南陽市飲用水源區生態監測

凡盼盼，施建偉，王晨溪，宋佳璘，王 弋，胡蘭群，李玉英

1．南陽師范學院生命科學與技術學院，河南 南陽 473061

2．南陽市環境監測站，河南 南陽 473000

3．河南省環境監控中心，河南 鄭州 450004

南陽市飲用水源為鴨河口水庫，是一座以防洪灌溉為主，兼顧工業及城市用水，結合發電、養魚等綜合利用的大型水利樞紐工程。鴨河口水庫總庫容13.16億立方米，控制流域面積3 030 km2，最高庫水位時水庫面積110 km2，直接入庫河流有6條，最大河流為白河，其次有鴨河、留山河、黃鴨河、松河、空山河等。隨著南陽工農業生產的發展、城市生活及改善生態環境的需要，鴨河口水庫有限的水資源滿足不了用水需求，供需矛盾日趨突出，水環境狀況日益惡化［1］。如何更好地利用鴨河口水庫現有的水資源來滿足南陽市可持續發展的需求，成為目前亟需解決的問題。目前地表飲用水水源地保護工作還難以真正落實到流域管理的總體框架上，使得水源區保護工作科學性和持續性不足［1］。根據國家環境保護部2011年的中國環境狀況公報，中國26個國控重點湖泊中超過53.8%的湖泊呈富營養化狀態。因此，開展水源地湖庫的水質調查和評價對湖泊富營養化治理具有重要意義［2-7］，采用浮游生物監測評價水質狀況日益受到重視［8-12］。2012年1月—2013年12月在對南陽市飲用水水源地鴨河口水庫生態調查的基礎上在不同生態水域設立監測站，通過理化監測、微生物學監測和生物監測綜合判定鴨河口水庫的水質營養狀況，旨在為制定飲用水源區生態規劃提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 研究區域

根據鴨河口水庫的地理位置特征，共設5個生態監測站，水庫上游2個主干流(白河和鴨河)的入庫處(南河店和安莊)設2個監測站、庫心監測站、壩下監測站(該站是庫體水排放處，也是南陽市飲用水取水處)、水庫下游白河入南陽市的盆窯監測站，監測站位置示意圖如圖1所示。

圖1 南陽市飲用水源區鴨河口水庫監測站示意圖

1.2 采樣時間和樣品采集

分別于2012年1月—2013年12月采集水樣，按照《水和廢水監測分析方法》(第四版)［8］規定的標準采集無菌水樣、理化檢測水樣、葉綠素a檢測水樣和浮游生物檢測水樣，前3項共檢測24次，浮游生物僅在2013年11月檢測。所有樣品均于24 h內帶回實驗室處理。

1.3 樣品測定

1.3.1 水質常規指標檢測

pH和溶解氧用CTD(SBE9型)在現場測定;透明度采用塞氏盤法測定;總磷、總氮、五日生化需氧量、化學需氧量及高錳酸鹽指數等指標的檢測主要參照文獻［13-14］中的方法測定;糞大腸菌群數采用MPN法測定［14］;葉綠素a濃度采用丙酮萃取分光光度比色法測定［14］。

1.3.2 浮游生物檢測

浮游藻類和浮游動物定性樣品分別用25號和13號浮游生物采集網采集，定量樣品用采水器分層取1 000 mL，現場加魯哥氏液固定。實驗室濃縮樣品，取水樣在Olypus倒置顯微鏡下鑒定，將浮游生物鑒定到種(變種)或屬［13-20］。

1.4 水質評價標準

1.4.1 水質營養狀態評價標準

按照《地表水資源質量評價技術規程》(SL 395—2007)進行水庫營養狀態的評價［21］。采用湖泊(水庫)營養狀態評價標準及分級辦法。先采用線性插值法將水質項目濃度值轉換為賦分值，再按照式(1)計算營養狀態指數(EI):

