安慶市東大湖富營養化過程中小球藻增長分析

2021-09-10 23:56:10路楊劉昕怡陶文志孫慧群

科學與生活 2021年10期

路楊劉昕怡陶文志孫慧群

摘要：以安慶市中心景觀湖泊東大湖為研究對象，測定水體中小球藻的種群增長狀況，與水體指標ORP、TN、TP、NH3-N、CODMn、CODCr、BOD5的濃度進行相關性分析。結果顯示;（1）小球藻數量第二次采樣比第一次采樣多，其中7號采樣點兩次采樣中小球藻數量最高;（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五項水質指標兩次測量濃度均為7號采樣點最高;ORP兩次測量濃度差異較大;NH3-N兩次測量濃度差異不大;（3）兩次測定小球藻數量與各水質指標的相關性相差較大，第二次測定中小球藻數量與TN、TP、CODCr、CODMn的相關性低于第一次的相關性，而ORP、NH3-N、BOD5卻升高，因此可以看出小球藻數量受到各水質指標的綜合影響。研究表明，東大湖小球藻增長不僅與污染源排放量有關還與排放污水的成分和濃度有關，而且受到各水質指標的綜合影響。

關鍵詞：富營養化小球藻總氮總磷氨氮

湖泊水資源和人類的生產與生活有著密切的聯系，但是隨著這些年經濟的飛速發展，越來越多的自然資源受到破壞，湖泊這一大自然賦予人類重要的“天然寶庫”也毫無例外的受到了影響和破壞。城市景觀水體一般具有環境容量小、自凈能力差和流動性較差等特點，在人類高強度的活動影響下極易受污染，再加上大氣沉降、地表徑流攜帶等原因，我國90%以上的城市景觀水體水質低于IV類地面水質標準，其中大部分水體富營養化程度嚴重[1]，這使得城市景觀水體在感官和水質上都失去了原有的價值，甚至可能會影響居民生活、危害人體健康，因而控制水體惡化刻不容緩。近20年來，我國對湖泊富營養化狀況、發生原因進行了一系列研究與防治的實踐，然而富營養化依然未得到有效控制。根據我國環境部2019年的《中國環境狀況公報》顯示，全國已經開展營養狀態監測的107個重要湖泊及水庫中，貧營養狀態湖泊（水庫）占9.3%，輕度營養狀態占62.6%，中度富營養狀態占22.4%，重度富營養狀態占5.6%。可知我國水環境富營養化狀況總體比較嚴峻[2]。安慶東大湖為封閉湖泊，湖泊中氮、磷等營養鹽的輸出能力較差，浮游生物的生存與水體中的含氧量和氮、磷含量密切相關，東大湖近年來發生的水體富營養化導致藻類大量生長繁殖，水質惡化，作為安慶市中心重要景觀水體，水質情況影響著安慶人民的身心健康。為此，本研究通過對東大湖水質及優勢藻類數量進行檢測，分析水質指標對小球藻（Chlorella）增長的影響，以期為東大湖富營養化消除和水體保護提供科學參考[3]。

1研究方法

1.1 研究區概況

安慶位于安徽省西南部，長江下游北岸，屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，四時分明，年平均氣溫大約為17℃，氣候溫潤。安慶降水充沛，年平均降水量1300 mm-1500 mm，主要集中在4-8月，占年降水總量的70%以上，特別是6-7月的梅雨期間，常有大到暴雨出現[4]。東大湖（29°47′～31°57′E，115°46′～117°44′N）位于安徽省安慶市區中心，與西小湖有涵洞相通。東大湖占地約3.88 km2，周邊環境比較簡單，主要是市區公路和人行道;只經過初步處理的工廠廢水、生活污水定期向東大湖排放，導致湖泊污染事件頻繁發生[5]。由于受季風影響，湖水流向由東北向西南。

1.2 樣品的采集與測定

1.2.1采樣及樣品處理

研究區為安慶市東大湖，按照《水質采樣方案設計技術規定》（HJ495-2009）共布設11個采樣點，采樣時間為2020年9月19日與2020年10月30日。依據GBT 14581-1993和文獻6采集水樣，藻類定性分析和定量分析水樣依據文獻7采集。

