藍(lán)藻水華與蘭江氮、磷濃度變化分析

摘要：氮、磷是藍(lán)藻生長(zhǎng)和水華形成的關(guān)鍵元素，藍(lán)藻水華會(huì)對(duì)氮、磷濃度變化和形態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響。以蘭江洋港至將軍巖段為研究對(duì)象，監(jiān)測(cè)葉綠素a、pH值、溶解氧、總氮、氨氮、總磷等指標(biāo)，探究藍(lán)藻水華發(fā)生與河流氮、磷污染物濃度變化的關(guān)系。蘭江氮、磷水平有利于藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)形成，藍(lán)藻水華期總氮、氨氮、總磷比水華發(fā)生前分別下降13.3%～28.1%、42.2%～45.8%、17.3%～31.4%；藍(lán)藻衰亡期總氮比水華發(fā)生前平均下降6.6%，氨氮、總磷分別下降15.6%～39.6%、16.7%～30.5%；藍(lán)藻衰亡期總氮、氨氮比藍(lán)藻水華期分別上升8.8%～28.0%、11.5%～41.7%，而總磷與藍(lán)藻水華期比變化不大，藍(lán)藻水華至衰亡的生命周期是一個(gè)促進(jìn)氮、磷脫除過(guò)程，對(duì)氮的脫除作用大于磷。

關(guān)鍵詞：蘭江；藍(lán)藻水華；氮；磷；濃度

中圖分類號(hào)：X522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）02-00-04

Analysis of Variations of Nitrogen and Phosphorus Concentrations in Cyanobacteria Waterbloom and Lanjiang River

ZHOU Zhigang1， FANG Yanzhen1， BAO Zongwei1， JIANG Min1， ZHOU Jie2

（1. Lanxi City Environmental Protection Monitoring Station， Lanxi 321100， China;

2. West China School/Hospital of Stomatology Sichuan University， Chengdu 610207， China）

Abstract： Nitrogen and phosphorus are key elements for the growth of blue-green algae and the formation of algal blooms， blue-green algae blooms can have an impact on changes in nitrogen and phosphorus concentrations and morphological transformations. Taking the section from Lanjiang Yanggang to Jiangjunyan as the research object， monitoring indicators such as chlorophyll a， pH value， dissolved oxygen， total nitrogen， ammonia nitrogen， total phosphorus， etc.， to explore the relationship between the occurrence of blue-green algae blooms and changes in the concentration of nitrogen and phosphorus pollutants in the river. The nitrogen and phosphorus levels in Lanjiang are conducive to the formation of blue-green algae dominance. During the blue-green algae bloom period， the total nitrogen， ammonia nitrogen， and total phosphorus decrease by 13.3%～28.1%， 42.2%～45.8%， and 17.3%～31.4%， respectively， compared to before the bloom occurred; During the decline period of blue-green algae， the total nitrogen decreased by an average of 6.6% compared to before the occurrence of algal blooms， and the ammonia nitrogen and total phosphorus decreased by 15.6%～39.6% and 16.7%～30.5%， respectively; The total nitrogen and ammonia nitrogen during the decline period of blue-green algae increased by 8.8%～28.0% and 11.5%～41.7% respectively compared to the bloom period of blue-green algae， while the total phosphorus did not change significantly. The life cycle of blue-green algae from bloom to decline is a process that promotes nitrogen and phosphorus removal， with a greater effect on nitrogen removal than on phosphorus removal.

