梁家灣水庫(kù)水質(zhì)理化因子及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

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(kù)是濁漳河西源干流上一座?。á瘢┬退畮?kù)，該水庫(kù)是一座以防洪、灌溉、養(yǎng)魚為主要功能的小型水庫(kù)，近年來(lái)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展良好，是支持水庫(kù)的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源。對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響程度究竟有多大，一直以來(lái)，還沒(méi)有人進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的調(diào)查研究。為此，我們于2014年11月至2015年10月對(duì)梁家灣水庫(kù)的理化因子及其富營(yíng)養(yǎng)化水平進(jìn)行調(diào)查研究，目的在于為進(jìn)一步合理利用梁家灣水庫(kù)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(yíng)養(yǎng)化是指湖泊、水庫(kù)、河口等緩流水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量超過(guò)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(guò)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(diǎn)設(shè)置及采樣時(shí)間與方法

1.1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

項(xiàng)目實(shí)施地梁家灣水庫(kù)位于山西省長(zhǎng)治市沁縣縣城境內(nèi)，是一座小型水庫(kù)，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(wàn)公斤，由于梁家灣水庫(kù)是沿河道走向的小型水庫(kù)，幾乎沒(méi)有庫(kù)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(gè)斷面，采樣點(diǎn)的設(shè)置圖見(jiàn)圖1。

圖1 梁家灣水庫(kù)采樣點(diǎn)設(shè)置圖

1.1.2 采樣時(shí)間

2014年11月至2015年10月每月中旬對(duì)梁家灣水庫(kù)進(jìn)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(cè)的理化因子要求不同分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)項(xiàng)目。具體來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定項(xiàng)目包括水溫、透明度、pH、水深。1）水溫用表層水溫計(jì)測(cè)定。2）透明度用透明度盤測(cè)定。3）pH值用便攜式pH計(jì)測(cè)定。4）水深用錐形水深錘測(cè)定。

現(xiàn)場(chǎng)采樣并固定項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行固定。

1.2 水質(zhì)理化樣品的處理及檢測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)采樣并固定的理化樣品當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)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(guò)濾水樣，再用丙酮萃取，采用分光光度法測(cè)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(kù)總氮的質(zhì)量濃度周年變化圖

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

由圖2和表1可以看出，TN質(zhì)量濃度季節(jié)變化趨勢(shì)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(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）II類標(biāo)準(zhǔn)。

表1 2015年梁家灣水庫(kù)水質(zhì)指標(biāo)情況表

2.1.2 總磷（TP）

圖3顯示了梁家灣水庫(kù)總磷（TP）質(zhì)量濃度周年變化曲線，通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)0.025 mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。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(kù)水體TP質(zhì)量濃度也會(huì)較高。

圖3 梁家灣水庫(kù)總磷的質(zhì)量濃度周年變化圖

2.1.3 TN/TP

梁家灣水庫(kù)TN/TP的周年變化見(jiàn)圖4。氮、磷是水中浮游植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，二者含量達(dá)到一定比例時(shí)最有利于浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，否則，就會(huì)成為浮游植物生長(zhǎng)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(jìn)行了研究，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為水體中TN/TP在10～15時(shí)浮游植物生長(zhǎng)繁殖較快。當(dāng)TN/TP＜10時(shí)，N是浮游植物生長(zhǎng)的限制性因素。當(dāng)TN/TP＞14時(shí)（屠清瑛等），水體中浮游植物生長(zhǎng)的限制性因素主要是磷。圖4顯示梁家灣水庫(kù)TN/TP的周年變化圖，其年平均值為42.8，TN/TP遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于14，由此可以看出，梁家灣水庫(kù)屬于磷（P）限制型水庫(kù)。

圖4 梁家灣水庫(kù)TN/TP的周年變化圖

2.2 高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）

梁家灣水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）質(zhì)量濃度周年變化趨勢(shì)見(jiàn)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。總體來(lái)看，季節(jié)變化趨勢(shì)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(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），屬于Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 梁家灣水庫(kù)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(kù)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(jìn)行光合作用，吸收水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，制造有機(jī)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(gè)光合作用過(guò)程中的能量傳遞中心。通過(guò)測(cè)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(zhǎng)繁殖狀況。本次研究了梁家灣水庫(kù)一個(gè)周年的葉綠素ɑ質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)，見(jiàn)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(yíng)養(yǎng)鹽濃度均較高，很適合浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，但浮游植物的生長(zhǎng)繁殖是一個(gè)逐漸積累的過(guò)程，隨著水溫的逐漸升高，到秋季達(dá)到浮游植物的高峰，進(jìn)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(cè)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(lái)看，秋季的均值最大。

圖6 梁家灣水庫(kù)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(jiàn)圖7，由圖7可以看出，當(dāng)TN濃度小于0.5 mg/L時(shí)，葉綠素ɑ含量隨TN濃度增加而增加，當(dāng)TN濃度大于0.5 mg/L時(shí)，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(dāng)溫度和其它營(yíng)養(yǎng)鹽適宜藻類的生長(zhǎng)繁殖時(shí)，TP濃度就是藻類生長(zhǎng)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(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

