(xué)需氧量(COD)；水樣中總氮(TN)的測(cè)定用過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法[15]；總磷(TP)的測(cè)定用鉬銻抗分光光度法[16]。

1.4水體營(yíng)養(yǎng)程度評(píng)價(jià)

本研究對(duì)巢湖東半湖水體富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)采用相關(guān)加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[17， 18]，計(jì)算公式如下：

式中，TLI(∑)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(j)表示第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj表示第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，各個(gè)參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

TLI(chla)=10(2.5+1.086lnchla)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

TLI(COD)=10(0.109+2.661lnCOD)

本研究用0～100的連續(xù)數(shù)字對(duì)巢湖東半湖水域水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)[19]，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)小于30時(shí)，水質(zhì)為貧營(yíng)養(yǎng)；綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)介于30到50之間時(shí)，水質(zhì)為中營(yíng)養(yǎng)；綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)大于50時(shí)水質(zhì)為富營(yíng)養(yǎng)化。水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化類型又可分為3級(jí)：分別為輕度富營(yíng)養(yǎng)(5070)。

2結(jié)果與分析

2.1浮游植物菌落組成

經(jīng)過(guò)1年的觀測(cè)，2014年在巢湖東半湖3個(gè)站點(diǎn)共監(jiān)測(cè)觀察到浮游植物119種，隸屬于8個(gè)門，其中含量最高的是硅藻門，占34.45%，其次為綠藻門和裸藻門，各門所占比例如圖2所示。

圖2浮游植物各門類比例

2.2浮游植物細(xì)胞密度分析

用0.1 mL計(jì)數(shù)框?qū)Τ埠|半湖3個(gè)采樣點(diǎn)水樣中各類浮游植物進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，表1為2014年各月份巢湖東半湖浮游植物細(xì)胞密度，表2為2014年各月份巢湖各門藻類平均密度。

從表1可以看出，巢湖東半湖水域浮游植物密度夏季較高，冬季略低，變化具有明顯的季節(jié)性，浮游植物最高值出現(xiàn)在7月、8月兩個(gè)月份。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，巢湖東半湖水域浮游植物密度在3個(gè)采樣點(diǎn)差別并不大，總體看來(lái)龜山略低，巢湖閘與忠廟偏高。

表1 2014年各月份樣品植物密度

表2 2014年各月份水樣中浮游植物各門的平均密度

從表2可以看出，巢湖東半湖水域浮游植物種類可分為8個(gè)門，平均密度為47.36×105個(gè)/L。藍(lán)藻門密度最大，達(dá)到40.08×105個(gè)/L，占84.62%，在巢湖東半湖水域占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。水體中綠藻門密度與硅藻門密度差別不大，分別為6.99%和7.53 %，但是，綠藻門密度在夏季較高，而硅藻門主要出現(xiàn)在春秋兩個(gè)季節(jié)；其余藻類含量較少。

2.3葉綠素a含量的變化

由以上分析可以看出巢湖屬于藍(lán)藻型湖泊，由于藍(lán)藻不含除葉綠素a之外的其他葉綠素，所以葉綠素a是反映巢湖初級(jí)生產(chǎn)力十分敏感的指標(biāo)。本研究對(duì)巢湖東半湖3個(gè)采樣點(diǎn)分12個(gè)月份進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用origin7.5繪圖并以標(biāo)準(zhǔn)差為誤差線，結(jié)果如圖3所示。

圖3 2014年巢湖東半湖各站點(diǎn)葉綠素a含量

由圖3可以看出，在2014年，3個(gè)站點(diǎn)葉綠素a隨時(shí)間的變化具有一致性，在1月份較低，并逐月上升，但在5月份有所下降。葉綠素a含量高峰值出現(xiàn)在7月份和8月份，其中以巢湖閘為最高，此后趨勢(shì)開始下降。這表明藻類的生長(zhǎng)繁殖受到溫度和光照的顯著影響，在溫度最高、光照最強(qiáng)的夏季，藻類數(shù)量激增，從整體看，巢湖閘的葉綠素a含量高于其他2個(gè)站點(diǎn)。

2.4水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)

對(duì)巢湖東半湖3個(gè)站點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行為期1年的檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)包括總磷含量(TP)、化學(xué)需氧量(COD)、透明度(SD)以及總氮含量(TN)，檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 巢湖東半湖各水質(zhì)指標(biāo)平均值

由圖4可知，巢湖東半湖水域總磷與總氮含量隨季節(jié)變化明顯，總磷在整年內(nèi)變化幅度在0.016～0.045 mg/L之間，平均值為0.059 mg/L，最大值出現(xiàn)在7月份，這可能與夏季的外源總磷負(fù)荷量增加有關(guān)，同時(shí)與巢湖水體中藻類和生物體的增殖積累有關(guān)。總氮的變化幅度在0.164～1.432 mg/L之間，平均值為0.803 mg/L，水體總氮的最高值出現(xiàn)在8月份，最低值出現(xiàn)在10月份。由上圖可知巢湖東半湖水域COD的值并不高，達(dá)到我國(guó)環(huán)保部地表水環(huán)境Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[20]，表明水體受有機(jī)污染不嚴(yán)重，其變化幅度在1.26～4.33 mg/L之間，平均值為2.795 mg/L。巢湖東半湖水域透明度在2014年變化范圍并不大，在0.100～0.280 m之間，平均值為0.151 m。

