粵東地區(qū)大型水庫葉綠素a濃度的影響因素分析

黃豐明

(廣東省水文局汕頭水文分局，廣東 汕頭 515041)

廣東省由于天然湖泊分布少，河流污染較為嚴(yán)重，因此，水庫成為保障全省及港澳地區(qū)人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面用水需求的重要水源地。我省現(xiàn)有大型水庫39座，中型水庫343座，小型水庫8 026座，其中大型水庫庫容為294.02億m3，占全省水庫總庫容的65%(2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，因此，大型水庫在廣東省供水保障中發(fā)揮著舉足輕重的作用，確保大型水庫的水質(zhì)安全對保障全省供水安全具有重要意義。

水體富營養(yǎng)化是水庫最常見的污染問題，由其引發(fā)的藍(lán)藻水華更是世界性難題之一。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)鹽大量進(jìn)入湖庫、海灣等水體，引起浮游植物及其他浮游生物迅速繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致水體溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。以藍(lán)藻為優(yōu)勢類群形成的藍(lán)藻水華，更是直接威脅水庫的供水安全，因?yàn)槎鄶?shù)形成水華的藍(lán)藻種類均能產(chǎn)生毒素，而傳統(tǒng)的飲用水處理技術(shù)難以處理水華發(fā)生期間產(chǎn)生的大量藍(lán)藻毒素，人畜飲用后將嚴(yán)重危害其生命健康[2]。

作為水體富營養(yǎng)化的主要產(chǎn)物，浮游植物的生長變化除了受營養(yǎng)鹽影響，還受光照、溫度、水動力學(xué)條件等上行效應(yīng)，以及浮游動物和魚類攝食等下行效應(yīng)的影響。廣東省多數(shù)水庫都采取投放鰱、鳙等濾食性魚類的方式以期改善水質(zhì)，然而有研究表明，濾食性魚類僅能一定程度降低大粒徑浮游植物的生物量，無法有效控制總的浮游植物生物量[3-4]。由此可見，廣東省水庫水體中浮游植物的生長及其現(xiàn)存量主要受上行效應(yīng)影響。

葉綠素a是浮游植物細(xì)胞的主要光合色素，其濃度與浮游植物生物量有著顯著的相關(guān)性[5]，因此葉綠素a濃度也是反映水體中浮游植物現(xiàn)存量的最直接指標(biāo)。本文將對粵東地區(qū)大型水庫水體中葉綠素a濃度的影響因素進(jìn)行分析，以期為粵東地區(qū)大型水庫的富營養(yǎng)化治理和水質(zhì)保護(hù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

粵東地區(qū)現(xiàn)有大型水庫6座，分別為湯溪水庫(TX)、龍頸(上)水庫(LJS)、石榴潭水庫(SLT)、龍?zhí)端畮?LT)、公平水庫(GP)、青年水庫(QN)。水庫概況及其分布見表1和圖1。

表1 粵東地區(qū)6座大型水庫概況說明 104 m3

圖1 粵東地區(qū)6座大型水庫分布示意

1.2 研究方法

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010、SPSS 16.0和Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果

6座水庫全年的水溫變化范圍分別為18.0℃～31.5℃(TX)、17.0℃～28.0℃(LJS)、21.5℃～31.0℃(SLT)、18.9℃～30.7℃(LT)、18.4℃～31.0℃(GP)、19.2℃～31.1℃(QN)，均呈現(xiàn)汛期高非汛期低的變化趨勢(見圖2)。

圖2 粵東地區(qū)6座大型水庫的水溫月變化示意

石榴潭水庫和青年水庫的水力滯留時間波動較小，全年的變化范圍分別為95～223 d和88～313 d；龍頸(上)水庫和龍?zhí)端畮斓乃魰r間在汛期(4—9月)較短且波動較小，在非汛期則相對較長，全年的變化范圍分別為58～2 398 d和60～1 364 d；湯溪水庫和公平水庫的情況剛好與前兩者相反，非汛期的水力滯留時間較短，汛期個別月份的水力滯留時間相對較長，全年的變化范圍分別為64～1 370 d和84～1 374 d(見圖3)。

圖3 粵東地區(qū)6座大型水庫的水力滯留時間月變化示意

湯溪水庫和龍?zhí)端畮斓目偭诐舛热甑淖兓秶鸀?.01～0.03 mg/L，其中湯溪水庫全年的波動較大，龍?zhí)端畮斓牟▌酉鄬^小，其最高值僅出現(xiàn)在6月份；龍頸(上)水庫和石榴潭水庫的總磷濃度全年的變化范圍為0.01～0.02 mg/L，其中龍頸(上)水庫的最高值同樣僅出現(xiàn)在6月份；公平水庫和青年水庫的總磷濃度全年的變化范圍為0.005～0.01 mg/L，兩座水庫的最低值分別僅出現(xiàn)在6月份和7月份(見圖4)。

圖4 粵東地區(qū)6座大型水庫的總磷濃度月變化示意

湯溪水庫的總氮濃度較高且波動較大，全年的變化范圍為0.63～1.44 mg/L。龍?zhí)端畮斓目偟獫舛热甑淖兓秶鸀?.25～0.90 mg/L，其季節(jié)性變化明顯，汛期中期濃度較高，其余月份濃度較低且波動較小。其余4座水庫的總氮濃度相對較低，其濃度分別為0.20～0.48 mg/L(LJS)、0.17～0.48 mg/L(SLT)、0.13～0.48 mg/L(GP)、0.14～0.32 mg/L(QN)(見圖5)。

