貴州紅楓湖近10年來(lái)(20092018年)水質(zhì)變化及影響因素*

曾華獻(xiàn)，王敬富 ，李玉麟3，陳敬安，金祖雪,4，賀康康,4，楊小紅,4

(1：中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081) (2：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049) (3：貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，貴陽(yáng) 551400) (4：貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025)

湖泊富營(yíng)養(yǎng)化是指在自然因素和人類活動(dòng)的影響下，大量營(yíng)養(yǎng)鹽輸入湖泊水體，使湖泊逐步由生產(chǎn)力水平較低的貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)力水平較高的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象[1]. 影響湖泊水質(zhì)的自然環(huán)境包括水文及水動(dòng)力、流域特征、水生生物、氣候變化等[2]，人類活動(dòng)主要有人口狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地利用結(jié)構(gòu)、生態(tài)和水利工程及水資源開(kāi)發(fā)利用狀況等[3]. 人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物往往不經(jīng)處理向自然環(huán)境排放，這可能是造成水質(zhì)惡化的一個(gè)因素[4]. 人類活動(dòng)影響下的水體富營(yíng)養(yǎng)化、有機(jī)污染等是云貴高原湖泊污染的主要驅(qū)動(dòng)因子，其受污染程度與沿岸人民的生產(chǎn)生活強(qiáng)度密切相關(guān)[5]. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致水庫(kù)老化速率增加、造成下層水體缺氧、改變水體顏色等，通過(guò)污染源管理等措施，可減輕湖泊的污染負(fù)荷，減少養(yǎng)分輸入[6].

紅楓湖水庫(kù)具有供水、發(fā)電、養(yǎng)殖、防洪、旅游及調(diào)節(jié)自然生態(tài)環(huán)境等多種功能，在貴州省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[7]分析紅楓湖長(zhǎng)時(shí)間尺度的水質(zhì)變化情況及影響因素，對(duì)流域污染控制、生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[8]. 1990s以來(lái)，紅楓湖水體富營(yíng)養(yǎng)化逐漸加劇. 1999年實(shí)施以削減氮、磷入湖排放量為目的的綜合治理一期工程后，紅楓湖水體富營(yíng)養(yǎng)化得到有效控制[9].富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致水體中浮游植物迅速增殖，而水體葉綠素a(Chl.a) 濃度是表征浮游植物生物量和指示湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中，Chl.a濃度直接與浮游植物生物量相對(duì)應(yīng)[10]. 本文利用貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站2009-2018年監(jiān)測(cè)的紅楓湖逐月水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析紅楓湖10年來(lái)水質(zhì)變化特征，結(jié)合兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站提供的水文氣象數(shù)據(jù)，研究水體Chl.a濃度和營(yíng)養(yǎng)鹽、水文氣象條件的關(guān)系，以期為紅楓湖的水環(huán)境治理和水資源開(kāi)發(fā)利用提供數(shù)據(jù)支撐.

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況和采樣方法

紅楓湖是貴州省最大的高原人工湖泊之一，位于貴州省清鎮(zhèn)市(26°26′～26°35′N, 106°19′～106°28′E)，湖區(qū)主要由北湖和南湖組成，上至羊昌河，下到偏山寨[11]，地處貴州中部烏江主要支流貓?zhí)拥纳嫌?，流域面積1596 km2，總庫(kù)容6.01億m3，平均水深10.15 m[12]. 紅楓湖設(shè)計(jì)正常高水位1240.00 m，死水位1227.50 m，枯水期 (12-2月) 1228 m，漲水期 (3-5月) 1237 m，豐水期 (6-8月) 1233 m，平水期 (9-11月) 1230 m. 紅楓湖流域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候帶，年均氣溫14.4℃ (4.1～22.7℃)，年均降水量1174.7～1386.1 mm，供水量占貴陽(yáng)市主城區(qū)用水量的70%[8].

貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站在紅楓湖布設(shè)7個(gè)采樣點(diǎn) (圖1)，分別為來(lái)水河流匯合處三岔河 (SCH)、后午 (HW)、西郊水廠 (XJSC)、南湖與北湖交界處花魚(yú)洞 (HYD)、大壩 (DB)、腰洞 (YD)、北湖主要河流入口偏山寨 (PSZ). 2009-2018年對(duì)上述采樣點(diǎn)進(jìn)行逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)、氟化物、Chl.a濃度、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、糞大腸菌群、水溫、pH、透明度(SD)共11項(xiàng)，均由貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站測(cè)定. 水文氣象數(shù)據(jù)也由貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站提供，包括2009-2018年紅楓湖逐日水位數(shù)據(jù)，2010-2015年紅楓湖逐日氣象數(shù)據(jù)，包括日照時(shí)數(shù)、云量、氣壓、氣溫、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、蒸發(fā)量共9項(xiàng).

圖1 紅楓湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Hongfeng

1.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)方法

目前我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)已形成共識(shí)，選擇反映水庫(kù)藻類數(shù)量的Chl.a濃度作為主導(dǎo)評(píng)價(jià)參數(shù)，與Chl.a濃度有顯著相關(guān)關(guān)系的TN、TP、CODMn、SD等作為富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)基本因子[13]. 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法多樣，主要有營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、修正的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù) (TLI)、營(yíng)養(yǎng)度指數(shù)法和評(píng)分法[1]. 本研究采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，該方法應(yīng)用廣泛，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性較高[14].

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計(jì)算公式為[1]：

(1)

(2)

TLI(TP)=10 ×[9.436 +1.624 ln (TP)]

(3)

TLI(TN)=10 ×[5.453 +1.694 ln (TN)]

(4)

TLI(CODMn) =10 ×[0.109 +2.661 ln (CODMn)]

(5)

TLI(SD)=10 ×[5.118 -1.94 ln (SD)]

(6)

TLI(Chl.a)=10 ×[2.5 +1.086 ln (Chl.a)]

(7)

式中，TLI(Σ) 代表綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，TLI(j) 代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，rij為第j種參數(shù)與Chl.a的相關(guān)關(guān)系 (表1) ，m代表參評(píng)參數(shù)個(gè)數(shù)；公式(3)～(7) 為各項(xiàng)目營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計(jì)算公式，其中SD的單位m，Chl.a的單位是mg/m3，其余單位均為mg/L. 為了說(shuō)明湖泊富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)情況，采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)(表2).

表1 湖泊水體Chl.a濃度與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系[15]

表2 湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)[13]

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

水質(zhì)指標(biāo)采用 Excel 2010軟件計(jì)算出的每月7個(gè)采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)平均值，水文氣象因子采用Excel 2010軟件計(jì)算出的每月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)平均值，相關(guān)性分析采用 SPSS 24軟件的Pearson相關(guān)系數(shù)法完成，圖像采用OriginPro 2017軟件繪制.

2 結(jié)果與討論

2.1 2009-2018年紅楓湖水質(zhì)變化趨勢(shì)

