鎮海水庫藍藻水華的影響因子分析

曾　越

(廣東水利電力職業技術學院　廣東　廣州　510635)

?

鎮海水庫藍藻水華的影響因子分析

曾越

(廣東水利電力職業技術學院廣東廣州510635)

摘要鎮海水庫為廣東省開平市重要的飲用水源地。近年來大規模速生桉種植、圍庫養殖以及生活用水污染造成了水庫水體的富營養化。2012年2月～2013年5月對鎮海水庫進行水質監測，通過對監測數據進行分析，發現該水庫浮游植物生長基本不受N、P營養鹽限制，具備藍藻水華發生的營養鹽基礎。對藍藻水華影響因子分析表明, 5月～ 8月這段時期，水庫溫度為30℃～32℃，適合藍藻水華的發生，水溫與葉綠素a的濃度具有相關性，較高的水溫是藍藻發生的重要條件之一；且該時期pH值持續保持在8.36～9.99的高水平，較高的pH值也是促成藍藻水華的重要因素。鎮海水庫具備引起藍藻爆發的外在條件。

關鍵詞富營養化；水華；水溫；pH值；鎮海水庫

1　開平鎮海水庫環境特征

1.1自然環境概況

鎮海水庫屬潭江一級支流鎮海水上游僑鄉水，位于開平市北部的蒼城鎮，距開平市中心18km。庫區跨開平市、鶴山市和新興縣，是開平市沙塘、長沙、沙岡、月山、蒼城等5鎮約15萬群眾的飲用水源地。水庫地處亞熱帶海洋性季風氣候區，氣候濕潤，四季分明，年平均溫度為22.1℃，最冷月份是1月，月平均氣溫13.3℃，極端最低氣溫為1℃。最熱月份是7月，月平均氣溫28.5℃，極端最高氣溫37.2℃。鎮海水庫建于1960年，集水面積128km2，總庫容1.09億m3，正常庫容0.77億m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發電、養殖、供水等綜合效益的大（二）型水庫。

1.2水質現狀

根據《江門市水資源公報(2011)》和開平市部分水庫的水質監測報告，對照國家《地表水環境質量標準（GB3838.2002）》的規定和《廣東省地表水功能區劃》的要求，鎮海水庫水質類別為Ⅳ類～Ⅴ類，屬于嚴重不達標狀態。主要是總氮和高錳酸鉀指數超標，水體處于中度富營養化狀態，表現為有機污染，主要原因是庫區周邊畜禽養殖排污和農業化肥面源污染引起的。

鎮海水庫庫區保護范圍內存在大面積種植速生桉樹的現象，速生桉的種植導致水庫水位明顯下降，對原生態植物造成排斥影響，并在降雨時隨雨水將大量肥料帶入庫區，使得水體輕度富營養化，惡化了水庫水質。鎮海林場內有魚塘37口，占地面積約178200m2。此外，水庫集水區范圍內還存在大范圍的攔灣筑塘養殖現象，不僅占用水庫興利庫容和防洪庫容，還嚴重污染水質。養殖體的飼料、糞便隨雨水流入庫區，加劇了水體的富營養化程度。鎮海水庫庫區保護范圍內有發展旅游業，每天有大量的生活污水排入鎮海水庫。

1.3土壤環境

鎮海水庫土壤成土母巖，為紅色砂頁巖，是中有機質層厚土層的赤紅壤。據土壤普查測定有機質含量2.66%，堿解氮l18.3ppm，速效磷0.875ppm，速效鉀35.87ppm，pH4.7～ pH5.1，呈酸性反應。

2　監測分析方法

監測點位：在開平鎮海水庫庫區中心和上游500m處各設一個監測點。

監測項目：硫酸鹽(以SO42-計)、硝酸鹽(以N計)、氟化物(以F-計)、氯化物(以Cl-計)、總磷(以P計)(湖庫)、總氮(湖、庫、以N 計)、葉綠素a、氨氮(NH3- N)、硫化物、pH值、陰離子表面活性劑、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量(BOD5)、汞、砷、硒、鉻(六價)、揮發酚、氰化物、鐵、錳、鋅、銅、鎘、鉛、氣溫、水溫、透明度、水位等。

