梁家灣水庫水質(zhì)理化因子及富營養(yǎng)化評價

崔 紅 賈曉宇

（山西省水產(chǎn)科學(xué)研究所 山西太原 030006）

梁家灣水庫是濁漳河西源干流上一座?。á瘢┬退畮?，該水庫是一座以防洪、灌溉、養(yǎng)魚為主要功能的小型水庫，近年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展良好，是支持水庫的主要經(jīng)濟來源。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)對水庫水質(zhì)的影響程度究竟有多大，一直以來，還沒有人進行過系統(tǒng)的調(diào)查研究。為此，我們于2014年11月至2015年10月對梁家灣水庫的理化因子及其富營養(yǎng)化水平進行調(diào)查研究，目的在于為進一步合理利用梁家灣水庫的自然資源，以便更好地發(fā)展?jié)O業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

水體的富營養(yǎng)化是指湖泊、水庫、河口等緩流水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的含量超過一定的界限，在光照和水溫又比較合適的條件下，引起藻類以及其他水生生物過量繁殖、水體的透明度和溶解氧大大降低、水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置及采樣時間與方法

1.1.1 采樣點設(shè)置

項目實施地梁家灣水庫位于山西省長治市沁縣縣城境內(nèi)，是一座小型水庫，也是我省傳統(tǒng)的漁業(yè)生產(chǎn)基地，每年可產(chǎn)魚10多萬公斤，由于梁家灣水庫是沿河道走向的小型水庫，幾乎沒有庫灣，面積只有67 hm2畝左右，因此，每次采樣只設(shè)置上游、中游、下游三個斷面，采樣點的設(shè)置圖見圖1。

圖1 梁家灣水庫采樣點設(shè)置圖

1.1.2 采樣時間

2014年11月至2015年10月每月中旬對梁家灣水庫進行采樣調(diào)查，每次取樣都盡可能控制在中午13∶00 以前完成。

1.1.3 采樣方法

根據(jù)檢測的理化因子要求不同分為現(xiàn)場測定項目和實驗室檢測項目。具體來講，現(xiàn)場測定項目包括水溫、透明度、pH、水深。1）水溫用表層水溫計測定。2）透明度用透明度盤測定。3）pH值用便攜式pH計測定。4）水深用錐形水深錘測定。

現(xiàn)場采樣并固定項目包括：總氮、總磷、COD、葉綠素。1）總氮水樣用5 L采水器采集，用500 ml塑料瓶取500 ml水樣，加0.3 ml濃硫酸進行酸化固定。2）總磷、COD水樣用5 L采水器采集，用500 ml玻璃瓶取500 ml水樣，加0.3 ml濃硫酸進行酸化固定。3）葉綠素水樣用5 L采水器采集，用1000 ml玻璃瓶取1000 ml水樣，加1 ml碳酸鎂溶液進行固定。

1.2 水質(zhì)理化樣品的處理及檢測方法

現(xiàn)場采樣并固定的理化樣品當天帶回實驗室，要求3 d之內(nèi)分析完畢，最好24 h內(nèi)分析完畢，1）總氮分析方法：采用納氏試劑分光光度法。2）總磷分析方法：鉬酸銨分光光度法。3）COD分析方法：采用高錳酸鹽指數(shù)法。4）葉綠素分析方法：采用孔徑0.45 μm的聚酯纖維濾膜過濾水樣，再用丙酮萃取，采用分光光度法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 總氮（TN）、總磷（TP）

2.1.1 總氮（TN）

圖2 梁家灣水庫總氮的質(zhì)量濃度周年變化圖

圖2顯示了梁家灣水庫總氮（TN）質(zhì)量濃度周年變化曲線，表1顯示了梁家灣水庫水質(zhì)指標情況及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）標準。

由圖2和表1可以看出，TN質(zhì)量濃度季節(jié)變化趨勢為：秋季、冬季較高，均值分別為0.50 mg/L和0.47mg/L；春季、夏季較低，均值為0.27mg/L和0.38mg/L。全年TN質(zhì)量濃度變化范圍為0.169～0.683 mg/L，項目研究期間周年質(zhì)量濃度平均值為0.405 mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）II類標準。