2009-2018年紅楓湖逐月水質(zhì)變化如圖2所示. 紅楓湖水體逐月TN濃度波動(dòng)較大 (0.56～2.80 mg/L)，最低值出現(xiàn)在2011年9月，最高值出現(xiàn)在2010年7月. 1-12月紅楓湖逐月水體TN濃度均值分別為1.44、1.40、1.47、1.49、1.26、1.45、1.93、1.59、1.18、1.36、1.34和1.21 mg/L，春夏季高于秋冬季，其中又以夏季濃度最高. 夏季紅楓湖處于豐水期，降雨量增多使地表徑流增大，導(dǎo)致地表化肥大量流失，造成TN濃度的增高[16]. 夏季高溫導(dǎo)致沉積物中的氮礦化速率加快，在風(fēng)浪的擾動(dòng)下水體中TN濃度升高，冬季水溫較低，水體中懸浮顆粒物溶解度下降有利于其沉積，進(jìn)而水體中TN濃度降低[17]. 水體TN濃度最高值一般出現(xiàn)在春夏季，其中2010、2012、2014-2018年出現(xiàn)在7月，其余年份出現(xiàn)在3、4月. 水體TN濃度最低值一般出現(xiàn)在秋冬季，其中2010、2012、2015、2017年最低值出現(xiàn)在5、6月，在7月均回升到最高值，其余6年出現(xiàn)在秋冬季. 十年間紅楓湖水體TN濃度年均值呈現(xiàn)雙峰值 (1.13～1.78 mg/L)，2010年達(dá)到峰值后快速下降，2011-2014年連續(xù)緩慢上升至第2個(gè)峰值(1.63 mg/L)后呈下降趨勢(shì)，2018年小幅上升到1.28 mg/L，較2010年的峰值下降了28%.

紅楓湖水體逐月TP濃度波動(dòng)較大 (0.016～0.103 mg/L)，最低值出現(xiàn)在2014年2月，最高值出現(xiàn)在2009年11月. 1-12月紅楓湖水體TP濃度均值分別為0.035、0.029、0.028、0.033、0.037、0.040、0.042、0.030、0.030、0.031、0.035和0.036 mg/L，夏季濃度略高于冬季. 溫度影響微生物活性和藻類的降解，進(jìn)而影響磷的釋放，通常高溫下沉積物磷釋放量比低溫時(shí)高[18]，夏季沉積物向上覆水釋放磷速率也高于冬季，可能由于在夏季湖水底層的還原環(huán)境下沉積物表層的早期成巖作用生成磷酸鹽進(jìn)入孔隙水而促進(jìn)了沉積物向上覆水體釋放磷[19]. 紅楓湖沉積物中磷負(fù)荷較高，在短時(shí)間內(nèi)就能累積以活性磷形式存在的磷，隨著環(huán)境因子的改變，極有可能出現(xiàn)底泥二次污染[20]. 2010年2月開(kāi)始，TP濃度大幅下降，2011年5月、2013年4-7月有小幅上升，其余時(shí)間TP濃度均處于較低水平，總體呈下降趨勢(shì). 就年均值而言，2009年TP濃度達(dá)到峰值0.078 mg/L(Ⅳ類水質(zhì))，2013年小幅上升達(dá)到0.040 mg/L(Ⅲ類水質(zhì))，2014-2018年有小幅波動(dòng)(0.020～0.026 mg/L)，較2009年的峰值下降67%.

NH3-N濃度的變化趨勢(shì)與TP濃度相似，逐月濃度波動(dòng)較大 (0.007～0.710 mg/L)，最低值出現(xiàn)在2018年11、12月，最高值出現(xiàn)在2009年10月. 1-12月紅楓湖逐月水體NH3-N濃度均值分別為0.101、0.100、0.134、0.152、0.095、0.095、0.065、0.075、0.084、0.140、0.066和0.070 mg/L，春季>冬季>秋季>夏季. 相關(guān)研究表明紅楓湖水體NH3-N分布呈現(xiàn)出夏季>冬季>秋季的規(guī)律，主要由于降水量和徑流量對(duì)氮濃度影響較大[21]，與本文研究存在差異，可能存在其他因素對(duì)紅楓湖水體NH3-N濃度起作用，需要進(jìn)一步研究. 就年均值而言NH3-N濃度整體呈下降趨勢(shì)，2009年達(dá)到峰值0.25 mg/L (Ⅱ類水質(zhì)) 后快速下降，2013年小幅上升達(dá)到0.12 mg/L(Ⅰ類水質(zhì))，2014-2018年在較低水平波動(dòng) (0.024～0.090 mg/L).