式中:EI為營養狀態指數，En為評價項目賦分值，N為評價項目個數。

1.4.2 浮游藻類群落評價標準

指示性浮游藻類群落污染等級劃分標準為藍藻門大于70%時耐污種大量出現，為多污帶;藍藻門約60%時藻類總數較多，為α-中污帶;硅藻門及綠藻門各約30%時為β-中污帶;硅藻門大于60%時為寡污帶［8-9］。

浮游藻類污染指示種與水質營養狀態的劃分標準:os污染指示種為寡營養型;βm污染指示種為中營養型;富營養型包括富營養型(αm)和中-富營養型(α-βm)2類;超富營養型包括富營養重污型(β-ps)和厭氧重污型(α-ps)2 類［10］。

2 結果與分析

2.1 南陽市飲用水源區水質監測及評價

2.1.1 水質監測結果

2012年1月—2013年12月期間對南陽市飲用水源區鴨河口水庫的庫心、壩下和水庫下游白河盆窯3個典型監測站進行水質常規監測，與水體營養化程度相關的總氮、總磷、高錳酸鹽指數和氨氮結果如圖2～圖5所示。

圖2 南陽市飲用水源區總氮動態變化

圖3 南陽市飲用水源區氨氮動態變化

圖4 南陽市飲用水源區高錳酸鹽指數動態變化

圖5 南陽市飲用水源區總磷動態變化

由圖2～圖5可見，庫區和其下游總氮濃度均達到Ⅲ類水質標準，分別為1.02、1.79 mg/L，各監測區季節變化不明顯，年際間差異不顯著;但庫內和其下游差異顯著，盆窯段面均高于庫區。高錳酸鹽指數和氨氮濃度顯現和總氮濃度類似的趨勢。

2012—2013年庫區和其下游總磷平均濃度分別為0.019、0.074 mg/L，下游盆窯段面的總磷濃度在2013年豐水期達到0.101 mg/L，其他監測時間也高于庫區。

綜上所述，根據《地表水環境質量標準》(GB 38382—2002)，2012年1月—2013年12月庫區理化指標中庫心、壩下和盆窯的高錳酸鹽指數符合Ⅱ類水質標準(≤4);盆窯的氨氮、總氮和總磷符合Ⅴ類水質標準;庫心和壩下的總氮符合Ⅲ類水質標準，總磷符合Ⅱ類水質標準;其他監測指標均符合Ⅰ類水質標準。根據檢出限值要求，銅、鋅、汞和鉛在所監測的時間內各監測站均未檢出。

2012年1月—2013年12鴨河口水庫的微生物學監測顯示，微生物學指標相對穩定，常年監測的總大腸菌群數小于等于20個/升，而其下游白河盆窯段面總大腸菌群數平均達到7.22×102個/升(數據未顯示)。依據水質的微生物學評價標準，鴨河口水庫微生物學指標都符合地表水I類水質標準，符合源頭水質的標準。

葉綠素a是水體中浮游藻類生物量和生態系統生產力的綜合指標，也是反映水體富營養化程度的一個重要參數。2012—2013年鴨河口水庫的葉綠素a含量介于0.001～0.003 mg/L之間，營養狀態指數介于20～35之間，監測期間不同水期的營養狀態指數差異不顯著。

2.1.2 水質富營養狀態評價

按照《地表水資源質量評價技術規程》(SL 395—2007)進行水庫營養狀態評價［21］，以總氮、總磷、高錳酸鹽指數、葉綠素a和透明度5個參數作為南陽市飲用水源水質營養狀態參數。

無論庫區還是其下游監測區總氮均達到中度富營養化程度(En分別為61.13和67.60)，庫區不同水期營養狀態指數相近;總磷在庫區和下游白河差異顯著，En分別為35.35和56.00，在下游達到了輕度富營養程度;高錳酸鹽指數、葉綠素 a和透明度的En介于20～44.70之間。年度內庫區豐水期、枯水期和平水期的營養狀態指數相近，平均為40.20;年際間，2012年的營養狀態指數稍高于2013年。綜合評價，南陽市飲用水源鴨河口水庫水質穩定，水體處于中營養狀態，下游入南陽市的白河盆窯段達到輕度富營養狀態(表1)。