1.2.2樣品測定

ORP測量儀現場測定氧化還原電位（oxidation-reduction potential，ORP），總氮（total nitrogen，TN）、總磷（total phosphorus，TP）、氨氮（ammonia nitrogen，NH3-N）、高錳酸鉀指數（Potassium permanganate index，CODMn）、化學需氧量（chemical oxygen demand，CODCr）、五日生化需氧量（five-day biochemical oxygen demand ，BOD5）測定方法參照《水和廢水監測分析方法》（第四版）;取濃縮后的樣品0.1 mL顯微鏡下進行藻類種類鑒定;將濃縮定容后的樣品充分搖勻，立即打開瓶塞用0.1 mL吸管在中央部吸出0.1 mL樣品，注入計數框內，小心蓋好玻片，使樣品均勻分布，且保證計數框內無氣泡，然后在顯微鏡下進行藻類計數 [8]。

1.3數據處理

1.3.1藻類計量

小球藻數量，計算公式如下：

式中：N—每升水中浮游植物的數量（萬個/L）;Cs—每升水浮游植物的數量（mm2）;Fs—每個視野計數框的面積（mm2）;Fn—每片計數過后視野數;Pn—每片通過計數實際數出的藻類個體數或細胞數;V—1L水濃縮后的體積U——計數框的體積。

1.3.2水質評價

水質評價依據《地表水環境質量標準GB3838-2002》Ⅴ類標準（表1）。

1.3.3數據統計分析

測定的數據用SPSS（16.0）進行統計和相關性分析。

2. 結果與討論

前期研究結果發現，東大湖11個采樣點富營養化期間藻類種類和數量在短時間內發生較大變化，其中小球藻是最主要的優勢種。本研究在此基礎上對小球藻增長進行分析。

2.1不同采樣點小球藻數量特征

由圖2可知，兩次測定7號采樣點小球藻數量最高，分別為24萬個和41.7萬個，與其它采樣點相比，呈極顯著差異（P<0.01）。5號和6號采樣點第二次測定小球藻數量較高，分別為11.4萬個和34.3萬個，與第一次相比均呈極顯著升高;其它采樣點兩次測定數量均較低，第一次測定值在0.04-3.45萬個范圍內，第二次測定值在0.16-8.2萬個范圍內。除1號采樣點外，其它采樣點第二次測定均比第一次有明顯升高（P<0.05）。可見，時隔一個月，東大湖小球藻呈快速增長趨勢，且6號采樣點數量增長非常迅速，5號和7號其次，其它采樣點增長相對平緩。

本研究對11個采樣點進行多次調查發現，各采樣點均處于匯水區。5采樣點處有水下排污口，受納沿岸生活污水和地表徑流污水;6號采樣點與鄰接的西小湖相通，西小湖主要污染源是生活污水排放和地表徑流;7號采樣點有一個水下排污口，內徑約50 cm，排放量大，受納安慶市區生活污水、工業廢水和地表徑流污水。推斷6號采樣點小球藻生長迅速與來自西小湖污染源的生活區污染排放量有關，7號采樣點小球藻生長迅速可能與混合廢水中的成分、濃度有關，有待于進一步驗證。

2.2不同采樣點水質特征

為了探討小球藻生長和東大湖水質的關系，本研究對東大湖水質的ORP、CODCr、BOD5、CODMn、NH3-N、TP、TN等指標進行了兩次測定，這些指標均為影響小球藻生長的因子。結果發現（圖3）：

ORP第一次測定濃度在493.77 mv-524.56 mv之間，第二次測定濃度在491.08 mv-514.51 mv之間。其中5號采樣點第一次測定數值最大（524.56 mv），9號采樣點第二次比第一次高，其余采樣點均為第一次比第二次高。

CODCr第一次測定濃度在26.11 mg/L-73.21 mg/L之間，第二次測定濃度在24.70 mg/L-71.76 mg/L，第二次各采樣點均比第一次低，兩次測定7號采樣點濃度最大，分別為73.21 mg/L和71.76 mg/L。

BOD5第一次測定濃度在5.47 mg/L-10.29 mg/L，第二次測定濃度在1.92 mg/L-15.12 mg/L。第二次各采樣點均比第一次低，兩次測定7號采樣點濃度最大，分別為14.59 mg/L和14.27 mg/L，8號采樣點兩次濃度差異最大，相差10.63 mg/L。

CODMn第一次測定濃度在1.55 mg/L-4.90 mg/L，第二次測定濃度在1.36 mg/L-4.47 mg/L，第二次各采樣點均比第一次低，兩次測定7號采樣點濃度最大，分別為4.90 mg/L和4.47 mg/L。

NH3-N第一次測定濃度在1.02 mg/L-2.75 mg/L，第二次測定濃度在0.99 mg/L-11.12 mg/L，7號采樣點第二次測定濃度達到11.12mg/L，比第一次極顯著升高。

