巢湖水體浮游藻類(lèi)數(shù)量與主要水質(zhì)指標(biāo)關(guān)系的研究

張志芬 汪薔 謝恩誠(chéng) 趙程程 晏娟

摘要 [目的]探討巢湖水體浮游藻類(lèi)數(shù)量與主要水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系。[方法]通過(guò)對(duì)巢湖各取樣點(diǎn)的水質(zhì)及藻類(lèi)數(shù)量和種類(lèi)進(jìn)行檢測(cè)和觀察，分析巢湖流域浮游藻類(lèi)與其水質(zhì)中的氮、磷及其他水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系。[結(jié)果]氮磷比越高，水質(zhì)越差，藻密度越高，相應(yīng)的化學(xué)需氧量（COD）也越大，如南淝河入湖區(qū)。對(duì)巢湖水污染的治理應(yīng)該更加具有針對(duì)性，從而使巢湖水體富營(yíng)養(yǎng)化得到良好改善。[結(jié)論]該研究結(jié)果為巢湖水污染防治措施的制定提供了參考。

關(guān)鍵詞 富營(yíng)養(yǎng)化；氮；磷；藻密度；巢湖

中圖分類(lèi)號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）17-0076-04

Abstract [Objective] The aim was to explore the relationship between number of phytoplankton and main water quality indexes in Chaohu Lake. [Method] The water quality and the amount of phytoplankton species of sampling points in Chaohu Lake were detected and observed， and the relationship between nitrogen， phosphorus and water quality of phytoplankton in Chaohu Lake watershed were analyzed. [Result] The higher the N/P ratio was， the worse the water quality was；the higher the algal density was， the greater the corresponding chemical oxygen demand （COD） was， such as the entering lake area of Nanfei River. The treatment of Chaohu Lake water quality should be more targeted to improve the eutrophication of Chaohu Lake. [Conclusion] The result provides reference for making water pollution control measures in Chaohu Lake.

Key words Eutrophication；Nitrogen；Phosphorus；The algae density；Chaohu Lake

巢湖水體污染主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)面源污染中氮、磷的嚴(yán)重流失[1]和沿岸工廠的廢水和城鎮(zhèn)的生活污水的大量排放。沿岸作物大量使用化肥農(nóng)藥，農(nóng)業(yè)污染日益加重，產(chǎn)生了大量污染物，且基本未經(jīng)處理就隨入湖水徑流直接或間接進(jìn)入湖泊，造成湖體污染物快速增加。污水的處理缺乏相應(yīng)措施，部分地區(qū)排污總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)環(huán)境容納量[2-5]。江湖換水大幅度減小。隨著20世紀(jì)巢湖閘、裕溪閘的相繼新建，巢湖已成為半封閉湖泊，巢湖與長(zhǎng)江天然溝通大大減少，湖泊中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽輸出能力變差[6-7]。浮游生物的生存與水體的含氧量以及氮、磷的含量密切相關(guān)。生物的生存需要氧；氮和磷對(duì)遺傳物質(zhì)的擴(kuò)增作用以及蛋白質(zhì)的合成起著重要作用，但含量過(guò)多就會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化[1-6]。巢湖水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藻類(lèi)大量生長(zhǎng)繁殖，水體含氧量低，魚(yú)蝦死亡，水

質(zhì)日益退化，巢湖水作為巢湖地區(qū)的水源供應(yīng)地，水質(zhì)影響著巢湖人民的健康[7-9]。筆者主要通過(guò)對(duì)巢湖各代表性取樣點(diǎn)的水質(zhì)及藻類(lèi)數(shù)量和種類(lèi)進(jìn)行檢測(cè)和觀察，分析了巢湖流域浮游藻類(lèi)與其水質(zhì)中的氮、磷及其他水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系[10]，以期為巢湖水質(zhì)防治措施的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地點(diǎn)

