滇池外海透明度變化及其影響因子

陳 冬，楊姣姣，何 鋒，黃 超，宋 迪，黃立成,

（1.昆明市滇池高原湖泊研究院，云南 昆明 650228；2.云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院云南省高原湖泊流域污染過(guò)程與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650034）

0 引言

水體透明度是反映水下光照的重要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的主要指標(biāo)。湖泊透明度情況直接影響沉水植物的生長(zhǎng)和繁殖，與太陽(yáng)輻射、水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、懸浮物組成和濃度以及浮游植物等密切相關(guān)[1]。

滇池位于昆明城市下游，受污染較嚴(yán)重。近年來(lái)，隨著國(guó)家和地方對(duì)滇池保護(hù)治理的大力推進(jìn)，滇池水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，水體由重度富營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)為中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，藍(lán)藻水華發(fā)生強(qiáng)度和頻次也逐年降低；但是水體透明度改善較小，對(duì)沉水植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，制約滇池水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程。本研究通過(guò)2019年季度調(diào)查，分析滇池外海水體透明度變化情況，闡明了影響其變化的主要環(huán)境因子，為滇池水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

滇池位于昆明主城區(qū)南部，屬長(zhǎng)江流域金沙江水系，為普渡河上游湖泊，是云貴高原最大的淡水湖，被譽(yù)為“高原明珠”。其外海正常高水位為1887.50 m，平均水深5.3 m，湖面面積298.7 km2。

1.2 樣品采集與處理

本研究在滇池外海區(qū)域平均布設(shè)15個(gè)采樣點(diǎn)（平均水深5.35 m，最大深度6.40 m），分別于2019年1月、4月、7月和10月開(kāi)展調(diào)查。利用GPS定位采樣點(diǎn)（圖1），用5 L有機(jī)玻璃采水器采集水面下0.5 m處水樣，水樣用保溫箱冷藏保存，24 h內(nèi)進(jìn)行分析測(cè)試。總氮（TN）檢測(cè)方法為堿性過(guò)硫酸鉀-分光光度法，總磷（TP）檢測(cè)方法為過(guò)硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法，葉綠素a（Chl.a）用丙酮提取-分光光度法檢測(cè)，懸浮物（SS）用GF/F濾膜抽濾稱重法測(cè)定，化學(xué)需氧量（COD）用重鉻酸鉀法，水溫（WT）和溶解氧（DO）用YSI-professional plus現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，五日生化需氧量（BOD5）等具體測(cè)試方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法：第四版》[2]。

圖1 滇池外海采樣點(diǎn)位圖

圖2 滇池外海水體透明度季節(jié)/旱雨季變化

圖3 滇池外海水環(huán)境因子季節(jié)變化

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本研究中，“春季”指2019年4月，“夏季”指2019年7月，“秋季”指2019年10月，“冬季”指2019年1月，“全年”指上述四個(gè)季節(jié)?！昂导尽敝?月和4月，“雨季”指7月和10月，“均值”指平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。采用SPSS多獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)Dunnett T3分析不同季節(jié)間透明度以及其它環(huán)境因子差異性，Mann-Whitney 檢驗(yàn)“旱季”和“雨季”透明度以及其它環(huán)境因子差異；用多元逐步回歸-步進(jìn)法分析透明度和其它環(huán)境因子的關(guān)系，P＜0.05表示顯著，P＜0.01表示極顯著。

2 結(jié)果及分析

2.1 透明度季節(jié)變化

2019年滇池外海水體透明度變化范圍為20.00~53.00 cm，均值為37.27±1.07 cm。其中，春季透明度均值為44.00±1.49 cm，夏季透明度均值為33.73±2.19 cm，秋季透明度均值為28.80±0.73 cm，冬季透明度均值為42.53±0.74 cm。春季和冬季的水體透明度均顯著高于夏季和秋季（P＜0.05），旱季水體透明度顯著高于雨季，其它季節(jié)間差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 其它環(huán)境因子季節(jié)變化

