駱馬湖夏季水質(zhì)空間分布特征及評(píng)價(jià)

唐金玉,覃寶利,吳 春,葉建勇,王宣朋,丁辰龍①

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)科所,江蘇 宿遷 223800; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,江蘇 南京 210014)

城郊湖泊作為一種重要水生態(tài)系統(tǒng),承擔(dān)著城市氣候調(diào)節(jié)、水資源調(diào)蓄、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和旅游景觀等多種功能,對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和城市安全具有重要影響[1-2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人類活動(dòng)如生活污水、工農(nóng)業(yè)排水、漁業(yè)養(yǎng)殖和航運(yùn)等行為造成湖泊水環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等問(wèn)題日益凸顯,嚴(yán)重削弱城郊湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[3]。研究表明,不同人類活動(dòng)對(duì)水環(huán)境污染物組成的影響不同[4-5]。因此,開展人類活動(dòng)影響下城郊湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和水環(huán)境評(píng)價(jià),對(duì)水資源保護(hù)和和生態(tài)服務(wù)功能開發(fā)利用具有重要意義[6]。

駱馬湖地處江蘇省宿遷市城郊,是南水北調(diào)工程重要的調(diào)蓄庫(kù),同時(shí)也是宿遷市和徐州市等地重要飲用水源。近幾年,由于駱馬湖流域工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,水體富營(yíng)養(yǎng)化、重金屬污染和PPCPs污染等問(wèn)題受到廣泛關(guān)注[7-11]。然而,已有研究因采樣點(diǎn)偏少難以體現(xiàn)全湖水質(zhì)特征[8],或根據(jù)功能區(qū)域設(shè)置采樣點(diǎn),沒(méi)有考慮駱馬湖過(guò)水性湖泊特征[7]。此外,有關(guān)駱馬湖天然水化學(xué)(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-和CO32-)含量及分布特征尚鮮見(jiàn)報(bào)道。通過(guò)調(diào)查駱馬湖水體理化指標(biāo),利用Piper三角圖和等值線圖法分析駱馬湖水質(zhì)空間分布特征及其影響因素,并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析其水質(zhì)變化特征,以期為城郊過(guò)水性湖泊水環(huán)境管理、多樣性保護(hù)和生態(tài)服務(wù)功能開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

駱馬湖(34°00′～34°14′ N,118°05′～118°19′ E)位于江蘇省北部,地跨宿遷市宿豫區(qū)和徐州市新沂市。駱馬湖是淮河流域第3大湖泊,平均水深為3.32 m,水面面積為287 km2,容積9.18億m3,匯水面積約為1 300 km2(湖泊水位為22.83 m)。駱馬湖北面通過(guò)京杭大運(yùn)河與山東南四湖相連,南面與洪澤湖相連,繼而與長(zhǎng)江水系相通,入湖河流主要有沂河水系、南四湖水系和邳蒼地區(qū)共40多條支流,出流有3處,分別為經(jīng)嶂山閘入新沂河,經(jīng)皂河閘入中運(yùn)河(下段)和經(jīng)洋河灘閘入總六塘河。據(jù)統(tǒng)計(jì),駱馬湖年水位變幅為1.90～5.73 m,年換水10次左右,屬典型過(guò)水性湖泊[7, 10]。

1.2 樣品采集與分析

駱馬湖北部主要為圈圩及圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)域,其面積約占湖泊面積的14.2%,因采樣船進(jìn)出困難,故未列入調(diào)查范圍。根據(jù)駱馬湖南部形態(tài)特征、面積大小和水流方向,共布設(shè)20個(gè)采樣點(diǎn)(標(biāo)記為 L01～L20,圖1)。其中,采樣點(diǎn)L14、L16和L19為水草區(qū),其余采樣點(diǎn)附近無(wú)水草。此外,采樣點(diǎn)L10毗鄰采砂區(qū),L13毗鄰網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)。采樣時(shí)間為2017年6月9日、7月9日和8月9日,采樣點(diǎn)使用GPS(集思寶G120BD)定位。