該次調(diào)查取樣共3次，時(shí)間分別為2017年3、4和6月的月初，其中3月調(diào)查取樣20個(gè)，4月取樣15個(gè)，6月取樣13個(gè)，3次所取水樣與藻類(lèi)均包含圖1所示取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)1～13按順序依次為西壩口、船廠、中垾、東湖心、兆河入湖區(qū)、忠廟、新河入湖區(qū)、派河入湖區(qū)、塘西入湖區(qū)、柘皋河入湖區(qū)、濱河入湖區(qū)、南淝河入湖區(qū)、十五里河入湖區(qū)。

1.2 試劑與儀器

試劑包括碘、碘化鉀、魯格試劑（由碘和碘化鉀按比例配制而成）、鄰苯二甲酸氫鉀、無(wú)水磷酸氫二鈉、過(guò)硫酸鉀、氫氧化鈉、硝酸鉀、苯酚、硝普納、磷酸二氫鉀、磷酸三鈉、次氯酸鈉、酒石酸鉀鈉、EDTA二鈉鹽、硫酸銨、重鉻酸甲、硝酸鉀、鉬酸銨硫酸、鹽酸、鉬酸銨、硫酸、硫酸銀、硫酸汞、重鉻酸甲、六水合硫酸亞鐵銨、鉻酸甲等[11-12]。

儀器包括HQM-1型有機(jī)玻璃采水器、25號(hào)浮游生物網(wǎng)、便攜式PH-702、PHS-25臺(tái)式精密pH計(jì)、精密溫度計(jì)、FYL-YS-828L試劑冰箱、CP114型電子天平、LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器、TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、M-207793多功能快速消解儀、HCC-F浮游生物計(jì)數(shù)框、XSP-2C生物顯微鏡等。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法。

采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，采用HQM-1型有機(jī)玻璃采水器采取水樣，由于采樣是乘船進(jìn)行的，停留時(shí)間較短，水樣采集的深度均不足1.0 m，并以取得的水樣作為最終水樣。

藻類(lèi)取樣分為定性取樣和定量取樣2種。定性取樣采用25號(hào)浮游生物網(wǎng)，待船停止時(shí)，將25號(hào)浮游生物網(wǎng)拋下湖面，沿船前進(jìn)的方向向前拉10 m左右，然后將其裝入樣品瓶中，并加入魯格試劑將其固定，留作定性觀察；定量取樣采用HQM-1型有機(jī)玻璃采水器采取1 L樣品，并將向所取樣品中加入15 mL魯格試劑固定。

1.2.2 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)方法。

將取回水樣置于冰箱中于24 h內(nèi)測(cè)定完畢。溫度、pH[13]、透明度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定；總氮、總磷的測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法[11，14]；銨態(tài)氮測(cè)定采用靛酚藍(lán)比色法[11]；硝酸根采用可見(jiàn)光分光光度比色法測(cè)定[11]；化學(xué)需氧量（COD）采用快速消解法（小型密封管法）測(cè)定[11]。

1.2.3 藻類(lèi)計(jì)數(shù)方法。

藻密度采用鏡檢法[15-17]，分別使用1.0和0.1 mL 2種HCC-F浮游生物計(jì)數(shù)框取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 巢湖水體取樣點(diǎn)水質(zhì)概況

由表1可知，入湖區(qū)的水溫普遍較非入湖區(qū)高；pH和透明度都處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍；水體中氨態(tài)氮含量基本與總氮含量呈正相關(guān)，總氮含量越高，氨態(tài)氮含量也越高，硝態(tài)氮的含量較低；經(jīng)對(duì)比國(guó)家地表水體質(zhì)量磷元素含量標(biāo)準(zhǔn)，顯示巢湖水體所含總磷較高。對(duì)照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[18]得出巢湖總體水質(zhì)水體質(zhì)量屬于Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)水質(zhì)，部分水體屬于Ⅴ類(lèi)，污染較為嚴(yán)重，有待繼續(xù)治理。

