鄱陽湖水質變化特征及水體富營養化評價

溫春云，劉聚濤，胡 芳，楊 平，韓 柳

(江西省水利科學研究院，江西省鄱陽湖水資源與環境重點實驗室，南昌 330029)

近年來，由于鄱陽湖周邊生活污水和工業廢水排放量不斷增加，農業面源污染日益嚴峻，湖區水體水環境質量不斷下降[1]。相關研究表明，1985-2013年間，鄱陽湖水體I-III類水的比例由99.9%下降至68%，總氮和總磷成為主要污染物[2]。鄱陽湖水質變化越來越受到人們的關注，如黃學輝等人[3]于2016 年對鄱陽湖水質進行了測定，分析了水體水質季節性變化特征；陳曉玲等人[4]于2011 年7 月份對鄱陽湖豐水期水質進行了實測，分析了總氮、總磷的空間分布特征。郭秋平等人[5]系統分析了鄱陽湖2015年度枯水期主湖體、五河入口、湖口過江水道、贛江下游主河道和南昌市周邊濕地表層水體中總氮、總磷、汞、銅、鋅、鉛、鎘等幾種污染物的含量。鄱陽湖水位受“五河”及長江來水的共同影響，使得湖區面積的擴大或萎縮，鄱陽湖洪水和干旱現象交替出現，同時鄱陽湖水位季節性波動產生的巨大差異也給水環境帶來一定影響，使得鄱陽湖水質呈現動態變化[6]。湖區的水環境狀況對鄱陽湖生態安全有著極為重要的意義[7]。因此，加強鄱陽湖水質動態監測，及時掌握湖泊水生態變化，是保障鄱陽湖生態安全的重要支撐。

本研究于2017年對鄱陽湖平、豐、枯3個時期的水質現狀進行了系統調查與評價，旨在動態掌握鄱陽湖水質變化，為鄱陽湖水生態環境保護與治理提供科學的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

鄱陽湖是中國最大的淡水湖泊，位于江西省北部，長江中下游交接處的南岸，是長江流域一個重要的過水性、吞吐型、季節性的淺水湖泊[8]。“高水是湖，低水似河”、“洪水一片，枯水一線”是鄱陽湖最為突出的水文特征和自然地理特征[9]。鄱陽湖接納贛江、撫河、信江、饒河、修水等五大河流以及博陽河、漳田河等獨流入湖的小河流來水，水系流域面積達16.22 萬km2，占江西省面積的97.2%，長江流域面積的9%。鄱陽湖年均出湖總徑流量達1 436 億m3，占長江總水量的15.5%[10]，在調節長江水位、涵養水源、改善當地氣候條件和維護生態環境平衡等方面發揮著重大作用，為長江中下游水安全、水生態環境及水資源提供了重要保障。

1.2 樣品的采集與處理

于2017年選擇典型的平水期(4月下旬)、豐水期(8月下旬)、枯水期(12月下旬)對鄱陽湖湖區11個典型樣點進行水質調查采樣，樣點位置見圖1。用5 L有機玻璃采水器采集各樣點50 cm 左右的表層水樣，每個樣點采集3份重復水樣。

1-湖口；2-姑塘村(鞋山)；3-蛤蟆石；4-屏峰；5-星子；6-老爺廟；7-都昌與吳城來水交匯處；8-吉山；9-都昌縣城；10-朱袍山；11-棠蔭圖1 鄱陽湖水樣采集點位Fig.1 Location of the sampling sites in Poyang Lake

采集的水樣分裝于若干500 mL的預先處理的聚乙烯瓶中，部分水樣加H2SO4酸化保存，用裝有冰塊的保溫箱當天帶回實驗室，在48 h內進行測定。用烘干稱重后的GF/C濾膜過濾500 mL左右水樣，將過濾后的濾膜放入錫箔紙中封裝，并帶回實驗室測定水體中懸浮物的含量；將經過濾的水樣加H2SO4酸化后，帶回實驗室測定水體中氨氮含量。用GF/F濾膜過濾500 mL左右水樣，將過濾后的濾膜放入自封袋中封裝后冷凍保存，并帶回實驗室測定水體中葉綠素a含量。

