南太湖富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查及評(píng)價(jià)*

晁愛(ài)敏 于海燕 周勝利 張自力 胡尊英

(浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310015)

南太湖富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查及評(píng)價(jià)*

晁愛(ài)敏 于海燕 周勝利 張自力 胡尊英#

(浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 杭州 310015)

2009年4月至2010年4月，綜合利用TN、可溶性無(wú)機(jī)氮(DIN)、葉綠素a(Chl-a)、透明度(SD)、TP和浮游植物等指標(biāo)，通過(guò)參數(shù)法、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法及浮游植物優(yōu)勢(shì)種法評(píng)價(jià)了南太湖富營(yíng)養(yǎng)化水平。結(jié)果表明：(1)南太湖夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個(gè)斷面的TN質(zhì)量濃度為1.80～2.53mg/L，TP質(zhì)量濃度為0.08～0.11mg/L，DIN質(zhì)量濃度為0.55～1.10mg/L，Chl-a質(zhì)量濃度為6.4～19.2μg/L。(2)夾浦、新塘和小梅口3個(gè)斷面的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營(yíng)養(yǎng)，幻溇斷面為中營(yíng)養(yǎng)。南太湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平呈現(xiàn)出由西南向東北逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。(3)南太湖的浮游植物優(yōu)勢(shì)種的演替過(guò)程為魚(yú)腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→擬浮絲藻(Planktothricoides)，但均屬于藍(lán)藻。因此，浮游植物優(yōu)勢(shì)種法評(píng)價(jià)的南太湖富營(yíng)養(yǎng)化水平為重富營(yíng)養(yǎng)化，但該方法由于不確定性較大，一般只作為參考。

南太湖 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià) 浮游植物優(yōu)勢(shì)種 可溶性無(wú)機(jī)氮 葉綠素a綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

Abstract: From April 2009 to April 2010,parameters of TN,DIN,Chl-a,SD,TP and phytoplanktons were monitored in South Lake Tai. Assessment of eutrophication was conducted using single parameter method,comprehensive trophic index method and dominant species of phytoplankton method. Result showed that:(1)TN mass concentrations were 1.80-2.53 mg/L,TP mass concentrations were 0.08-0.11 mg/L,DIN mass concentrations were 0.55-1.10 mg/L, and Chl-a mass concentrations were 6.4-19.2 μg/L for sampling sections of Jiapu,Xintang,Xiaomeikou and Huanlou. (2)The comprehensive trophic status of Jiapu,Xintang and Xiaomeikou was mild eutrophication while that of Huanlou mesotrophy,descending from southwest to northeast. (3)The dominant species of phytoplankton succession showedAnabeana→Microcystis→Planktothricoides,but they all belonged to blue algae. Therefore,dominant species of phytoplankton method is usually used as supplement due to its uncertainty.

Keywords: South Lake Tai; eutrophication assessment; dominant species of phytoplankton; DIN; Chl-a; comprehensive trophic index

南太湖位于太湖西南[1-2]，20世紀(jì)90年代初，其富營(yíng)養(yǎng)化水平就已經(jīng)是中營(yíng)養(yǎng)至中富營(yíng)養(yǎng)[3]13。近些年，由于南太湖相對(duì)于北太湖污染程度較輕[4-5],[6]2246,[7],[8]64，所以有關(guān)南太湖富營(yíng)養(yǎng)化的報(bào)道并不多見(jiàn)[9],[10]22,[11-13]，且報(bào)道的時(shí)空跨度有限，不足以說(shuō)明整個(gè)南太湖的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀。

