鄱陽湖邊緣湖區水體營養狀態分析
——以大湖池和沙湖為例

胡倩倩，梁 越，丁新航，肖 浩，羅 笠

(東華理工大學江西省大氣污染成因與控制重點實驗室，水資源與環境工程學院，江西南昌 330013)

富營養化問題一直是國內外湖泊研究的重點之一，目前我國66%以上的湖泊、水庫處于富營養化水平，其中重富營養和超富營養占22%，美國的Apopka、George和Okeechobee 湖及日本的霞浦湖都是富營養化湖泊，富營養化問題已成為湖泊相當長一段時期內的重大水環境問題[1-2]。隨著經濟、城鎮化、工業和農業的快速發展，來自于五大河流的鄱陽湖流域的污染源排放呈上升趨勢，鄱陽湖對這些來源的氮、磷具有顯著的滯留作用[3]。鄱陽湖的過水性湖泊特征，一定程度上減輕和掩蓋了其水體富營養化程度，同時也出現了豐水期和枯水期水體富營養化程度差異較大的現象。研究表明，鄱陽湖水體具備發生“水華”現象的營養鹽基礎，水體富營養化主要限制因子是化學需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)，同時TN/TP的比值也影響水體富營養化程度，其中，TP和TN/TP是鄱陽湖水體富營養化的主導因子[4-5]。我國湖泊營養狀態評價方法主要采用的是基于經驗頻率曲線的隨機評價方法[6]、模糊評價方法[7]和灰色評價方法[8]，這些富營養化評價方法的計算精度基本相當[6]。

由于鄱陽湖是通江湖泊，水體交換快，豐水季節帶走了大量營養鹽，而枯水期主航道水流速度快，水體渾濁不利于藍藻生長聚集。然而，鄱陽湖邊緣有較多的小湖泊，豐水期與鄱陽湖主體連成一片，枯水期幾乎是封閉的積水洼地，營養鹽滯留在很淺的小湖內，容易富營養化，藻類大量增殖[9]。鄱陽湖氮的生物地球化學循環主要發生在邊緣緩水湖區，因此研究邊緣湖區營養狀態特征有助于對鄱陽湖營養循環過程的深入認識[10]。鄱陽湖國家級自然保護區位于贛江主支與修河入湖的尾閭地區，是典型的鄱陽湖邊緣湖區，是冬季候鳥主要棲息地。筆者選取贛江和修河的入湖尾閭——大湖池和沙湖為采樣地，監測其水質參數，運用經驗頻率曲線的隨機評價方法分析不同月份和水位的營養狀況，旨在為鄱陽湖邊緣湖區的水生態開發與保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1研究區域與樣品采集大湖池和沙湖為鄱陽湖邊緣湖區，位于江西省北部，永修縣境內，吳城鎮的西面，是鄱陽湖兩大支流贛江和修河尾閭復合三角洲上的堤間洼地，水流隨江河水位而變，流向不定。在每年鄱陽湖退水后的枯水季節成為湖灘地上的滯水性湖泊，在洪水季節與周邊河流和鄱陽湖主體連成一片。湖中苔草茂盛，魚蝦資源豐富，是越冬候鳥覓食和棲息的良好場所，鄱陽湖候鳥主要保護區之一。

大湖池和沙湖的水深隨季節的變化而變化，8月是豐水期，水深6.0 m左右，10月至第2年的4月為枯水期，水深0.3～0.8 m，5月為平水期，也是水位上漲時期，水深3.0 m左右，水位的差異主要是由于鄱陽湖流域季節性降雨，5—8月為汛期。該研究采樣時間為2016年12月15日、2017年3月15日、4月15日、5月20日、8月1日及10月1日。水樣采集使用有機玻璃采水器，枯水期由于水淺在水面0.1 m以下采集，豐水期在水面下0.5 m處采集，水樣數量為8～10個。采樣點如圖1所示。

圖1 大湖池和沙湖及周圍水域采樣點Fig.1 Sampling sites in Dahuchi Lake and Shahu Lake and around its watersheds