滇池外海TN、TP、Chl.a、WT、BOD5、SS年均值（變化范圍）分別為1.87±0.08 mg/L（0.91~5.23 mg/L）、0.15±0.01 mg/L（0.08~0.26 mg/L）、71.07±3.23 μg/L（40.00~178.00 μg/L）、18.87±0.52℃（11.10~24.60℃）、7.98±0.64 mg/L（3.00~23.00 mg/L）、29.73±1.51 mg/L（8.00~76.00 mg/L）。其中，水體TN濃度夏季顯著低于秋季和冬季，其它季節(jié)間差異不顯著；水體TP濃度夏季顯著高于其它季節(jié)，其它季節(jié)間差異不顯著；水體Chl.a濃度冬季顯著低于春季和秋季，其它季節(jié)間差異不顯著；水體SS濃度秋季顯著高于夏季和冬季，其它季節(jié)間差異不顯著；水體BOD5濃度僅夏季和冬季間無(wú)顯著差異，其它季節(jié)間均存在顯著差異；不同季節(jié)間的WT差異顯著。從旱雨季角度來(lái)看，旱季TP和WT顯著小于雨季，BOD5則是旱季顯著高于雨季，其它指標(biāo)旱雨季間無(wú)顯著差異。

2.3 透明度與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

對(duì)2019年滇池外海水體透明度和其它理化因子做兩兩相關(guān)性分析，Pearson相關(guān)系數(shù)及其雙尾檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。TP、Chl.a、SS、COD和WT與透明度極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.576、-0.46、-0.411、-0.366和-0.365；TN與透明度顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.322；BOD5、DO、pH與透明度極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.334、0.407、0.489。

表1 滇池外海透明度與其它環(huán)境因子間相關(guān)性

利用多元逐步回歸分析，進(jìn)一步確定影響透明度的主要因子，回歸方程及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。全年來(lái)看，TP、SS、BOD5和Chl.a是影響外海水體透明度的主要因子，TP和SS是較重要的因子；春季、夏季和秋季影響外海水體透明度的最重要因子是TP；冬季影響外海水體透明度的主要因子是WT和Chl.a，WT是較重要的因子。從旱雨季來(lái)分析，旱季影響外海水體透明度的主要因子是TP、WT和Chl.a，TP是最重要因子；雨季影響外海水體透明度的主要因子是TN。

表2 滇池外海水體透明度與TP、TN、SS、BOD5、WT和Chl.a的多元逐步回歸

3 討論

（1） 透明度與總磷的關(guān)系。磷是浮游植物生長(zhǎng)繁殖必需的營(yíng)養(yǎng)元素，有研究表明當(dāng)水體TN∶TP＜29時(shí)會(huì)促進(jìn)藍(lán)藻生長(zhǎng)繁殖[3,4]，氮磷比為15且TN、TP濃度分別在2.0 mg/L和0.2 mg/L左右是藍(lán)藻最適宜生長(zhǎng)條件[5,6]。2019年滇池外海水體總磷平均濃度為0.15 mg/L，總氮濃度為1.87 mg/L，氮磷比為12.47，非常適合水體中藍(lán)藻生長(zhǎng)。滇池浮游植物、Chl.a與環(huán)境因子相關(guān)性研究也表明，TP濃度顯著影響水體Chl.a濃度[7,8]。而大量研究表明，水體中藻類生物量的增加會(huì)顯著降低水體透明度[9-11]。本研究中，滇池水體總磷與透明度相關(guān)系數(shù)為-0.576（P＜0.01），Chl.a濃度和總磷間相關(guān)系數(shù)為0.473（P＜0.01），由此可以推斷，滇池水體總磷主要是通過(guò)影響Chl.a濃度來(lái)間接影響水體透明度。