磷是太湖富營(yíng)養(yǎng)化程度的決定性因素，TP濃度決定了太湖藻類的最大生產(chǎn)力[14-15]，該指標(biāo)被很多學(xué)者用來(lái)評(píng)估水體的初級(jí)生產(chǎn)力[16-17],[18]183。TN和TP可以反應(yīng)水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，可溶性無(wú)機(jī)氮(DIN)是藻類直接利用的氮源[19]，也被用來(lái)對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行分級(jí)[20-22]。不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)湖泊中浮游植物種類差異很大，湖泊富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)與浮游植物優(yōu)勢(shì)種密切相關(guān)[18]181,[23]。本研究監(jiān)測(cè)了南太湖主要的富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)，并用參數(shù)法、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法和浮游植物優(yōu)勢(shì)種法評(píng)價(jià)了水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，希望引起對(duì)南太湖富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀及趨勢(shì)的重視。

1 研究方法

1.1 樣品采集與分析

本研究在整個(gè)南太湖區(qū)域布設(shè)了夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個(gè)調(diào)查斷面，每個(gè)調(diào)查斷面在距岸0、1、3、5、10 km處布設(shè)采樣點(diǎn)，調(diào)查斷面及采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。由于夾浦?jǐn)嗝婢喟? km和幻溇斷面距岸0、5 km處湖底有大量水草，采樣船無(wú)法到達(dá)，故未進(jìn)行采樣。

注：Za-1、Za-3、Za-5、Za-10分別表示夾浦?jǐn)嗝婢喟?、3、5、10 km的采樣點(diǎn)；Zb-0、Zb-1、Zb-3、Zb-5、Zb-10分別表示新塘斷面距岸0、1、3、5、10 km的采樣點(diǎn)；Zc-0、Zc-1、Zc-3、Zc-5、Zc-10分別表示小梅口斷面距岸0、1、3、5、10 km的采樣點(diǎn)；Zd-1、Zd-3、Zd-10分別表示幻溇斷面距岸1、3、10 km的采樣點(diǎn)。

圖1調(diào)查斷面及采樣點(diǎn)分布
Fig.1 Distribution of sampling sections and specific sites

樣品采集時(shí)間為2009年4月至2010年4月，采樣頻次為1次/月。所有樣品均采集表層水。

監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括葉綠素a(Chl-a)、透明度(SD)、TN、TP、氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。不同指標(biāo)的樣品采集與保存方法參照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)(增補(bǔ)版)。

所有指標(biāo)的分析方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)(增補(bǔ)版)。此外，浮游植物分類鑒定參考文獻(xiàn)[24]、[25]。

1.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

1.2.1 參數(shù)法

參數(shù)法評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)[26]如表1所示。各個(gè)斷面的TP以每個(gè)采樣點(diǎn)的年均值取平均進(jìn)行評(píng)價(jià)；DIN以氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮濃度之和計(jì)，評(píng)價(jià)時(shí)各個(gè)斷面的DIN取每個(gè)采樣點(diǎn)的夏季(6—8月)均值的平均值；各個(gè)斷面的Chl-a均值為每個(gè)采樣點(diǎn)的年均值取平均；各個(gè)斷面的Chl-a峰值為所有采樣點(diǎn)的年度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大值。

表1 參數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法以Chl-a的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為基準(zhǔn)，其他有關(guān)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的指標(biāo)連同Chl-a進(jìn)行加權(quán)求和[27]，計(jì)算公式如式(1)所示，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)

式中：TLI為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLIj為指標(biāo)j的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為指標(biāo)j的權(quán)重；m為參與評(píng)價(jià)的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

指標(biāo)j的權(quán)重根據(jù)式(2)計(jì)算。

(2)

式中：rj為指標(biāo)j與Chl-a的相關(guān)系數(shù)，取值見(jiàn)表3。

本研究選擇Chl-a、TP、TN、SD 4個(gè)指標(biāo)計(jì)算綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，各指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算如下：

TLIChl-a=25.00+10.86lncChl-a

(3)

TLITP=94.36+16.24lncTP

(4)

TLITN=54.53+16.94lncTN

(5)

TLISD=51.18-19.40lncSD

(6)