圖1 駱馬湖水質(zhì)采樣點(diǎn)示意

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定參數(shù)為水溫、ρ(DO)(YSI 85溶氧儀)、pH(YSI 60 pH計(jì))和透明度(塞氏盤)。利用5 L 采水器在水面下采集水樣。每個(gè)采樣點(diǎn)采樣數(shù)由水深(Meacon MIK-SFCC超聲波測(cè)深儀)決定,當(dāng)水深為<2 m時(shí),于水面下0.5 m處采樣;當(dāng)水深為2～3 m時(shí),距湖底0.5 m處加采1個(gè)水樣;當(dāng)水深為>3～5 m時(shí),于中間層(1.5～2.5 m)再增加1個(gè)采水樣點(diǎn);當(dāng)水深為>5 m時(shí),除于水面下和湖底上0.5 m處采樣外,每隔3 m加采1個(gè)水樣。將各層水樣等量混合后,以混合水樣作為采樣點(diǎn)水樣,分別灌入1 L玻璃樣品瓶(用于水化學(xué)分析)和200 mL玻璃樣品瓶(用于葉綠素a分析)中。將玻璃樣品瓶置于預(yù)先加水的船艙中(水深10～15 cm),并加蓋薄木板遮陰。采樣完成后將水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,并在3 d內(nèi)完成水化學(xué)分析(分析前保存在4 ℃條件下)。水化學(xué)指標(biāo)包括ρ(CO32-)、ρ(HCO3-)、ρ(Cl-)、ρ(SO42-)、ρ(Ca2+)、ρ(Mg2+)、總堿度、總硬度、ρ〔TAN(NH4+和NH3)〕、ρ(NO2-)、ρ(NO3-)、ρ(PO43-)、ρ(TN)、ρ(TP)和高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)。水化學(xué)指標(biāo)和葉綠素a濃度根據(jù)文獻(xiàn)[12]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

ρ(Na++K+)計(jì)算公式[12]為

ρ(Na++K+)=[1/2×ρ(CO32-)+ρ(HCO3-)+1/2×

ρ(SO42-)+ρ(Cl-)-1/2×ρ(Ca2+)-

1/2×ρ(Mg2+)]×25。

(1)

式(1)中,ρ(Na++K+)單位為mg·L-1;ρ(CO32-)、ρ(HCO3-)、ρ(SO42-)、ρ(Cl-)、ρ(Ca2+)和ρ(Mg2+)單位為mmol·L-1。

利用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI,ITL)評(píng)價(jià)駱馬湖夏季營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),計(jì)算公式[13]為

(2)

式(2)中,ITL,j分別為透明度、TN、TP、CODMn和葉綠素a指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種指標(biāo)權(quán)重。各指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、相關(guān)權(quán)重和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[13]。

先采用單因素方差分析(one-way ANOVA)方法檢驗(yàn)空間分布對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的影響,再采用HSD檢驗(yàn)法進(jìn)一步比較不同采樣點(diǎn)間各指標(biāo)差異。利用Piper三角圖和等值線圖法分析駱馬湖夏季水質(zhì)分布特征。數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和繪圖采用ArcGIS 10.2和Origin 9.2軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 駱馬湖夏季水溫、透明度、ρ(DO)和pH

駱馬湖夏季水溫、透明度、ρ(DO)和pH見(jiàn)表1。2017年夏季駱馬湖水溫為25.4～29.6 ℃〔平均值為(27.1±1.9) ℃〕,透明度為60～110 cm〔平均值為(82±20) cm〕,ρ(DO)為6.25～12.23 mg·L-1〔平均值為(8.92±1.54) mg·L-1〕,pH值為8.02～8.82(平均值為8.45±0.24)。one-way ANOVA分析表明,空間分布對(duì)pH值影響極顯著(F=3.37,P<0.01),但對(duì)水溫、透明度和ρ(DO)無(wú)顯著影響(P>0.05)。

表1駱馬湖夏季水溫、透明度、ρ(DO)和pH值

Table1Watertemperature,secchidepth,dissolvedoxygenandpHinLuomaLakeduringsummertime