2.2 巢湖水域取樣點(diǎn)藻類(lèi)概況

巢湖各取樣點(diǎn)藻類(lèi)數(shù)量計(jì)數(shù)如下：

西壩口128萬(wàn)個(gè)/L，船廠93萬(wàn)個(gè)/L，中垾210萬(wàn)個(gè)/L，東湖心783萬(wàn)個(gè)/L，兆河入湖區(qū)480萬(wàn)個(gè)/L，忠廟447萬(wàn)個(gè)/L，新河入湖區(qū)293萬(wàn)個(gè)/L，派河入湖區(qū)369萬(wàn)個(gè)/L，塘西入湖區(qū)751萬(wàn)個(gè)/L，柘皋河入湖區(qū)842萬(wàn)個(gè)/L，濱河入湖區(qū)340萬(wàn)個(gè)/L，南淝河入湖區(qū)2 087萬(wàn)個(gè)/L，十五里河入湖區(qū)364萬(wàn)個(gè)/L。

通過(guò)分析3次取樣結(jié)果得知，水中浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)適宜溫度為25～30 ℃，最適宜在29 ℃，藻密度接近幾百萬(wàn)個(gè)/L；光照對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)影響較大，光照強(qiáng)度減弱，藻類(lèi)增長(zhǎng)速度減慢；6月取樣結(jié)果表明，東半湖的塘西入湖區(qū)、柘皋河入湖區(qū)藻密度含量較高，西半湖的濱河入湖區(qū)、南淝河入湖區(qū)等區(qū)域藻密度含量高，特別是南淝河入湖區(qū)高達(dá)2 000萬(wàn)個(gè)/L，而東半湖區(qū)域藻密度總體較西半湖低。

試驗(yàn)過(guò)程中所觀察到藻類(lèi)主要包括藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、甲藻門(mén)、裸藻門(mén)。其中，藍(lán)藻、硅藻較為常見(jiàn)，藍(lán)藻門(mén)中阿氏項(xiàng)圈藻、水華微囊藻、細(xì)小隱球藻較多（圖2）。

2.3 巢湖水體各取樣點(diǎn)水質(zhì)與藻類(lèi)相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)取樣點(diǎn)的pH觀察發(fā)現(xiàn)巢湖水質(zhì)多呈弱堿性，劉春光等[19]指出，pH8.5的水體固氮能力最強(qiáng)，酸堿度穩(wěn)定性最高，此時(shí)藻類(lèi)生長(zhǎng)最好，同時(shí)也顯示出巢湖湖邊工廠廢水及生活污水呈堿性。其中氮、磷對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)影響很大。COD與藻密度基本成正比關(guān)系，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越高，藻類(lèi)生長(zhǎng)所需氧氣含量也越高[1-7]。

由圖3可知，巢湖水質(zhì)中NH4+與藻類(lèi)密度呈明顯的負(fù)相關(guān)。如南淝河入湖區(qū)的NH4+含量較少，但藻密度卻最高，而西壩口和船廠處有較高含量的NH4+，其藻密度最低。一般來(lái)說(shuō)，淡水中的總氮主要包含氨態(tài)氮和無(wú)機(jī)硝態(tài)氮，氨態(tài)氮以NH4+為主，而硝態(tài)氮?jiǎng)t以NO3-為主，且總氮中NH4+含量較高，無(wú)機(jī)硝態(tài)氮含量較少，所以TN總是與NH4+成正比。有研究表明，淡水藻密度與TN成反比[20-21]，即藻密度與NH4+成反比，該試驗(yàn)結(jié)果有一定的類(lèi)似趨勢(shì)。

磷是核酸的組成成分，也是能量通貨——三磷酸腺苷（ATP）的組成成分，對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)有著極其重要的作用。由圖4可知，巢湖藻類(lèi)密度與磷元素之間存在較為密切的相關(guān)性，在一定范圍內(nèi)巢湖水質(zhì)中的TP與巢湖水中藻密度呈負(fù)相關(guān)，即藻類(lèi)密度越高，此處水質(zhì)含磷量越低，該結(jié)果與張蕓[21]的研究結(jié)果一致。