表1 南陽市飲用水源區水質EI值及其營養狀態

2.2 浮游藻類組成及水質評價

2.2.1 浮游藻類物種組成

2013年11月在鴨河口水庫水源區各監測站采集的浮游藻類物種組成及百分比見圖6。

圖6 鴨河口水庫浮游藻類物種組成和百分比

由圖6可見，浮游藻類共有7門40科90屬208種(含變種)，其中藍藻門16屬35種(含變種)，占16.83%;綠藻門32屬59種(含變種)，占28.37%;硅藻門 30屬 94種(含變種)，占45.19%;裸藻門6屬12種，甲藻門2屬3種，黃藻門3屬5種，紅藻門1屬1種，未檢測到輪藻。

各監測站浮游藻類種類不一，以南河店監測站較多，其中微囊藻屬(Microcystis)、束絲藻屬(Aphanizomenon)、盤星藻屬(Pediastrum)、直鏈藻屬(Melosira)、針桿藻屬(Synedra)和黃絲藻屬(Tribonema)幾乎遍布整個水體，但各監測站之間的優勢種不完全一致。南河店藻類群落為硅藻-綠藻-藍藻型，比例為 57.76%、26.72%、5.17%;盆窯藻類群落為硅藻-綠藻-藍藻型，比例分別為57.83%、20.48%、18.07%;庫心藻類群落為綠藻-藍藻-硅藻型，比例分別為 47.50%、27.50%、17.50%;壩下藻類群落為綠藻-藍藻-硅藻型，比例分別是47.37%、31.58%、10.53%;安莊3種藻類相對接近，硅藻-藍藻-綠藻所占的比例分別是 25.93%、33.33%、25.93%。結果表明，南河店和盆窯監測站浮游藻類群落呈河流型生物特征，其他3個監測站呈湖泊型生物特征。

2.2.2 浮游藻類污染指示種及水質評價

浮游藻類是水生態系統生物資源的重要部分，也是反映水體富營養化程度的主要指標，藻類的種群結構和污染指示種是湖泊營養型評價的重要參數。2013年11月在鴨河口水庫各監測站共檢測出浮游藻類指示種5門19科25屬36種(含變種)，其中寡污型浮游藻類3屬3種，占總指示種數的8.33%;α-中污型9屬11種，占總指示種數的30.56%;β-中污型浮游藻類5屬5種，占總指示種數的 13.89%;α-β-中污型浮游藻類4屬5種，占總指示種數的13.89%;α-β-o中污型浮游藻類2屬8種，占總指示種數的22.22%;富營養型浮游藻類3屬3種，占總指示種數的8.33%;超富營養型僅在水庫下游的盆窯監測站檢出小球藻(Chlorella vulgarisBeijerinck)，見圖7和表2。根據指示性浮游藻類群落劃分污染等級的標準，5個監測站共檢測到的中污型藻類指示種所占比例為80.56%，可判定鴨河口水庫庫區水質為中污型。盆窯站的污染指示種有16屬18種，是5個監測站中污染指示種最多的監測站。

圖7 鴨河口水庫浮游藻類污染指示種種類組成

表2 鴨河口水庫浮游藻類污染指示種組成及指示等級

2.3 浮游動物物種組成及水質評價

2013年11月在南陽市飲用水源區鴨河口水庫及其下游水域共采集到浮游動物4類:枝角類(Cladocera)、橈足類(Copepoda)、輪蟲(Rotatoria)和原生動物(Protozoa)共36種(含變種)，隸屬28科30屬。其中枝角類和輪蟲較多，均為5科6屬9種，分別占總浮游動物的33.33%;橈足類5科5屬5種，占22.22%;原生動物3科3屬3種，占11.11%。調查僅在安莊監測站檢出1種橈足類溝渠異足猛水蚤(Canthocamptus staphylinusJurine)β-m型污染指示種，如圖8所示。

