巢湖水體浮游藻類數量與主要水質指標關系的研究

張志芬 汪薔 謝恩誠 趙程程 晏娟

摘要 [目的]探討巢湖水體浮游藻類數量與主要水質指標之間的關系。[方法]通過對巢湖各取樣點的水質及藻類數量和種類進行檢測和觀察，分析巢湖流域浮游藻類與其水質中的氮、磷及其他水質指標之間的關系。[結果]氮磷比越高，水質越差，藻密度越高，相應的化學需氧量（COD）也越大，如南淝河入湖區。對巢湖水污染的治理應該更加具有針對性，從而使巢湖水體富營養化得到良好改善。[結論]該研究結果為巢湖水污染防治措施的制定提供了參考。

關鍵詞 富營養化；氮；磷；藻密度；巢湖

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0076-04

Abstract [Objective] The aim was to explore the relationship between number of phytoplankton and main water quality indexes in Chaohu Lake. [Method] The water quality and the amount of phytoplankton species of sampling points in Chaohu Lake were detected and observed， and the relationship between nitrogen， phosphorus and water quality of phytoplankton in Chaohu Lake watershed were analyzed. [Result] The higher the N/P ratio was， the worse the water quality was；the higher the algal density was， the greater the corresponding chemical oxygen demand （COD） was， such as the entering lake area of Nanfei River. The treatment of Chaohu Lake water quality should be more targeted to improve the eutrophication of Chaohu Lake. [Conclusion] The result provides reference for making water pollution control measures in Chaohu Lake.

Key words Eutrophication；Nitrogen；Phosphorus；The algae density；Chaohu Lake

巢湖水體污染主要來源于農業面源污染中氮、磷的嚴重流失[1]和沿岸工廠的廢水和城鎮的生活污水的大量排放。沿岸作物大量使用化肥農藥，農業污染日益加重，產生了大量污染物，且基本未經處理就隨入湖水徑流直接或間接進入湖泊，造成湖體污染物快速增加。污水的處理缺乏相應措施，部分地區排污總量遠遠超過環境容納量[2-5]。江湖換水大幅度減小。隨著20世紀巢湖閘、裕溪閘的相繼新建，巢湖已成為半封閉湖泊，巢湖與長江天然溝通大大減少，湖泊中氮、磷等營養鹽輸出能力變差[6-7]。浮游生物的生存與水體的含氧量以及氮、磷的含量密切相關。生物的生存需要氧；氮和磷對遺傳物質的擴增作用以及蛋白質的合成起著重要作用，但含量過多就會引起水體富營養化[1-6]。巢湖水體富營養化導致藻類大量生長繁殖，水體含氧量低，魚蝦死亡，水

質日益退化，巢湖水作為巢湖地區的水源供應地，水質影響著巢湖人民的健康[7-9]。筆者主要通過對巢湖各代表性取樣點的水質及藻類數量和種類進行檢測和觀察，分析了巢湖流域浮游藻類與其水質中的氮、磷及其他水質指標之間的關系[10]，以期為巢湖水質防治措施的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 調查地點

該次調查取樣共3次，時間分別為2017年3、4和6月的月初，其中3月調查取樣20個，4月取樣15個，6月取樣13個，3次所取水樣與藻類均包含圖1所示取樣點，取樣點1～13按順序依次為西壩口、船廠、中垾、東湖心、兆河入湖區、忠廟、新河入湖區、派河入湖區、塘西入湖區、柘皋河入湖區、濱河入湖區、南淝河入湖區、十五里河入湖區。

1.2 試劑與儀器

試劑包括碘、碘化鉀、魯格試劑（由碘和碘化鉀按比例配制而成）、鄰苯二甲酸氫鉀、無水磷酸氫二鈉、過硫酸鉀、氫氧化鈉、硝酸鉀、苯酚、硝普納、磷酸二氫鉀、磷酸三鈉、次氯酸鈉、酒石酸鉀鈉、EDTA二鈉鹽、硫酸銨、重鉻酸甲、硝酸鉀、鉬酸銨硫酸、鹽酸、鉬酸銨、硫酸、硫酸銀、硫酸汞、重鉻酸甲、六水合硫酸亞鐵銨、鉻酸甲等[11-12]。

