典型湖庫葉綠素a含量測定及富營養(yǎng)化分析

吳 昊，陳 珍，趙桂芳，李 艷

（1.長江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局南水北調(diào)中線水源生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究中心，湖北十堰 442000；2.漢江師范學(xué)院，湖北 十堰 442000）

水體內(nèi)葉綠素a 含量是對生態(tài)健康以及水體富營養(yǎng)化水平測定的重要標志，并且可以表征水體內(nèi)所含浮游植物的生物量。當水體中的浮游植物在適宜的光照、營養(yǎng)鹽濃度和流速條件下快速增殖，形成大量的藻細胞，導(dǎo)致水體中葉綠素a 的含量急劇增加，水體顏色發(fā)綠，藻細胞在水體表層聚集形成膜狀或絮狀結(jié)構(gòu)，便會出現(xiàn)水華現(xiàn)象[1]。丹江口水庫是我國中部地區(qū)典型的湖庫型飲用水水源地，是南水北調(diào)中線工程的源頭。近年來，丹江口水庫的水質(zhì)保持在優(yōu)良水體，但部分庫灣、斷面富營養(yǎng)化程度不斷加深，庫區(qū)水體有富營養(yǎng)化的風(fēng)險[2-5]。通過提取丹江口水庫表層水體中的葉綠素a 并測定其濃度，對丹江口水庫水體富營養(yǎng)化的狀態(tài)展開評價，了解對水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生影響的各類因素，尋找緩解或控制水體富營養(yǎng)化的有效措施，以期對水庫的水生態(tài)環(huán)境安全與污染防治提供參考。

1 調(diào)查方法

在丹江口水庫湖北庫區(qū)選取6 個采樣點位，編號D1～D6，范圍涵蓋丹江口水庫核心區(qū)域、重點庫岔和大壩壩前等重點斷面。采集6 個點位的湖庫表層水體樣品，按照國標方法分析水體中葉綠素a 的含量，并同步測定水體中透明度（TD）、總磷（T-P）、總氮（T-N）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）等理化指標。具體測定方法見表1。

表1 湖庫水體主要理化指標測定方法

1.1 水環(huán)境質(zhì)量評價

水環(huán)境質(zhì)量評價參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838—2002）》中的“表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目標準限值”所列出的限值進行評價，其中總磷指標按照湖庫標準執(zhí)行。

1.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI 法）對湖庫水體營養(yǎng)狀態(tài)進行分析，此方法根據(jù)水體中葉綠素a（Chla）、總氮（T-N）、總磷（T-P）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、透明度（SD）五項主要參數(shù)計算得到水體綜合營養(yǎng)指數(shù)[6]，其計算公式如下：

式中：TLI（∑）—綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；WJ—第j 種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI（J）—第j 種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

當TLI≤30，為貧營養(yǎng)狀態(tài)；30＜TLI≤50，為中營養(yǎng)狀態(tài)；TLI＞50，為富營養(yǎng)狀態(tài)；其中，TLI在50～60為輕度富營養(yǎng)，60～70 為中度富營養(yǎng)，TLI＞70 為重度富營養(yǎng)狀態(tài)[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 水體中葉綠素a濃度

水體中葉綠素a 濃度與水體中浮游植物生物量有一定的相關(guān)性。經(jīng)測定，丹江口水庫表層水體中葉綠素a含量如圖1所示，6個點位葉綠素a濃度范圍在0.003～0.006 mg/L 之間，平均值為0.004 2 mg/L。其中D2 點位的葉綠素a含量最高，達到0.006 mg/L。《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838—2002）》中未列出湖庫水體中葉綠素a的評價標準，按照生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《湖泊營養(yǎng)物基準—中東部湖區(qū)（總磷、總氮、葉綠素a）》（2020年版）文件規(guī)定[8-9]，我國中東部湖區(qū)水體中葉綠素a的湖泊營養(yǎng)物基準為3.4 μg/L。按照此基準評價，本次采樣的6 個點位葉綠素a濃度有4個超出了基準范圍，其中D2點位超出基準范圍0.76倍，丹江口水庫葉綠素a平均濃度值也超出了湖泊營養(yǎng)物基準范圍，超標0.24倍。

圖1 丹江口水庫不同點位葉綠素a濃度

2.2 水體中氮、磷營養(yǎng)鹽濃度

水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽濃度是衡量湖庫水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標。本次對丹江口水庫6 個點位水體中總氮、總磷濃度測定結(jié)果見圖2。D1～D6 點位總氮濃度范圍在1.23～1.75 mg/L之間，濃度均值為1.41 mg/L；總磷濃度范圍在0.017～0.024 mg/L 之間，濃度均值為0.019 mg/L。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838—2002）》中湖庫Ⅱ類水質(zhì)標準評價，總氮的標準限值為0.5 mg/L，本次采樣中所有點位的總氮濃度均超過標準限值，6 個點位的均值也超出標準限值；總磷標準限值為0.025 mg/L，6 個點位的總磷指標均未超過Ⅱ類水質(zhì)標準限值。

圖2 丹江口水庫不同點位總氮和總磷濃度

2.3 湖庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

通過綜合營養(yǎng)指數(shù)法計算得到丹江口水庫6 個采樣點位的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，結(jié)果如圖3。D1～D6 點位的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)范圍在32.6～38.1之間，按照相關(guān)評價標準，均屬于“中營養(yǎng)”狀態(tài)，未達到富營養(yǎng)化狀態(tài)。SPSS相關(guān)性分析表明，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI值）與水環(huán)境因子存在一定的相關(guān)性，具體情況見表2。其中，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與水體中總磷濃度存在極顯著的正相關(guān)性（P＜0.01），與水體中總氮濃度存在顯著的正相關(guān)性（P＜0.05），當水體中氮磷特別是磷元素濃度升高時，會導(dǎo)致營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)升高，加重水體富營養(yǎng)化趨勢。另外，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與水體的透明度指標呈現(xiàn)極顯著的負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），表明當水體的透明度降低，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)會升高，這一結(jié)果與日常觀測和實際經(jīng)驗基本吻合。