紅楓湖水體逐月Chl.a濃度波動(dòng)較大 (0.8～38.9 mg/m3) ，最低值出現(xiàn)在2010年4月，最高值出現(xiàn)在2011年6月. 1-12月水體Chl.a濃度均值分別為4.96、6.03、5.24、9.94、13.16、18.25、18.31、11.23、12.20、7.94、6.33和6.00 mg/m3，夏季>春季>秋季>冬季. 十年間Chl.a濃度最高值均在6、7月出現(xiàn)，年內(nèi)先上升后下降. 春季浮游植物處于快速生長(zhǎng)期，營(yíng)養(yǎng)鹽的大量消耗明顯抑制其生長(zhǎng)，此時(shí)Chl.a濃度相對(duì)較低. 夏季浮游植物生長(zhǎng)穩(wěn)定，營(yíng)養(yǎng)鹽限制得到緩解，浮游植物生物量上升較快，導(dǎo)致水體中Chl.a濃度顯著升高. 秋季浮游植物處于衰退期，Chl.a濃度逐漸降低[22]，冬季浮游植物處于休眠期，導(dǎo)致Chl.a濃度最低[23]. 就年均值而言，整體呈下降趨勢(shì)，2011年達(dá)到峰值18.1 mg/m3，2011-2014年急劇下降至6.4 mg/m3，2017年降到10年內(nèi)最低值4.4 mg/m3，較2011年的峰值下降了76%，2018年上升到8.9 mg/m3.

圖2 2009-2018年紅楓湖主要水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.2 The variations of the water quality indexes of Lake Hongfeng from 2009 to 2018

詹蘇等[24]對(duì)2003-2009年紅楓湖水體的富營(yíng)養(yǎng)化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明這7年間水體TP濃度為0.005～3.91 mg/L，TN濃度為0.71～5.99 mg/L，與本文數(shù)據(jù)相比，2009-2018年紅楓湖的TP、TN濃度明顯降低. 2003年以來(lái)紅楓湖水體TP濃度超標(biāo)主要分兩個(gè)階段，第1階段為羊昌河斷面上游的天峰化工廠磷石膏尾礦庫(kù)覆膜工程結(jié)束前，尾礦庫(kù)露天堆放的400萬(wàn)噸磷石膏經(jīng)雨水沖刷隨地表徑流進(jìn)入羊昌河，羊昌河是紅楓湖的最大支流，污染物經(jīng)焦家橋至觀音橋進(jìn)入紅楓湖南湖. 第2階段是2009年10月該工程結(jié)束后，紅楓湖水體TP濃度逐步下降. 紅楓湖水體TN濃度變化也與工業(yè)污染源有關(guān)，紅楓湖最大的氮污染源貴州化肥廠 (時(shí)稱為貴州美豐化工廠) 排放的污水匯入位于偏山寨與腰洞兩條監(jiān)測(cè)垂線之間的北湖. 2007年上半年建成工業(yè)污水處理設(shè)施后，氮排放大幅削減，2013年左右該廠停產(chǎn)，TN濃度呈波動(dòng)趨勢(shì). 總體而言，紅楓湖水質(zhì)有明顯改善，與近年來(lái)當(dāng)?shù)卣铜h(huán)保部門對(duì)紅楓湖加強(qiáng)監(jiān)管有關(guān).

圖3 2009-2018年紅楓湖平均庫(kù)水位變化趨勢(shì)Fig.3 The variations of the mean reservoir water level of Lake Hongfeng from 2009 to 2018

圖4 2009-2018年紅楓湖水溫和氣溫變化趨勢(shì)Fig.4 The variations of the water temperature and air temperature of Lake Hongfeng from 2009 to 2018

2.2 水文氣象因子變化

圖5 2010-2015年紅楓湖累計(jì)降雨量變化趨勢(shì)Fig.5 The variations of the accumulated rainfall of Lake Hongfeng from 2010 to 2015