表1 2015年梁家灣水庫水質(zhì)指標情況表

2.1.2 總磷（TP）

圖3顯示了梁家灣水庫總磷（TP）質(zhì)量濃度周年變化曲線，通過表1和圖3可以看出：總磷（TP）的質(zhì)量濃度變化有一定的季節(jié)變化規(guī)律，實驗數(shù)據(jù)表明夏季和秋季較高，均值分別為0.044 mg/L和0.053 mg/L；春季和冬季較低，均值分別為0.006mg/L和0.014mg/L。從全年總磷（TP）分析結(jié)果看，其質(zhì)量濃度在0.002～0.072 mg/L之間變化，周年平均值為0.029 mg/L，大于地表水環(huán)境質(zhì)量規(guī)定的Ⅱ類水質(zhì)標準0.025 mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準。有學(xué)者研究表明，沉積物中的磷向水體釋放的多少，主要取決于溫度的高低，溫度越高，沉積物中的磷向水體釋放的越多。夏秋季節(jié)由于水溫較高，因此，水庫水體TP質(zhì)量濃度也會較高。

圖3 梁家灣水庫總磷的質(zhì)量濃度周年變化圖

2.1.3 TN/TP

梁家灣水庫TN/TP的周年變化見圖4。氮、磷是水中浮游植物生長必需的營養(yǎng)元素，二者含量達到一定比例時最有利于浮游植物的生長繁殖，否則，就會成為浮游植物生長繁殖的限制因素。關(guān)于水體中TN與TP之間究竟什么樣的濃度比值最有利于浮游植物的增殖，有很多學(xué)者進行了研究，多數(shù)學(xué)者認為水體中TN/TP在10～15時浮游植物生長繁殖較快。當TN/TP＜10時，N是浮游植物生長的限制性因素。當TN/TP＞14時（屠清瑛等），水體中浮游植物生長的限制性因素主要是磷。圖4顯示梁家灣水庫TN/TP的周年變化圖，其年平均值為42.8，TN/TP遠遠大于14，由此可以看出，梁家灣水庫屬于磷（P）限制型水庫。

圖4 梁家灣水庫TN/TP的周年變化圖

2.2 高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）

梁家灣水庫高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）質(zhì)量濃度周年變化趨勢見圖5，由圖5和表1可以看出：高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在秋季（11月），濃度值為7.92 mg/L，最小值出現(xiàn)在冬季（2月），濃度值為4.22 mg/L?？傮w來看，季節(jié)變化趨勢是夏季、秋季濃度高于冬季、春季。全年高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)量濃度變化范圍為 3.57～9.33 mg/L，周年平均值為6.18 mg/L，大于6 mg/L，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002），屬于Ⅳ類水質(zhì)標準。

圖5 梁家灣水庫高錳酸鹽指數(shù)的質(zhì)量濃度的周年變化圖

2.3 葉綠素 ɑ及與TN、TP的關(guān)系

2.3.1 葉綠素ɑ

圖6顯示了梁家灣水庫葉綠素ɑ的周年質(zhì)量濃度變化曲線。浮游植物是低等植物中的一大類，但它同其它高等植物一樣具有葉綠素，能利用光能進行光合作用，吸收水中營養(yǎng)物質(zhì)，制造有機物。各門藻類所含色素不同，但所有藻類均含有葉綠素 ɑ。葉綠素 ɑ是整個光合作用過程中的能量傳遞中心。通過測定水中浮游植物葉綠素ɑ的含量，就可以反映水中浮游植物的生長繁殖狀況。本次研究了梁家灣水庫一個周年的葉綠素ɑ質(zhì)量濃度變化趨勢，見圖6。由于葉綠素ɑ的濃度值反映的是浮游植物的密度變化情況，而浮游植物密度是隨季節(jié)有顯著變化的，因此，葉綠素ɑ質(zhì)量濃度也表現(xiàn)為明顯的季節(jié)變化，分析結(jié)果顯示其變化規(guī)律為秋季＞夏季＞春季＞冬季，變化規(guī)律與浮游植物的變化規(guī)律一致。研究表明，溫度是影響浮游植物季節(jié)變化的主要原因。夏秋季水溫和營養(yǎng)鹽濃度均較高，很適合浮游植物的生長繁殖，但浮游植物的生長繁殖是一個逐漸積累的過程，隨著水溫的逐漸升高，到秋季達到浮游植物的高峰，進入冬季，由于水溫的驟降，導(dǎo)致浮游植物迅速減少，葉綠素ɑ質(zhì)量濃度降到最低。雖然本次研究測定的葉綠素ɑ濃度值以8月份為最大值，但是就季節(jié)變化來看，秋季的均值最大。

