南太湖富營養化調查及評價*

晁愛敏 于海燕 周勝利 張自力 胡尊英

(浙江省環境監測中心，浙江 杭州 310015)

南太湖富營養化調查及評價*

晁愛敏 于海燕 周勝利 張自力 胡尊英#

(浙江省環境監測中心，浙江 杭州 310015)

2009年4月至2010年4月，綜合利用TN、可溶性無機氮(DIN)、葉綠素a(Chl-a)、透明度(SD)、TP和浮游植物等指標，通過參數法、綜合營養狀態指數法及浮游植物優勢種法評價了南太湖富營養化水平。結果表明：(1)南太湖夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個斷面的TN質量濃度為1.80～2.53mg/L，TP質量濃度為0.08～0.11mg/L，DIN質量濃度為0.55～1.10mg/L，Chl-a質量濃度為6.4～19.2μg/L。(2)夾浦、新塘和小梅口3個斷面的綜合營養狀態均為輕度富營養，幻溇斷面為中營養。南太湖綜合營養狀態水平呈現出由西南向東北逐級遞減的趨勢。(3)南太湖的浮游植物優勢種的演替過程為魚腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→擬浮絲藻(Planktothricoides)，但均屬于藍藻。因此，浮游植物優勢種法評價的南太湖富營養化水平為重富營養化，但該方法由于不確定性較大，一般只作為參考。

南太湖 富營養化評價 浮游植物優勢種 可溶性無機氮 葉綠素a綜合營養狀態指數

Abstract: From April 2009 to April 2010,parameters of TN,DIN,Chl-a,SD,TP and phytoplanktons were monitored in South Lake Tai. Assessment of eutrophication was conducted using single parameter method,comprehensive trophic index method and dominant species of phytoplankton method. Result showed that:(1)TN mass concentrations were 1.80-2.53 mg/L,TP mass concentrations were 0.08-0.11 mg/L,DIN mass concentrations were 0.55-1.10 mg/L, and Chl-a mass concentrations were 6.4-19.2 μg/L for sampling sections of Jiapu,Xintang,Xiaomeikou and Huanlou. (2)The comprehensive trophic status of Jiapu,Xintang and Xiaomeikou was mild eutrophication while that of Huanlou mesotrophy,descending from southwest to northeast. (3)The dominant species of phytoplankton succession showedAnabeana→Microcystis→Planktothricoides,but they all belonged to blue algae. Therefore,dominant species of phytoplankton method is usually used as supplement due to its uncertainty.

Keywords: South Lake Tai; eutrophication assessment; dominant species of phytoplankton; DIN; Chl-a; comprehensive trophic index

南太湖位于太湖西南[1-2]，20世紀90年代初，其富營養化水平就已經是中營養至中富營養[3]13。近些年，由于南太湖相對于北太湖污染程度較輕[4-5],[6]2246,[7],[8]64，所以有關南太湖富營養化的報道并不多見[9],[10]22,[11-13]，且報道的時空跨度有限，不足以說明整個南太湖的富營養化現狀。

磷是太湖富營養化程度的決定性因素，TP濃度決定了太湖藻類的最大生產力[14-15]，該指標被很多學者用來評估水體的初級生產力[16-17],[18]183。TN和TP可以反應水體的營養狀態，可溶性無機氮(DIN)是藻類直接利用的氮源[19]，也被用來對湖泊富營養化程度進行分級[20-22]。不同營養狀態湖泊中浮游植物種類差異很大，湖泊富營養狀態與浮游植物優勢種密切相關[18]181,[23]。本研究監測了南太湖主要的富營養化指標，并用參數法、綜合營養狀態指數法和浮游植物優勢種法評價了水體營養狀態，希望引起對南太湖富營養化現狀及趨勢的重視。

1 研究方法

1.1 樣品采集與分析

本研究在整個南太湖區域布設了夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個調查斷面，每個調查斷面在距岸0、1、3、5、10 km處布設采樣點，調查斷面及采樣點分布見圖1。由于夾浦斷面距岸0 km和幻溇斷面距岸0、5 km處湖底有大量水草，采樣船無法到達，故未進行采樣。

注：Za-1、Za-3、Za-5、Za-10分別表示夾浦斷面距岸1、3、5、10 km的采樣點；Zb-0、Zb-1、Zb-3、Zb-5、Zb-10分別表示新塘斷面距岸0、1、3、5、10 km的采樣點；Zc-0、Zc-1、Zc-3、Zc-5、Zc-10分別表示小梅口斷面距岸0、1、3、5、10 km的采樣點；Zd-1、Zd-3、Zd-10分別表示幻溇斷面距岸1、3、10 km的采樣點。