采樣點(diǎn)水溫/℃透明度/cmρ(DO)/(mg·L-1)pH值1)采樣點(diǎn)水溫/℃透明度/cmρ(DO)/(mg·L-1)pH值1) L0126.2±3.495±77.49±0.208.27±0.09aL1127.6±2.181±810.46±2.388.54±0.16a L0226.5±3.185±77.51±0.498.26±0.04aL1227.4±2.093±189.22±1.278.47±0.21a L0326.3±2.775±77.70±1.058.20±0.08aL1327.8±2.5121±3210.91±1.878.70±0.14a L0426.7±3.465±37.21±1.048.16±0.13aL1427.6±2.295±710.22±2.808.65±0.23a L0526.8±3.578±47.33±1.538.12±0.14aL1527.7±2.370±149.65±1.998.66±0.23a L0626.9±2.462±38.45±2.208.20±0.11aL1627.3±2.395±2110.22±1.888.67±0.19a L0726.8±2.368±118.41±2.048.34±0.08aL1727.5±2.078±49.02±0.568.65±0.07a L0827.3±1.869±59.47±1.278.28±0.37aL1827.4±2.280±39.51±0.938.70±0.13a L0927.2±2.273±189.50±0.088.54±0.06aL1927.3±2.778±49.09±0.308.65±0.01a L1027.7±1.995±77.99±1.388.29±0.25aL2027.2±3.585±219.11±0.918.63±0.11a

1)同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同采樣點(diǎn)間pH值差異顯著(P<0.05)。

2.2 駱馬湖夏季主要離子、總堿度和總硬度

駱馬湖夏季主要離子濃度、總堿度和總硬度見(jiàn)表2。2017年夏季駱馬湖ρ(HCO3-)(F=3.03)、ρ(Ca2+)(F=3.51)、ρ(Mg2+)(F=3.23)、總堿度(F=3.03)和總硬度(F=4.21)空間差異極顯著(P<0.01)。其中,采樣點(diǎn)L18與L09、L10和L11間ρ(HCO3-)和總堿度差異顯著,L09、L10與L16～L20間ρ(Ca2+)差異顯著,L10與L01、L16、L19和L20間總硬度差異顯著(P<0.05,表2)。

由圖2可知,駱馬湖不同湖區(qū)主要離子組成差異較小。陰離子以Cl-為最多,約占陰離子總量的37.3%～52.6%〔平均值為(45.3±4.2)%〕,其次為HCO3-,約占陰離子總量的33.7%～46.8%〔平均值為(40.1±3.7)%〕。而陽(yáng)離子以Na++K+為最豐富,約占陽(yáng)離子總量的62.1%～68.7%〔平均值為(65.2±1.7)%〕。駱馬湖水化學(xué)類型主要為氯化物型〔Na+(K+)+Cl-〕,部分采樣點(diǎn)如L09～L12等處水化學(xué)類型為重碳酸鹽型〔Na+(K+)+HCO3-〕。

表2駱馬湖夏季主要離子濃度、總堿度和總硬度

Table2Concentrationsofthemainions,totalalkalinityandtotalhardnessinLuomaLakeduringsummertime

采樣點(diǎn)ρ(HCO3-)1)/(mg·L-1)ρ(Cl-)/(mg·L-1)ρ(SO42-)/(mg·L-1)ρ(Ca2+)1)/(mg·L-1)ρ(Mg2+)1)/(mg·L-1)ρ(Na++K+)/(mg·L-1)總堿度1)/(mg·L-1)總硬度1)/(mg·L-1) L01137.35±6.05ab78.42±19.5972.76±8.0341.12±2.18ab21.52±1.07a96.94±13.60113.73±5.01ab192.66±9.94b