式中:TLIChl-a、TLITP、TLITN和TLISD分別為Chl-a、TP、TN、SD的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；cChl-a為Chl-a的質(zhì)量濃度，μg/L；cTP、cTN分別為T(mén)P、TN的質(zhì)量濃度，mg/L；cSD為SD，m。

表3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法各指標(biāo)與Chl-a的相關(guān)系數(shù)

1.2.3 浮游植物優(yōu)勢(shì)種法

湖泊不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下浮游植物種類差異很大，浮游植物優(yōu)勢(shì)種法[18]181評(píng)價(jià)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 浮游植物優(yōu)勢(shì)種法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)的空間分布

各斷面的TN、TP、Chl-a通過(guò)各斷面每個(gè)采樣點(diǎn)的年均值取平均得到，各斷面的DIN通過(guò)各斷面每個(gè)采樣點(diǎn)夏季(6—8月)均值取平均得到。TN、TP、DIN、Chl-a的各斷面濃度如圖2所示。4個(gè)斷面的TN質(zhì)量濃度為1.80～2.53 mg/L，由西向東總體呈逐漸遞減趨勢(shì)。4個(gè)斷面TP質(zhì)量濃度為0.08～0.11 mg/L，其中夾浦、新塘斷面TP濃度基本相同，小梅口斷面TP濃度最高，幻溇斷面TP濃度最低，但各斷面均超過(guò)了經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)設(shè)定的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化限值(0.03 mg/L)。4個(gè)斷面DIN質(zhì)量濃度為0.55～1.10 mg/L，夾浦、新塘和小梅口斷面的DIN濃度相差不大，但幻溇斷面的DIN濃度明顯低于其他3個(gè)斷面。4個(gè)斷面的Chl-a質(zhì)量濃度為6.4～19.2 μg/L，由西向東呈逐漸遞減趨勢(shì)。

2.2 參數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

參數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。4個(gè)斷面的DIN評(píng)價(jià)結(jié)果均為重富營(yíng)養(yǎng)。Chl-a峰值的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，除幻溇斷面為中富營(yíng)養(yǎng)外，其他3個(gè)斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果也均為重富營(yíng)養(yǎng)，與DIN的評(píng)價(jià)結(jié)果比較一致。TP的評(píng)價(jià)結(jié)果較DIN的評(píng)價(jià)結(jié)果略輕，總體處于富營(yíng)養(yǎng)到重富營(yíng)養(yǎng)水平。Chl-a均值的評(píng)價(jià)結(jié)果更輕，總體處于中營(yíng)養(yǎng)到富營(yíng)養(yǎng)水平。

DIN與Chl-a峰值的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，其原因可能在于DIN是浮游植物優(yōu)先利用的氮源，在藻類旺盛生長(zhǎng)期DIN的濃度一定程度上能預(yù)示浮游植物的生長(zhǎng)規(guī)模，具體反映在Chl-a峰值上。TP和Chl-a均值的評(píng)價(jià)結(jié)果分別較DIN和Chl-a峰值輕是因?yàn)門(mén)P濃度決定了太湖藻類的最大生產(chǎn)力，與Chl-a均值一樣能基本反映太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化的平均水平，而DIN和Chl-a峰值更多體現(xiàn)的是太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化的極端狀況。

圖2 TN、TP、DIN、Chl-a濃度的空間分布Fig.2 Spatial distribution of TN,TP,DIN and Chl-a concentrations

斷面DINTPChl-a均值Chl-a峰值夾浦重富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)新塘重富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)小梅口重富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)富營(yíng)養(yǎng)重富營(yíng)養(yǎng)幻溇重富營(yíng)養(yǎng)富營(yíng)養(yǎng)中營(yíng)養(yǎng)中營(yíng)養(yǎng)

2.3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

由于參數(shù)法只能對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)，不能反映斷面的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，故采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)各斷面富營(yíng)養(yǎng)化水平。

由表6可見(jiàn)，夾浦、新塘和小梅口3個(gè)斷面的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果均為輕度富營(yíng)養(yǎng)，而幻溇斷面為中營(yíng)養(yǎng)，其中小梅口和幻溇斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果與趙漢取等[10]23-24報(bào)道吻合。