Keywords： Lanjiang; cyanobacteria bloom; nitrogen; phosphorus; concentration

隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的加劇，許多水體優(yōu)勢(shì)藻類逐漸由硅藻、綠藻演化為藍(lán)藻[1]。藍(lán)藻漂浮在水面，影響水質(zhì)與感觀，在水力、風(fēng)力等作用下堆積，高溫分解散發(fā)惡臭，部分藍(lán)藻還會(huì)產(chǎn)生毒素，毒害水生生物，影響用水安全。近年來(lái)，太湖、巢湖、滇池等流域均頻繁發(fā)生藍(lán)藻水華。河流梯級(jí)開發(fā)、景觀營(yíng)造等導(dǎo)致河流湖泊化，一旦營(yíng)養(yǎng)鹽、光照、水溫、水文、氣象等因素滿足，極易發(fā)生藍(lán)藻水華[2]。蘭江是錢塘江北源干流，由衢江、金華江在蘭溪市匯合而成，自南向北至將軍巖進(jìn)入建德市，生長(zhǎng)的藻類主要有藍(lán)藻、硅藻、隱藻、綠藻，一般4—9月為其生長(zhǎng)高峰期，以4—6月生長(zhǎng)最旺盛，10月至次年3月生長(zhǎng)較少。未發(fā)生藍(lán)藻水華年份，總?cè)~綠素a小于15 μg/L，硅藻、隱藻各占30%～40%，藍(lán)藻、綠藻各占10%～20%；發(fā)生藍(lán)藻水華年份，藍(lán)藻占比爆發(fā)性增長(zhǎng)，但硅藻、隱藻、綠藻葉綠素a濃度變化不大，保持在0.5～5.0 μg/L。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2022年1—12月，在蘭江洋港至將軍巖段設(shè)洋港、女埠、將軍巖3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；葉綠素a濃度小于25 μg/L，每月監(jiān)測(cè)1次；葉綠素a在25～50 μg/L，每周監(jiān)測(cè)1次；葉綠素a大于50 μg/L，每天監(jiān)測(cè)1次。采樣時(shí)間為每個(gè)監(jiān)測(cè)日上午，需避開降雨及蘭江徑流受降雨影響明顯時(shí)段。

監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括水溫、pH值、溶解氧、葉綠素a、總氮、氨氮、總磷。水溫、pH值、溶解氧、葉綠素a現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；水溫、pH值監(jiān)測(cè)使用便攜式pHS-3C酸度計(jì)；溶解氧監(jiān)測(cè)使用HQ40d溶氧儀；葉綠素a監(jiān)測(cè)使用BBE便攜式藻類分析儀；總氮、氨氮、總磷樣品帶回實(shí)驗(yàn)室用0.45 μm濾膜過(guò)濾，取清液分析，總氮分析采用《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012），氨氮分析采用《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009），總磷分析采用《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989）。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)、分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)指標(biāo)相關(guān)性分析。葉綠素a濃度連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間小于10 μg/L，為水華前期；葉綠素a濃度連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間保持25 μg/L以上，且藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)，為水華期；藍(lán)藻水華發(fā)生后，葉綠素a下降，濃度在10～25 μg/L為衰亡期。2022年，蘭江洋港至將軍巖段1—6月為水華前期，7—9月為水華期，10—12月為衰亡期。

2 結(jié)果分析

3個(gè)斷面各時(shí)期葉綠素a、溶解氧、總氮、氨氮以及總磷等監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度平均值如表1所示。

2.1 葉綠素a的變化

葉綠素a變化趨勢(shì)如圖1所示。水華前期各斷面葉綠素a均小于10 μg/L，藍(lán)藻占比為15%～20%；水華期，7月水溫超過(guò)30 ℃，藍(lán)藻大量增殖，葉綠素a超過(guò)25 μg/L，8月葉綠素a超過(guò)50 μg/L，最高為洋港斷面的360 μg/L，為水華前期均值的51.4倍，藍(lán)藻占比超過(guò)40%，其中8月、9月超過(guò)80%，最高超過(guò)90%，9月下旬水溫開始下降，葉綠素a同步下降；衰亡期，10—12月葉綠素a濃度小于25 μg/L，藍(lán)藻占比為33%～50%。水華前期藍(lán)藻細(xì)胞平均密度為0.5×105細(xì)胞數(shù)/L，水華期藍(lán)藻細(xì)胞平均密度為6.9×106細(xì)胞數(shù)/L，衰亡期藍(lán)藻細(xì)胞平均密度為1.6×105細(xì)胞數(shù)/L。

由表1可知，3個(gè)斷面水華前期葉綠素a濃度均為0.007 mg/L；水華期葉綠素a濃度為0.050～0.059 mg/L，比水華前期上升614%～743%，升高比例由低到高依次為女埠、將軍巖、洋港；衰亡期葉綠素a濃度為0.012～0.016 mg/L，比水華前期升高71.4%～129.4%，升高比例由低到高依次為洋港、女埠、將軍巖。洋港斷面江面較窄、河床較淺，位于堰壩尾部，水流緩慢，夏季、秋季比女埠、將軍巖斷面易于發(fā)生藍(lán)藻水華，受上游來(lái)水影響，春季、冬季水流流速變化較大，浮游植物易沖刷至下游，葉綠素a下降較快。硅藻、隱藻、綠藻葉綠素a濃度月均值為0.5～5.0 μg/L，水華期葉綠素a的升高主要是藍(lán)藻大量增殖造成，以總?cè)~綠素a濃度作為藍(lán)藻水華指標(biāo)。