監測頻次：從2012年2月始，每三個月采集一次。

評價標準：《地表水環境質量標準（GB3838.2002）》、《廣東省地表水功能區劃》。

3　監測數據分析

3.1水庫富營養化變化趨勢

根據鎮海水庫營養水平指標及水質監測結果，分析鎮海水庫的富營養化變化趨勢。本文采用修正的Carlson綜合營養狀態指數（TSIc）進行分析，公式為：

開平鎮海水庫2012年～2013年綜合營養狀態指數變化見圖1。

圖1　鎮海水庫綜合營養狀態指數變化圖

由圖1可見，鎮海水庫富營養化水平呈現季節性變化，每年隨著夏季的來臨，富營養化程度呈上升的趨勢。7月～ 8月份期間，TP、Chla濃度就會大幅度升高，鎮海水庫處于極富營養化狀態。

3.2理化數據分析

對2012年2月～ 2013年5月鎮海水庫兩取樣點（水庫上游500米處、水庫庫中）的水溫、pH值、五日生化需氧量、葉綠素a、總氮、總磷、氮磷比等變量進行分析。理化指標變化見圖2。

由圖2可見，水溫、pH值、透明度、TP、TN、五日生化需氧量和葉綠素a在不同月份各有差異。各采樣時期鎮海水庫水溫處于16℃～32℃范圍，其中5月～ 8月份期間水庫水溫處于30℃～32℃之間；在5月～ 8月份，pH值持續保持在8.36～9.99的高水平，同時水體中葉綠素a的含量也常年高于11 mg/m3，高的葉綠素a濃度可導致水體pH值明顯上升，可抑制其他藻類的生長使藍藻成為優勢種，導致水華的發生。2013年2月之后，水體透明度因懸浮于水體表層的藍藻綠色群體而大幅降低。圖2數據分析發現，除最近一次的總磷含量低于10μg/L以外，其他時期監測值都大于該閥值，表明鎮海水庫浮游植物生長不受磷控制，且各個時期采樣點的TN濃度均大于1.1mg/L，因此，鎮海水庫在各采樣時期均具備發生藍藻水華的營養鹽基礎。

3.3相關性分析

對影響開平鎮海水庫水質的總磷、總氮、氮磷比、水溫、pH值、五日生化需氧量、透明度、水位等變量與葉綠素a含量進行相關性分析。

做出開平鎮海水庫葉綠素a與理化因子相關性分析圖表，分析各變量對葉綠素a含量的影響，從而得出各理化影響因子對影響水華形成的相關性結論。

整體來看，葉綠素a與理化參數具有較好的相關性，尤其是溫度、pH值和總氮密度呈較顯著的正相關關系，且與溫度的相關系數最高（圖3）。

4　討論

4.1利于發生水華的水溫

水體溫度的時間變化（季節、晝夜）是影響水體中氧和營養物質的垂直變化和在各層面分布的因素。溫度是引起水華發生及決定水華種類的一個重要因素[1]。有研究表明，藍藻對高溫的耐受能力強于其他藻類，在于其DNA與光合作用系統的熱穩定性等生理功能形成的高溫適應機制[2]。眾多室內與野外試驗證明，大部分藍藻的最適溫度范圍是24℃～30℃，水溫較高有利于藍藻成為優勢種群和藍藻水華發生[3]。鎮海水庫5月～8月期間水溫處于30℃～32℃之間，此時的溫度有利于藍藻的生長，可能會引起水華爆發。相關性分析顯示葉綠素a濃度均與水溫有顯著性的正相關關系，表明水溫對鎮海水庫藍藻生長具有明顯控制。