為更好研究紅楓湖水質(zhì)和水文氣象因子之間的關(guān)系，對(duì)水位、水溫、氣溫、降雨量等主要水文氣象條件進(jìn)行分析. 2009-2018年貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)的紅楓湖逐月水位變化表明，監(jiān)測(cè)期間最低水位出現(xiàn)在2013年5月，為1232.37 m，最高水位出現(xiàn)在2015年11月，為1239.88 m，最高水位和最低水位之差為7.51 m (圖3). 最高水位有6年出現(xiàn)在7、8月 (6-8月處于豐水期)，最低水位有6年出現(xiàn)在5月. 十年間水位年均值分別為1236.28、1235.93、1235.67、1236.41、1233.96、1236.06、1238.22、1236.39、1235.85和1236.51 m，2014年之前水位緩慢下降，此后明顯增高，2015年水位明顯高于前幾年，2017、2018年水位小幅下降. 年內(nèi)的水位差在一定程度可以反映年內(nèi)湖體的換水情況[25]，十年間的年內(nèi)水位差值分別為3.25、4.79、2.09、3.54、2.61、6.63、4.49、3.76、4.56和2.12 m.

貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)的紅楓湖水庫(kù)水溫和氣溫變化趨勢(shì)相似 (圖4). 2009-2018年最高水溫出現(xiàn)在2017年8月，為27.8℃，最低水溫出現(xiàn)在2012年2月，為5.93℃. 1-12月逐月氣溫均值為 9.34、8.59、11.74、15.54、19.30、21.82、24.73、26.28、25.07、20.67、17.74和13.97℃，1-8月水溫逐漸升高，9-12月水溫逐漸降低. 多數(shù)藻類生長(zhǎng)的最適溫度范圍為25～35℃，較高的水溫有利于藍(lán)藻成為優(yōu)勢(shì)種從而引起水華暴發(fā)[26]，紅楓湖在8、9月最適宜藻類生長(zhǎng). 十年內(nèi)水溫年均值分別為18.28、18.03、17.33、17.41、17.43、17.80、17.78、18.21、18.46和18.27℃，年內(nèi)溫差最大的是2011年(6～27.1℃)，最小的是2015年(8.6～24.5℃). 2010-2015年紅楓湖最高氣溫出現(xiàn)在2011年8月，為23.7℃，最低氣溫出現(xiàn)在2011年1月，為-0.8℃. 六年間氣溫年均值分別為14.86、14.25、14.04、15.43、15.01和15.25℃，年內(nèi)氣溫波動(dòng)最大的是2011年(-0.8～23.7℃)，最小的是2015年 (6～22.1℃)；這和上述水溫波動(dòng)極值年份一致，水溫隨氣溫升高而升高，兩者關(guān)系密切.

2010-2015年年累計(jì)降雨量波動(dòng)較大，2011年年累計(jì)降雨量出現(xiàn)最低值(768.7 mm)，2014年年累計(jì)降雨量出現(xiàn)最高值(1632.4 mm)(圖5). 就月降雨量而言，2014年7月累計(jì)降雨量超過(guò)400 mm，2010年6月，2012年6月、7月，2013年6月，2015年5、6月月累計(jì)降雨量均超過(guò)200 mm. 六年間春季降雨量均值為325.7 mm，夏季降雨量均值為537.9 mm，秋季降雨量均值為252.7 mm，冬季降雨量均值為56.9 mm，春夏季降水多而秋冬季降水少.

圖6 2009-2018年紅楓湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)Fig.6 Trophic state assessment of Lake Hongfeng from 2009 to 2018