1.2水體理化參數測定水體理化參數TN、TP、NH4+-N、NO3--N分別采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法、過硫酸鉀氧化鉬銻抗分光光度法、納氏試劑光度法、酚二磺酸光度法進行測定，具體方法參考 《水和廢水監測分析方法》[11]。用水質分析儀(HACH)現場測定pH、電位、溶解氧(DO)及葉綠素a(Chl-a)(HACH HYDROLAB)等參數。

1.3湖泊富營養化評價方法基于經驗頻率曲線的湖泊富營養化隨機評價方法[6]，可以對湖泊的營養狀態進行分析。各項水質指標(如Chl-a、TP、TN、COD、SD等)及水質評價級別是隨機變量，評價級別是樣本從大到小的序號，每個評價級別對應的各項水質指標的標準取值是從大到小的樣本，這樣出現大于或等于某個水質指標濃度以及評價級別的經驗頻率(P)，由以下公式來計算。

式中，m表示排序后的樣本序號；n為樣本容量，計算各項隨機變量的經驗頻率Pi，根據Chl-a、TP、TN、COD、SD評價指標與Chl-a的相關系數，得到各項水質指標在富營養化評價中所占的權重Wi。根據加權平均公式求出各項水質指標的綜合經驗頻率P=∑Wi×Pi，即湖泊富營養化評價級別的經驗頻率，進一步得到湖泊富營養化的評價標準。

1.4數據統計運用SPSS 19.0和 Sigmaplot 12.0軟件進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1水質參數各月含量特征大湖池和沙湖湖水DO含量較為豐富(7.2～8.9 mg/L)，僅在10月略偏低，分別為6.7±0.4和6.9±0.5 mg/L。湖水偏弱堿性(pH=7.3～8.9)。2個湖泊CODMn濃度在10月較高，分別為9.4±0.7 mg/L和11.2±0.5 mg/L，其次是12月較高，其他月份為3.9～7.9 mg/L(圖2、3)。不同月份NH4+-N濃度變化明顯，尤其是12月和10月明顯偏高，大湖池分別為1.19±0.06和0.85±0.06 mg/L，沙湖分別為1.38±0.06和1.07±0.05 mg/L；5月NH4+-N濃度最低，兩湖分別為0.34±0.01和0.38±0.02 mg/L，與其相鄰的贛江和修河中的濃度相差不大，尤其與修河中的濃度更接近0.37±0.08 mg/L(表1、圖2、3)，兩湖泊的NH4+-N濃度在8月比5月明顯升高，而河流的NH4+-N濃度在8月比5月也偏高，7、8月經常遇到暴雨，雨水的沖涮帶來農業、畜禽、城鎮廢水進入河流，并進入連通的湖泊。NO3--N濃度在5月明顯偏高，其他月份差別不大，這是由于5月是農業第一季水稻種植期，也是汛期，經常雨水不斷，NO3--N主要來源于農業的面源污染；8月湖泊NO3--N濃度比河流中低(表1)，表明湖泊和河流水體交換不如5月徹底，5月湖水和河水都在上漲，水流速度較快，8月受長江水位的頂托作用，湖水水流較慢。湖泊無機氮除5月NO3--N濃度超過NH4+-N外，其他月份以NH4+-N為主，而河流無機氮均以NO3--N為主(表1)。

反映藻類生長量的四大參數為TN、TP、Chl-a及TN/TP，TN在8月和12月濃度比其他月份高(圖2、3)，8月大雨的沖涮作用使陸地氮源和土壤有機質進入湖泊，12月由于冬季候鳥棲息使底泥再懸浮以及糞肥作用使得TN含量偏高。兩湖TP濃度在10月最高，分別為0.27±0.01和0.33±0.02 mg/L 。兩湖的TN/TP(摩爾比)在10月分別為9.2∶1和7.4∶1，低于16∶1，磷供給充足，10月初是秋季，光照和溫度25～30 ℃也有利于藻類形成，兩湖泊Chl-a含量在10月顯著地比其他月份高，分別為10.4±1.2和15.6±1.7 μg/L，TN/TP結合Chl-a(反映藻類的含量)，能夠反映此時藻類含量較高，事實上10月秋季湖面可見藻類富集，沙湖更明顯。兩湖TP濃度在12月也較高，分別為0.21±0.02和0.25±0.02 mg/L，受到候鳥覓食草根莖，棲息于湖面[12]，使底泥懸浮，底泥中的TP釋放以及糞肥的影響，12月TN/TP分別為28.4∶1和21.3∶1，高于16∶1，結合Chl-a含量(分別為6.5±0.3、7.7±0.4 μg/L)，TN和TP濃度也較高，但是冬季寒冷，光照和溫度較低不適合藻類大量形成[4]。