氮、磷處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下藻類(lèi)大量繁殖，低氮磷比（0～4）的氮限制會(huì)限制藻類(lèi)生長(zhǎng)速度，但在一定范圍內(nèi)藻類(lèi)生長(zhǎng)速率與氮磷比呈正相關(guān)，不同藻類(lèi)對(duì)于氮、磷的吸收率不同，藻類(lèi)的生長(zhǎng)并不依賴(lài)單一的氮或磷等營(yíng)養(yǎng)元素（表1），故氮磷比變化較明顯[20]。

水中的氮主要以NH4+的形式存在，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越高，對(duì)其消耗量越高，藻類(lèi)生長(zhǎng)量越大[21]。通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)巢湖水中藻類(lèi)數(shù)量與氮磷之間的關(guān)系密切，由圖5知，巢湖藻類(lèi)密度與氮磷比為7～17時(shí)存在較明顯的正相關(guān)性，藻類(lèi)的生長(zhǎng)使水體含氮量在一定范圍內(nèi)下降，而磷元素對(duì)于藻類(lèi)的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)也具有一定的影響，圖4 顯示總磷與藻類(lèi)密度呈負(fù)相關(guān)，但大量研究表明，單一的氮、磷元素對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)量的影響較氮磷比的影響較小[22-23]。即一定范圍內(nèi)水體所含氮磷比越高，此處藻類(lèi)密度越高[20-23]。

3 結(jié)論與討論

該研究表明，浮游藻類(lèi)的生存與水體的含氧量以及氮、磷的含量密切相關(guān)。巢湖水中藻類(lèi)密度與總氮含量成反比，與總磷含量成反比，氮磷比越大，藻類(lèi)生長(zhǎng)越好，即巢湖富營(yíng)養(yǎng)化程度高，相反則富營(yíng)養(yǎng)化程度低，康苗苗等[20]、張蕓[21]的研究中也得出相同結(jié)論；生物的生存需要氧，藻類(lèi)的生長(zhǎng)受多種水質(zhì)因子作用，李曉山等[22]對(duì)此有所介紹。在水樣的采集中對(duì)巢湖進(jìn)行區(qū)域劃分，相比之下西半湖藻密度高于東半湖，并且排水口浮游藻類(lèi)較多，出水口相對(duì)較少，此處氮磷比較高，有利于當(dāng)?shù)厮|(zhì)局針對(duì)治理。

通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，氨氮與藻密度的關(guān)系并不是特別明顯，與康苗苗等[20]的研究結(jié)果有差異，可能是由于測(cè)定氨氮的水樣放置時(shí)間稍長(zhǎng)，導(dǎo)致結(jié)果不是很精確；在試驗(yàn)過(guò)程中可能存在操作不嚴(yán)謹(jǐn)問(wèn)題，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在誤差。

根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)的結(jié)果了解到西湖區(qū)水質(zhì)較差，以南淝河、濱河入湖區(qū)更為突出。經(jīng)調(diào)查得知，南淝河等污染較嚴(yán)重的地區(qū)沿岸工廠較多，政府應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工廠的監(jiān)管力度，定期視察污水處理情況，檢查排放是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。濱河入湖區(qū)的污染主要是生活污水所致，故應(yīng)對(duì)生活污水進(jìn)行集中處理，建設(shè)雨污分流管道，實(shí)施雨污分流，并向居民進(jìn)行知識(shí)普及，提高居民對(duì)生活污水處理的意識(shí)。巢湖沿岸農(nóng)業(yè)污染普遍存在，政府部門(mén)應(yīng)對(duì)農(nóng)民進(jìn)行知識(shí)的普及，并邀請(qǐng)農(nóng)業(yè)科研人員向農(nóng)民介紹正確的農(nóng)藥使用方法和時(shí)間，提倡使用生物農(nóng)藥，以減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。根據(jù)巢湖水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的原因及機(jī)理，控制或轉(zhuǎn)移氮、磷等外源性營(yíng)養(yǎng)鹽以及有毒、有害污染物質(zhì)的輸出是極其重要的防治措施：一是加強(qiáng)工業(yè)點(diǎn)源污染的治理；二是加強(qiáng)城鎮(zhèn)生活污染的治理；三是加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染的治理；四是加強(qiáng)巢湖藍(lán)藻“水華”的治理；五是加強(qiáng)水土流失的治理[24-25]，多個(gè)方面同時(shí)治理，對(duì)水質(zhì)的提高有較大影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 司有斌，王慎強(qiáng)，陳懷滿(mǎn).農(nóng)田氮、磷的流失與水體富營(yíng)養(yǎng)化[J].土壤，2000，32（4）：188-193.