2.3 紅楓湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

2009-2018年紅楓湖水體大多處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，少數(shù)(11個(gè)月)處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)整體呈波動(dòng)式下降，2009年4月為最高值(52.94)，2015年2月為最低值(32.49)(圖6). 十年間TLI逐月均值分別為38.71、39.09、39.30、42.26、44.52、47.32、48.48、45.20、44.44、41.59、40.76和39.88，年內(nèi)TLI先上升后下降，夏季TLI明顯高于其他季節(jié). 降雨帶入大量營(yíng)養(yǎng)鹽的同時(shí)還會(huì)沖刷地面產(chǎn)生地表徑流，其中含有的大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨之輸入湖中[27]，紅楓湖夏季降雨量最大，大量外源營(yíng)養(yǎng)鹽隨之輸入湖中，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平最高. 2003-2009年，紅楓湖的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)處于中營(yíng)養(yǎng)型至輕度富營(yíng)養(yǎng)型之間[24]，2009-2018年間紅楓湖富營(yíng)養(yǎng)化程度有所改善. 這可能與2007年以后貴州某些化工公司關(guān)停、上游多家企業(yè)生活污水處理設(shè)施運(yùn)行等有關(guān)[28]，排入紅楓湖的廢水大幅減少，水體的氮、磷濃度也下降.

2.4 紅楓湖葉綠素a與營(yíng)養(yǎng)鹽的相關(guān)性

將紅楓湖2009-2018年逐月Chl.a濃度與主要營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明Chl.a濃度與CODMn、NH3-N、TP濃度呈顯著正相關(guān)，與TN/TP呈顯著負(fù)相關(guān)，與TN濃度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(表3)，和鄧河霞[29]、朱廣偉等[25]的研究結(jié)果一致. 大量研究表明湖泊中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)均具有限制作用[30-32]. Chl.a濃度與CODMn呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明浮游植物是影響CODMn變化的主要原因. Chl.a濃度與TP濃度的相關(guān)性，不能表明藻類生物量受到TP濃度的影響，也不能表明水體磷濃度與藻類生長(zhǎng)無(wú)關(guān)[25]. TN/TP常用來(lái)判斷氮或磷是否為限制性因素，大于16∶1，磷被認(rèn)為是限制性因素；反之，氮通常被認(rèn)為是限制性因素[33]. 紅楓湖水體10年內(nèi)逐月TN/TP幾乎大于16∶1(5個(gè)月除外)，可以認(rèn)為紅楓湖為磷限制型湖泊. 水體和沉積物中的氮磷比均對(duì)藻類生長(zhǎng)起很大作用[31]. Chl.a濃度與TN的相關(guān)關(guān)系比較復(fù)雜，前人研究認(rèn)為呈正、負(fù)相關(guān)的結(jié)論都存在[25，29]. 紅楓湖水體Chl.a濃度與TN濃度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，可能由于紅楓湖為磷限制型湖泊，TN濃度的變化對(duì)其影響較小.

表3 2009-2018年紅楓湖水體Chl.a濃度與營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的相關(guān)矩陣

**在0.01級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著;*在0.05級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著.

表4 2009-2018年紅楓湖水體Chl.a濃度與水文條件的相關(guān)矩陣

**在0.01級(jí)別 (雙尾) ，相關(guān)性顯著. *在0.05級(jí)別 (雙尾) ，相關(guān)性顯著.

2.5 水文氣象條件對(duì)葉綠素a的影響

將紅楓湖水庫(kù)2009-2018年逐月Chl.a濃度與水位、水溫等水文條件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，Chl.a濃度與水溫、pH呈顯著正相關(guān)，與SD呈顯著負(fù)相關(guān)；與水位無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系 (表4).