圖3 丹江口水庫不同點位綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

表2 丹江口水庫綜合營養(yǎng)指數(shù)TLI值與主要環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)論與建議

對丹江口水庫表層水體采樣測定結(jié)果顯示，水體中葉綠素a 平均濃度為0.004 2 mg/L，超出了生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《湖泊營養(yǎng)物基準—中東部湖區(qū)（總磷、總氮、葉綠素a）》（2020年版）給出的基準。6個采樣點位的總氮濃度均超出地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅱ類水質(zhì)標準，總磷濃度未超出Ⅱ類水質(zhì)標準（湖庫）。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法分析表明，庫區(qū)水體屬于“中營養(yǎng)”等級，未達到富營養(yǎng)化等級狀態(tài)。主要水質(zhì)參數(shù)中，總磷濃度與綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)存在極顯著的正相關(guān)性，透明度指標與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈極顯著負相關(guān)性。

丹江口水庫是南水北調(diào)中線工程核心水源區(qū)，其水環(huán)境質(zhì)量安全極為重要。本次采樣檢測雖顯示該湖庫水體暫未達到富營養(yǎng)化水平，且影響營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的關(guān)鍵因子總磷濃度未超過國家相關(guān)標準限值，但非常接近標準范圍。近年來，隨著丹江口水庫由調(diào)蓄發(fā)電為主轉(zhuǎn)為水資源調(diào)配為主，水庫水位上升造成庫周農(nóng)田、林地及部分集鎮(zhèn)被淹沒，土壤中的氮磷等營養(yǎng)元素在水流沖刷下進入庫區(qū)，造成氮磷營養(yǎng)鹽在湖庫水體及表層沉積物中的積累；另一方面，漢江上游來水及部分入庫支流水體的總氮、總磷濃度相對較高，特別是夏秋季汛期，由地表徑流及洪澇沖刷帶來的大量營養(yǎng)物質(zhì)進入湖庫水體，導(dǎo)致丹江口水庫富營養(yǎng)化趨勢不斷增加，部分時段總磷瞬時濃度值超過標準限值。在夏季高溫季節(jié)，水庫部分支流及庫灣斷面還極易爆發(fā)藻類“水華”現(xiàn)象，對整體水質(zhì)安全造成一定影響。為有效應(yīng)對丹江口庫區(qū)富營養(yǎng)化趨勢，改善湖庫水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，特提出以下治理措施及建議：

（1）加強水污染綜合治理。對丹江口庫區(qū)流域范圍內(nèi)的重點污染源開展綜合治理，全面加強工業(yè)污染物防治，對重點園區(qū)建設(shè)配套的工業(yè)污水處理設(shè)施，嚴格查處企業(yè)廢水偷排漏排等行為；針對重點行業(yè)企業(yè)，可研究制定比國家標準更嚴格的地方污染物排放標準規(guī)定限值。加強主要入庫支流如神定河、泗河、劍河、浪河、天河等重點水體的環(huán)境治理，強化入河（入庫）排污口排查整治，加強城市污水收集處理和達標排放，不斷完善庫區(qū)上游城市建成區(qū)清污分流、雨污分流改造。

（2）探索河流生態(tài)修復(fù)方法路徑，如在河流的上游通過生態(tài)補水，增加水體徑流量，提高環(huán)境容量；在河流中段，通過建設(shè)生態(tài)護坡、駁岸和生態(tài)浮島等設(shè)施，強化河流自凈能力；在河流下游河口等緩沖地帶，因地制宜建設(shè)人工或半人工化的生態(tài)濕地，利用濕地系統(tǒng)過濾吸附水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素。通過生態(tài)修復(fù)的途徑，不斷降低入庫氮磷營養(yǎng)物輸送量。

（3）深化庫區(qū)及上游面源污染防治。加強農(nóng)業(yè)和農(nóng)村面源污染治理，持續(xù)推進丹江口庫區(qū)及上游地區(qū)農(nóng)藥化肥“零增長”行動，提倡使用有機肥料，加強測土配方應(yīng)用，在庫區(qū)周邊敏感地帶禁止從事圍墾造田等活動。加強對農(nóng)村及農(nóng)業(yè)污水、垃圾的有效治理，強化畜禽養(yǎng)殖污染防治和資源化利用，在湖庫范圍內(nèi)禁止投肥養(yǎng)魚，在適當條件下探索開展生態(tài)養(yǎng)殖，利用魚類凈化過濾水中浮游藻類等營養(yǎng)物質(zhì)。

（4）推進流域“山水林田湖草沙”系統(tǒng)治理。按照“山水林田湖草沙”生命共同體的理念，對丹江口庫區(qū)水源涵養(yǎng)區(qū)和匯水區(qū)開展系統(tǒng)性的生態(tài)環(huán)境保護和治理修復(fù)。強化庫周水土流失防治，加大退耕還林、石漠化荒地治理力度，不斷提高森林覆蓋率。加強庫區(qū)濕地保護和修復(fù)，提高水庫自然凈化和生態(tài)修復(fù)能力。加強庫岸線整治和河湖“清四亂”工作，恢復(fù)和增加庫岸線生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。