鎮(zhèn)海水庫藍(lán)藻水華的影響因子分析

曾　越

(廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院　廣東　廣州　510635)

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鎮(zhèn)海水庫藍(lán)藻水華的影響因子分析

曾越

(廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東廣州510635)

摘要鎮(zhèn)海水庫為廣東省開平市重要的飲用水源地。近年來大規(guī)模速生桉種植、圍庫養(yǎng)殖以及生活用水污染造成了水庫水體的富營養(yǎng)化。2012年2月～2013年5月對鎮(zhèn)海水庫進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該水庫浮游植物生長基本不受N、P營養(yǎng)鹽限制，具備藍(lán)藻水華發(fā)生的營養(yǎng)鹽基礎(chǔ)。對藍(lán)藻水華影響因子分析表明, 5月～ 8月這段時期，水庫溫度為30℃～32℃，適合藍(lán)藻水華的發(fā)生，水溫與葉綠素a的濃度具有相關(guān)性，較高的水溫是藍(lán)藻發(fā)生的重要條件之一；且該時期pH值持續(xù)保持在8.36～9.99的高水平，較高的pH值也是促成藍(lán)藻水華的重要因素。鎮(zhèn)海水庫具備引起藍(lán)藻爆發(fā)的外在條件。

關(guān)鍵詞富營養(yǎng)化；水華；水溫；pH值；鎮(zhèn)海水庫

1　開平鎮(zhèn)海水庫環(huán)境特征

1.1自然環(huán)境概況

鎮(zhèn)海水庫屬潭江一級支流鎮(zhèn)海水上游僑鄉(xiāng)水，位于開平市北部的蒼城鎮(zhèn)，距開平市中心18km。庫區(qū)跨開平市、鶴山市和新興縣，是開平市沙塘、長沙、沙岡、月山、蒼城等5鎮(zhèn)約15萬群眾的飲用水源地。水庫地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候濕潤，四季分明，年平均溫度為22.1℃，最冷月份是1月，月平均氣溫13.3℃，極端最低氣溫為1℃。最熱月份是7月，月平均氣溫28.5℃，極端最高氣溫37.2℃。鎮(zhèn)海水庫建于1960年，集水面積128km2，總庫容1.09億m3，正常庫容0.77億m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水等綜合效益的大（二）型水庫。

1.2水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)《江門市水資源公報(2011)》和開平市部分水庫的水質(zhì)監(jiān)測報告，對照國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838.2002）》的規(guī)定和《廣東省地表水功能區(qū)劃》的要求，鎮(zhèn)海水庫水質(zhì)類別為Ⅳ類～Ⅴ類，屬于嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)狀態(tài)。主要是總氮和高錳酸鉀指數(shù)超標(biāo)，水體處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，表現(xiàn)為有機(jī)污染，主要原因是庫區(qū)周邊畜禽養(yǎng)殖排污和農(nóng)業(yè)化肥面源污染引起的。

鎮(zhèn)海水庫庫區(qū)保護(hù)范圍內(nèi)存在大面積種植速生桉樹的現(xiàn)象，速生桉的種植導(dǎo)致水庫水位明顯下降，對原生態(tài)植物造成排斥影響，并在降雨時隨雨水將大量肥料帶入庫區(qū)，使得水體輕度富營養(yǎng)化，惡化了水庫水質(zhì)。鎮(zhèn)海林場內(nèi)有魚塘37口，占地面積約178200m2。此外，水庫集水區(qū)范圍內(nèi)還存在大范圍的攔灣筑塘養(yǎng)殖現(xiàn)象，不僅占用水庫興利庫容和防洪庫容，還嚴(yán)重污染水質(zhì)。養(yǎng)殖體的飼料、糞便隨雨水流入庫區(qū)，加劇了水體的富營養(yǎng)化程度。鎮(zhèn)海水庫庫區(qū)保護(hù)范圍內(nèi)有發(fā)展旅游業(yè)，每天有大量的生活污水排入鎮(zhèn)海水庫。

1.3土壤環(huán)境

鎮(zhèn)海水庫土壤成土母巖，為紅色砂頁巖，是中有機(jī)質(zhì)層厚土層的赤紅壤。據(jù)土壤普查測定有機(jī)質(zhì)含量2.66%，堿解氮l18.3ppm，速效磷0.875ppm，速效鉀35.87ppm，pH4.7～ pH5.1，呈酸性反應(yīng)。

