潑河水庫的水質(zhì)變化特征及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

楊東輝　吳坤杰　袁　偉　沈紹營(yíng)　汪海洋

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院　水產(chǎn)學(xué)院　河南　信陽　4640002）（2.信陽市現(xiàn)代漁業(yè)生物工程技術(shù)研究中心　河南　信陽　464000）（3.信陽潑河水庫管理站　河南　信陽464000）（4.信陽市新縣水利局水產(chǎn)站）

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潑河水庫的水質(zhì)變化特征及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

楊東輝1,2吳坤杰1,2袁偉3沈紹營(yíng)3汪海洋4

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院河南信陽4640002）（2.信陽市現(xiàn)代漁業(yè)生物工程技術(shù)研究中心河南信陽464000）（3.信陽潑河水庫管理站河南信陽464000）（4.信陽市新縣水利局水產(chǎn)站）

摘要：為了明確潑河水庫氮磷的分布特征及其富營(yíng)養(yǎng)化水平現(xiàn)狀，筆者根據(jù)2012年9月至2013年9月對(duì)潑河水庫的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了潑河水庫氮磷分布特征，并應(yīng)用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)研究水域富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析。結(jié)果表明：（1）潑河水庫氮磷分布呈夏季高、春季次之、冬季最低的特征；（2）潑河水庫營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：潑河水庫；綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；氮磷；富營(yíng)養(yǎng)化

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水體富營(yíng)養(yǎng)化主要是由于水體接納過量的營(yíng)養(yǎng)鹽（如氮、磷等），導(dǎo)致浮游植物大量生長(zhǎng)繁殖的過程。由于發(fā)展快、危害大、治理難、恢復(fù)慢，水體富營(yíng)養(yǎng)化問題已被列入全球性的水污染問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)大部分水庫已發(fā)生了不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，且多處于中富營(yíng)養(yǎng)化水平，嚴(yán)重影響了水庫的供水安全和水庫的水產(chǎn)品質(zhì)量安全。為了保證人類的飲用水安全、水產(chǎn)品質(zhì)量安全及湖泊水庫的合理開發(fā)利用，對(duì)湖泊水庫的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)及防治政策的研究是十分必要的。盡管國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)各大湖泊水庫的富營(yíng)養(yǎng)化機(jī)理及防治政策做了較為深入的研究。但由于各地方湖泊水庫的富營(yíng)養(yǎng)化程度不同、污染源和水文條件不同，其富營(yíng)養(yǎng)化防治策略也不盡相同，因此，對(duì)各地方湖泊水庫的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)、污染源及防治策略進(jìn)行研究，為地方飲用水資源安全防護(hù)政策提供重要的理論依據(jù)是當(dāng)務(wù)之急。

潑河水庫位于河南省東南部新縣和光山兩縣交界處，流域25.6平方公里，其中水域面積11.8平方公里，是河南光山和潢川兩縣人民的飲用水水源。本文用中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站推薦的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）法來評(píng)價(jià)潑河水庫的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，并分析潑河水庫氮磷等水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變化特征，為潑河水庫的水資源保護(hù)和合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1　材料與方法

1.1采樣

設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)，于2012年10月至2013年9月，在春季（5月）、夏季期（8月）、秋季（11月）和冬季（2月）四次采樣，采樣分布如圖1所示。采樣按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第4版）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

圖1　潑河水庫采樣點(diǎn)分布圖

1.2理化指標(biāo)測(cè)定

chl.a、TP、TN、CODMn和SD等指標(biāo)均按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第4版）的方法進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與分析

2.1潑河水庫降雨量的季節(jié)變化和TN、TP、chl.a與CODMn的時(shí)空變化特征

2.1.1潑河水庫降雨量的季節(jié)變化

由圖2可見，潑河水庫降雨量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，降雨量從高到低的順利為：夏季、春季、秋季和冬季。

