鄱陽湖水質(zhì)變化特征及水體富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

溫春云，劉聚濤，胡 芳，楊 平，韓 柳

(江西省水利科學(xué)研究院，江西省鄱陽湖水資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330029)

近年來，由于鄱陽湖周邊生活污水和工業(yè)廢水排放量不斷增加，農(nóng)業(yè)面源污染日益嚴(yán)峻，湖區(qū)水體水環(huán)境質(zhì)量不斷下降[1]。相關(guān)研究表明，1985-2013年間，鄱陽湖水體I-III類水的比例由99.9%下降至68%，總氮和總磷成為主要污染物[2]。鄱陽湖水質(zhì)變化越來越受到人們的關(guān)注，如黃學(xué)輝等人[3]于2016 年對(duì)鄱陽湖水質(zhì)進(jìn)行了測定，分析了水體水質(zhì)季節(jié)性變化特征；陳曉玲等人[4]于2011 年7 月份對(duì)鄱陽湖豐水期水質(zhì)進(jìn)行了實(shí)測，分析了總氮、總磷的空間分布特征。郭秋平等人[5]系統(tǒng)分析了鄱陽湖2015年度枯水期主湖體、五河入口、湖口過江水道、贛江下游主河道和南昌市周邊濕地表層水體中總氮、總磷、汞、銅、鋅、鉛、鎘等幾種污染物的含量。鄱陽湖水位受“五河”及長江來水的共同影響，使得湖區(qū)面積的擴(kuò)大或萎縮，鄱陽湖洪水和干旱現(xiàn)象交替出現(xiàn)，同時(shí)鄱陽湖水位季節(jié)性波動(dòng)產(chǎn)生的巨大差異也給水環(huán)境帶來一定影響，使得鄱陽湖水質(zhì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化[6]。湖區(qū)的水環(huán)境狀況對(duì)鄱陽湖生態(tài)安全有著極為重要的意義[7]。因此，加強(qiáng)鄱陽湖水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，及時(shí)掌握湖泊水生態(tài)變化，是保障鄱陽湖生態(tài)安全的重要支撐。

本研究于2017年對(duì)鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期的水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查與評(píng)價(jià)，旨在動(dòng)態(tài)掌握鄱陽湖水質(zhì)變化，為鄱陽湖水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖是中國最大的淡水湖泊，位于江西省北部，長江中下游交接處的南岸，是長江流域一個(gè)重要的過水性、吞吐型、季節(jié)性的淺水湖泊[8]?！案咚呛退坪印?、“洪水一片，枯水一線”是鄱陽湖最為突出的水文特征和自然地理特征[9]。鄱陽湖接納贛江、撫河、信江、饒河、修水等五大河流以及博陽河、漳田河等獨(dú)流入湖的小河流來水，水系流域面積達(dá)16.22 萬km2，占江西省面積的97.2%，長江流域面積的9%。鄱陽湖年均出湖總徑流量達(dá)1 436 億m3，占長江總水量的15.5%[10]，在調(diào)節(jié)長江水位、涵養(yǎng)水源、改善當(dāng)?shù)貧夂驐l件和維護(hù)生態(tài)環(huán)境平衡等方面發(fā)揮著重大作用，為長江中下游水安全、水生態(tài)環(huán)境及水資源提供了重要保障。

1.2 樣品的采集與處理

于2017年選擇典型的平水期(4月下旬)、豐水期(8月下旬)、枯水期(12月下旬)對(duì)鄱陽湖湖區(qū)11個(gè)典型樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)調(diào)查采樣，樣點(diǎn)位置見圖1。用5 L有機(jī)玻璃采水器采集各樣點(diǎn)50 cm 左右的表層水樣，每個(gè)樣點(diǎn)采集3份重復(fù)水樣。

1-湖口；2-姑塘村(鞋山)；3-蛤蟆石；4-屏峰；5-星子；6-老爺廟；7-都昌與吳城來水交匯處；8-吉山；9-都昌縣城；10-朱袍山；11-棠蔭圖1 鄱陽湖水樣采集點(diǎn)位Fig.1 Location of the sampling sites in Poyang Lake

采集的水樣分裝于若干500 mL的預(yù)先處理的聚乙烯瓶中，部分水樣加H2SO4酸化保存，用裝有冰塊的保溫箱當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室，在48 h內(nèi)進(jìn)行測定。用烘干稱重后的GF/C濾膜過濾500 mL左右水樣，將過濾后的濾膜放入錫箔紙中封裝，并帶回實(shí)驗(yàn)室測定水體中懸浮物的含量；將經(jīng)過濾的水樣加H2SO4酸化后，帶回實(shí)驗(yàn)室測定水體中氨氮含量。用GF/F濾膜過濾500 mL左右水樣，將過濾后的濾膜放入自封袋中封裝后冷凍保存，并帶回實(shí)驗(yàn)室測定水體中葉綠素a含量。

