潑河水庫的水質變化特征及富營養化評價

楊東輝　吳坤杰　袁　偉　沈紹營　汪海洋

（1.信陽農林學院　水產學院　河南　信陽　4640002）（2.信陽市現代漁業生物工程技術研究中心　河南　信陽　464000）（3.信陽潑河水庫管理站　河南　信陽464000）（4.信陽市新縣水利局水產站）

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潑河水庫的水質變化特征及富營養化評價

楊東輝1,2吳坤杰1,2袁偉3沈紹營3汪海洋4

（1.信陽農林學院水產學院河南信陽4640002）（2.信陽市現代漁業生物工程技術研究中心河南信陽464000）（3.信陽潑河水庫管理站河南信陽464000）（4.信陽市新縣水利局水產站）

摘要：為了明確潑河水庫氮磷的分布特征及其富營養化水平現狀，筆者根據2012年9月至2013年9月對潑河水庫的監測數據，分析了潑河水庫氮磷分布特征，并應用綜合營養狀態指數法對研究水域富營養化現狀進行了評價與分析。結果表明：（1）潑河水庫氮磷分布呈夏季高、春季次之、冬季最低的特征；（2）潑河水庫營養狀態為中營養。

關鍵詞：潑河水庫；綜合營養狀態指數；氮磷；富營養化

E-mail:dhy5735@sohu.com

水體富營養化主要是由于水體接納過量的營養鹽（如氮、磷等），導致浮游植物大量生長繁殖的過程。由于發展快、危害大、治理難、恢復慢，水體富營養化問題已被列入全球性的水污染問題。據統計，中國大部分水庫已發生了不同程度的富營養化現象，且多處于中富營養化水平，嚴重影響了水庫的供水安全和水庫的水產品質量安全。為了保證人類的飲用水安全、水產品質量安全及湖泊水庫的合理開發利用，對湖泊水庫的富營養化狀態及防治政策的研究是十分必要的。盡管國內外很多學者已經對各大湖泊水庫的富營養化機理及防治政策做了較為深入的研究。但由于各地方湖泊水庫的富營養化程度不同、污染源和水文條件不同，其富營養化防治策略也不盡相同，因此，對各地方湖泊水庫的富營養化狀態、污染源及防治策略進行研究，為地方飲用水資源安全防護政策提供重要的理論依據是當務之急。

潑河水庫位于河南省東南部新縣和光山兩縣交界處，流域25.6平方公里，其中水域面積11.8平方公里，是河南光山和潢川兩縣人民的飲用水水源。本文用中國環境監測總站推薦的綜合營養狀態指數（TLI）法來評價潑河水庫的富營養化狀態，并分析潑河水庫氮磷等水質指標的時空變化特征，為潑河水庫的水資源保護和合理開發利用提供理論依據和數據支撐。

1　材料與方法

1.1采樣

設置6個采樣點，于2012年10月至2013年9月，在春季（5月）、夏季期（8月）、秋季（11月）和冬季（2月）四次采樣，采樣分布如圖1所示。采樣按《水和廢水監測分析方法》（第4版）相關規定進行。

圖1　潑河水庫采樣點分布圖

1.2理化指標測定

chl.a、TP、TN、CODMn和SD等指標均按照《水和廢水監測分析方法》（第4版）的方法進行測定。

2　結果與分析

2.1潑河水庫降雨量的季節變化和TN、TP、chl.a與CODMn的時空變化特征

2.1.1潑河水庫降雨量的季節變化

由圖2可見，潑河水庫降雨量呈現明顯的季節變化，降雨量從高到低的順利為：夏季、春季、秋季和冬季。

2.1.2潑河水庫TN、TP、chl.a和CODMn的時空變化特征

由圖3可見，潑河水庫夏季的TN明顯高于其他季節。除采樣點3外，春季其他采樣點的TN都高于秋季和冬季。除采樣點2外，秋季其他采樣點的TN都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季TN的均值分別為：0.61mg/L、0.44mg/L、0.32mg/L和0.22mg/L，所以潑河水庫的TN具有明顯季節變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖4可見，除采樣點6外，潑河水庫夏季其他采樣點的TP都高于其他季節。除采樣點1外，春季其他采樣點的TP都高于秋季和冬季。秋季各采樣點的TP都高于冬季。夏季、春季、秋季和冬季TP的均值分別為：0.031mg/L、0.024mg/L、0.018mg/L和0.003mg/L，所以潑河水庫的TP具也有明顯季節變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖5可見，潑河水庫夏季的chl.a明顯高于其他季節；除采樣點2和3外，春季其他采樣點的chl.a都高于秋季和冬季；秋季所有采樣點的chl.a都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季chl.a的均值分別為：41.2mg/m3、32.2mg/m3、23.2mg/m3和2.97mg/m3，所以潑河水庫的chl.a也具有明顯季節變化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由圖6可見，潑河水庫的CODMn季節變化特征不明顯，夏季、春季、秋季和冬季CODMn的均值分別為：2.93mg/L、3.69mg/L、2.27mg/L和3.41mg/L。