2.1.2潑河水庫TN、TP、chl.a和CODMn的時(shí)空變化特征

由圖3可見，潑河水庫夏季的TN明顯高于其他季節(jié)。除采樣點(diǎn)3外，春季其他采樣點(diǎn)的TN都高于秋季和冬季。除采樣點(diǎn)2外，秋季其他采樣點(diǎn)的TN都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季TN的均值分別為：0.61mg/L、0.44mg/L、0.32mg/L和0.22mg/L，所以潑河水庫的TN具有明顯季節(jié)變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖4可見，除采樣點(diǎn)6外，潑河水庫夏季其他采樣點(diǎn)的TP都高于其他季節(jié)。除采樣點(diǎn)1外，春季其他采樣點(diǎn)的TP都高于秋季和冬季。秋季各采樣點(diǎn)的TP都高于冬季。夏季、春季、秋季和冬季TP的均值分別為：0.031mg/L、0.024mg/L、0.018mg/L和0.003mg/L，所以潑河水庫的TP具也有明顯季節(jié)變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖5可見，潑河水庫夏季的chl.a明顯高于其他季節(jié)；除采樣點(diǎn)2和3外，春季其他采樣點(diǎn)的chl.a都高于秋季和冬季；秋季所有采樣點(diǎn)的chl.a都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季chl.a的均值分別為：41.2mg/m3、32.2mg/m3、23.2mg/m3和2.97mg/m3，所以潑河水庫的chl.a也具有明顯季節(jié)變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖6可見，潑河水庫的CODMn季節(jié)變化特征不明顯，夏季、春季、秋季和冬季CODMn的均值分別為：2.93mg/L、3.69mg/L、2.27mg/L和3.41mg/L。

圖3　潑河水庫TN的時(shí)空變化特征

圖4　潑河水庫TP的時(shí)空變化特征

圖5　潑河水庫chl.a的時(shí)空變化特征

圖6　潑河水庫　CODMn的時(shí)空變化特征

從2012年10月至2013年的9月，潑河水庫TN、TP和chl.a的季節(jié)變化趨勢(shì)和降雨量的季節(jié)變化趨勢(shì)基本一致，可見降雨量是影響潑河水庫TN、TP和chl.a的主要因素。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)水庫周邊沒有工業(yè)，而農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)。水庫周邊有種植面較大的茶葉和水稻，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)殘余的肥料經(jīng)雨水的沖刷由地表徑流帶入水庫。由于信陽地區(qū)降雨量偏少，導(dǎo)致地表徑流的氮磷含量可能高于水庫，從而對(duì)水庫的TN和TP含量起到提升作用。因此，潑河水庫的TN和TP隨降雨量的增加而升高。夏季水體中的氮磷增加促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)，因此潑河水庫夏季chl.a的含量也升高。潑河水庫TN和TP的季節(jié)變化特征與處于降雨量豐富地區(qū)的湖泊水庫相反，降雨量豐富地區(qū)地表徑流的氮磷含量可能低于水庫，從而對(duì)水庫的TN和TP含量起稀釋作用。也與受工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染和生活污染的湖泊不同，處于工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的鄱陽湖，由于污染源復(fù)雜，其TN和TP受多種因素影響，并沒有季節(jié)變化規(guī)律。

由圖3可知，在夏季，位于潑河水庫入河口的采樣點(diǎn)1、2和4的TN高于其他采樣點(diǎn)；春季，采樣點(diǎn)1和2高于其他采樣點(diǎn)；秋季和冬季的TN含量沒有空間變化規(guī)律。從圖4、圖5和圖6可知潑河水庫的TP、chl.a和CODMn也沒有空間變化規(guī)律。

2.2潑河水庫的N/P

圖7　潑河水庫的N/P

水體浮游植物的生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)鹽和水溫等因素密切相關(guān)。水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，形成水華的物質(zhì)基礎(chǔ)主要是營(yíng)養(yǎng)鹽N和P。氮磷比（N/P）是水華發(fā)生過程中營(yíng)養(yǎng)狀況的一個(gè)特征指標(biāo)，是生態(tài)環(huán)境研究中用來判斷水體缺乏氮或磷的重要依據(jù)。國(guó)際上公認(rèn)的水體中可能出現(xiàn)水華現(xiàn)象的TP和TN質(zhì)量濃度為0.02mg/L和0.2mg/L。當(dāng)水中的N/P值小于16時(shí)，TN是水華發(fā)生的限制因子；大于16時(shí), TP是水華發(fā)生的限制因子。