TP第一次測定濃度在0.03 mg/L-0.71 mg/L，第二次測定濃度在0.02 mg/L-0.51 mg/L。4號采樣點和7號采樣點兩次測定結果相差非常明顯;7號采樣點與其它采樣點相比均呈極顯著升高，分別為0.71 mg/L和0.51 mg/L;4號采樣點第二次比第一次極顯著升高0.36 mg/L;其它各采樣點兩次測定濃度非常低，且第二次均比第一次低。

TN第一次測定濃度在2.37 mg/L-11.84 mg/L;第二次測定濃度在2.61 mg/L-11.57 mg/L。7號采樣點兩次測定結果均比其它采樣點呈極顯著升高，分別為11.84 mg/L和11.57 mg/L;其它各采樣點兩次測定濃度非常低，且第二次均比第一次低;11個采樣點兩次測定結果差異不明顯。

2.3小球藻增長與水質指標相關性分析

第二次測定的的小球藻總體比第一次增長迅速，七種水質指標濃度增長的總體趨勢也相近，為此，對兩次測定進行相關性分析。由表2看出，第一次測得的小球藻個數與TN、TP、CODCr、CODMn呈極強相關，與BOD5呈明顯相關，與ORP相關性弱，與NH3-N呈負相關。第二次測得的小球藻個數與TN、TP、CODCr呈極強相關，與BOD5呈明顯相關，與第一次不同的是，小球藻個數與NH3-N和ORP呈極強相關，與CODMn的相關性變弱。可以推知，兩次小球藻與水質測定結果呈反向趨勢的主要原因與NH3-N、ORP、CODMn關聯密切，而最主要因子是NH3-N[11]。

所有采樣點中，7號采樣點兩次數量均最高，為此對其小球藻增長及七種水質指標濃度變化進行相關性分析，第一次測得的小球藻個數與TN、TP、CODCr、BOD5呈負相關，與CODMn、ORP、NH3-N呈中等正相關。第二次測得的小球藻個數與BOD5、NH3-N相關性不變，但與TN、TP、ORP、CODCr相關性呈明顯的反向趨勢。可知，TN、TP、CODCr含量上升促進小球藻種群增長，ORP降低有助于小球藻數量增加。前人的研究發現，TN、TP、CODCr、ORP等對藻類增長的影響不一樣，可能與水體多因素綜合作用相互干擾有關[4，6.11，12]。

7號采樣點兩次測定小球藻與ORP的相關性差異較大，暗示ORP對藻類增長的影響還受其它因子干擾。閆雪燕等研究中，水華束絲藻（Aphanizomenon flosaquae）和微囊藻（MiCrocystis sp.）豐度與ORP呈顯著正相關，單角盤星藻（Pediastrum simplex）豐度與ORP呈極顯著負相關[13]，證明了本研究的推測。

兩次NH3-N濃度差異在所有因子中最大，但從相關系數r看，與小球藻數量上升相關性并不強。可見，第一次小球藻增長主要是CODMn、ORP、NH3-N起促進作用，過高濃度TN、TP、CODCr、BOD5綜合作用不利于小球藻增長，第二次迅速增長與TN、TP、CODCr濃度降低和ORP含量下降有關，濃度和含量下降后綜合作用促進了小球藻數量上升。對于綜合作用未見前人研究，需要進一步證明。

3 結論

東大湖為優勢藻類種群為小球藻，其種群增長在TN、TP、ORP、NH3-N、CODCr、CODMn、BOD5等多種水質指標的作用下呈現不同的增長速度：

（1）7號采樣點兩次采樣中小球藻數量最高，但是其小球藻增長速度卻沒有6號采樣點快。

（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五項水質指標兩次測量濃度均為7號采樣點最高;ORP兩次測量濃度差異較大;NH3-N兩次測量濃度差異不大，但是7號采樣點兩次測量濃度差別巨大。

（3）兩次測定小球藻數量與各水質指標的相關性相差較大，第二次測定中小球藻數量與TN、TP、CODCr、CODMn的相關性低于第一次的相關性，而ORP、NH3-N、BOD5卻升高。

東大湖總氮的污染狀況最為嚴重。氮污染主要來源于：隨雨水流入的城市生活污水，工業生產所排放的含氮污水。建議提高城市污水處理率，選擇具有高效脫氮工藝的先進污水處理技術，切實解決城市生活污水氮污染問題。由于小球藻的種群增長受到多種因素影響，因此在湖泊某一或某幾種水質指標過高時，可以人為影響湖泊中其他影響因素以達到抑制小球藻增長的目的。

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