老鸦河水库水质的时空变化趋势与富营养化评价

    吴坤杰

    

    

    

    摘 要：为了明确老鸦河水库水质的时空变化趋势及其富营养化状态，测定了老鸦河水库的总氮、总磷、叶绿素、高锰酸盐指数、透明度等水质指标，分析了老鸦河水库水质的时空变化趋势，并应用综合营养状态指数法评价了水库富营养化现状。结果表明：（1）老鸦河水库氮磷分布呈夏季高，秋季次之，春季较低，冬季最低的季节变化趋势；空间分布变化规律不明显。（2）老鸦河水库全年营养状态为中度富营养。

    关键词：老鸦河水库；水质；变化趋势；富营养化；综合营养状态指数

    淡水湖泊、河流以及水库是人类生存以及社会经济发展的最重要的场所和水源地。据统计，中国大部分水库已发生不同程度的富营养化现象，且多处于富营养化水平[1]。为了保证人类的饮用水安全、水产品质量安全及湖泊水库的合理开发利用，对湖泊水库的富营养化状态及防治政策的研究是十分必要的。流域内工业化与城市化的快速发展导致大量的氮磷等营养盐流失到地表水体中[2]，加速水体的老化，并阻碍了水体生态系统的生态功能。由此所引出的水体富营养化现象已成为当今世界重要的环境问题之一。尽管国内外很多学者已经对各大湖泊水库的富营养化机理及防治政策做了较为深入的研究[3-5]。但由于各地方湖泊水库的富营养化程度不同、污染源和水文条件也不同，其富营养化防治政策也不尽相同，因此，对各地方湖泊水库的富营养化状态、污染源及防治政策进行研究，为地方水资源安全防护政策提供重要的理论依据是当务之急。

    老鸦河水库位于淮河左岸一级支流老鸦河上游，信阳市平桥区平昌关镇古城村，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖的中型水库。近几年，由于库区周围农业面源污染、工业污染及生活污染等原因，水库的水质逐年下降。所以为了老鸦河水库的水资源保护和合理开发利用，本文用中国环境监测总站推荐的综合营养状态指数（TLI）法来评价老鸦河水库的富营养化状态，并分析老鸦河水库氮磷等水质指标的时空变化趋势，为老鸦河水库的水资源保护和合理开发利用提供理论依据和数据支撑。

    1 材料与方法

    1.1 样品采集

    在老鸦河水库设置5个采样点，于2015年5月至2016年5月，在春季（5月）、夏季（8月）、秋季（10月）、冬季（12月）四次采样，采样分布如图1所示。按《水和废水监测分析方法》[6]（第4 版）的相关规定进行采样。

    1.2 理化性质的测定

    叶绿素a （Chl.a）、总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（CODMn）和透明度（SD）等指标均按照《水和废水监测分析方法》（第4版）的方法进行测定[6]。TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；TP采用过硫酸钾氧化-钼酸铵分光光度法；Chl.a采用0.45 μm滤膜过滤后，用丙酮萃取分光光度法测定；SD采用塞氏盘法测定；CODMn采用酸性高锰酸钾法测定。

    2 结果与分析

    2.1 老鸦河水库TN、TP、Chl.a和CODMn的时空变化趋势

    2.1.1 老鸦河水库TP、TN、Chl.a和CODMn的季节变化趋势 由图2可见，老鸦河水库TN的季节变化趋势为：夏季>秋季>春季>冬季。

    老鸦河水库夏季5个采样点的TN都高于其他季节；秋季所有采样点的TN 都高于春季和冬季；冬季最低。夏季、秋季、春季和冬季TN的均值分别为10.43、9.49、8.04、7.54 mg/L。

    由图3可见，夏季与秋季老鸦河水库TP的均值均为0.050 mg/L，高于春季与冬季，冬季TP含量最低为0.021 mg/L。老鸦河水库TP的季节变化趋势为：夏季=秋季>春季>冬季。

    由图4可见，老鸦河水库Chl.a的季节变化规律为：夏季>秋季>春季>冬季。夏季所有采样点Chl.a的含量明显高于其他季节；冬季则最低。夏季、秋季、春季和冬季Chl.a的均值分别为：67.6、50.9、43.5、34.4 mg/m3。

    由图5可见，老鸦河水库夏季的CODMn略高于秋季，显著高于春季和冬季，老鸦河水库CODMn的季节变化规律为：夏季>秋季>春季>冬季。夏季、秋季、春季和冬季CODMn的均值分别为：8.13、7.82、6.47、5.14 mg/L。