圖1調查斷面及采樣點分布
Fig.1 Distribution of sampling sections and specific sites

樣品采集時間為2009年4月至2010年4月，采樣頻次為1次/月。所有樣品均采集表層水。

監測指標包括葉綠素a(Chl-a)、透明度(SD)、TN、TP、氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。不同指標的樣品采集與保存方法參照《地表水和污水監測技術規范》(HJ/T 91—2002)和《水和廢水監測分析方法》(第四版)(增補版)。

所有指標的分析方法參照《水和廢水監測分析方法》(第四版)(增補版)。此外，浮游植物分類鑒定參考文獻[24]、[25]。

1.2 富營養化評價方法

1.2.1 參數法

參數法評價富營養化的標準[26]如表1所示。各個斷面的TP以每個采樣點的年均值取平均進行評價；DIN以氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮濃度之和計，評價時各個斷面的DIN取每個采樣點的夏季(6—8月)均值的平均值；各個斷面的Chl-a均值為每個采樣點的年均值取平均；各個斷面的Chl-a峰值為所有采樣點的年度監測數據最大值。

表1 參數法富營養化評價標準

1.2.2 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數法以Chl-a的營養狀態指數為基準，其他有關營養狀態的指標連同Chl-a進行加權求和[27]，計算公式如式(1)所示，評價標準見表2。

表2 綜合營養狀態指數法富營養化評價標準

(1)

式中：TLI為綜合營養狀態指數；TLIj為指標j的營養狀態指數；Wj為指標j的權重；m為參與評價的指標個數。

指標j的權重根據式(2)計算。

(2)

式中：rj為指標j與Chl-a的相關系數，取值見表3。

本研究選擇Chl-a、TP、TN、SD 4個指標計算綜合營養狀態指數，各指標的營養狀態指數計算如下：

TLIChl-a=25.00+10.86lncChl-a

(3)

TLITP=94.36+16.24lncTP

(4)

TLITN=54.53+16.94lncTN

(5)

TLISD=51.18-19.40lncSD

(6)

式中:TLIChl-a、TLITP、TLITN和TLISD分別為Chl-a、TP、TN、SD的營養狀態指數；cChl-a為Chl-a的質量濃度，μg/L；cTP、cTN分別為TP、TN的質量濃度，mg/L；cSD為SD，m。

表3 綜合營養狀態指數法各指標與Chl-a的相關系數

1.2.3 浮游植物優勢種法

湖泊不同營養狀態下浮游植物種類差異很大，浮游植物優勢種法[18]181評價湖泊富營養化的標準見表4。

表4 浮游植物優勢種法富營養化評價標準

2 結果與討論

2.1 富營養化指標的空間分布

各斷面的TN、TP、Chl-a通過各斷面每個采樣點的年均值取平均得到，各斷面的DIN通過各斷面每個采樣點夏季(6—8月)均值取平均得到。TN、TP、DIN、Chl-a的各斷面濃度如圖2所示。4個斷面的TN質量濃度為1.80～2.53 mg/L，由西向東總體呈逐漸遞減趨勢。4個斷面TP質量濃度為0.08～0.11 mg/L，其中夾浦、新塘斷面TP濃度基本相同，小梅口斷面TP濃度最高，幻溇斷面TP濃度最低，但各斷面均超過了經濟合作與發展組織(OECD)設定的湖泊富營養化限值(0.03 mg/L)。4個斷面DIN質量濃度為0.55～1.10 mg/L，夾浦、新塘和小梅口斷面的DIN濃度相差不大，但幻溇斷面的DIN濃度明顯低于其他3個斷面。4個斷面的Chl-a質量濃度為6.4～19.2 μg/L，由西向東呈逐漸遞減趨勢。

2.2 參數法富營養化評價

參數法富營養化評價結果如表5所示。4個斷面的DIN評價結果均為重富營養。Chl-a峰值的評價結果表明，除幻溇斷面為中富營養外，其他3個斷面的評價結果也均為重富營養，與DIN的評價結果比較一致。TP的評價結果較DIN的評價結果略輕，總體處于富營養到重富營養水平。Chl-a均值的評價結果更輕，總體處于中營養到富營養水平。