表3 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.5水體營(yíng)養(yǎng)程度評(píng)價(jià)

采用相關(guān)加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)巢湖東半湖水域進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，巢湖東半湖全年?duì)I養(yǎng)類型均達(dá)到中營(yíng)養(yǎng)化水平以上，大部分月份達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平，其中2014年7月水體已達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化。

3討論

巢湖東半湖水域浮游植物含量最高的是藍(lán)藻門，這與田春[2]的研究相一致，與其檢測(cè)結(jié)果相比，2014年巢湖東半湖水域藍(lán)藻含量明顯降低，水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化水平得到緩解，原因可能有如下三點(diǎn)，一是在巢湖周圍修建環(huán)湖大壩，減少人為活動(dòng)對(duì)巢湖的影響；二是清除部分湖底污泥，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度；三是2011年巢湖劃到合肥市管轄，政府加強(qiáng)了巢湖周邊市政工程建設(shè)，城市及生活污水得到更有效的處理，減少了污水向巢湖的排放量。

葉綠素a的含量是衡量藍(lán)藻型湖泊水體中浮游植物生物量的重要指標(biāo)之一，本研究監(jiān)測(cè)巢湖東半湖水域葉綠素a含量，結(jié)果表明葉綠素a含量和浮游植物密度的相關(guān)性很高，基本上葉綠素a的含量隨浮游植物密度的增大而增大，且變化具有明顯的季節(jié)性，總體上看，夏季較高，這可能是由于在春季隨著溫度的升高，水體中藻類開始大量繁殖，而處于浮游植物生物鏈上方的浮游動(dòng)物和魚類繁殖滯后于浮游植物，所以此時(shí)藻類處于良好的生長(zhǎng)環(huán)境中，此后，浮游植物的捕食者大量繁殖，從而影響葉綠素a的含量。

有資料表明[8]，磷是藻類生長(zhǎng)的限制性因子，巢湖東半湖水域總磷含量居高不下的原因可能與巢湖的地理位置有關(guān)，巢湖流域范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源比較豐富，特別是廣泛分布著含磷礦，從這些磷礦區(qū)發(fā)源的水系大部分都匯入巢湖，加上降水造成的地表徑流，都使巢湖水體中TP含量很高，從而對(duì)巢湖水體富營(yíng)養(yǎng)化起著明顯的促進(jìn)作用。

綜合評(píng)價(jià)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化程度，除了建立合理的指標(biāo)體系外，確定各因子之間的權(quán)重分配非常關(guān)鍵，因?yàn)楦饕蜃訉?duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)并不一致，而在富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)過(guò)程中需要計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性，即確定每個(gè)因子的權(quán)值，從而保證評(píng)價(jià)的客觀性與準(zhǔn)確性。因此，在湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法上建議采用相關(guān)加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，才能較為全面準(zhǔn)確地反映湖泊營(yíng)養(yǎng)狀況。

4結(jié)論

1)經(jīng)過(guò)為期1年的檢測(cè)，巢湖東半湖浮游植物可分為8個(gè)門，共119種，變化規(guī)律為：春、秋兩季浮游植物密度變化不大，但種類繁多；而夏季浮游植物密度很高，但種類卻很少；在冬季浮游植物無(wú)論種類還是密度都是全年最低。

2)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明巢湖東半湖水域葉綠素a的含量隨季節(jié)變化明顯，并與水體中浮游植物密度相關(guān)性很大，總體上看，隨著溫度的升高，葉綠素a含量迅速增加，浮游植物密度也隨之增大。

3)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巢湖東半湖水域化學(xué)需氧量并不高，說(shuō)明水體受有機(jī)物污染并不嚴(yán)重，這與近年來(lái)國(guó)家對(duì)巢湖的綜合治理有很大關(guān)系。但其他水質(zhì)指標(biāo)仍然很差，透明度、TN 和TP 變化范圍分別在0.100～0.280 m、0.164～1.432 mg/L、0.016～0.045 mg/L之間。

4)根據(jù)生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果，巢湖東半湖已達(dá)到中營(yíng)養(yǎng)以上，大部分月份已呈富營(yíng)養(yǎng)化。

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中圖分類號(hào)X524

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)2095-1736(2016)02-0013-05

作者簡(jiǎn)介：汪順麗，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境微生物，E-mail : shunlier@163.com；通信作者：趙海泉，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槲⑸锷韺W(xué)與環(huán)境微生物學(xué)，E-mail:swjs12@ahau.edu.cn。

基金項(xiàng)目：安徽省省級(jí)環(huán)?？蒲姓n題項(xiàng)目(11008727)

收稿日期：2015-12-29；修回日期：2016-01-08

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.02.013