圖2 大湖池水質參數特征Fig.2 Parameters characteristic of water quality of Dahuchi Lake

圖3 沙湖水質參數特征Fig.3 Parameters characteristic of water quality of Shahu Lake

兩湖泊在10月初湖水已退去30 d左右，湖泊營養鹽濃度總體升高較多，藻類富集，通過分析Chl-a與其他水質參數的相關性(表2)可知，Chl-a與TN、TP、COD、NH4+-N正相關，尤其與COD顯著相關，與TP極顯著相關；Chl-a與DO和NO3--N負相關，尤其與NO3--N顯著負相關。藻類從水體中攝取碳元素，一定濃度范圍內 COD 的增大，會促進藻類生長繁殖，同時，藻類的增多會使COD上升，水體中DO下降。當氮、磷含量升高時，極大地促進了藻類的生長，同時，藻類生物量的增加，使氮、磷富集，TN、TP 濃度增加[10，13]。秋季湖內礦化、氨化作用較強，NH4+-N濃度升高，有利于藻類的繁殖[14]。藻類生物量的增多會消耗硝酸鹽，NO3--N濃度相對降低。

表1 贛江和修河水質參數特征

兩湖泊在不同月份各水質參數略有不同，沙湖的理化參數含量相對于大湖池更高，是由兩湖泊所處的地理位置和周邊的環境因素決定[15]。但是兩湖泊各參數的變化趨勢大致相同(圖2、3)，這是由鄱陽湖的水情及兩湖的水位變化一致所決定。

表2沙湖10月Chl-a與其他水質參數的相關性

Table2CorrelationcoefficientsbetweenChl-aandenvironmentalfactorsinOctoberinShahuLake

水質參數WaterqualityparametersChl-a水質參數WaterqualityparametersChl-aCOD0.833*NH4+-N0.624TN0.834NO3--N-0.444*TP0.925**DO-0.623

注：*表示P<0.05顯著相關；**表示P<0.01顯著相關

Note：* stands for significant correlation at 0.05 level；** stands for significant correlation at 0.01 level

2.2水質各月營養狀態

2.2.1水質富營養化評價結果。參照湖泊富營養化評價標準及水質指標的經驗頻率[6](表3)，以沙湖為例計算綜合經驗頻率P值，得到各月的營養化狀態，結果見表4。由表4可知，沙湖12月是枯水期，水位最低(水深0.5 m左右)，營養鹽濃度較其他月份高，處于富營養化，12月冬季候鳥棲息于大湖池和沙湖，覓食于草根，使得底泥懸浮，TN和TP釋放，增加水體營養，加上候鳥糞肥，銨氮濃度也升高，但是Chl-a濃度不高，冬季較高的 N/P、持續下降的溫度及光照強度已難以維系藻類的大規模增殖[4]。3、4月也是枯水期，處于中等富營養化，濃度較12月下降，隨著冬季候鳥的遷徙，底泥懸浮顆粒沉降，春季雨水也增多，湖水營養鹽進一步稀釋。5月是平水期，處于中營養化，鄱陽湖流域汛期，水位上漲，大湖池和沙湖與鄱陽湖主體連通，營養鹽隨主體水流進入長江，難以滯留在湖內。8月是豐水期，處于初等富營養化，此時湖水受長江水頂托作用，水流緩慢，營養鹽在湖內有一定滯留[3]，濃度比5月升高。10月是枯水期，處于富營養化，鄱陽湖在8月中旬開始退水，大湖池和沙湖在8月底和9月初已退水完畢，基本是封閉區域的濕地，湖水濃縮，營養鹽濃度升高，加上秋季充足的光照及較高的溫度，湖內礦化和氨化作用較強，使得營養鹽濃度進一步升高，容易形成密集的藻類聚集區(Chl-a濃度最高)[6，16]。前人研究也發現，沙湖區域暴發了秋季藍藻水華，位于永修縣境內的大汊湖區域出現部分藍藻富集，有發生水華的趨勢[15]。鄱陽湖的邊緣湖區在枯水期基本是封閉的濕地，湖水很淺，營養鹽濃度較高，容易發生富營養化。