圖8 鴨河口水庫浮游動物物種組成和百分比

由圖8可見，水庫上游的南河店和安莊2個監測站的浮游動物在組成上存在差異，南河店只檢測到枝角類和輪蟲3種，而安莊監測站檢測出枝角類、橈足類、原生動物、輪蟲4類17種。在庫心監測到枝角類、橈足類、原生動物、輪蟲4類11種。在盆窯也僅檢測到枝角類和輪蟲2種。螺形龜甲輪蟲(Keratella cochlearis)在南河店、安莊、庫體和下游盆窯均檢測出，為水源區浮游動物的優勢種;頸溝基合溞(Bosminopsis deitersiRichard)出現在安莊和庫體 2個站，美麗網紋溞(Ceriodaphnia pulchellaSars)和大型溞(Daphnia magna Straus)出現在南河店和庫體2個監測站，長刺溞(Daphnia longispinaMüller)出現在庫體和盆窯2個監測站。鴨河口水庫不同水體浮游動物的組成存在較大差異，盡管南河店和安莊均為主干流入庫匯處，但南河店監測站處呈現河流生態特征，安莊水體已呈現湖庫生態特征;壩下監測站是庫體水排放處，也是南陽市飲用水取水處，相對具有河流生態特征，僅檢出龜甲輪蟲(Keratella．sp)1種輪蟲;水庫下游白河入南陽市的盆窯監測站為典型河流生境。結果說明水域生態環境對浮游動物分布和物種組成有影響。

2.4 討論

鴨河口水庫的主干流安莊監測站是庫區中靠近村鎮的上游支流，其庫區生態系統的健康狀況因周邊工農業生產排污和小城鎮生活污水的排放而較差;在水庫不同區域還有農戶的投餌式網箱養魚基地，造成底泥沉積物中氮、磷、硫化物、有機質的明顯富集，如果不對庫區網箱養殖加以規劃，盲目地養殖對水質的影響是顯而易見的;相對而言，鴨河口水庫的庫區生態系統健康狀況較好，而位于水庫下游的河流生態系統健康狀況較差，主要體現在河流形態的改變，氮磷含量的增加，已達到輕度富營養狀態，可能與沿岸工農業生產的排污和小城鎮生活污水的排放有關。鴨河口水庫對南陽市的發展起著舉足輕重的戰略作用，隨著南陽市中心城區規模不斷擴大和經濟增長，鴨河口水庫將成為中心城區的主要水源地;由于中心城區地下水嚴重超采，鴨河口水庫今后將逐步成為城市的主要水源，水庫的功能應轉變成以保證城市供水為主。目前中心城區供水主要靠白河側滲地下水和白河地表水，白河水量受鴨河口水庫控制，依靠鴨河口水庫彌補中心城區水資源缺口是必然趨勢，這將大大緩解中心城區用水緊張局面，鴨河口水庫的作用無可替代。水庫水體的富營養化程度與營養物質、氣候條件、水庫水化學性質和生物性質、水庫調度方式和氣候條件等各種因素有密切聯系，根據短期內的生物調查資料監測評價水質，僅能反映當時水環境狀況，而水質的長期變化趨勢還需要長期動態研究才能得出正確結論。因此，鴨河口水庫水資源的可持續利用，將直接影響南陽的可持續發展，應盡快、盡早、科學地制定實施鴨河口水庫水資源的開發、節約、保護和利用規劃，使之成為南陽可持續發展戰略的強大資源。

3 結論

2012年1月—2013年12月對南陽市飲用水水源區鴨河口水庫的2條主干流、庫體和水庫下游進行了水質常規監測和浮游生物調查。結果表明，鴨河口水庫庫區及其下游共檢測到浮游藻類7門40科90屬208種(含變種)，其硅藻-綠藻-藍藻比例依次為57.79%、23.60%、11.62%，水體為硅藻-綠藻型;浮游藻類污染指示種5門19科25屬36種(含變種)，中污型指示種占污染指示種的80.56%;浮游動物共采集到28科30屬36種(含變種)，僅查出1種β-中污型污染指示種;除總氮超標外(達到中度富營養水平，EI平均為63.37)，其他理化指標和微生物學指標達到水源水質要求。綜合分析評價，南陽市飲用水水源區水質處于中營養狀態。

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