1.3 測定方法

1.4 數據處理與計算

本文采用單因子指數法對鄱陽湖不同時期的水體水質進行評價，對照《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)標準，確定其水質類別，以水質最差類別作為水體的水質類別[11]。采用中國環境監測總站推薦的綜合營養狀態指數法對鄱陽湖富營養化水平(TLI)進行評價，利用葉綠素a、總磷、總氮、透明度和高錳酸鹽指數等5項目水質指標檢測值進行計算，相關參數及評價標準參照《中國湖泊環境》[12]和《湖泊富營養調查規范( 第二版) 》[13]中的標準。所有數據運用SPSS20. 0進行統計分析，選擇單因素方差分析( one way ANOVA)進行差異性分析，采用Origin 2015 進行繪圖。

2 結果與討論

2.1 鄱陽湖水體物理指標變化分析

鄱陽湖各水域水溫、透明度、pH值、濁度、懸浮物等指標監測結果見表1。從表1可以看出，鄱陽湖水體各指標在平、豐、枯3個不同時期顯著不同。具體分析如下：

(1)水溫、pH值及溶解氧含量變化。鄱陽湖不同時期的水溫主要隨氣溫變化而變化，表現為豐水期>平水期>枯水期。鄱陽湖水體pH值范圍為7.54～8.65，平均值為8.2，呈弱堿性。鄱陽湖水體溶解氧含量范圍5.84～12.68 mg/L，平均值為8.14 mg/L，溶解氧含量變化和水溫變化正好相反，溶解氧含量受水溫影響較大，水溫升高時，溶解氧含量降低。因此鄱陽湖水體含量變化表現為枯水期>平水期>豐水期。

(2)透明度、濁度及懸浮物含量變化。3個時期的透明度平均值分別為50、40、35 cm，總體表現為平水期>豐水期>枯水期。但是，受局部采砂、水量少等的影響，平水期及枯水期透明度變化范圍較大，最小時為5 cm，最大可達80 cm。根據各點位透明度分析可知，低透明度主要分布在入江水道采砂區。

鄱陽湖水體濁度平均值為16.86 NTU。其中，最小值為3.7 NTU，為5號點(星子水域)，而最大值達到106.3 NTU，為入江口水域。枯水期水體濁度最高，平水期濁度最低。濁度較高處主要為通江水道，尤其是入江口處水域，該處主要受上游采砂影響，懸浮泥沙在入江口處集聚，導致水體濁度升高。

同樣受采砂影響，鄱陽湖水體懸浮物含量變化和濁度保持一致，表現為枯水期>豐水期>平水期，3個時期懸浮物含量分別為79.16、27.35、25.77 mg/L。懸浮物含量變化范圍較大，在平水期最小為3.17 mg/L，而在枯水期可達318 mg/L，平水期和枯水期各樣點懸浮物含量的差異較大。根據張琍等人[14]的研究，鄱陽湖懸浮體濃度空間分布格局主要受到河口輸入、湖泊流場、底質沖淤、生物作用、再懸浮作用及湖泊采砂活動的影響。其中，采砂活動對鄱陽湖懸浮體空間分布格局的變化影響最大，近年來，采砂區有慢慢向南部湖區擴展的趨勢，導致鄱陽湖懸浮體高值區也有擴大的趨勢。

表1 鄱陽湖不同時期水體物理參數性狀Tab.1 The physical parameters in different periods in Poyang Lake

2.2 鄱陽湖水體化學指標變化分析

(1)高錳酸鹽指數變化分析。CODMn是一個表征環境水體有機物污染的特定指標，從表2的監測結果可以看出，2017年鄱陽湖在平水期、豐水期、枯水期3個時期的水體CODMn含量平均值分別為3.19、2.17、3.38 mg/L。平水期和枯水期CODMn含量略高于豐水期，3個時期并無明顯差異(t-testp>0.05)。