1.3 測定方法

1.4 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

本文采用單因子指數(shù)法對(duì)鄱陽湖不同時(shí)期的水體水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)標(biāo)準(zhǔn)，確定其水質(zhì)類別，以水質(zhì)最差類別作為水體的水質(zhì)類別[11]。采用中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)鄱陽湖富營養(yǎng)化水平(TLI)進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用葉綠素a、總磷、總氮、透明度和高錳酸鹽指數(shù)等5項(xiàng)目水質(zhì)指標(biāo)檢測值進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)參數(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《中國湖泊環(huán)境》[12]和《湖泊富營養(yǎng)調(diào)查規(guī)范( 第二版) 》[13]中的標(biāo)準(zhǔn)。所有數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS20. 0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇單因素方差分析( one way ANOVA)進(jìn)行差異性分析，采用Origin 2015 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 鄱陽湖水體物理指標(biāo)變化分析

鄱陽湖各水域水溫、透明度、pH值、濁度、懸浮物等指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見表1。從表1可以看出，鄱陽湖水體各指標(biāo)在平、豐、枯3個(gè)不同時(shí)期顯著不同。具體分析如下：

(1)水溫、pH值及溶解氧含量變化。鄱陽湖不同時(shí)期的水溫主要隨氣溫變化而變化，表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。鄱陽湖水體pH值范圍為7.54～8.65，平均值為8.2，呈弱堿性。鄱陽湖水體溶解氧含量范圍5.84～12.68 mg/L，平均值為8.14 mg/L，溶解氧含量變化和水溫變化正好相反，溶解氧含量受水溫影響較大，水溫升高時(shí)，溶解氧含量降低。因此鄱陽湖水體含量變化表現(xiàn)為枯水期>平水期>豐水期。

(2)透明度、濁度及懸浮物含量變化。3個(gè)時(shí)期的透明度平均值分別為50、40、35 cm，總體表現(xiàn)為平水期>豐水期>枯水期。但是，受局部采砂、水量少等的影響，平水期及枯水期透明度變化范圍較大，最小時(shí)為5 cm，最大可達(dá)80 cm。根據(jù)各點(diǎn)位透明度分析可知，低透明度主要分布在入江水道采砂區(qū)。

鄱陽湖水體濁度平均值為16.86 NTU。其中，最小值為3.7 NTU，為5號(hào)點(diǎn)(星子水域)，而最大值達(dá)到106.3 NTU，為入江口水域?？菟谒w濁度最高，平水期濁度最低。濁度較高處主要為通江水道，尤其是入江口處水域，該處主要受上游采砂影響，懸浮泥沙在入江口處集聚，導(dǎo)致水體濁度升高。

同樣受采砂影響，鄱陽湖水體懸浮物含量變化和濁度保持一致，表現(xiàn)為枯水期>豐水期>平水期，3個(gè)時(shí)期懸浮物含量分別為79.16、27.35、25.77 mg/L。懸浮物含量變化范圍較大，在平水期最小為3.17 mg/L，而在枯水期可達(dá)318 mg/L，平水期和枯水期各樣點(diǎn)懸浮物含量的差異較大。根據(jù)張琍等人[14]的研究，鄱陽湖懸浮體濃度空間分布格局主要受到河口輸入、湖泊流場、底質(zhì)沖淤、生物作用、再懸浮作用及湖泊采砂活動(dòng)的影響。其中，采砂活動(dòng)對(duì)鄱陽湖懸浮體空間分布格局的變化影響最大，近年來，采砂區(qū)有慢慢向南部湖區(qū)擴(kuò)展的趨勢，導(dǎo)致鄱陽湖懸浮體高值區(qū)也有擴(kuò)大的趨勢。

表1 鄱陽湖不同時(shí)期水體物理參數(shù)性狀Tab.1 The physical parameters in different periods in Poyang Lake

2.2 鄱陽湖水體化學(xué)指標(biāo)變化分析

(1)高錳酸鹽指數(shù)變化分析。CODMn是一個(gè)表征環(huán)境水體有機(jī)物污染的特定指標(biāo)，從表2的監(jiān)測結(jié)果可以看出，2017年鄱陽湖在平水期、豐水期、枯水期3個(gè)時(shí)期的水體CODMn含量平均值分別為3.19、2.17、3.38 mg/L。平水期和枯水期CODMn含量略高于豐水期，3個(gè)時(shí)期并無明顯差異(t-testp>0.05)。