DIN與Chl-a峰值的評價結果基本一致，其原因可能在于DIN是浮游植物優先利用的氮源，在藻類旺盛生長期DIN的濃度一定程度上能預示浮游植物的生長規模，具體反映在Chl-a峰值上。TP和Chl-a均值的評價結果分別較DIN和Chl-a峰值輕是因為TP濃度決定了太湖藻類的最大生產力，與Chl-a均值一樣能基本反映太湖水體富營養化的平均水平，而DIN和Chl-a峰值更多體現的是太湖水體富營養化的極端狀況。

圖2 TN、TP、DIN、Chl-a濃度的空間分布Fig.2 Spatial distribution of TN,TP,DIN and Chl-a concentrations

斷面DINTPChl-a均值Chl-a峰值夾浦重富營養重富營養富營養重富營養新塘重富營養重富營養富營養重富營養小梅口重富營養重富營養富營養重富營養幻溇重富營養富營養中營養中營養

2.3 綜合營養狀態指數法富營養化評價

由于參數法只能對每個參數進行單獨評價，不能反映斷面的綜合營養狀態，故采用綜合營養狀態指數法評價各斷面富營養化水平。

由表6可見，夾浦、新塘和小梅口3個斷面的綜合營養狀態指數法評價結果均為輕度富營養，而幻溇斷面為中營養，其中小梅口和幻溇斷面的評價結果與趙漢取等[10]23-24報道吻合。

表6 綜合營養狀態指數法富營養化評價結果

利用ArcGIS 9.0軟件對南太湖各采樣點的TLI進行Kriging插值分析，結果如圖3所示。由圖3可知，南太湖綜合營養狀態水平呈現出由西南向東北逐級遞減的趨勢。

圖3 南太湖綜合營養狀態指數空間分布Fig.3 Spatial distribution of comprehensive trophic index in South Lake Tai

2.4 浮游植物優勢種法富營養化評價

南太湖浮游植物優勢種存在明顯的季節演替，但所有演替的藻種均屬于藍藻，因此從浮游植物優勢種法的評價結果看，南太湖處于重富營養化狀態。浮游植物優勢種法是一種生物方法，評價的不確定性較大，而且沒有考慮生物量，所以評價結果往往偏重，通常只作為一種補充方法。但是，也從另一個角度說明，南太湖的富營養化有加劇的可能，不應忽視。南太湖浮游植物的具體演替過程為魚腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→擬浮絲藻(Planktothricoides)。結合前期的資料，演替時段主要發生在3—4月和9—10月。魚腥藻和擬浮絲藻均為絲狀藍藻，有固氮功能[25]，使得南太湖始終保持較高的富營養化狀態[28]。

2.5 南太湖與北太湖的比較

北太湖主要包括竺山湖、五里湖和梅梁灣。研究表明，竺山湖富營養化水平為中富營養[8]67；五里湖和梅梁灣是北太湖富營養化程度最嚴重的湖區[3]13,[6]2246，為重富營養[29-33]。本研究綜合營養狀態指數法評價結果表明，南太湖營養狀態處于中營養到輕度富營養，說明目前南太湖的富營養化水平仍然較北太湖輕，但從浮游植物優勢種法的評價結果來看，南太湖富營養化程度有加劇的可能，應該引起重視。

3 結 論

(1) 南太湖夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個斷面的TN質量濃度為1.80～2.53 mg/L，TP質量濃度為0.08～0.11 mg/L，DIN質量濃度為0.55～1.10 mg/L，Chl-a質量濃度為6.4～19.2 μg/L。

(2) 夾浦、新塘和小梅口3個斷面的綜合營養狀態指數法評價結果均為輕度富營養，幻溇斷面為中營養。南太湖綜合營養狀態水平呈現出由西南向東北逐級遞減的趨勢。

(3) 南太湖的浮游植物優勢種從2009年4月至2010年4月的演替過程為魚腥藻→微囊藻→擬浮絲藻，但均屬于藍藻。因此，浮游植物優勢種法評價的南太湖富營養化水平為重富營養化，但該方法由于不確定性較大，一般只作為參考。

(致謝：感謝湖州市環境保護監測站的同志在南太湖現場調查中給予的幫助和支持。)

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AsurveyandassessmentofeutrophicationinSouthLakeTai

CHAOAimin,YUHaiyan,ZHOUShengli,ZHANGZili,HUZunying.

(ZhejiangEnvironmentalMonitoringCenter,HangzhouZhejiang310015)

晁愛敏，女，1979年生，碩士，高級工程師，主要從事生態監測與評價工作。#

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*浙江省環保科研計劃項目(No.200811)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.009

2016-07-25)