表2 2017年鄱陽湖不同時期CODMn的變化 mg/L

(2)不同形態氮含量變化特征。2017年鄱陽湖平、豐、枯3個時期的氮含量情況見表3。從表3可以看出，鄱陽湖平、豐、枯3個時期水體總氮含量平均值分別為1.68、1.01、2.22 mg/L，均達到了富營養化水平；氨態氮和硝態氮含量分別為0.28、0.17、0.53和1.16、0.63、1.45 mg/L。鄱陽湖枯水期各樣點的氨態氮、硝態氮和總氮含量均最高，其次是平水期，豐水期各樣點總氮、氨態氮和硝態氮含量最低，呈現枯水期>平水期>豐水期的季節變化特征，這和陳波等人[15]的研究結果是一致的。分析氮素不同形態可知，鄱陽湖水體的氮素形式以硝酸鹽氮和氨態氮為主，這與劉倩純等人[16]的研究一致。

表3 2017年鄱陽湖不同時期氮含量 mg/L

(3)總磷及正磷酸鹽含量變化特征。2017年鄱陽湖平、豐、枯3個時期的磷含量變化見圖2。結果顯示，鄱陽湖平水期各樣點總磷、正磷酸鹽含量最高，其次是枯水期，豐水期各樣點總磷、正磷酸鹽含量最低，總體表現為平水期>枯水期>豐水期。平水期與豐水期、枯水期之間TP含量均存在顯著性差異(t-testp<0.05)，但枯水期與豐水期之間TP含量差異不顯著(t-testp>0.05)。有研究表明，磷主要通過顆粒磷的沉降作用而被滯留，水體中的磷酸根能被懸浮顆粒物吸附或包裹，因此磷受泥沙的運輸影響較大[17]。平水期上游來水雖較枯水期多，但適宜的水位使得采砂行為及船舶行駛相對較頻繁，這增加了對湖泊底質顆粒磷及內源營養鹽的釋放，使得平水期磷含量較枯水期多，這可能是造成平水期磷的含量較枯水期高的原因。而豐水期上游來水明顯較平水期和枯水期多，流速明顯加快，水流對泥沙的攪動力及運輸量顯著增強，同時豐水期水量較大，這使得磷的沉降作用更明顯，這是豐水期磷含量低于平水期和枯水期的主要原因。

圖2 2017年鄱陽湖水體不同時期磷含量變化Fig.2 Variation of the phosphorus in different periods in Poyang Lake，2017

(4)葉綠素a含量分析。鄱陽湖2017年平、豐、枯3個時期水體Chl.a的含量見表4。由表4可知，水體Chl.a 在平水期和枯水期總體上含量較低，平均值分別為3.58和4.26 μg/L，而豐水期顯著高于平水期和枯水期，平均值為23.73 μg/L。有研究指出，鄱陽湖Chla.a含量在空間分布上表現為南湖區>北湖區，呈現出一定的空間分布特征[18]。而本次調查結果顯示，8、9、10、11 4個位于南湖的樣點水體Chl.a含量顯著高于北部入江水道的各個樣點，同樣具有顯著的樣地差異性。

表4 2017年鄱陽湖水體不同時期Chl.a含量 μg/L

2.3 水質綜合評價

2017年鄱陽湖水質綜合評價結果如表5所示。從表5可以看出，2017年鄱陽湖水體水質總體為Ⅴ類水，各時期水體水質均超過Ⅲ類標準，為Ⅳ～Ⅴ類標準。其中，枯水期水質最差為劣Ⅴ類水，豐水期水質相對較好，但也劣于Ⅲ類標準。

表5 2017年鄱陽湖水質綜合評價Tab.5 Comprehensive water quality assessment of Poyang Lake in 2017

各樣點水質評價結果如表6。結果顯示：2017年鄱陽湖所有點位pH值均在6～9范圍內，滿足《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)的要求。CODMn含量達到Ⅲ類標準，除枯水期10(朱袍山)、11號(棠蔭)兩個點為Ⅲ類標準外，其余樣點均小于4 mg/L，達到了Ⅱ類標準，枯水期屏峰、星子、老爺廟3個樣點甚至達到I類標準；總氮含量處于Ⅲ～Ⅳ類標準之間，部分樣點甚至達到劣Ⅴ類標準，例如平水期除9號樣點(都昌縣)為Ⅲ類標準外，其余樣點水體總氮含量均達到Ⅴ類標準，豐水期鄱陽湖水體總氮含量在Ⅲ～Ⅳ類標準之間，枯水期各樣點總氮含量均為Ⅴ類標準。鄱陽湖平、豐、枯3個時期水體總磷含量除8、10號點為Ⅴ類標準外，其余樣點均為Ⅳ類標準，豐水期各樣點水體總磷含量均達到Ⅲ類標準，而枯水期各樣點水體總磷含量在Ⅲ～Ⅳ類標準之間。