表2 2017年鄱陽湖不同時(shí)期CODMn的變化 mg/L

(2)不同形態(tài)氮含量變化特征。2017年鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期的氮含量情況見表3。從表3可以看出，鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期水體總氮含量平均值分別為1.68、1.01、2.22 mg/L，均達(dá)到了富營養(yǎng)化水平；氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量分別為0.28、0.17、0.53和1.16、0.63、1.45 mg/L。鄱陽湖枯水期各樣點(diǎn)的氨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮含量均最高，其次是平水期，豐水期各樣點(diǎn)總氮、氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量最低，呈現(xiàn)枯水期>平水期>豐水期的季節(jié)變化特征，這和陳波等人[15]的研究結(jié)果是一致的。分析氮素不同形態(tài)可知，鄱陽湖水體的氮素形式以硝酸鹽氮和氨態(tài)氮為主，這與劉倩純等人[16]的研究一致。

表3 2017年鄱陽湖不同時(shí)期氮含量 mg/L

(3)總磷及正磷酸鹽含量變化特征。2017年鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期的磷含量變化見圖2。結(jié)果顯示，鄱陽湖平水期各樣點(diǎn)總磷、正磷酸鹽含量最高，其次是枯水期，豐水期各樣點(diǎn)總磷、正磷酸鹽含量最低，總體表現(xiàn)為平水期>枯水期>豐水期。平水期與豐水期、枯水期之間TP含量均存在顯著性差異(t-testp<0.05)，但枯水期與豐水期之間TP含量差異不顯著(t-testp>0.05)。有研究表明，磷主要通過顆粒磷的沉降作用而被滯留，水體中的磷酸根能被懸浮顆粒物吸附或包裹，因此磷受泥沙的運(yùn)輸影響較大[17]。平水期上游來水雖較枯水期多，但適宜的水位使得采砂行為及船舶行駛相對(duì)較頻繁，這增加了對(duì)湖泊底質(zhì)顆粒磷及內(nèi)源營養(yǎng)鹽的釋放，使得平水期磷含量較枯水期多，這可能是造成平水期磷的含量較枯水期高的原因。而豐水期上游來水明顯較平水期和枯水期多，流速明顯加快，水流對(duì)泥沙的攪動(dòng)力及運(yùn)輸量顯著增強(qiáng)，同時(shí)豐水期水量較大，這使得磷的沉降作用更明顯，這是豐水期磷含量低于平水期和枯水期的主要原因。

圖2 2017年鄱陽湖水體不同時(shí)期磷含量變化Fig.2 Variation of the phosphorus in different periods in Poyang Lake，2017

(4)葉綠素a含量分析。鄱陽湖2017年平、豐、枯3個(gè)時(shí)期水體Chl.a的含量見表4。由表4可知，水體Chl.a 在平水期和枯水期總體上含量較低，平均值分別為3.58和4.26 μg/L，而豐水期顯著高于平水期和枯水期，平均值為23.73 μg/L。有研究指出，鄱陽湖Chla.a含量在空間分布上表現(xiàn)為南湖區(qū)>北湖區(qū)，呈現(xiàn)出一定的空間分布特征[18]。而本次調(diào)查結(jié)果顯示，8、9、10、11 4個(gè)位于南湖的樣點(diǎn)水體Chl.a含量顯著高于北部入江水道的各個(gè)樣點(diǎn)，同樣具有顯著的樣地差異性。

表4 2017年鄱陽湖水體不同時(shí)期Chl.a含量 μg/L

2.3 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

2017年鄱陽湖水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，2017年鄱陽湖水體水質(zhì)總體為Ⅴ類水，各時(shí)期水體水質(zhì)均超過Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，為Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。其中，枯水期水質(zhì)最差為劣Ⅴ類水，豐水期水質(zhì)相對(duì)較好，但也劣于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

表5 2017年鄱陽湖水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)Tab.5 Comprehensive water quality assessment of Poyang Lake in 2017

各樣點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果如表6。結(jié)果顯示：2017年鄱陽湖所有點(diǎn)位pH值均在6～9范圍內(nèi)，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)的要求。CODMn含量達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，除枯水期10(朱袍山)、11號(hào)(棠蔭)兩個(gè)點(diǎn)為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)外，其余樣點(diǎn)均小于4 mg/L，達(dá)到了Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，枯水期屏峰、星子、老爺廟3個(gè)樣點(diǎn)甚至達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)；總氮含量處于Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)之間，部分樣點(diǎn)甚至達(dá)到劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，例如平水期除9號(hào)樣點(diǎn)(都昌縣)為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)外，其余樣點(diǎn)水體總氮含量均達(dá)到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，豐水期鄱陽湖水體總氮含量在Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)之間，枯水期各樣點(diǎn)總氮含量均為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期水體總磷含量除8、10號(hào)點(diǎn)為Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)外，其余樣點(diǎn)均為Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，豐水期各樣點(diǎn)水體總磷含量均達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，而枯水期各樣點(diǎn)水體總磷含量在Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)之間。