2　監(jiān)測分析方法

監(jiān)測點(diǎn)位：在開平鎮(zhèn)海水庫庫區(qū)中心和上游500m處各設(shè)一個監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測項(xiàng)目：硫酸鹽(以SO42-計(jì))、硝酸鹽(以N計(jì))、氟化物(以F-計(jì))、氯化物(以Cl-計(jì))、總磷(以P計(jì))(湖庫)、總氮(湖、庫、以N 計(jì))、葉綠素a、氨氮(NH3- N)、硫化物、pH值、陰離子表面活性劑、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量(BOD5)、汞、砷、硒、鉻(六價)、揮發(fā)酚、氰化物、鐵、錳、鋅、銅、鎘、鉛、氣溫、水溫、透明度、水位等。

監(jiān)測頻次：從2012年2月始，每三個月采集一次。

評價標(biāo)準(zhǔn)：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838.2002）》、《廣東省地表水功能區(qū)劃》。

3　監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1水庫富營養(yǎng)化變化趨勢

根據(jù)鎮(zhèn)海水庫營養(yǎng)水平指標(biāo)及水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，分析鎮(zhèn)海水庫的富營養(yǎng)化變化趨勢。本文采用修正的Carlson綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSIc）進(jìn)行分析，公式為：

開平鎮(zhèn)海水庫2012年～2013年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化見圖1。

圖1　鎮(zhèn)海水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化圖

由圖1可見，鎮(zhèn)海水庫富營養(yǎng)化水平呈現(xiàn)季節(jié)性變化，每年隨著夏季的來臨，富營養(yǎng)化程度呈上升的趨勢。7月～ 8月份期間，TP、Chla濃度就會大幅度升高，鎮(zhèn)海水庫處于極富營養(yǎng)化狀態(tài)。

3.2理化數(shù)據(jù)分析

對2012年2月～ 2013年5月鎮(zhèn)海水庫兩取樣點(diǎn)（水庫上游500米處、水庫庫中）的水溫、pH值、五日生化需氧量、葉綠素a、總氮、總磷、氮磷比等變量進(jìn)行分析。理化指標(biāo)變化見圖2。

由圖2可見，水溫、pH值、透明度、TP、TN、五日生化需氧量和葉綠素a在不同月份各有差異。各采樣時期鎮(zhèn)海水庫水溫處于16℃～32℃范圍，其中5月～ 8月份期間水庫水溫處于30℃～32℃之間；在5月～ 8月份，pH值持續(xù)保持在8.36～9.99的高水平，同時水體中葉綠素a的含量也常年高于11 mg/m3，高的葉綠素a濃度可導(dǎo)致水體pH值明顯上升，可抑制其他藻類的生長使藍(lán)藻成為優(yōu)勢種，導(dǎo)致水華的發(fā)生。2013年2月之后，水體透明度因懸浮于水體表層的藍(lán)藻綠色群體而大幅降低。圖2數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，除最近一次的總磷含量低于10μg/L以外，其他時期監(jiān)測值都大于該閥值，表明鎮(zhèn)海水庫浮游植物生長不受磷控制，且各個時期采樣點(diǎn)的TN濃度均大于1.1mg/L，因此，鎮(zhèn)海水庫在各采樣時期均具備發(fā)生藍(lán)藻水華的營養(yǎng)鹽基礎(chǔ)。

3.3相關(guān)性分析

對影響開平鎮(zhèn)海水庫水質(zhì)的總磷、總氮、氮磷比、水溫、pH值、五日生化需氧量、透明度、水位等變量與葉綠素a含量進(jìn)行相關(guān)性分析。

做出開平鎮(zhèn)海水庫葉綠素a與理化因子相關(guān)性分析圖表，分析各變量對葉綠素a含量的影響，從而得出各理化影響因子對影響水華形成的相關(guān)性結(jié)論。

整體來看，葉綠素a與理化參數(shù)具有較好的相關(guān)性，尤其是溫度、pH值和總氮密度呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系，且與溫度的相關(guān)系數(shù)最高（圖3）。

4　討論

4.1利于發(fā)生水華的水溫

水體溫度的時間變化（季節(jié)、晝夜）是影響水體中氧和營養(yǎng)物質(zhì)的垂直變化和在各層面分布的因素。溫度是引起水華發(fā)生及決定水華種類的一個重要因素[1]。有研究表明，藍(lán)藻對高溫的耐受能力強(qiáng)于其他藻類，在于其DNA與光合作用系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性等生理功能形成的高溫適應(yīng)機(jī)制[2]。眾多室內(nèi)與野外試驗(yàn)證明，大部分藍(lán)藻的最適溫度范圍是24℃～30℃，水溫較高有利于藍(lán)藻成為優(yōu)勢種群和藍(lán)藻水華發(fā)生[3]。鎮(zhèn)海水庫5月～8月期間水溫處于30℃～32℃之間，此時的溫度有利于藍(lán)藻的生長，可能會引起水華爆發(fā)。相關(guān)性分析顯示葉綠素a濃度均與水溫有顯著性的正相關(guān)關(guān)系，表明水溫對鎮(zhèn)海水庫藍(lán)藻生長具有明顯控制。