綜上分析可知，各樣點水體pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮等均優于Ⅲ類標準，而TN和TP兩個指標大部分樣點為Ⅳ或Ⅴ標準，這是影響鄱陽湖水質等級的重要因素。由此可以看出，鄱陽湖主要污染因子仍然是TN和TP。這與鄱陽湖周邊水產養殖污染、生活污水排放、農業面源污染等人為因素有較大關系。例如饒河段，該水域水產養殖業較發達，投放的餌料使大量營養鹽進入河水中，河水含氮量明顯偏高[19]；贛江是流入鄱陽湖的最大河流，沿岸城鎮較多，生活污水排放及農業面源污染等人為因素影響也造成氮含量偏高[20]。

表6 各樣點不同時期水質評價結果Tab.6 Water quality evaluation results in different periods at various points

2.4 鄱陽湖水體富營養化評價

對2017年鄱陽湖平、豐、枯3個時期各監測點水體富營養化水平進行計算，結果如圖3所示。由圖3可以看出，鄱陽湖平水期各樣點富營養化指數變化范圍為45～52，平均為50，由此可知鄱陽湖平水期富營養化狀態為中營養狀態，并向輕度富營養化過渡，其中3號(蛤蟆石)、4號(屏峰)及9、10、11號(即都昌縣至棠蔭水域)表現為輕度富營養化狀態；鄱陽湖豐水期各樣點富營養化指數變化范圍為47～51，平均為50，表現為中營養狀態，并向輕度富營養化過渡，3號(蛤蟆石)、4號(屏峰)及9、10、11號(即都昌縣至棠蔭水域)同樣表現為輕度富營養化狀態；枯水期各樣點富營養化指數變化范圍為46～57，平均為51，表現為輕度富營養狀態，其中1～3號(湖口至蛤蟆石)及9～11號(都昌縣至棠蔭)水域表現為輕度富營養狀態，且湖口及棠蔭兩個點的富營養化指數達到57，接近中度富營養狀態。

圖3 2017年鄱陽湖不同時期各監測點水域富營養化水平Fig.3 Comprehensive trophic level index for each sampling site in different periods in Poyang Lake,2017

由此可以看出，平水期和豐水期富營養化程度較枯水期輕，這主要與水位有關。水位的抬升能明顯擴大湖泊環境容量、提高水體自凈能力、促使江湖生物交換，對減輕水體富營養化、改善水環境質量具有重要作用[21]。此外，從不同水域富營養化程度來看，湖口至屏峰、都昌至棠蔭兩段水域總體呈現輕度富營養狀態，而星子至都昌水域為中營養。結合朱海虹[22]、李博之[23]、王毛蘭[24]、吳蘭[25]、劉倩純[16]等人分別在1988年、1996 年、2005 年、2006年和2010年對鄱陽湖水質開展的調查結果可見，隨著社會經濟的快速發展，鄱陽湖水質逐漸惡化，并已緩慢發展為富營養化。

3 結 論

(1)鄱陽湖各樣點水體水質均低于Ⅲ類標準，為Ⅳ～Ⅴ標準。各樣點水體pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮等均優于Ⅲ類標準，但TN和TP等兩個指標大部分樣點為Ⅳ或 Ⅴ標準，這也是影響水質等級的重要因素。由此可以看出，鄱陽湖主要污染因子仍然是TN和TP。

(2)鄱陽湖平、豐水期富營養化狀態為中營養狀態，并向輕度富營養化過渡；枯水期表現為輕度富營養狀態。湖口至屏峰、都昌至棠蔭兩段水域3個時期總體呈現輕度富營養狀態，而星子至都昌水域為中營養。鄱陽湖水質已緩慢發展為富營養化。