2.2 pH值的變化

各斷面水華前期pH值為7.2～7.7，7月隨著葉綠素a濃度上升，pH值升高，8月pH值保持9以上，3個(gè)斷面最高均達(dá)9.7，9月下旬葉綠素a下降，pH值下降，10—12月pH值為7.3～8.9。pH值變化與葉綠素a具有一致性和同步性，可見浮游植物光合作用強(qiáng)弱是影響蘭江pH值的關(guān)鍵因素之一[3]。

2.3 溶解氧的變化

各斷面溶解氧濃度7月開始升高，8月達(dá)到高值，9月下旬溶解氧開始下降。溶解氧、pH值、葉綠素a這3個(gè)指標(biāo)變化規(guī)律相似，溶解氧變化趨勢(shì)與pH值更相近。

由表1可知，3個(gè)斷面水華前期溶解氧濃度為7.890～9.500 mg/L；水華期溶解氧濃度為8.820～10.600 mg/L，比水華前期升高2.9%～18.8%；衰亡期溶解氧濃度為7.270～8.500 mg/L，比水華前期下降4.7%～18.1%，比水華期下降17.6%～20.4%。

3個(gè)斷面中，洋港斷面溶解氧波動(dòng)較小，女埠斷面水華前期與衰亡期溶解氧接近，將軍巖斷面水華前期與水華期溶解氧接近，說(shuō)明浮游植物光合作用是影響蘭江溶解氧的主要因素，河流深度、水流速度、風(fēng)力及行船擾動(dòng)、氣象因素等對(duì)蘭江溶解氧影響明顯。

2.4 總氮、氨氮的變化

由表1可知：3個(gè)斷面水華前期總氮濃度為2.100～2.530 mg/L；水華期總氮濃度為1.750～1.820 mg/L，比水華前期下降13.3%～28.1%；衰亡期總氮濃度為1.980～2.330 mg/L，與水華前期相比，洋港斷面上升11.0%，女埠斷面、將軍巖斷面分別下降9.3%、21.7%，與水華期相比，升高8.8%～28.0%；3個(gè)斷面水華前期氨氮濃度為0.440～0.480 mg/L；水華期氨氮濃度為0.240～0.260 mg/L，比水華前期下降42.2%～45.8%；衰亡期氨氮濃度為0.290～0.380 mg/L，比水華前期下降15.6%～39.6%，比水華期升高11.5%～46.2%。水華期、衰亡期各斷面氨氮下降比例均大于總氮，說(shuō)明藍(lán)藻水華對(duì)氮的吸收形式以氨氮為主。洋港斷面衰亡期葉綠素a濃度相對(duì)較低，總氮濃度高于水華前期，說(shuō)明藍(lán)藻大量增殖對(duì)氮營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗是蘭江藍(lán)藻水華發(fā)生后總氮、氨氮濃度降低的關(guān)鍵因素之一[4]。

2.5 總磷的變化

由表1可知，3個(gè)斷面水華前期總磷濃度為0.105～0.138 mg/L；水華期總磷濃度為0.072～0.110 mg/L，比水華前期下降17.3%～31.4%；衰亡期總磷濃度為0.073～0.115 mg/L，比水華前期下降16.7%～30.5%，與水華期相比，洋港、女埠、將軍巖3個(gè)斷面分別升高1.4%、0%、10.6%，變化不明顯。浮游植物生長(zhǎng)對(duì)磷營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗和遷移轉(zhuǎn)化，是影響蘭江總磷關(guān)鍵因素之一。

2.6 Pearson相關(guān)系數(shù)分析

計(jì)算葉綠素a與各指標(biāo)Pearson相關(guān)系數(shù)，具體如表2所示。葉綠素a與pH值、溶解氧的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.630～0.716、0.598～0.859，顯著正相關(guān)，葉綠素a濃度高表示水體中浮游植物豐富，光合作用強(qiáng)，浮游植物光合作用強(qiáng)度對(duì)蘭江pH值、溶解氧影響明顯。葉綠素a與總氮、氨氮的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.485～-0.208、-0.392～-0.165，弱負(fù)相關(guān)，說(shuō)明氮是影響蘭江浮游植物生長(zhǎng)的主要因素，藍(lán)藻水華對(duì)總氮、氨氮遷移轉(zhuǎn)化影響較大。葉綠素a與總磷的Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.201～-0.004，無(wú)顯著相關(guān)性，各時(shí)期總磷濃度隨葉綠素a濃度變化較小。

