武漢外沙湖葉綠素a季節(jié)變化及其與水質(zhì)因子的相關(guān)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(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷等監(jiān)測項目進行12個月逐月測定，在1年的監(jiān)測時段內(nèi)，葉綠素a濃度呈明顯測點廈季節(jié)變化特點。2個測點葉綠素a監(jiān)測均值與綜合污染指數(shù)呈顯著正相關(guān)，這說明葉綠素a可以間接反映外沙湖的污染程度。化學(xué)需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關(guān)，另外透明度與葉綠素a呈負相關(guān)，說明葉綠素a高低受多個水質(zhì)因子的共同影響。要控制外沙湖富營養(yǎng)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(guān)鍵詞：外沙湖；葉綠素a；水質(zhì)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(qū)東北部，東鄰?fù)馍澈蟮溃鞯钟颜x大道，南至公正路，北鄰湖北大學(xué)及秦園東路，現(xiàn)已建成沙湖公園，湖泊面積2.89 km2。

近年來由于生產(chǎn)和生活污水排放的影響，導(dǎo)致了水體的富營養(yǎng)化，為解決武昌區(qū)外沙湖、楚河及水果湖水環(huán)境，2019年起，武昌區(qū)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(chǎn)力情況及富營養(yǎng)化程度。關(guān)于湖泊葉綠素a與水質(zhì)相關(guān)因子之間的關(guān)系，很多學(xué)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(shù)、化學(xué)需氧量等有限水質(zhì)指標之間相關(guān)性的研究，關(guān)于外沙湖葉綠素a分布狀況及葉綠素a與多種水質(zhì)因子和綜合污染指數(shù)之間相關(guān)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(dǎo)率、硬度、溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、總氮、總磷等監(jiān)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(zhì)因子之間的關(guān)系，篩選出影響藻類生長的水質(zhì)因子，為防止水體富營養(yǎng)化從而引起的藻類過度生長、水華再次發(fā)生提供理論依據(jù)。

1樣品采集與測試

1.1點位分布

監(jiān)測布設(shè)有3個監(jiān)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(jiān)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(guān)的水質(zhì)指標，包括水溫、透明度、電導(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)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(xiàn)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(jiān)測分析方法、依據(jù)及使用儀器見表1。

2結(jié)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(jiān)測時段內(nèi)，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(jié)變化特點，監(jiān)測最高值和次高值出現(xiàn)在秋季的10月份和夏季的7月份，而監(jiān)測最低值出現(xiàn)在冬季的1月，說明外沙湖夏秋季出現(xiàn)了藻類爆發(fā)性生長。（見圖1）

在監(jiān)測時段內(nèi)，各測點葉綠素a監(jiān)測值變化較大，總的說來，7-10月，湖面南端監(jiān)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(jiān)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(xiàn)相似的周年變化曲線，所有測點的監(jiān)測最高值均出現(xiàn)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(jiān)測值最高，而1、2月監(jiān)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(shù)

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

從表3可以看出，在監(jiān)測時段內(nèi)，3個測點葉綠素a監(jiān)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(shù)呈顯著正相關(guān)，湖心則不相關(guān)。綜合污染指數(shù)越高的湖區(qū)葉綠素a水平也越高。說明綜合污染指數(shù)與葉綠素a之間關(guān)系因點而異，與點位污染特征有關(guān)，不是所有測點綜合污染指數(shù)都與葉綠素a相關(guān)。

2.3外沙湖各測點葉綠素a與其他水質(zhì)園子的相關(guān)性分析

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

在監(jiān)測時間段內(nèi)，計算外沙湖三個監(jiān)測點位各監(jiān)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(xué)需氧量、總氮、總磷呈現(xiàn)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(guān)聯(lián)。

2.3.2各水質(zhì)指標與葉綠素a的相關(guān)性分析

分析3個測點12個月共36組水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算溶解氧、COD、BOD、總氮、總磷等7項指標與葉綠索a的相關(guān)系數(shù)，結(jié)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(guān)，相關(guān)性由強到弱依次為化學(xué)需氧量、總磷、總氮，另外透明度與葉綠素a呈負相關(guān)。

葉綠素a與透明度負相關(guān)，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(xué)需氧量正相關(guān)，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(guān)，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(guān)，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(jīng)處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，但任何氮磷營養(yǎng)鹽的輸人都將促使湖區(qū)藻類密度進一步增大，使水質(zhì)更加惡化，必須嚴加控制。

3結(jié)論

在1年的監(jiān)測時段內(nèi)，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(shù)為114%。葉綠索a濃度呈明顯測點及季節(jié)變化特點，監(jiān)測最高值出現(xiàn)在夏秋季，而監(jiān)測最低值出現(xiàn)在冬季的1-2月；湖面南端監(jiān)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(jiān)測時段內(nèi)，3個測點中的2個葉綠索a監(jiān)測均值與綜合污染指數(shù)顯著正相關(guān)。這說明葉綠索a可以間接反映外沙湖的污染程度。化學(xué)需氧量、總磷、總氮與葉綠素a正相關(guān)，另外透明度與葉綠素a呈負相關(guān)，說明葉綠素a高低受多個水質(zhì)因子的共同影響。要控制外沙湖富營養(yǎng)化、防止水華發(fā)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。