按照中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站文件（總站生字[2001]090號(hào)）湖泊（水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定，本次對(duì)梁家灣水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)采用0-100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)方法參照表2。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)相同的水域，其指數(shù)越高表明營(yíng)養(yǎng)程度越重。

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)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(kù)周年富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

梁家灣水庫(kù)為期一周年的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。表3顯示了梁家灣水庫(kù)周年內(nèi)各采樣點(diǎn)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明：梁家灣水庫(kù)各采樣點(diǎn)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)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(yíng)養(yǎng)分級(jí)指示屬于中營(yíng)養(yǎng)水平。

表3 梁家灣水庫(kù)2014.11—2015.10周年富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)表

2.4.2 富營(yíng)養(yǎng)化水平的季節(jié)變化

水體的富營(yíng)養(yǎng)化是指水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量超過(guò)一定的界限，在光照和水溫適宜的條件下，引起浮游植物過(guò)多生長(zhǎng)繁殖，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。表4顯示了梁家灣水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)季節(jié)變化情況。梁家灣水庫(kù)浮游植物的密度大小與研究監(jiān)測(cè)的各環(huán)境因子之間隨著時(shí)間的季節(jié)變化具有一定的變化規(guī)律。因此，其富營(yíng)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(kù)在整個(gè)調(diào)查期間，不同月份的富營(yíng)養(yǎng)化水平有所差異。冬季評(píng)價(jià)結(jié)果為貧營(yíng)養(yǎng)型，冬季的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)值為29.88，小于30，屬貧營(yíng)養(yǎng)型接近中營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)；夏季、春季評(píng)價(jià)結(jié)果為中營(yíng)養(yǎng)到富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，春季、夏季的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)值分別39.90、49.72，介于30～50之間，屬于中營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)；秋季的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指數(shù)為53.52，介于50～60之間，屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)；全年綜合平均TLI為43.25，綜合評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)。從梁家灣水庫(kù)全年的逐月分析數(shù)據(jù)看，冬季的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指數(shù)（TLI）最低，從11月的輕度富營(yíng)養(yǎng)型水平迅速降低到12月的中營(yíng)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(zhǎng)繁殖，種群密度和生物量急劇下降，有些浮游動(dòng)物大量形成冬卵以便來(lái)年水溫適宜時(shí)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(kāi)始生長(zhǎng)繁殖，各種群密度和生物量都逐漸增加，到秋季的9月份達(dá)到最高峰值TLI為59.26，此時(shí)梁家灣水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)已經(jīng)接近輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)最大值水平?？傮w而言，梁家灣水庫(kù)水質(zhì)屬于較好的中營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)，這與近幾年來(lái)全省各市實(shí)施的對(duì)水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)措施有很大關(guān)系，全省禁止在水庫(kù)施肥養(yǎng)魚，禁止投放網(wǎng)箱養(yǎng)魚，一定程度上減少了對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的污染，對(duì)保護(hù)水庫(kù)水質(zhì)，改善水庫(kù)水環(huán)境起到了較好的作用。

表4 梁家灣水庫(kù)季節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)表

2.4.3 富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)的空間變化

梁家灣水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間變化見(jiàn)表5。由表5可以看出，總體上看，梁家灣水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)變化不是很明顯，三個(gè)采樣點(diǎn)的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)值相差甚微，具體來(lái)看，上游的TLI44.32，略高于中游（TLI42.44）和下游（TLI43.00），表明上游富營(yíng)養(yǎng)化程度略大于中下游水質(zhì)，這是因?yàn)樯嫌嗡疁\，通常只有2.0～2.5 m水深，污染物由上游進(jìn)到水庫(kù)還未進(jìn)行水質(zhì)凈化，相對(duì)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(guò)水體的自凈作用，水中一些污染物質(zhì)會(huì)沉積在底泥中，相對(duì)上游水質(zhì)而言，中下游水質(zhì)會(huì)更好，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)也會(huì)略低?？傮w來(lái)看，空間變化不明顯。綜合評(píng)價(jià)全年富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平，為中營(yíng)養(yǎng)水平。

表5 梁家灣水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間變化表

3 結(jié)論

根據(jù)梁家灣水庫(kù)2014.11—2015.10一周年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析該水庫(kù)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(biāo)的變化情況，并進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。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(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）II類標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，TN/TP的年平均值為42.8，梁家灣水庫(kù)屬于磷（P）限制型。TN質(zhì)量濃度春季、夏季相對(duì)低于秋季、冬季；TP質(zhì)量濃度在冬季和春季相對(duì)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(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)表明，梁家灣水庫(kù)為中營(yíng)養(yǎng)，說(shuō)明近年來(lái)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)措施起的作用很大。