3 討論與分析

3.1 藍(lán)藻水華對(duì)氮、磷濃度的影響

氮、磷濃度較低或較高均不利于藍(lán)藻生長(zhǎng)，較高水平的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)對(duì)藻類生長(zhǎng)起到抑制作用。蘭江總氮濃度為1.020～3.510 mg/L、總磷濃度為0.100～0.200 mg/L，氮、磷濃度及氮磷比均利于藍(lán)藻水華發(fā)生。2022年7月至9月，蘭江流域高溫少雨、水流緩慢，利于發(fā)生藍(lán)藻水華。藍(lán)藻水華期，pH值、溶解氧明顯上升，葉綠素a與pH值、溶解氧顯著正相關(guān)，水體物理化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，總氮、氨氮、總磷濃度與水華前期相比，明顯下降，平均分別下降45.5%、24.4%、21.2%。藍(lán)藻水華對(duì)聚磷菌有富集作用，有利于藍(lán)藻水華過(guò)程對(duì)氮、磷的需求。藍(lán)藻光合作用改變水體pH值、溶解氧及水生生物結(jié)構(gòu)，溶解氧升高，抑制反硝化作用，反硝化脫氮效率降低，藍(lán)藻生長(zhǎng)吸收氮的形式主要為氨氮，總氮濃度下降比例小于氨氮。藍(lán)藻水華初期，藍(lán)藻生長(zhǎng)對(duì)氮、磷的吸收大于沉積物釋放，總氮、氨氮、總磷濃度出現(xiàn)下降，之后逐漸達(dá)到某種平衡，總氮、氨氮、總磷濃度波動(dòng)變小。

3.2 藍(lán)藻衰亡對(duì)氮、磷濃度的影響

藍(lán)藻衰亡會(huì)分解釋放氮、磷，其中氮的釋放方式主要為氨氮。衰亡期蘭江葉綠素a高于水華前期，浮游植物比水華前期豐富，與水華前期相比，除洋港斷面總氮指標(biāo)外，其他斷面各指標(biāo)和洋港斷面其他指標(biāo)均有所下降，3個(gè)斷面總氮、氨氮、總磷平均分別下降6.67%、26.0%、21.5%，衰亡期與水華期相比，葉綠素a低于水華期，總氮、氨氮、總磷平均分別上升16.2%、33.1%、4.0%。洋港斷面衰亡期總氮高于水華前期，可能是其衰亡期葉綠素a低于其他兩個(gè)斷面，接近于水華前期，對(duì)氮的消耗低于其他斷面，水華堆積物釋放氮較多造成，也可能是其他復(fù)雜的環(huán)境因素造成。衰亡期，葉綠素a降低，pH值、溶解氧隨之下降，反硝化作用變強(qiáng)，利于氮的脫除。河流內(nèi)的藍(lán)藻顆粒會(huì)隨水流下移，不易長(zhǎng)時(shí)間大量在一個(gè)地點(diǎn)聚集，衰亡的藻類顆粒比新鮮藻類顆粒更易于隨水流下移或被泥沙裹挾沉積于河底，藻類顆粒中的氮、磷未釋放即被遷移到下游或固定沉積，從而減少或減緩氮、磷的釋放。

4 結(jié)論

水華期氨氮、總氮、總磷濃度比水華前期下降45.5%、21.2%、24.4%，藍(lán)藻水華促使沉積物中氮、磷釋放，水華發(fā)生后，氮、磷濃度逐步趨于穩(wěn)定。藻類顆粒下移和沉積固定促進(jìn)了氮、磷脫除，衰亡期總氮、氨氮、總磷比水華前期平均分別下降6.67%、26.0%、21.5%，比水華期分別上升16.2%、33.1%、4.0%。蘭江藍(lán)藻水華至衰亡的生命周期是促進(jìn)氮、磷脫除的過(guò)程，氮的脫除率大于磷。

參考文獻(xiàn)

1 楊 文，朱津永，張克鑫，等.一小型藻華池塘浮游植物群落動(dòng)態(tài)及其影響因子研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015（4）：1309-1316.

2 吳慶龍，謝 平，楊柳燕，等.湖泊藍(lán)藻水華生態(tài)完善形成機(jī)理及防治的基礎(chǔ)研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2008（11）：1115-1123.

3 周 兵，蔡小莉，楊欣欣，等.藍(lán)藻水華爆發(fā)成因的研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2020（1）：37-42.

4 張虎軍，宋 挺，朱冰川，等.太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)程度年度預(yù)測(cè)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2022（1）：157-164.

收稿日期：2024-12-02

基金項(xiàng)目：蘭溪市科技項(xiàng)目（蘭科局〔2022〕9號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介：周志剛（1972—），男，浙江蘭溪人，高級(jí)工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理。