由圖7可知，潑河水庫春季TN為0.44mg/L，TP為0.024mg/L，N/P為18.3，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子；夏季TN為0.61mg/L，TP為0.031mg/L，N/P為19.7，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子；秋季TN為0.32mg/L，TP為0.018mg/L，N/P為17.8，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子；冬季TN為0.22mg/L，TP為0.003mg/L，N/P為73.3，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子；全年TN為0.40mg/L，TP為0.019mg/L，N/P為20.9，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子?？梢姵锛竞投就?，潑河水庫已經(jīng)具備發(fā)生水華的物質(zhì)基礎(chǔ)。潑河水庫春季和夏季的TN與TP都達(dá)到了發(fā)生水華的條件，但水庫并沒有發(fā)生水華，可能TP濃度超出公認(rèn)濃度并不明顯，所以對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響不明顯，也可能還有其他因素影響藻類的生長(zhǎng)，需要進(jìn)一步的研究。

2.3潑河水庫的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)方法為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI）。TLI的公式為：

式中，TLI（Σ）為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj第j種參數(shù)的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；m為富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的參數(shù)個(gè)數(shù)。

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

TLI（chl.a）=10（2.5+1.086lnchl.a）

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn）

式中：葉綠素achl.a單位為mg/m3；透明度SD單位為m；其它指標(biāo)單位均為mg/L。

依據(jù)金相燦總結(jié)得出的中國(guó)湖泊中chla與其他參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)計(jì)算第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重Wj。chl.a、TP、TN、SD和CODMn的Wj分別為0.2662、0.1879、0.179、0.1834和0.1834。

湖泊（水庫）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：TLI（∑）＜30為貧營(yíng)養(yǎng)；30≤TLI（∑）≤50為中營(yíng)養(yǎng)；TLI（∑）〉50為富營(yíng)養(yǎng)；50＜TLI（∑）≤60為輕度富營(yíng)養(yǎng)；60＜TLI（∑）≤70為中度富營(yíng)養(yǎng)；TLI（∑）〉70為重度富營(yíng)養(yǎng)。

春季　夏季　秋季　冬季　全年TN(mg/L)　0.44　 0.61　 0.32　 0.22　 0.40 TP(mg/L)　 0.024　 0.031　 0.018　 0.003　 0.019 chl.a(mg/m3)　 32.2　 41.2　 23.2　 2.97　 24.89 CODMn(mg/L)　 3.69　 2.93　 2.27　 3.41　 3.08 SD(m)　2.5　 2.9　1　2.3　 2.2 TLI(Σ)　49.5　 51.4　 41.1　 33.5　 46.4營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別　　中營(yíng)養(yǎng)　　富營(yíng)養(yǎng)　　中營(yíng)養(yǎng)　　中營(yíng)養(yǎng)　　中營(yíng)養(yǎng)

從表1可見，潑河水庫春季、夏季、秋季和冬季的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（Σ）分別為49.5、51.4、41.1和33.5。春季、秋季和冬季營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別都為中營(yíng)養(yǎng)，夏季為富營(yíng)養(yǎng)。全年的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（Σ）為46.4，說明潑河水庫營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)。

3　結(jié)論

3.1潑河水庫的TN、TP和chl.a具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，農(nóng)業(yè)面源污染是潑河水庫氮磷的主要來源，降雨量是影響潑河水庫TN、TP和chl.a的主要因素。

3.2潑河水庫的N/P為20.9，TP是潑河水庫水華發(fā)生的限制因子。

3.3雖然潑河水庫的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)，但春季和夏季的氮磷已經(jīng)達(dá)到了發(fā)生水華的濃度，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別也達(dá)到了富營(yíng)養(yǎng)，具備了發(fā)生水華的物質(zhì)基礎(chǔ)，提示管理者要注意加強(qiáng)對(duì)周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)督，禁止過度施肥，特別是磷肥，防止氮磷流入潑河水庫。一旦春夏季過多氮磷流入水庫，導(dǎo)致水體氮磷含量能充分滿足藻類生長(zhǎng)的需求，水體就很有可能暴發(fā)水華。

參考文獻(xiàn)（略）

作者簡(jiǎn)介：楊東輝（1969-），男，河南信陽，副教授，碩士，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖和水環(huán)境保護(hù)研究。

基金項(xiàng)目：河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（102102110098）資助