表3 富營養化評價標準及水質指標的經驗頻率[8]

2.2.2水質類型分類。從單因子分析，按照《地表水環境質量標準》(表5)，兩湖泊的CODMn，月變化為3.9～11.7 mg/L(圖2)，3—8月達到Ⅱ～Ⅲ類水質，10和12月達到Ⅳ類水質，8月是豐水期，COD相對前3個月較高，是周圍村鎮的生活污水和農業灌溉用水直接流入河流和湖泊，夏季較高的溫度也導致水體中有機質的降解。湖泊TP 的月變化范圍為 0.07～0.33 mg/L(圖2)，按《地表水環境質量標準》僅5月份達到Ⅲ類水體；枯水期的10月和12月，TP濃度大于0.2 mg/L，達到Ⅴ類水質，其他月份為Ⅳ類水質。TN月濃度差異較大，其中12月TN的月均濃度超過Ⅴ類水質的限值，8月也達到Ⅳ類水質的濃度限值。NH4+-N濃度除12月在1.0～1.5 mg/L達到 Ⅲ～Ⅳ類水質，沙湖10月NH4+-N濃度達到 Ⅲ類水質外，其他月份在Ⅰ～Ⅲ類水質。NO3--N除5月份較高外，趨勢與NH4+-N相似。

表4 沙湖水質各月營養狀態分析

表5地表水環境質量標準基本項目標準限值(GB3838—2002)

Table5Environmentalqualitystandardsofsurfacewater(GB3838-2002)

mg/L

2.3鄱陽湖邊緣湖泊(以沙湖為例)與鄱陽湖主體水質比較由鄱陽湖邊緣湖區與主體湖區各月的氮、磷含量比較可知[4](表6)，水質類型不僅與氮、磷含量有關，還與氮、磷比值有關[4]。3、4月鄱陽湖主體是Ⅲ類水質，中營養化，而沙湖是Ⅳ水質，中富營養化，雖然此時鄱陽湖主體TN濃度比沙湖高，但是TN/TP也高，TP濃度相對較低；5月鄱陽湖主體是Ⅳ類水質，中富營養化，但沙湖是Ⅲ類水質，中營養化，TN/TP高，沙湖在5月水源主要來自于修河和贛江，而鄱陽湖主體水源是來自于五大河流的混合水體；8月和10月鄱陽湖主體是Ⅲ類水質，中營養化，而沙湖8月是Ⅳ類水質，中富營養化，10月是Ⅴ水質，富營養化，TN/TP低?？傮w而言，除5月邊緣湖區水質比鄱陽湖主體好外，其他月份都是邊緣湖區水質比鄱陽湖主體水質差，鄱陽湖主體水體流動性強，而邊緣湖區在枯水期幾乎是封閉的濕地，湖水蒸發濃縮，水體流動性差，營養鹽易積累。

表6 鄱陽湖主體與邊緣湖泊的營養狀況對比

注：Ⅲ.中營養化;Ⅳ.中富營養化;Ⅴ.富營養化

Note：Ⅲ.Eutrophication;Ⅳ.Eutrophic;Ⅴ.Eutrophication

3 結論

鄱陽湖邊緣湖泊——大湖池和沙湖由于鄱陽湖的水位變化及自身所處的地理位置，營養鹽含量偏高，只在5月水位上漲時期，由于周邊河水進入湖泊進行水體交換，處于Ⅲ類水質，中營養化，豐水期處于Ⅲ～Ⅳ類水質，初等富營養化外，從退水后的秋季枯水期到第2年的春季枯水期都是Ⅳ或Ⅴ類水質，達到中富或富營養化。

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