儀器包括HQM-1型有機玻璃采水器、25號浮游生物網、便攜式PH-702、PHS-25臺式精密pH計、精密溫度計、FYL-YS-828L試劑冰箱、CP114型電子天平、LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器、TU-1810紫外可見分光光度計、M-207793多功能快速消解儀、HCC-F浮游生物計數框、XSP-2C生物顯微鏡等。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法。

采用現場取樣，采用HQM-1型有機玻璃采水器采取水樣，由于采樣是乘船進行的，停留時間較短，水樣采集的深度均不足1.0 m，并以取得的水樣作為最終水樣。

藻類取樣分為定性取樣和定量取樣2種。定性取樣采用25號浮游生物網，待船停止時，將25號浮游生物網拋下湖面，沿船前進的方向向前拉10 m左右，然后將其裝入樣品瓶中，并加入魯格試劑將其固定，留作定性觀察；定量取樣采用HQM-1型有機玻璃采水器采取1 L樣品，并將向所取樣品中加入15 mL魯格試劑固定。

1.2.2 水質指標檢測方法。

將取回水樣置于冰箱中于24 h內測定完畢。溫度、pH[13]、透明度現場測定；總氮、總磷的測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法[11，14]；銨態氮測定采用靛酚藍比色法[11]；硝酸根采用可見光分光光度比色法測定[11]；化學需氧量（COD）采用快速消解法（小型密封管法）測定[11]。

1.2.3 藻類計數方法。

藻密度采用鏡檢法[15-17]，分別使用1.0和0.1 mL 2種HCC-F浮游生物計數框取其平均值。

2 結果與分析

2.1 巢湖水體取樣點水質概況

由表1可知，入湖區的水溫普遍較非入湖區高；pH和透明度都處在一個相對穩定的范圍；水體中氨態氮含量基本與總氮含量呈正相關，總氮含量越高，氨態氮含量也越高，硝態氮的含量較低；經對比國家地表水體質量磷元素含量標準，顯示巢湖水體所含總磷較高。對照地表水環境質量標準[18]得出巢湖總體水質水體質量屬于Ⅲ類、Ⅳ類水質，部分水體屬于Ⅴ類，污染較為嚴重，有待繼續治理。

2.2 巢湖水域取樣點藻類概況

巢湖各取樣點藻類數量計數如下：

西壩口128萬個/L，船廠93萬個/L，中垾210萬個/L，東湖心783萬個/L，兆河入湖區480萬個/L，忠廟447萬個/L，新河入湖區293萬個/L，派河入湖區369萬個/L，塘西入湖區751萬個/L，柘皋河入湖區842萬個/L，濱河入湖區340萬個/L，南淝河入湖區2 087萬個/L，十五里河入湖區364萬個/L。

通過分析3次取樣結果得知，水中浮游藻類生長適宜溫度為25～30 ℃，最適宜在29 ℃，藻密度接近幾百萬個/L；光照對藻類的生長影響較大，光照強度減弱，藻類增長速度減慢；6月取樣結果表明，東半湖的塘西入湖區、柘皋河入湖區藻密度含量較高，西半湖的濱河入湖區、南淝河入湖區等區域藻密度含量高，特別是南淝河入湖區高達2 000萬個/L，而東半湖區域藻密度總體較西半湖低。

試驗過程中所觀察到藻類主要包括藍藻門、綠藻門、硅藻門、甲藻門、裸藻門。其中，藍藻、硅藻較為常見，藍藻門中阿氏項圈藻、水華微囊藻、細小隱球藻較多（圖2）。

2.3 巢湖水體各取樣點水質與藻類相關性分析

通過對取樣點的pH觀察發現巢湖水質多呈弱堿性，劉春光等[19]指出，pH8.5的水體固氮能力最強，酸堿度穩定性最高，此時藻類生長最好，同時也顯示出巢湖湖邊工廠廢水及生活污水呈堿性。其中氮、磷對藻類的生長影響很大。COD與藻密度基本成正比關系，水體富營養化程度越高，藻類生長所需氧氣含量也越高[1-7]。