L02135.53±12.88ab78.77±17.9766.59±10.5645.75±0.40ab19.96±2.28a95.00±9.81112.22±10.67ab197.75±8.50ab L03135.51±8.66ab79.52±18.3278.93±5.2152.35±4.96ab16.42±4.77a96.90±10.97112.20±7.18ab199.48±7.49ab L04138.93±18.73ab77.48±17.1273.16±4.3748.84±3.97ab17.35±2.73a96.73±5.13115.03±15.52ab194.59±1.44ab L05136.33±20.28ab74.74±14.3773.66±2.8261.61±20.44ab10.91±13.51a91.08±1.59112.88±16.80ab191.33±5.19ab L06140.78±16.12ab70.05±11.2772.86±11.2754.88±2.18ab12.80±2.97a92.70±3.66116.56±13.35ab190.72±6.92ab L07145.84±8.09ab64.82±5.2868.48±4.7960.49±6.95ab12.71±0.85a88.82±5.93120.75±6.69ab204.37±13.83ab L08158.22±2.10ab63.03±4.8670.57±0.7064.70±13.30ab11.87±7.12a92.02±2.20131.01±1.75ab211.40±3.60ab L09170.88±3.01a63.88±3.2471.46±1.1375.31±9.81a10.36±6.37a95.39±3.41141.48±2.48a231.68±2.02ab L10169.37±5.14a66.32±3.1776.84±5.6356.98±2.78a22.43±1.94a96.63±3.46140.23±4.25a236.16±1.15a L11176.59±14.48a67.06±3.5268.58±9.7246.74±14.89ab27.53±7.72a99.59±1.56146.21±12.00a231.78±5.04ab L12159.57±8.72ab72.30±13.0467.88±19.4342.86±10.04ab28.14±1.36a97.10±10.57132.12±7.22ab224.65±19.45ab L13138.66±34.03ab76.93±21.9876.54±0.4242.55±8.10ab23.73±2.55a95.31±5.45114.81±28.18ab205.45±30.92ab L14150.80±8.34ab76.03±19.7377.54±4.0840.53±11.12ab26.60±4.30a98.93±12.24124.86±6.91ab212.37±9.86ab L15142.56±2.95ab76.78±19.3871.27±6.7641.54±3.18ab23.19±2.68a96.72±12.92118.03±2.45ab200.68±3.21ab L16132.66±2.03ab79.77±19.3873.76±3.8034.53±9.92b25.42±6.97a96.12±12.78109.84±1.68ab192.42±4.23b L17129.09±1.45ab80.87±18.1171.66±2.2534.95±2.98b25.80±4.04a94.83±12.47106.89±1.20ab195.08±9.40ab L18112.40±13.63b82.16±17.8375.25±1.9731.02±1.39b28.32±2.30a89.28±6.4693.07±11.29b195.76±6.13ab L19154.94±14.56ab80.77±20.0880.63±3.9435.09±9.92b25.48±5.85a106.64±20.68128.29±12.05ab194.10±0.45b L20131.20±6.23ab81.02±20.4380.13±3.8033.54±10.52b25.97±5.92a97.25±12.53108.63±5.16ab192.27±1.62b