圖2　2012年2月～2013年5月鎮(zhèn)海水庫理化指標(biāo)變化

圖3　鎮(zhèn)海水庫葉綠素a濃度與理化參數(shù)相關(guān)性分析

4.2持續(xù)的高pH值有助于藍(lán)藻成為優(yōu)勢種

若水體中浮游植物的豐度較高，在較強(qiáng)的光合作用下，水體中大量的CO2將被消耗，因此藍(lán)藻水華發(fā)生時伴隨了pH值上升與CO2濃度的降低。An等對Taechung水庫進(jìn)行研究，對1994年夏季藍(lán)藻生長情況的分析表明，藍(lán)藻在pH值大于8.5時迅速生長[4]。鎮(zhèn)海水庫各次采樣期間的水體pH值處于6.8～9.9范圍，尤其在5月～8月份，pH值持續(xù)保持在8.36～9.99的高水平，且各采樣點(diǎn)的葉綠素a濃度與pH值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明在發(fā)生水華時pH值正處在適合藍(lán)藻生長的范圍，而由于缺乏CO2，其他藻類就難以形成優(yōu)勢種。

4.3氮磷水平接近水華發(fā)生的閥值

影響浮游植物生長、水華發(fā)生的最主要的營養(yǎng)鹽是氮和磷。當(dāng)浮游植物受到營養(yǎng)鹽限制時，浮游植物的生長受到抑制，不容易大規(guī)模爆發(fā)水華。Sas.等研究表明，浮游植物生長的可溶性活性磷閥值為10μg/L，無機(jī)氮濃度閥值為100μg/L[5]。2012年2月～2013年5月鎮(zhèn)海水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，鎮(zhèn)海水庫各采樣時期總氮濃度均大于1.1mg/L，總磷濃度僅有一次低于磷閥值10μg/L。表明，鎮(zhèn)海水庫浮游植物生長基本不受氮、磷限制。

綜上所述，可將開平鎮(zhèn)海水庫水華暴發(fā)的影響因素歸納如下：開平鎮(zhèn)海水庫地處熱帶，從5月份～12月份水溫一直高于30℃，具備藍(lán)藻水華發(fā)生的水溫條件。一般認(rèn)為，當(dāng)水體中TN、TP含量分別達(dá)到0.20mg/L、0.02mg/L時，水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，具備發(fā)生藻類水華的營養(yǎng)條件。鎮(zhèn)海水庫水質(zhì)常年高于TN、TP藍(lán)藻水華發(fā)生的閾值，水質(zhì)類別不低于Ⅳ類，具有形成藍(lán)藻水華的營養(yǎng)鹽條件。且水體的pH值一直處于較高水平，有利于藍(lán)藻形成優(yōu)勢藻種,對于引發(fā)水華也有一定的促進(jìn)作用。

5　結(jié)論與建議

通過實(shí)地考察、收集資料和理論分析，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對開平市鎮(zhèn)海水庫的自然及經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀、水庫水質(zhì)現(xiàn)狀及存在的主要環(huán)境問題，進(jìn)行了分析。根據(jù)對鎮(zhèn)海水庫2012年2月～2013年5月的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，表明該水庫具備藍(lán)藻消化發(fā)生的營養(yǎng)基礎(chǔ)，較高的水溫和較高的pH值是促成藍(lán)藻水華的重要因素。

藍(lán)藻水華爆發(fā)的原因比較復(fù)雜，治理也要從多方面考慮。首先，加強(qiáng)對水庫周邊筑塘養(yǎng)殖禽畜現(xiàn)象的整治，對水庫周邊桉樹林的綜合改造。其次，建立健全的藍(lán)藻水華預(yù)測、預(yù)警機(jī)制對于改善水庫水體現(xiàn)在具有積極意義。再次，在水體中投放一定數(shù)量的濾食性魚類，并通過調(diào)整魚類的群落結(jié)構(gòu)使大型的植食性的浮游動物充分繁殖，可以有效改善藻類種群結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)水質(zhì)，防止爆發(fā)水華。此外，還可以加強(qiáng)水體的生態(tài)修復(fù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，通過改善水庫水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、建立水庫周邊水源涵養(yǎng)濕地等措施來提高水體的自凈能力?？茖W(xué)監(jiān)控、綜合防治，才能逐步減緩水體富營養(yǎng)化程度，最終控制水庫大規(guī)模暴發(fā)藍(lán)藻水華，從而保證更安全的水源。陜西水利

參考文獻(xiàn):

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（責(zé)任編輯：李蕊）

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