圖6 梁家灣水庫葉綠素ɑ的質(zhì)量濃度的周年變化圖

2.3.2 葉綠素ɑ含量與總氮濃度的關(guān)系

葉綠素ɑ含量與TN濃度的變化有關(guān)，見圖7，由圖7可以看出，當TN濃度小于0.5 mg/L時，葉綠素ɑ含量隨TN濃度增加而增加，當TN濃度大于0.5 mg/L時，葉綠素 ɑ含量隨TN濃度增加而減少。

圖7 葉綠素 ɑ含量與總氮濃度的關(guān)系

2.3.3 葉綠素ɑ含量與總磷濃度的關(guān)系

葉綠素 ɑ含量與TP濃度的關(guān)系是隨著水溫變化而變化的，與浮游植物季節(jié)變化有關(guān)，當溫度和其它營養(yǎng)鹽適宜藻類的生長繁殖時，TP濃度就是藻類生長繁殖的限制因素，葉綠素ɑ含量濃度隨TP含量濃度增加而增加（圖8）。

2.4 梁家灣水庫富營養(yǎng)化評價

按照中國環(huán)境監(jiān)測總站文件（總站生字[2001]090號）湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定，本次對梁家灣水庫的富營養(yǎng)化評價采用0-100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)進行分級，分級方法參照表2。營養(yǎng)狀態(tài)相同的水域，其指數(shù)越高表明營養(yǎng)程度越重。

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式如下：

TLI（TN）=10（5.453+1.694 lnTN）

TLI（TP）=10（9.436+1.624 lnTP）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661 lnCOD）

TLI（Chla）=10（2.5+1.086 lnChla）

TL（ISD）=10（5.118-1.94lnSD）

綜合TLI=［TL（IChla）＋TL（ISD）＋TL（ITP）＋TL（ITN）＋TL（ICODMn）］/5

2.4.1 梁家灣水庫周年富營養(yǎng)化評價

梁家灣水庫為期一周年的富營養(yǎng)化評價數(shù)據(jù)（見表3）。表3顯示了梁家灣水庫周年內(nèi)各采樣點的富營養(yǎng)化評價數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明：梁家灣水庫各采樣點富營養(yǎng)化評價指數(shù)值變化在20.24至59.26之間，最小值出現(xiàn)在冬季1月份中游，最大值出現(xiàn)在秋季9月份上游，全年平均值為43.25，按照表2營養(yǎng)分級指示屬于中營養(yǎng)水平。