1)同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同采樣點(diǎn)間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。總堿度和總硬度均以CaCO3計(jì)。未檢測(cè)到CO32-。

圖2 駱馬湖夏季主要離子Piper三角圖

2.3 駱馬湖夏季N、P和有機(jī)質(zhì)

2017年夏季駱馬湖水體ρ(TN)為2.540～3.246 mg·L-1,ρ(TP)為0.173～0.531 mg·L-1,TN/TP為5.95～15.31,CODMn為9.90～14.29 mg·L-1(表3)。空間分布對(duì)駱馬湖夏季水體ρ(PO43-)影響顯著(F=2.43,P<0.05),而對(duì)TAN、NO2-、NO3-、TN和TP濃度以及TN/TP和CODMn均無(wú)顯著影響(P>0.05)。

表3駱馬湖夏季氮、磷及有機(jī)質(zhì)含量

Table3Concentrationsofnitrogen,phosphorusandCODMninLuomaLakeduringsummertime

采樣點(diǎn)ρ(TAN)/(mg·L-1)ρ(NO2-)/(mg·L-1)ρ(NO3-)/(mg·L-1)ρ(PO43-)1)/(mg·L-1)ρ(TN)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)TN/TPCODMn/(mg·L-1) L010.179±0.0140.047±0.0360.322±0.2600.003±0.001a2.691±0.3900.219±0.18014.47±10.1411.20±2.55 L020.153±0.1290.047±0.0360.313±0.2710.003±0.001a2.843±0.1540.212±0.07114.23±4.769.90±0.97 L030.184±0.0930.069±0.0180.404±0.1300.004±0.002a2.599±0.1890.231±0.08712.12±4.5712.72±0.45 L040.131±0.0450.069±0.0160.388±0.1530.008±0.009a2.540±0.2600.239±0.12012.18±6.1211.33±0.74 L050.144±0.0910.075±0.0150.482±0.0410.002±0.001a2.750±0.2130.254±0.09811.70±4.5111.01±2.79 L060.268±0.2300.081±0.0240.492±0.0210.009±0.002a2.574±0.1060.304±0.0498.57±1.3811.44±0.56 L070.303±0.0020.104±0.0250.474±0.0190.042±0.054a3.053±0.0710.385±0.0337.96±0.6811.99±0.34 L080.148±0.1220.100±0.0530.481±0.0510.052±0.052a3.070±0.0710.424±0.0337.27±0.5613.47±1.57 L090.143±0.1150.067±0.0310.514±0.0290.044±0.060a3.120±0.1300.504±0.0606.23±0.7413.34±0.88 L100.218±0.0510.066±0.0260.516±0.0250.064±0.135a3.095±0.2360.531±0.1095.95±1.2213.69±0.58 L110.135±0.0690.076±0.0450.581±0.0010.058±0.015a3.070±0.3190.474±0.1476.81±2.1112.51±1.35 L120.210±0.1120.056±0.0210.578±0.0030.053±0.071a3.187±0.3430.304±0.15812.11±6.2911.39±0.60 L130.150±0.0090.020±0.0270.455±0.1780.020±0.013a3.246±0.6030.427±0.2789.63±6.2612.13±3.78 L140.182±0.0100.045±0.0020.414±0.2360.017±0.008a3.221±0.2360.223±0.10914.38±7.9911.67±3.92 L150.117±0.0160.034±0.0220.342±0.3360.015±0.011a3.221±0.3430.258±0.15813.37±9.4213.57±0.49 L160.129±0.0060.039±0.0130.468±0.1550.006±0.001a3.196±0.1300.173±0.06014.63±6.7914.29±1.59 L170.095±0.0030.035±0.0480.470±0.1280.006±0.001a3.229±0.2960.289±0.13612.58±5.9412.93±2.43 L180.086±0.0090.039±0.0540.382±0.2630.016±0.002a3.212±0.2250.212±0.10415.23±8.4310.93±4.19 L190.092±0.0790.036±0.0500.376±0.2600.020±0.010a3.196±0.1660.208±0.07614.49±6.0512.09±3.11 L200.081±0.0370.040±0.0490.374±0.2810.016±0.007a3.196±0.3070.200±0.14215.31±10.0812.15±2.35

1)同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示不同采樣點(diǎn)間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。TAN包括NH4+和NH3。

2.4 駱馬湖夏季葉綠素a

采樣點(diǎn)L01～L20處ρ(葉綠素a)分別為(31.7±4.4)、(30.8±0.2)、(30.9±2.9)、(30.0±0.1)、(26.1±1.1)、(33.1±7.1)、(37.5±8.2)、(42.7±2.4)、(45.4±5.2)、(39.6±6.1)、(40.6±12.3)、(31.2±11.4)、(30.1±18.0)、(35.4±5.7)、(40.7±6.9)、(34.0±2.9)、(35.2±1.9)、(35.4±0.3)、(33.7±0.2)和(27.9±6.3) μg·L-1。2017年夏季駱馬湖水體ρ(葉綠素a)為27.87～45.36 μg·L-1,其中采樣點(diǎn)L08、L09、L11和L15處ρ(葉綠素a)>40 μg·L-1。one-way ANOVA分析表明,空間分布對(duì)ρ(葉綠素a)無(wú)顯著影響(P>0.05)。

2.5 駱馬湖夏季ρ(TN)、ρ(TP)、CODMN和葉綠素a空間分布特征

由圖3可知,駱馬湖夏季主要富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)總體呈北高東低的趨勢(shì)。TN、CODMn和葉綠素a濃度最高的區(qū)域主要集中于中運(yùn)河(上段)和老沂河入湖河口處,而TP濃度最高的區(qū)域則主要位于沂河入湖河口和老沂河與沂河客水入湖河口處,而上述指標(biāo)濃度最低的區(qū)域均位于新沂河出湖河口處。駱馬湖ρ(TN)、ρ(TP)和CODMn最高區(qū)域比最低區(qū)域分別高0.63、0.30和4.03 mg·L-1。

2.6 駱馬湖夏季綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2017年夏季各采樣點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為64.2～72.6,平均值為67.2±2.2,其中采樣點(diǎn)L08和L09處ITL>70,達(dá)到重度富營(yíng)養(yǎng)化(圖4)。不同采樣點(diǎn)ITL間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