[2] 王緒偉，王心源，史杜芳.巢湖污染現(xiàn)狀與水質(zhì)恢復(fù)措施[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2007，33（4）：13-15.

[3] 金玥.巢湖污染現(xiàn)狀分析與治理研究[J].巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，15（1）：21-26.

[4] 李敏琪，何永義.巢湖水環(huán)境綜合治理的現(xiàn)狀與對(duì)策研究[J].中共合肥市委黨校學(xué)報(bào)，2014（1）：26-30.

[5] 孫景.巢湖污染現(xiàn)狀及其治理措施[J].資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)，2008，24（3）：256-258.

[6] 屠清瑛，顧丁錫，徐卓然.巢湖——富營(yíng)養(yǎng)化研究[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1990.

[7] 王雪蕾，王新新，朱利，等.巢湖流域氮磷面源污染與水華空間分布遙感解析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2015，35（5）：1511-1519.

[8] 胡小兵.抑制給水中藻類(lèi)生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，20（1）：28-30.

[9] 孔繁翔，高光.大型淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中藍(lán)藻水華形成機(jī)理的思考[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：589-594.

[10] 黃君禮.水分析化學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[11] 李國(guó)剛，呂怡兵，付強(qiáng)，等.水和廢水污染物分析測(cè)試方法[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[12] 王頡.食品工廠設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[13] 北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心.水質(zhì) pH值的測(cè)定 玻璃電極法：GB/T 6920—1986[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.

[14] 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法：HJ 828—2017[S].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2017.

[15] 胡鴻鈞，李堯英，魏印心，等.中國(guó)淡水藻類(lèi)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.

[16] 朱浩然，朱婉嘉，李堯英，等.中國(guó)淡水藻類(lèi)志：第2卷 色球藻綱[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[17] 齊雨藻，朱蕙忠，李家英等.中國(guó)淡水藻類(lèi)志：第4卷 硅藻門(mén)中心綱[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[18] 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838—2002[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[19] 劉春光，金相燦，孫凌，等.pH值對(duì)淡水藻類(lèi)生長(zhǎng)和種類(lèi)變化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（2）：294-298.

[20] 康苗苗，張旭芳，馮佳，等.太原市汾河景區(qū)浮游藻類(lèi)細(xì)胞密度對(duì)氮磷的影響[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2014，40（5）：28-30，50.

[21] 張蕓.含藻水體中的總糖與總氮、總磷濃度間的相關(guān)性[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（18）：10-11.

[22] 李曉山，楊敏，劉富舜，等.氮磷比對(duì)藻類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（16）：9815-9817.

[23] 吳敏，林莉，黃茁.淡水藻類(lèi)生長(zhǎng)的環(huán)境影響因子分析：以銅綠微囊藻為例[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2012，29（10）：41-47.

[24] 徐大勇，張文麗，曹江峪.氮、磷對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)和污水凈化的影響[J].西昌農(nóng)業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003，17（2）：70-73.

[25] 王婷，張旭芳，馮佳，等.太原汾河蓄水區(qū)浮游藻類(lèi)細(xì)胞密度對(duì)一些環(huán)境因子的響應(yīng)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（5）：32-34.