由圖3可知，巢湖水質中NH4+與藻類密度呈明顯的負相關。如南淝河入湖區的NH4+含量較少，但藻密度卻最高，而西壩口和船廠處有較高含量的NH4+，其藻密度最低。一般來說，淡水中的總氮主要包含氨態氮和無機硝態氮，氨態氮以NH4+為主，而硝態氮則以NO3-為主，且總氮中NH4+含量較高，無機硝態氮含量較少，所以TN總是與NH4+成正比。有研究表明，淡水藻密度與TN成反比[20-21]，即藻密度與NH4+成反比，該試驗結果有一定的類似趨勢。

磷是核酸的組成成分，也是能量通貨——三磷酸腺苷（ATP）的組成成分，對藻類的生長有著極其重要的作用。由圖4可知，巢湖藻類密度與磷元素之間存在較為密切的相關性，在一定范圍內巢湖水質中的TP與巢湖水中藻密度呈負相關，即藻類密度越高，此處水質含磷量越低，該結果與張蕓[21]的研究結果一致。

氮、磷處于富營養狀態下藻類大量繁殖，低氮磷比（0～4）的氮限制會限制藻類生長速度，但在一定范圍內藻類生長速率與氮磷比呈正相關，不同藻類對于氮、磷的吸收率不同，藻類的生長并不依賴單一的氮或磷等營養元素（表1），故氮磷比變化較明顯[20]。

水中的氮主要以NH4+的形式存在，水體富營養化程度越高，對其消耗量越高，藻類生長量越大[21]。通過上述試驗結果發現巢湖水中藻類數量與氮磷之間的關系密切，由圖5知，巢湖藻類密度與氮磷比為7～17時存在較明顯的正相關性，藻類的生長使水體含氮量在一定范圍內下降，而磷元素對于藻類的生長來說也具有一定的影響，圖4 顯示總磷與藻類密度呈負相關，但大量研究表明，單一的氮、磷元素對藻類生長量的影響較氮磷比的影響較小[22-23]。即一定范圍內水體所含氮磷比越高，此處藻類密度越高[20-23]。

3 結論與討論

該研究表明，浮游藻類的生存與水體的含氧量以及氮、磷的含量密切相關。巢湖水中藻類密度與總氮含量成反比，與總磷含量成反比，氮磷比越大，藻類生長越好，即巢湖富營養化程度高，相反則富營養化程度低，康苗苗等[20]、張蕓[21]的研究中也得出相同結論；生物的生存需要氧，藻類的生長受多種水質因子作用，李曉山等[22]對此有所介紹。在水樣的采集中對巢湖進行區域劃分，相比之下西半湖藻密度高于東半湖，并且排水口浮游藻類較多，出水口相對較少，此處氮磷比較高，有利于當地水質局針對治理。

通過分析試驗數據得知，氨氮與藻密度的關系并不是特別明顯，與康苗苗等[20]的研究結果有差異，可能是由于測定氨氮的水樣放置時間稍長，導致結果不是很精確；在試驗過程中可能存在操作不嚴謹問題，導致試驗結果存在誤差。

根據水質檢測的結果了解到西湖區水質較差，以南淝河、濱河入湖區更為突出。經調查得知，南淝河等污染較嚴重的地區沿岸工廠較多，政府應加強對工廠的監管力度，定期視察污水處理情況，檢查排放是否達到排放標準。濱河入湖區的污染主要是生活污水所致，故應對生活污水進行集中處理，建設雨污分流管道，實施雨污分流，并向居民進行知識普及，提高居民對生活污水處理的意識。巢湖沿岸農業污染普遍存在，政府部門應對農民進行知識的普及，并邀請農業科研人員向農民介紹正確的農藥使用方法和時間，提倡使用生物農藥，以減少化學農藥的使用。根據巢湖水體富營養化發生的原因及機理，控制或轉移氮、磷等外源性營養鹽以及有毒、有害污染物質的輸出是極其重要的防治措施：一是加強工業點源污染的治理；二是加強城鎮生活污染的治理；三是加強農業面源污染的治理；四是加強巢湖藍藻“水華”的治理；五是加強水土流失的治理[24-25]，多個方面同時治理，對水質的提高有較大影響。

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