圖2　2012年2月～2013年5月鎮海水庫理化指標變化

圖3　鎮海水庫葉綠素a濃度與理化參數相關性分析

4.2持續的高pH值有助于藍藻成為優勢種

若水體中浮游植物的豐度較高，在較強的光合作用下，水體中大量的CO2將被消耗，因此藍藻水華發生時伴隨了pH值上升與CO2濃度的降低。An等對Taechung水庫進行研究，對1994年夏季藍藻生長情況的分析表明，藍藻在pH值大于8.5時迅速生長[4]。鎮海水庫各次采樣期間的水體pH值處于6.8～9.9范圍，尤其在5月～8月份，pH值持續保持在8.36～9.99的高水平，且各采樣點的葉綠素a濃度與pH值呈顯著正相關關系，表明在發生水華時pH值正處在適合藍藻生長的范圍，而由于缺乏CO2，其他藻類就難以形成優勢種。

4.3氮磷水平接近水華發生的閥值

影響浮游植物生長、水華發生的最主要的營養鹽是氮和磷。當浮游植物受到營養鹽限制時，浮游植物的生長受到抑制，不容易大規模爆發水華。Sas.等研究表明，浮游植物生長的可溶性活性磷閥值為10μg/L，無機氮濃度閥值為100μg/L[5]。2012年2月～2013年5月鎮海水庫水質監測結果表明，鎮海水庫各采樣時期總氮濃度均大于1.1mg/L，總磷濃度僅有一次低于磷閥值10μg/L。表明，鎮海水庫浮游植物生長基本不受氮、磷限制。

綜上所述，可將開平鎮海水庫水華暴發的影響因素歸納如下：開平鎮海水庫地處熱帶，從5月份～12月份水溫一直高于30℃，具備藍藻水華發生的水溫條件。一般認為，當水體中TN、TP含量分別達到0.20mg/L、0.02mg/L時，水體出現富營養化，具備發生藻類水華的營養條件。鎮海水庫水質常年高于TN、TP藍藻水華發生的閾值，水質類別不低于Ⅳ類，具有形成藍藻水華的營養鹽條件。且水體的pH值一直處于較高水平，有利于藍藻形成優勢藻種,對于引發水華也有一定的促進作用。

5　結論與建議

通過實地考察、收集資料和理論分析，結合國內外相關研究成果和實踐經驗總結，對開平市鎮海水庫的自然及經濟現狀、水庫水質現狀及存在的主要環境問題，進行了分析。根據對鎮海水庫2012年2月～2013年5月的水質監測數據分析，表明該水庫具備藍藻消化發生的營養基礎，較高的水溫和較高的pH值是促成藍藻水華的重要因素。

藍藻水華爆發的原因比較復雜，治理也要從多方面考慮。首先，加強對水庫周邊筑塘養殖禽畜現象的整治，對水庫周邊桉樹林的綜合改造。其次，建立健全的藍藻水華預測、預警機制對于改善水庫水體現在具有積極意義。再次，在水體中投放一定數量的濾食性魚類，并通過調整魚類的群落結構使大型的植食性的浮游動物充分繁殖，可以有效改善藻類種群結構，調節水質，防止爆發水華。此外，還可以加強水體的生態修復和生態環境保護，通過改善水庫水生生態系統結構、建立水庫周邊水源涵養濕地等措施來提高水體的自凈能力。科學監控、綜合防治，才能逐步減緩水體富營養化程度，最終控制水庫大規模暴發藍藻水華，從而保證更安全的水源。陜西水利

參考文獻:

[1]金相燦，儲昭升，楊波.溫度對水華微囊藻及孟氏浮游藍絲藻生長、光合作用及浮力變化的影響[J].環境科學學報，2008,28（1）：50.55.

[2]王得玉，馮學智，周立國等.太湖藍藻爆發于水溫的關系的MODIS遙感[J].湖泊科學，2008,20（2）：173.178.

[3]An KG, JonesJR, Factor regulatingblue- green dominancein areservoir directlyinfluenced bythe Asianmonsoon.Hydrobiologia,2000,432:37.48.

[4]Oliver R, Ganf G, Fresh water blooms. In: Whitton B A, Potts M, eds. The Ecology of Cyanobacteria, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 2000.149.194.

（責任編輯：李蕊）

中圖分類號：S275

文獻標識碼：A