陳宇煒等[34]對(duì)梅梁灣研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷與藻類Chl.a濃度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，而水溫與藻類Chl.a濃度呈較顯著相關(guān)，說(shuō)明氮、磷濃度的變化對(duì)梅梁灣藻類的生長(zhǎng)沒(méi)有直接的影響，水文條件可能是更重要的影響因子. SD是評(píng)價(jià)水庫(kù)水質(zhì)最直觀的指標(biāo)，浮游植物生物量或Chl.a濃度是影響水庫(kù)水體SD的主要因素[35]. 紅楓湖水體Chl.a濃度與SD呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明Chl.a濃度對(duì)SD的影響明顯，SD隨著Chl.a濃度的增加而降低. 水溫通過(guò)控制浮游植物光合作用與呼吸速率影響Chl.a濃度，溫度變化也會(huì)引起其他因子的變化，這些因子對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)起到一定作用[29]. 紅楓湖水體Chl.a濃度與水溫呈顯著正相關(guān)，可能是因?yàn)檫m宜的溫度有利于浮游植物的生長(zhǎng)，合適范圍內(nèi)溫度越高浮游植物生長(zhǎng)越快. 紅楓湖水體Chl.a濃度與pH呈顯著正相關(guān)，研究表明在浮游植物大量繁殖的水體中，光合作用較強(qiáng)，消耗水體中大量CO2，因此藍(lán)藻水華發(fā)生伴隨CO2濃度降低和pH的上升[36-37]. 朱廣偉等[25]發(fā)現(xiàn)太湖水體Chl.a濃度與年均水位呈顯著正相關(guān)，這與本研究有所差異，可能因?yàn)榧t楓湖屬于亞高原深水湖泊，平均水深約10.7 m，與太湖等存在較大差異，影響其水質(zhì)的因素還需深入研究.

將紅楓湖水庫(kù)2010-2015年水體逐月Chl.a濃度與風(fēng)速、氣溫、降雨量等氣象條件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明Chl.a濃度與降雨量、氣溫、日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)；與濕度、風(fēng)速無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(表5).

表5 2010-2015年紅楓湖水體Chl.a 濃度與氣象條件的相關(guān)矩陣

**在0.01級(jí)別 (雙尾) ，相關(guān)性顯著.

已有眾多學(xué)者對(duì)浮游植物生長(zhǎng)與水文氣象因子之間的關(guān)系進(jìn)行研究. 郭朝軒等[38]研究表明日照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、氣溫升高、流入水量減少等可能是引發(fā)錢塘江水華的關(guān)鍵因素，內(nèi)陸富營(yíng)養(yǎng)化水域的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和水文狀況都可能受到極端天氣的干擾. 施坤等[37]研究表明氣溫、風(fēng)速和TN/TP是影響浮游植物物候的重要因素，共同主導(dǎo)著太湖浮游植物的物候過(guò)程. 余茂蕾等[39]研究表明風(fēng)場(chǎng)對(duì)表層水體藍(lán)藻水華的空間分布具有決定性，能夠引起藍(lán)藻水華較高的空間異質(zhì)性，藍(lán)藻水華物質(zhì)的空間變化對(duì)水體顆粒態(tài)N、P、有機(jī)質(zhì)等水質(zhì)指標(biāo)產(chǎn)生較大影響.

風(fēng)速改變湖庫(kù)垂向擾動(dòng)速度和物質(zhì)通量，降雨影響湖庫(kù)水位和入湖物質(zhì)負(fù)荷，進(jìn)而影響湖庫(kù)的生物化學(xué)過(guò)程[40]. 2010-2015年紅楓湖逐月風(fēng)速均值均<3 m/s，研究表明風(fēng)速<3 m/s有利于藍(lán)藻的集聚從而形成水華，引起Chl.a濃度的升高[41]，此時(shí)藍(lán)藻主要在湖面至0.3 m深的湖水中聚集[42]. 紅楓湖水體Chl.a濃度與風(fēng)速無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，可能是由于紅楓湖湖體較深，風(fēng)浪等擾動(dòng)不易引起表層沉積物的再懸浮[43]，對(duì) Chl.a濃度影響很小. 大量的外源污染物隨著降雨進(jìn)入湖泊水體，對(duì)Chl.a濃度具有顯著影響. 極端降雨對(duì)浮游植物生物量造成損失，恢復(fù)速率取決于限制生長(zhǎng)的因素，春夏季恢復(fù)快，秋冬季恢復(fù)慢[44]. 浮游植物的生長(zhǎng)受到溫度的強(qiáng)烈控制，與水溫和氣溫呈顯著相關(guān)，溫度是影響浮游植物生物量最重要的因素[35]. 日照與水溫關(guān)系密切，一般來(lái)說(shuō)日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)水溫越高則越容易引發(fā)水華. 日照時(shí)數(shù)是影響浮游植物光合作用的關(guān)鍵因素之一，充足的日照是水華形成的必要條件[45]. 魯韋坤等[46]研究發(fā)現(xiàn)滇池水華發(fā)生頻率與日照時(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與本文結(jié)論相反，可能由于滇池紫外輻射強(qiáng)度高，前期日照時(shí)數(shù)多，藍(lán)藻已積累了足夠生物量，在陰天只要其他氣象條件合適也會(huì)發(fā)生水華. 有關(guān)大氣壓力對(duì)湖泊水華的直接影響目前缺少研究，濕度對(duì)湖泊水華的影響也需開(kāi)展后續(xù)研究[42].