3 討論

3.1 駱馬湖夏季透明度、ρ(DO)和pH

研究發(fā)現(xiàn),1991—2003年駱馬湖透明度和ρ(DO)變化范圍分別為60～132 cm和8.53～9.98 mg·L-1[8];2004—2005年駱馬湖ρ(DO)和pH值變化范圍分別為8.09～8.42 mg·L-1和8.10～8.36[14];2006—2011年駱馬湖ρ(DO)和pH值變化范圍分別為4.59～9.50 mg·L-1和7.93～9.19[9];2014年駱馬湖透明度、ρ(DO)和pH值分別為100 cm、9.21 mg·L-1和9.21[7]。筆者研究發(fā)現(xiàn)2017年夏季駱馬湖透明度、ρ(DO)和pH值分別為60～110 cm、6.25～12.23 mg·L-1和8.02～8.82,表明盡管近年來(lái)駱馬湖水生植物現(xiàn)存量下降，優(yōu)質(zhì)水草種類減少[15],但駱馬湖透明度、ρ(DO)和pH均未發(fā)生較大變化,說(shuō)明湖水中懸浮顆粒組成以產(chǎn)氧的浮游植物為主,呼吸耗氧量較低。

圖3 駱馬湖夏季ρ(TN)、ρ(TP)、CODMn和葉綠素a空間分布

圖4 駱馬湖夏季綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

3.2 駱馬湖夏季主要離子及其分布特征

水體中天然水化學(xué)特征及變化規(guī)律對(duì)于研究湖泊水化學(xué)變化過(guò)程和評(píng)價(jià)水體化學(xué)類型等具有重要意義[16]。已有研究表明,駱馬湖是重碳酸鹽類鈣型淡水湖,其主要離子組成以HCO3-和Ca2+為主[17-18]。筆者研究發(fā)現(xiàn),東北部湖區(qū)ρ(HCO3-)、ρ(Ca2+)、總堿度和總硬度顯著高于西南部湖區(qū),初步分析與東北部采砂活動(dòng)加速湖底泥中HCO3-和Ca2+溶解有關(guān)。Piper三角圖分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)前駱馬湖水體陰陽(yáng)離子以Na++K+和Cl-為主,除采樣點(diǎn)L09～L12水化學(xué)類型為重碳酸鹽型〔Na+(K+)+HCO3-〕外,其他采樣點(diǎn)水化學(xué)類型均為氯化物型〔Na+(K+)+Cl-〕,說(shuō)明駱馬湖主要離子組成和水化學(xué)類型已發(fā)生顯著改變。水體中Na++K+占陽(yáng)離子比例為65.2%,Cl-占陰離子比例為45.3%,而ρ(Na++K+)與ρ(Cl-)的比值為1.5～2.1,說(shuō)明水巖作用對(duì)駱馬湖主要離子的影響較小,其他因素如人類活動(dòng)等可能是其水化學(xué)類型發(fā)生改變的主要原因。該結(jié)論尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.3 駱馬湖夏季主要富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)及其分布特征

筆者研究發(fā)現(xiàn)2017年夏季駱馬湖TN和TP濃度明顯高于1991—2014年[7-10,14],這是因?yàn)?(1)入湖污染物總量增加。以2008年為例,駱馬湖入湖N和P總量分別為35 441.3和1 398.4 t,分別為1998年和2003—2008年N、P入湖量的2.25和1.35倍以及1.15和1.17倍[19]。(2)夏季降水比較頻繁,大量工農(nóng)業(yè)、生活和旅游業(yè)污水隨徑流進(jìn)入湖泊。黃文鈺等[19]比較了入湖河道中運(yùn)河和沂河春、夏、秋和冬季的N、P濃度,發(fā)現(xiàn)夏季入湖N、P濃度高于其他季節(jié)。(3)夏、秋季是水產(chǎn)養(yǎng)殖主要季節(jié),投餌等生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)湖水富營(yíng)養(yǎng)化的影響也不容忽視[20]。作為過(guò)水性湖泊,駱馬湖水質(zhì)的變化是對(duì)區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)強(qiáng)烈程度的反饋[21]。CODMn是評(píng)價(jià)湖泊水體有機(jī)污染的重要指標(biāo),其濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致ρ(DO)被大量消耗。盡管筆者研究發(fā)現(xiàn)駱馬湖夏季CODMn遠(yuǎn)高于已有報(bào)道,但水體中ρ(DO)并無(wú)顯著變化,表明水體中懸浮有機(jī)物增加部分主要為浮游植物,且其光合作用大于呼吸作用。