    从2015年5月至2016年的5月，老鸦河水库TN、TP和Chl.a的季节变化趋势趋势基本一致。该水库上游有沪陕高速经过，水库周边畜牧业和种植业发达，农业面源污染较重。这些污染源都含有氮磷等元素及有机污染物，这些污染物经雨水的冲刷由地表径流带入水库。由于信阳地区降雨量偏少，导致地表径流的氮磷含量可能高于水库，从而对水库的TN和TP含量起提升作用。导致老鸦河水库夏季的TP、TN、Chl.a和CODMn都高于其他季节。

    水体富营养化的关键因素和主要控制因素是氮磷，这主要由于它们是生物生长的大量元素，可引起各种水生植物和藻类的大量繁殖和生长[7]。夏季水体中的氮磷增加，促进了浮游植物的生长，因此老鸦河水库夏季Chl.a的含量也升高，从而导致水体富营养化。老鸦河水库TN和TP的季节变化趋势与处于降雨量丰富地区的湖泊水库相反，降雨量丰富地区地表径流的氮磷含量可能低于水库，从而对水库的TN和TP含量起稀释作用[8]。

    2.1.2 老鸦河水库TN、TP、Chl.a和CODMn的空间变化特征 由图2可知，在夏季和春季老鸦河水库下游采样点6的TN最高，秋季则最低，所以老鸦河水库的TN没有明显的空间变化规律。由图3可知，夏季、春季和秋季老鸦河水库下游采样点6的TP最高，冬季则最低，所以老鸦河水库的TP也没有明显的空间变化规律。从图4和图5可见，老鸦河水库的CODMn和Chl.a也没有空间变化规律。

    2.2 老鸦河水库的富营养化评价

    2.2.1 综合营养状态指数法及营养状态分级标准

    采取综合营养状态指数法（TLI）来评价水体富营养化程度。综合营养状态指数计算公式[9]为：

    2.2.2 老鸦河富营养化评价结果 从表1可见，老鸦河水库夏季、春季、秋季和冬季的综合营养状态指数TLI（∑）分别为67.4、58.7、65.3、545。夏季和秋季营养状态级别都达到了中度富营养状态，春季和冬季营养状态级别都为轻度富营养。全年的综合营养状态指数TLI（∑）为617，达到了中度富营养状态。

    3 结论

    老鸦河水库的TN、TP 、Chl.a和CODMn具有明显的季节变化趋势。水库氮磷及Chl.a分布呈夏季高，秋季次之，春季较低，冬季最低的季节变化趋势。由于污染源复杂，其TN和TP受多种因素影响，并没有空间变化规律。

    老鸦河水库全年的富营养化评价结果为中度富营养状态。老鸦河水库春季和夏季的氮磷含量已经达到了发生水华的浓度，且夏季和秋季的营养状态级别也达到了富营养状态，具备了发生水华的物质基础。提示管理者必须要注意加强对周边农业生产的监督，禁止过度施肥，特别是磷肥，防止氮磷流入老鸦河水库，暴发水华。

    参考文献：

    [1] 孟红明，张振克.我国主要水库富营养化现状评价[J].河南师范大学学报：自然科学版，2007，35（2）：133-136.

    [2] 王明远，赵桂久，章 申.长江碳、氮、磷、硫输送量的研究[M].化学元素水环境背景值研究.北京：测绘出版社，1989：121-131.

    [3] 胡春华，周文斌，肖化云，等.鄱阳湖富营养化现状及其正态分布特征分析[J].人民长江，2010，41（19）：64-68.

    [4] 崔力拓，李志伟.洋河水库“水华”形成的关键因子[J].农业环境科学学报，2005，24（增刊）：141-143.

    [5] 杜桂森，王建厅，张为华，等.官厅水库水体营养状况分析[J].湖泊科学，2004，16（4）：277-281.

    [6] 国家环境保护局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

    [7] 曾庆飞，谷孝鸿，毛志刚，等.固城湖及上下游河道富营养化和浮游藻类现状[J].中国环境科学，2002，32（8）：1487-1494.

    [8] 周华俊，李秋华，韩博平.南亚热带典型调水型水库---广东大境山水库的富营养化特征分析[J].湖泊科学，2010，22（2）：291-299.

    [9] 金相灿.中国湖泊环境（第一、二册）[M].北京：海洋出版社，1995.

    （收稿日期：2016-06-13）