表3 梁家灣水庫2014.11—2015.10周年富營養(yǎng)化評價表

2.4.2 富營養(yǎng)化水平的季節(jié)變化

水體的富營養(yǎng)化是指水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的含量超過一定的界限，在光照和水溫適宜的條件下，引起浮游植物過多生長繁殖，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。表4顯示了梁家灣水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)季節(jié)變化情況。梁家灣水庫浮游植物的密度大小與研究監(jiān)測的各環(huán)境因子之間隨著時間的季節(jié)變化具有一定的變化規(guī)律。因此，其富營養(yǎng)化水平也呈現(xiàn)出相似的季節(jié)變化規(guī)律。由表4可知，梁家灣水庫在整個調(diào)查期間，不同月份的富營養(yǎng)化水平有所差異。冬季評價結(jié)果為貧營養(yǎng)型，冬季的富營養(yǎng)化指數(shù)值為29.88，小于30，屬貧營養(yǎng)型接近中營養(yǎng)型水庫；夏季、春季評價結(jié)果為中營養(yǎng)到富營養(yǎng)化狀態(tài)，春季、夏季的富營養(yǎng)化指數(shù)值分別39.90、49.72，介于30～50之間，屬于中營養(yǎng)型水庫；秋季的富營養(yǎng)化評價指數(shù)為53.52，介于50～60之間，屬于輕度富營養(yǎng)型水庫；全年綜合平均TLI為43.25，綜合評價為中營養(yǎng)型水庫。從梁家灣水庫全年的逐月分析數(shù)據(jù)看，冬季的富營養(yǎng)化評價指數(shù)（TLI）最低，從11月的輕度富營養(yǎng)型水平迅速降低到12月的中營養(yǎng)型水平，這與入冬后溫度急劇下降導(dǎo)致水面結(jié)冰有很大關(guān)系，由于表層水溫從11月的平均水溫9.1℃迅速降低到12月份的平均水溫3.3℃，導(dǎo)致水體浮游生物不能生長繁殖，種群密度和生物量急劇下降，有些浮游動物大量形成冬卵以便來年水溫適宜時發(fā)育繁殖后代。春季隨著水溫逐漸升高，浮游生物及水體其它水生生物開始生長繁殖，各種群密度和生物量都逐漸增加，到秋季的9月份達到最高峰值TLI為59.26，此時梁家灣水庫的富營養(yǎng)化指數(shù)評價已經(jīng)接近輕度富營養(yǎng)狀態(tài)最大值水平?？傮w而言，梁家灣水庫水質(zhì)屬于較好的中營養(yǎng)型水庫，這與近幾年來全省各市實施的對水庫水質(zhì)保護措施有很大關(guān)系，全省禁止在水庫施肥養(yǎng)魚，禁止投放網(wǎng)箱養(yǎng)魚，一定程度上減少了對水庫水質(zhì)的污染，對保護水庫水質(zhì)，改善水庫水環(huán)境起到了較好的作用。

表4 梁家灣水庫季節(jié)富營養(yǎng)化評價表

2.4.3 富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)的空間變化

梁家灣水庫富營養(yǎng)化指數(shù)空間變化見表5。由表5可以看出，總體上看，梁家灣水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)變化不是很明顯，三個采樣點的富營養(yǎng)化狀態(tài)評價指數(shù)值相差甚微，具體來看，上游的TLI44.32，略高于中游（TLI42.44）和下游（TLI43.00），表明上游富營養(yǎng)化程度略大于中下游水質(zhì)，這是因為上游水淺，通常只有2.0～2.5 m水深，污染物由上游進到水庫還未進行水質(zhì)凈化，相對而言，上游更容易受到污染，而中下游的水體較上游而言較深，水深一般有4.0～5.8 m，經(jīng)過水體的自凈作用，水中一些污染物質(zhì)會沉積在底泥中，相對上游水質(zhì)而言，中下游水質(zhì)會更好，富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)也會略低?？傮w來看，空間變化不明顯。綜合評價全年富營養(yǎng)化狀態(tài)，未達到富營養(yǎng)化水平，為中營養(yǎng)水平。

表5 梁家灣水庫富營養(yǎng)化指數(shù)空間變化表

3 結(jié)論

根據(jù)梁家灣水庫2014.11—2015.10一周年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析該水庫水體中總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）及葉綠素（Chl-a）等水質(zhì)指標的變化情況，并進行富營養(yǎng)化評價。結(jié)果表明：TN質(zhì)量濃度變化范圍為0.169～0.683 mg/L，年平均值為0.405mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）II類標準，TP質(zhì)量濃度變化范圍為0.002～0.072 mg/L，年平均值為0.029 mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準，TN/TP的年平均值為42.8，梁家灣水庫屬于磷（P）限制型。TN質(zhì)量濃度春季、夏季相對低于秋季、冬季；TP質(zhì)量濃度在冬季和春季相對低于夏季和秋季；Chl-a質(zhì)量濃度在夏季和秋季較高，最大值出現(xiàn)在8月份，春季和冬季較低。富營養(yǎng)化評價表明，梁家灣水庫為中營養(yǎng)，說明近年來對水庫水質(zhì)保護措施起的作用很大。