武漢外沙湖葉綠素a季節變化及其與水質因子的相關性研究

陳靜 李軍 李夢晗 石勇

摘要：對外沙湖3個測點葉綠素a及水溫、透明度、電導率、溶解氧、化學需氧量、總氮、總磷等監測項目進行12個月逐月測定，在1年的監測時段內，葉綠素a濃度呈明顯測點廈季節變化特點。2個測點葉綠素a監測均值與綜合污染指數呈顯著正相關，這說明葉綠素a可以間接反映外沙湖的污染程度。化學需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關，另外透明度與葉綠素a呈負相關，說明葉綠素a高低受多個水質因子的共同影響。要控制外沙湖富營養化、防止水華，除了控制氮磷污染外，還需進行綜合治理，降低各糞污染物的濃度。

關鍵詞：外沙湖；葉綠素a；水質因子

中圖分類號：X832 文獻標志碼：B

前言

外沙湖位于武漢市武昌區東北部，東鄰外沙湖大道，西抵友誼大道，南至公正路，北鄰湖北大學及秦園東路，現已建成沙湖公園，湖泊面積2.89 km2。

近年來由于生產和生活污水排放的影響，導致了水體的富營養化，為解決武昌區外沙湖、楚河及水果湖水環境，2019年起，武昌區對上述水體開展了綜合整治工程，工程于2021年5月完工。

葉綠素是植物光合作用中的主要光和色素。通過測定浮游植物葉綠素a，可掌握水體的初級生產力情況及富營養化程度。關于湖泊葉綠素a與水質相關因子之間的關系，很多學者作了深入的研究，但多局限于對葉綠素與氮、磷及高錳酸鹽指數、化學需氧量等有限水質指標之間相關性的研究，關于外沙湖葉綠素a分布狀況及葉綠素a與多種水質因子和綜合污染指數之間相關性的研究尚未見報道。

通過對外沙湖3個測點治理完成后2021年5月- 2022年4月共12個月葉綠素a及水溫、透明度、色度、總懸浮固體、濁度、電導率、硬度、溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、總氮、總磷等監測項目逐月測定，分析外沙湖葉綠素a時空分布狀況，探討外沙湖葉綠素a含量與水質因子之間的關系，篩選出影響藻類生長的水質因子，為防止水體富營養化從而引起的藻類過度生長、水華再次發生提供理論依據。

1樣品采集與測試

1.1點位分布

監測布設有3個監測點位，分別位于外沙湖北端、湖心、外沙湖南端。

1.2樣品的采集

從2021年5月至2022年4月，每月在外沙湖3個監測點位采集水樣，時間為每月月初，對其中的葉綠素a進行測定，同時測定相關的水質指標，包括水溫、透明度、電導率、溶解氧、化學需氧量、總氮、總磷等。每次采樣從上午8：30-12：00，在每個采樣點現場測試水溫、溶解氧、透明度、pH后，用有機玻璃采水器采集水面下0.5 m的水樣帶回實驗室進行分析測試。

1.3樣品的分析

監測分析方法、依據及使用儀器見表1。

2結果與討論

2.1外沙湖全湖葉綠素a的周年變化特征

如表2所示外沙湖3個采樣點葉綠素a均值月變化曲線。

在1年的監測時段內，外沙湖全湖葉綠素a濃度均值介于7-133 ug/L之間，相對標準偏差為114%。葉綠素a濃度呈明顯季節變化特點，監測最高值和次高值出現在秋季的10月份和夏季的7月份，而監測最低值出現在冬季的1月，說明外沙湖夏秋季出現了藻類爆發性生長。（見圖1）

在監測時段內，各測點葉綠素a監測值變化較大，總的說來，7-10月，湖面南端監測值較高，湖面北端次之，湖心相對較低，11月至次年6月，各點監測值基本上低于5-10月，測點間葉綠素a濃度差異較大，濃度最高的湖面南端年均值為濃度最低的湖心的1.9倍。除外沙湖湖心10月外，各測點呈現相似的周年變化曲線，所有測點的監測最高值均出現在10月，而1月為最低值或次低值。總的說來，各測點夏秋季監測值最高，而1、2月監測值最低。

2.2外沙湖各測點葉綠素a年均值與綜合污染指數

選取溶解氧、COD、總氮、總磷、氨氮5項指標，按GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中IV類標準計算外沙湖各點位的綜合污染指數，并計算每個測點綜合污染指數與葉綠素a的相關系數，結果見表3及圖2。

從表3可以看出，在監測時段內，3個測點葉綠素a監測均值從大到小依次為湖面南端、湖面北端、湖心，湖面北端和湖面南端葉綠素與綜合污染指數呈顯著正相關，湖心則不相關。綜合污染指數越高的湖區葉綠素a水平也越高。說明綜合污染指數與葉綠素a之間關系因點而異，與點位污染特征有關，不是所有測點綜合污染指數都與葉綠素a相關。

2.3外沙湖各測點葉綠素a與其他水質園子的相關性分析

2.3.1外沙湖葉綠素a與溶解氧、化學需氧量、總氮、總磷、氨氮的周年變化特征

在監測時間段內，計算外沙湖三個監測點位各監測指標的月度均值，并繪制月度變化曲線，可以看出，葉綠素a與化學需氧量、總氮、總磷呈現大致相同的月度變化特征，而氨氮、溶解氧的月度變化與葉綠索a則無明顯關聯。

2.3.2各水質指標與葉綠素a的相關性分析

分析3個測點12個月共36組水質監測數據，計算溶解氧、COD、BOD、總氮、總磷等7項指標與葉綠索a的相關系數，結果見表4（p=0.05，臨界值0.329）。

由表4可見，有3項所選指標與葉綠索a呈正相關，相關性由強到弱依次為化學需氧量、總磷、總氮，另外透明度與葉綠素a呈負相關。

葉綠素a與透明度負相關，說明外沙湖水體顏色主要來源于藻類的存在，透明度主要受藻類影響。因此透明度能夠較好地表征當前藻類密度狀況。

葉綠素a與化學需氧量正相關，表明目前外沙湖水體中有機物污染與藻類的生長密切相關，有機物濃度增大，藻類的繁殖速度也加快。

葉綠素a與總氮、總磷正相關，說明東湖水體中溶解性的無機氮、磷均為藻類生長的限制性因素。因此雖然外沙湖已經處于富營養化狀態，但任何氮磷營養鹽的輸人都將促使湖區藻類密度進一步增大，使水質更加惡化，必須嚴加控制。

3結論

在1年的監測時段內，外沙湖全湖葉綠素a濃度均值介于7 ug/L-133 ug/L之間，變異系數為114%。葉綠索a濃度呈明顯測點及季節變化特點，監測最高值出現在夏秋季，而監測最低值出現在冬季的1-2月；湖面南端監測值較高，湖面北端次之，湖心相對較低。測點間葉綠索a濃度差異較大。

在監測時段內，3個測點中的2個葉綠索a監測均值與綜合污染指數顯著正相關。這說明葉綠索a可以間接反映外沙湖的污染程度。化學需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關，另外透明度與葉綠素a呈負相關，說明葉綠素a高低受多個水質因子的共同影響。要控制外沙湖富營養化、防止水華發生，除了控制氮磷污染外，還需進行綜合治理，降低各類污染物的濃度。