目前,有關(guān)駱馬湖水質(zhì)空間分布特征的報(bào)道較少。胡婷婷等[7]通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽聚類分析發(fā)現(xiàn),駱馬湖可分為北部湖區(qū)和南部湖區(qū)兩個(gè)部分,且北高南低。申霞等[10]調(diào)查發(fā)現(xiàn),駱馬湖西北部由于中運(yùn)河和沂河客水匯入,其水質(zhì)差于東南部。張芹等[11]發(fā)現(xiàn)駱馬湖表層水體中32種PPCPs類物質(zhì)空間分布具有一定差異性,呈現(xiàn)東北部地區(qū)高、西南部地區(qū)低的趨勢(shì)。筆者研究中,主要富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)ρ(TN)、ρ(TP)、CODMn和ρ(葉綠素a)空間分布總體呈現(xiàn)北高東低的趨勢(shì)。不同指標(biāo)的分布規(guī)律不同,ρ(TN)、CODMn和ρ(葉綠素a)在中運(yùn)河(上段)和老沂河入湖河口區(qū)域濃度最高,說(shuō)明中運(yùn)河和老沂河水體中N污染物含量較高,導(dǎo)致該區(qū)域浮游植物生物量和CODMn高于其他湖區(qū)。ρ(TP)在沂河和老沂河入湖河口區(qū)域濃度較高,說(shuō)明沂河和老沂河水體中P濃度高于中運(yùn)河(上段)。此外,湖區(qū)西南部水體中TP和葉綠素a濃度較低,其原因可能與西南部水草區(qū)內(nèi)水生高等植物生長(zhǎng)攝取P元素及通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或分泌化感物質(zhì)抑制浮游植物的增殖有關(guān)[22]。上述結(jié)果表明,駱馬湖水質(zhì)空間分布具有一定復(fù)雜性,不僅與湖泊形態(tài)、水文條件和水生植被等自然因素有關(guān),同時(shí)受沿岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、污染輸入規(guī)模、水資源管理模式和功能定位等人為因素的影響[23]。

3.4 駱馬湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

根據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(ITL)評(píng)價(jià)結(jié)果,駱馬湖“十五”期間(2001—2005年)已經(jīng)處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)(ITL為65.64)[24],2014年則處于中營(yíng)養(yǎng)、輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(ITL為43.0～47.9)[7]。筆者研究中,駱馬湖大部分湖區(qū)已處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),部分湖區(qū)為重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),ρ(TN)、ρ(TP)和CODMn均達(dá)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中V類水標(biāo)準(zhǔn)。駱馬湖屬于典型過(guò)水性湖泊,年換水10次左右,系統(tǒng)開放程度高,營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)對(duì)上游來(lái)水水質(zhì)敏感,易受外源污染物的影響。因此,駱馬湖的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)代表其對(duì)入湖污染物做出的響應(yīng)。新沂河出湖河口區(qū)域ρ(TN)、ρ(TP)、CODMn低于入湖河口區(qū)域,說(shuō)明入湖污染物在湖體中得到一定程度消納,駱馬湖對(duì)N、P等指標(biāo)具有一定自凈能力。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2017年夏季(6—8月)駱馬湖水體理化指標(biāo)的調(diào)查,分析駱馬湖水質(zhì)現(xiàn)狀及水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析其變化特征,同時(shí)利用Piper三角圖和等值線圖法分析駱馬湖理化因子空間分布特征。結(jié)果顯示:

(1)駱馬湖夏季透明度、ρ(DO)和pH與1991—2014年相比并無(wú)顯著變化,但主要離子和主要富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)變化明顯,水體中主要離子由重碳酸鹽類(Ca2++HCO3-)為主轉(zhuǎn)變?yōu)槁然镱悺睳a+(K+)+Cl-〕為主,N、P及有機(jī)物濃度顯著增加,駱馬湖已處于中度-重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

(2)駱馬湖ρ(Ca2+)、ρ(HCO3-)、總堿度和總硬度具有顯著空間差異,其分布特征與采沙活動(dòng)范圍有關(guān)。主要富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)ρ(TN)、ρ(TP)、CODMn和ρ(葉綠素a)等也具有一定空間差異性,其分布特征主要與入湖徑流中污染物、湖泊內(nèi)生產(chǎn)活動(dòng)和湖泊凈化功能有關(guān),表現(xiàn)出入湖區(qū)域濃度高、出湖區(qū)域濃度低的特點(diǎn),說(shuō)明駱馬湖尚具有一定凈化能力。此外,駱馬湖水質(zhì)指標(biāo)空間分布具有一定復(fù)雜性,利用統(tǒng)計(jì)分析方法可較直觀地反映駱馬湖營(yíng)養(yǎng)鹽空間分布特征。