（2） 透明度與懸浮物的關(guān)系。 水體透明度受太陽(yáng)輻射、懸浮物組成與含量、水體理化性質(zhì)等影響，懸浮物主要通過(guò)對(duì)光的吸收和散射影響水體透明度的變化[1]。水體懸浮物由有機(jī)懸浮物和無(wú)機(jī)懸浮物組成，有機(jī)懸浮物主要來(lái)源于藻類、浮游動(dòng)物以及有機(jī)殘?bào)w，無(wú)機(jī)懸浮物則主要來(lái)源于底泥再懸浮[12]。滇池地處西南季風(fēng)區(qū)，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，底泥在風(fēng)力擾動(dòng)下再懸浮使水體透明度降低。調(diào)查期間滇池外海水體懸浮物與透明度相關(guān)系數(shù)為-0.411（P＜0.01），同時(shí)Chl.a濃度變化趨勢(shì)與懸浮物相一致，二者Pearson相關(guān)系數(shù)為0.553（P＜0.01），表明水體中浮游植物對(duì)懸浮物貢獻(xiàn)較大，但懸浮物具體組成則需進(jìn)一步研究。

（3） 旱雨季透明度變化。滇池旱季為每年的11月—次年4月，很少降雨且風(fēng)力較大；每年5—10月為雨季，主汛期集中于6—9月，雨季降雨較多[16]，風(fēng)力較小。底泥再懸浮和沉降是湖泊中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放的主要?jiǎng)恿χ籟17]，旱季滇池入湖污染較少，其主要污染來(lái)自內(nèi)源釋放。王菁晗等人研究表明，滇池在每年的3—6月主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，平均風(fēng)速約2.5 m/s，顯著高于雨季[16]。旱季大風(fēng)天氣加劇了底泥再懸浮，不僅使得水體懸浮物增加，直接影響透明度，而且增加了底泥營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，間接導(dǎo)致透明度降低。在當(dāng)前滇池外源污染得到有效控制的情況下，內(nèi)源性磷污染已成為滇池富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素[13]。本研究中旱季水體總磷與透明度和Chl.a的相關(guān)系數(shù)分別為-0.543、0.543，均為極顯著。表明水體中磷的釋放，為浮游植物生長(zhǎng)提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)而影響水體透明度變化。長(zhǎng)時(shí)間尺度研究表明[16]，滇池每年5—10月平均降水量（約140 mm）明顯高于其他月份（約20 mm），7月和8月降水量全年最高。雨季大量的氮以濕沉降[14]或者伴隨暴雨徑流匯入滇池[15,17]，為浮游植物生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)。同時(shí)，暴雨徑流帶來(lái)的大量懸浮物也嚴(yán)重降低了水體透明度。本研究中雨季水體總氮與透明度和懸浮物的相關(guān)系數(shù)分別為-0.511、0.868，均為極顯著。

4 結(jié)論

（1）2019年滇池水體透明度變化范圍為20.00~53.00 cm，年均值為37.27±1.07 cm；春季和冬季的水體透明度均顯著高于夏季和秋季（P＜0.01），旱季水體透明度顯著高于雨季（P＜0.01），其它季節(jié)間差異不顯著（P＞0.05）。

（2）多元逐步回歸分析表明，TP、SS、BOD5和浮游植物是影響外海水體透明度的主要因子，TP和SS是較重要的因子；其中，旱季影響水體透明度的主要因子是TP，雨季是TN。

本文對(duì)可能影響滇池外海水體透明度的若干環(huán)境因子開(kāi)展了研究分析，而水體浮游植物組成及生物量、水體濁度對(duì)透明度產(chǎn)生的直接影響未得到足夠關(guān)注。此外，氣溫、旱雨季風(fēng)力風(fēng)向、降雨條件等對(duì)透明度也會(huì)產(chǎn)生直接或間接影響，需在后續(xù)研究中進(jìn)一步探討。