圖5 粵東地區(qū)6座大型水庫的總氮濃度月變化示意

湯溪水庫的葉綠素a濃度全年的變化范圍為9.3～76.7 μg/L，具有明顯的季節(jié)性，高峰值出現(xiàn)在汛期中后期，汛期前期和非汛期的濃度較低。石榴潭水庫的葉綠素a濃度全年的變化范圍為9.4～40.1 μg/L，其最高值出現(xiàn)在2月份，其余月份濃度較低且波動較小。其余4座水庫的葉綠素a濃度相對較低，其濃度分別為2.0～10.3 μg/L(LJS)、4.1～18.7 μg/L(LT)、5.9～25.4 μg/L(GP)、3.6～10.8 μg/L(QN)(見圖6)。

圖6 粵東地區(qū)6座大型水庫的葉綠素a濃度月變化示意

方差分析表明，粵東地區(qū)6座大型水庫的水溫和水力滯留時間不存在顯著差異，總磷、總氮和葉綠素a的濃度則存在顯著差異(見表1)。多元回歸分析結(jié)果顯示，粵東地區(qū)6座大型水庫水體中的葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時間、總氮濃度均無顯著相關(guān)(P>0.05)，只與總磷濃度有顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(見圖7)。

表1 粵東地區(qū)6座大型水庫各指標(biāo)的方差分析結(jié)果

圖7 粵東地區(qū)6座大型水庫葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時間、總磷濃度、總氮濃度的關(guān)系

3 討論

根據(jù)水力滯留時間的長短可將水庫分為3種類型，分別為直流型(<15 d)、中等滯留時間(15～365 d)和長滯留時間(>365 d)[7]，水力滯留時間是反映平流損失率的一個重要參數(shù)，即水力滯留時間越短，平流損失率越大，反之平流損失率則越小[8]。一般認(rèn)為，水力滯留時間對浮游植物增長率產(chǎn)生影響的閾值為 14 d[9]，低于14 d時，高的平流損失率會大大抵消浮游植物的增長率，使水體中浮游植物的現(xiàn)存量維持在一個較低水平，高于14 d時，平流損失率對浮游植物現(xiàn)存量的影響較小，甚至可以忽略不計(jì)。本文研究的6座大型水庫均屬于中長滯留時間水庫(>15 d)，且這6座水庫所處的粵東地區(qū)位于熱帶和亞熱帶地區(qū)，常年高溫高光照，季節(jié)變化性并不明顯，因此水體的穩(wěn)定性和特殊的氣象特征可能是這6座大型水庫水體中葉綠素a濃度受水力滯留時間和水溫的變化影響不明顯的主要原因。

多元回歸分析表明，水體中的葉綠素a濃度與總氮濃度無顯著相關(guān)，只與總磷濃度顯著相關(guān)，這說明粵東地區(qū)6座大型水庫水體中浮游植物的生長主要受磷限制。浮游植物的生長需要氮、磷等多種營養(yǎng)元素，當(dāng)水體中某種可利用營養(yǎng)鹽的濃度低于浮游植物的最低生長需求，或者以較快速度被消耗至較低濃度時，浮游植物的生長就會受其抑制，此時該種營養(yǎng)鹽就成為限制性因子[10]。Redfield定律認(rèn)為，浮游植物細(xì)胞內(nèi)組成的原子比為N∶P=16∶1[11]，這一定律對一般水體中浮游植物的生長都是適用的，但由于在不同環(huán)境條件下不同種類的浮游植物對營養(yǎng)鹽的的吸收率有所差異，因此浮游植物生長所需的最佳氮磷比也不是固定值。有研究表明，當(dāng)水體中氮磷比大于30 h，浮游植物的生長會受磷抑制，氮磷比小于8 h，則可能出現(xiàn)氮抑制，介于8～30之間為正常的波動范圍[12]?；洊|地區(qū)6座大型水庫水體中的氮磷比全年基本上都遠(yuǎn)大于30，這也說明了這6座水庫均為磷限值型水體。實(shí)際上，在大多數(shù)淡水水體中磷是影響浮游植物生長繁殖及其現(xiàn)存量的主要限制性營養(yǎng)因子[13-15]，因?yàn)樗w中的磷有多種化學(xué)形態(tài)，主要分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)，溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷又可分為無機(jī)和有機(jī)兩種形態(tài)，這在其中只有溶解態(tài)無機(jī)磷可被浮游植物直接吸收利用，然而在大部分水體中其濃度均很低，無法滿足浮游植物的生長需要。

4 結(jié)論與建議

磷是影響粵東地區(qū)6座大型水庫水體中浮游植物生長繁殖及其現(xiàn)存量的主要因素，因此控制水庫流域內(nèi)磷的輸入是防治水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵。政府相關(guān)部門可從生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污染等外源磷的主要污染途徑入手，對流域內(nèi)的污染源進(jìn)行排查整治，如積極推進(jìn)污水收集管網(wǎng)向偏遠(yuǎn)村鎮(zhèn)延伸，并提高污水處理廠除磷工藝效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水集中處理再排放；加強(qiáng)對工業(yè)廢水排放的監(jiān)管力度，對排放不達(dá)標(biāo)的工企業(yè)責(zé)令其落實(shí)整改，同時鼓勵工企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)；大力發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，通過改進(jìn)施肥(或灌溉)方式、使用新型復(fù)合肥料、科學(xué)種植等方式控制農(nóng)業(yè)化肥施用量等，多措并舉，從源頭上削減磷的入庫量，保證水庫生態(tài)系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。