通過(guò)以上分析，紅楓湖水體Chl.a濃度除了與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈顯著相關(guān)性，也與部分氣象水文因子呈顯著相關(guān)性，Chl.a濃度的波動(dòng)很大程度上受水文氣象因子的影響. 這表明：?jiǎn)渭兿鳒pN、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入并不能完全解決藻類水華問(wèn)題，亟需對(duì)人工湖型水源地的水華發(fā)生機(jī)制及其關(guān)鍵控制因素開(kāi)展深入研究.

3 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)2009-2018年紅楓湖的逐月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

1)2009-2018年紅楓湖水體逐月TN濃度呈波動(dòng)趨勢(shì) (0.56～2.80 mg/L) ，春夏季高于秋冬季；逐月TP濃度波動(dòng)較大 (0.016～0.103 mg/L) ，夏季濃度略高于冬季；逐月NH3-N濃度波動(dòng)較大 (0.007～0.710 mg/L) ，春季>冬季>秋季>夏季；逐月Chl.a濃度波動(dòng)較大 (0.8～38.9 mg/m3) ，夏季>春季>秋季>冬季. 紅楓湖夏季處于豐水期，降雨量增多使地表徑流增大，大量外源營(yíng)養(yǎng)鹽隨之輸入湖泊導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽濃度增高；高溫條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽的釋放量增多，浮游植物生物量也增加. 整體而言TP、NH3-N、Chl.a濃度呈下降趨勢(shì)，10年間水質(zhì)有很大改善.

2)2009-2018年紅楓湖水體大多處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，少數(shù)(11個(gè)月)處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈波動(dòng)式下降，年內(nèi)TLI先上升后下降，夏季降雨量最大，大量外源營(yíng)養(yǎng)鹽隨之輸入湖中，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平最高，夏季TLI明顯高于其他季節(jié).

3)紅楓湖水體Chl.a濃度與CODMn、NH3-N、TP呈顯著正相關(guān)，與TN/TP呈顯著負(fù)相關(guān)，紅楓湖為磷限制型湖泊，TN濃度、TN/TP均對(duì)藻類生長(zhǎng)起很大作用. 紅楓湖水體Chl.a濃度與水溫、pH、降雨量、氣溫、日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與SD、氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，與水位、濕度、風(fēng)速無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系. 紅楓湖水體SD隨著Chl.a濃度增加而降低；適宜范圍內(nèi)溫度越高浮游植物生長(zhǎng)越快；浮游植物大量繁殖導(dǎo)致pH上升；紅楓湖湖體較深，風(fēng)浪擾動(dòng)對(duì)水體Chl.a濃度影響很小；外源污染物隨降雨進(jìn)入湖泊，對(duì)水體Chl.a濃度有顯著影響；充足的日照是水華形成的必要條件；有關(guān)氣壓和濕度對(duì)湖泊水華的影響需開(kāi)展進(jìn)一步研究. 上述研究表明紅楓湖水體Chl.a濃度受營(yíng)養(yǎng)鹽和水文氣象條件的雙重控制.