表6 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

利用ArcGIS 9.0軟件對(duì)南太湖各采樣點(diǎn)的TLI進(jìn)行Kriging插值分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，南太湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平呈現(xiàn)出由西南向東北逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。

圖3 南太湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of comprehensive trophic index in South Lake Tai

2.4 浮游植物優(yōu)勢(shì)種法富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

南太湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種存在明顯的季節(jié)演替，但所有演替的藻種均屬于藍(lán)藻，因此從浮游植物優(yōu)勢(shì)種法的評(píng)價(jià)結(jié)果看，南太湖處于重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。浮游植物優(yōu)勢(shì)種法是一種生物方法，評(píng)價(jià)的不確定性較大，而且沒(méi)有考慮生物量，所以評(píng)價(jià)結(jié)果往往偏重，通常只作為一種補(bǔ)充方法。但是，也從另一個(gè)角度說(shuō)明，南太湖的富營(yíng)養(yǎng)化有加劇的可能，不應(yīng)忽視。南太湖浮游植物的具體演替過(guò)程為魚(yú)腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→擬浮絲藻(Planktothricoides)。結(jié)合前期的資料，演替時(shí)段主要發(fā)生在3—4月和9—10月。魚(yú)腥藻和擬浮絲藻均為絲狀藍(lán)藻，有固氮功能[25]，使得南太湖始終保持較高的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[28]。

2.5 南太湖與北太湖的比較

北太湖主要包括竺山湖、五里湖和梅梁灣。研究表明，竺山湖富營(yíng)養(yǎng)化水平為中富營(yíng)養(yǎng)[8]67；五里湖和梅梁灣是北太湖富營(yíng)養(yǎng)化程度最嚴(yán)重的湖區(qū)[3]13,[6]2246，為重富營(yíng)養(yǎng)[29-33]。本研究綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，南太湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)處于中營(yíng)養(yǎng)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，說(shuō)明目前南太湖的富營(yíng)養(yǎng)化水平仍然較北太湖輕，但從浮游植物優(yōu)勢(shì)種法的評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，南太湖富營(yíng)養(yǎng)化程度有加劇的可能，應(yīng)該引起重視。

3 結(jié) 論

(1) 南太湖夾浦、新塘、小梅口、幻溇4個(gè)斷面的TN質(zhì)量濃度為1.80～2.53 mg/L，TP質(zhì)量濃度為0.08～0.11 mg/L，DIN質(zhì)量濃度為0.55～1.10 mg/L，Chl-a質(zhì)量濃度為6.4～19.2 μg/L。

(2) 夾浦、新塘和小梅口3個(gè)斷面的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果均為輕度富營(yíng)養(yǎng)，幻溇斷面為中營(yíng)養(yǎng)。南太湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平呈現(xiàn)出由西南向東北逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。

(3) 南太湖的浮游植物優(yōu)勢(shì)種從2009年4月至2010年4月的演替過(guò)程為魚(yú)腥藻→微囊藻→擬浮絲藻，但均屬于藍(lán)藻。因此，浮游植物優(yōu)勢(shì)種法評(píng)價(jià)的南太湖富營(yíng)養(yǎng)化水平為重富營(yíng)養(yǎng)化，但該方法由于不確定性較大，一般只作為參考。

(致謝：感謝湖州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站的同志在南太湖現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中給予的幫助和支持。)

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AsurveyandassessmentofeutrophicationinSouthLakeTai

CHAOAimin,YUHaiyan,ZHOUShengli,ZHANGZili,HUZunying.

(ZhejiangEnvironmentalMonitoringCenter,HangzhouZhejiang310015)

晁愛(ài)敏，女，1979年生，碩士，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作。#

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*浙江省環(huán)保科研計(jì)劃項(xiàng)目(No.200811)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.009

2016-07-25)