圖3　潑河水庫TN的時空變化特征

圖4　潑河水庫TP的時空變化特征

圖5　潑河水庫chl.a的時空變化特征

圖6　潑河水庫　CODMn的時空變化特征

從2012年10月至2013年的9月，潑河水庫TN、TP和chl.a的季節變化趨勢和降雨量的季節變化趨勢基本一致，可見降雨量是影響潑河水庫TN、TP和chl.a的主要因素。經調查發現水庫周邊沒有工業，而農業相對發達。水庫周邊有種植面較大的茶葉和水稻，農業生產殘余的肥料經雨水的沖刷由地表徑流帶入水庫。由于信陽地區降雨量偏少，導致地表徑流的氮磷含量可能高于水庫，從而對水庫的TN和TP含量起到提升作用。因此，潑河水庫的TN和TP隨降雨量的增加而升高。夏季水體中的氮磷增加促進了浮游植物的生長，因此潑河水庫夏季chl.a的含量也升高。潑河水庫TN和TP的季節變化特征與處于降雨量豐富地區的湖泊水庫相反，降雨量豐富地區地表徑流的氮磷含量可能低于水庫，從而對水庫的TN和TP含量起稀釋作用。也與受工業污染、農業污染和生活污染的湖泊不同，處于工農業發達地區的鄱陽湖，由于污染源復雜，其TN和TP受多種因素影響，并沒有季節變化規律。

由圖3可知，在夏季，位于潑河水庫入河口的采樣點1、2和4的TN高于其他采樣點；春季，采樣點1和2高于其他采樣點；秋季和冬季的TN含量沒有空間變化規律。從圖4、圖5和圖6可知潑河水庫的TP、chl.a和CODMn也沒有空間變化規律。

2.2潑河水庫的N/P

圖7　潑河水庫的N/P

水體浮游植物的生長與營養鹽和水溫等因素密切相關。水體發生富營養化，形成水華的物質基礎主要是營養鹽N和P。氮磷比（N/P）是水華發生過程中營養狀況的一個特征指標，是生態環境研究中用來判斷水體缺乏氮或磷的重要依據。國際上公認的水體中可能出現水華現象的TP和TN質量濃度為0.02mg/L和0.2mg/L。當水中的N/P值小于16時，TN是水華發生的限制因子；大于16時, TP是水華發生的限制因子。

由圖7可知，潑河水庫春季TN為0.44mg/L，TP為0.024mg/L，N/P為18.3，TP是潑河水庫水華發生的限制因子；夏季TN為0.61mg/L，TP為0.031mg/L，N/P為19.7，TP是潑河水庫水華發生的限制因子；秋季TN為0.32mg/L，TP為0.018mg/L，N/P為17.8，TP是潑河水庫水華發生的限制因子；冬季TN為0.22mg/L，TP為0.003mg/L，N/P為73.3，TP是潑河水庫水華發生的限制因子；全年TN為0.40mg/L，TP為0.019mg/L，N/P為20.9，TP是潑河水庫水華發生的限制因子。可見除秋季和冬季外，潑河水庫已經具備發生水華的物質基礎。潑河水庫春季和夏季的TN與TP都達到了發生水華的條件，但水庫并沒有發生水華，可能TP濃度超出公認濃度并不明顯，所以對藻類生長的影響不明顯，也可能還有其他因素影響藻類的生長，需要進一步的研究。

2.3潑河水庫的富營養化評價

評價方法為綜合營養狀態指數法（TLI）。TLI的公式為：

式中，TLI（Σ）為綜合營養狀態指數；Wj第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI（j）代表第j種參數的營養狀態指數；m為富營養化評價的參數個數。

營養狀態指數計算公式為：

TLI（chl.a）=10（2.5+1.086lnchl.a）

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn）

式中：葉綠素achl.a單位為mg/m3；透明度SD單位為m；其它指標單位均為mg/L。

依據金相燦總結得出的中國湖泊中chla與其他參數間的相關系數計算第j種參數的營養狀態指數的相關權重Wj。chl.a、TP、TN、SD和CODMn的Wj分別為0.2662、0.1879、0.179、0.1834和0.1834。

湖泊（水庫）營養狀態分級標準為：TLI（∑）＜30為貧營養；30≤TLI（∑）≤50為中營養；TLI（∑）〉50為富營養；50＜TLI（∑）≤60為輕度富營養；60＜TLI（∑）≤70為中度富營養；TLI（∑）〉70為重度富營養。

春季　夏季　秋季　冬季　全年TN(mg/L)　0.44　 0.61　 0.32　 0.22　 0.40 TP(mg/L)　 0.024　 0.031　 0.018　 0.003　 0.019 chl.a(mg/m3)　 32.2　 41.2　 23.2　 2.97　 24.89 CODMn(mg/L)　 3.69　 2.93　 2.27　 3.41　 3.08 SD(m)　2.5　 2.9　1　2.3　 2.2 TLI(Σ)　49.5　 51.4　 41.1　 33.5　 46.4營養狀態級別　　中營養　　富營養　　中營養　　中營養　　中營養

從表1可見，潑河水庫春季、夏季、秋季和冬季的綜合營養狀態指數TLI（Σ）分別為49.5、51.4、41.1和33.5。春季、秋季和冬季營養狀態級別都為中營養，夏季為富營養。全年的綜合營養狀態指數TLI（Σ）為46.4，說明潑河水庫營養狀態為中營養。

3　結論

3.1潑河水庫的TN、TP和chl.a具有明顯的季節變化規律，農業面源污染是潑河水庫氮磷的主要來源，降雨量是影響潑河水庫TN、TP和chl.a的主要因素。

3.2潑河水庫的N/P為20.9，TP是潑河水庫水華發生的限制因子。

3.3雖然潑河水庫的富營養化狀態為中營養，但春季和夏季的氮磷已經達到了發生水華的濃度，營養狀態級別也達到了富營養，具備了發生水華的物質基礎，提示管理者要注意加強對周邊農業生產的監督，禁止過度施肥，特別是磷肥，防止氮磷流入潑河水庫。一旦春夏季過多氮磷流入水庫，導致水體氮磷含量能充分滿足藻類生長的需求，水體就很有可能暴發水華。

參考文獻（略）

作者簡介：楊東輝（1969-），男，河南信陽，副教授，碩士，主要從事水產養殖和水環境保護研究。

基金項目：河南省科技廳科技攻關項目（102102110098）資助