綜上分析可知，各樣點(diǎn)水體pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等均優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，而TN和TP兩個(gè)指標(biāo)大部分樣點(diǎn)為Ⅳ或Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，這是影響鄱陽湖水質(zhì)等級(jí)的重要因素。由此可以看出，鄱陽湖主要污染因子仍然是TN和TP。這與鄱陽湖周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖污染、生活污水排放、農(nóng)業(yè)面源污染等人為因素有較大關(guān)系。例如饒河段，該水域水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)較發(fā)達(dá)，投放的餌料使大量營養(yǎng)鹽進(jìn)入河水中，河水含氮量明顯偏高[19]；贛江是流入鄱陽湖的最大河流，沿岸城鎮(zhèn)較多，生活污水排放及農(nóng)業(yè)面源污染等人為因素影響也造成氮含量偏高[20]。

表6 各樣點(diǎn)不同時(shí)期水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.6 Water quality evaluation results in different periods at various points

2.4 鄱陽湖水體富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

對(duì)2017年鄱陽湖平、豐、枯3個(gè)時(shí)期各監(jiān)測點(diǎn)水體富營養(yǎng)化水平進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，鄱陽湖平水期各樣點(diǎn)富營養(yǎng)化指數(shù)變化范圍為45～52，平均為50，由此可知鄱陽湖平水期富營養(yǎng)化狀態(tài)為中營養(yǎng)狀態(tài)，并向輕度富營養(yǎng)化過渡，其中3號(hào)(蛤蟆石)、4號(hào)(屏峰)及9、10、11號(hào)(即都昌縣至棠蔭水域)表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)；鄱陽湖豐水期各樣點(diǎn)富營養(yǎng)化指數(shù)變化范圍為47～51，平均為50，表現(xiàn)為中營養(yǎng)狀態(tài)，并向輕度富營養(yǎng)化過渡，3號(hào)(蛤蟆石)、4號(hào)(屏峰)及9、10、11號(hào)(即都昌縣至棠蔭水域)同樣表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)；枯水期各樣點(diǎn)富營養(yǎng)化指數(shù)變化范圍為46～57，平均為51，表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，其中1～3號(hào)(湖口至蛤蟆石)及9～11號(hào)(都昌縣至棠蔭)水域表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，且湖口及棠蔭兩個(gè)點(diǎn)的富營養(yǎng)化指數(shù)達(dá)到57，接近中度富營養(yǎng)狀態(tài)。

圖3 2017年鄱陽湖不同時(shí)期各監(jiān)測點(diǎn)水域富營養(yǎng)化水平Fig.3 Comprehensive trophic level index for each sampling site in different periods in Poyang Lake,2017

由此可以看出，平水期和豐水期富營養(yǎng)化程度較枯水期輕，這主要與水位有關(guān)。水位的抬升能明顯擴(kuò)大湖泊環(huán)境容量、提高水體自凈能力、促使江湖生物交換，對(duì)減輕水體富營養(yǎng)化、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要作用[21]。此外，從不同水域富營養(yǎng)化程度來看，湖口至屏峰、都昌至棠蔭兩段水域總體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，而星子至都昌水域?yàn)橹袪I養(yǎng)。結(jié)合朱海虹[22]、李博之[23]、王毛蘭[24]、吳蘭[25]、劉倩純[16]等人分別在1988年、1996 年、2005 年、2006年和2010年對(duì)鄱陽湖水質(zhì)開展的調(diào)查結(jié)果可見，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鄱陽湖水質(zhì)逐漸惡化，并已緩慢發(fā)展為富營養(yǎng)化。

3 結(jié) 論

(1)鄱陽湖各樣點(diǎn)水體水質(zhì)均低于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，為Ⅳ～Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。各樣點(diǎn)水體pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等均優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但TN和TP等兩個(gè)指標(biāo)大部分樣點(diǎn)為Ⅳ或 Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，這也是影響水質(zhì)等級(jí)的重要因素。由此可以看出，鄱陽湖主要污染因子仍然是TN和TP。

(2)鄱陽湖平、豐水期富營養(yǎng)化狀態(tài)為中營養(yǎng)狀態(tài)，并向輕度富營養(yǎng)化過渡；枯水期表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。湖口至屏峰、都昌至棠蔭兩段水域3個(gè)時(shí)期總體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，而星子至都昌水域?yàn)橹袪I養(yǎng)。鄱陽湖水質(zhì)已緩慢發(fā)展為富營養(yǎng)化。