聶小倩，李麗萍，郭 強，趙小蓉，黃應(yīng)平，胥 燾

(1．三峽地區(qū)地質(zhì)災害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌443002;2．三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心(三峽大學)，湖北 宜昌443002)

三峽大學求索溪之名從校訓“求索”而來，其東起于三峽大學校內(nèi)學生公寓東苑，止于三峽大學北門，總長超過2 000 m，溪流寬5～50 m 不等，是三峽大學校園內(nèi)唯一的溪流，具有明顯的景觀功能作用［1］．近年來，因周圍生活污水的排放，求索溪水體中藻類繁殖加深，水體藻華偶有爆發(fā);尤其近期東苑基建的實施，上游源水斷流，求索溪水體流動性減少，水體水質(zhì)逐漸趨于富營養(yǎng)化，影響到校園景觀的美觀和水生態(tài)平衡．

為了了解求索溪水質(zhì)現(xiàn)狀及水體水質(zhì)隨時間和空間的變化情況，掌握水體富營養(yǎng)化狀態(tài)，并初步探明求索溪水體中上游的生態(tài)濕地對水體水質(zhì)凈化的作用，為該景觀水體的進一步治理提供幫助，本文于2012 年2 月至2012 年12 月間對求索溪水體水質(zhì)參數(shù)和環(huán)境因素進行了定期跟蹤監(jiān)測．

現(xiàn)場監(jiān)測部分的主要監(jiān)測指標包括透明度(SD)、溶解氧(DO)和溫度;采樣分析部分則使用采樣器采集水樣，于24 h 內(nèi)測定水體總磷(TP)、總氮(TN)和葉綠素a(Chla)等．在此基礎(chǔ)上，利用測定的水質(zhì)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，采用修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TSI)對求索溪水體水質(zhì)環(huán)境狀況進行評價．

1 試驗設(shè)計

1．1 采樣點的布置

基于監(jiān)測期間內(nèi)，東苑附近的水域處于施工現(xiàn)場，北門的溪水大半時間斷水，故此兩處均不設(shè)置在監(jiān)測范圍內(nèi)．具體的監(jiān)測點分布起始于三峽大學機械樓前，止于接待中心樓前，共設(shè)置7 個采樣點，詳見圖1．各個采樣點位置分別為:機械樓前(1)、化生教學樓前(2)、沁苑足球場前(3)、理科樓前(4)、行政中心樓前(5)、圖書館樓前(6)以及接待中心樓前(7)．

1．2 營養(yǎng)狀態(tài)評價

數(shù)據(jù)采用修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(trophic state index，TSI)進行評價［2］，公式如下:

式中:TSI表示卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Chla 為湖水中葉綠素a含量(mg/m3);SD 為湖水透明度值(m);TP 為湖水中總磷濃度(mg/L)．

其中，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)劃分為，37 以下貧營養(yǎng)，38～53 為中營養(yǎng)，54 以上為富營養(yǎng)［3－4］．

圖1 三峽大學求索溪樣點分布圖Fig．1 Distribution of the sampling pointsof Qiusuo Brook in the Three Gorges University

1．3 求索溪檢測及樣品采集

求索溪樣品的采集定于每個月15 日前后3 d，均為早上8:00～11:00 點之間，DO 與水體溫度使用溶氧儀(HACH HQ 30 d)現(xiàn)場測定，水體SD 使用薩氏盤現(xiàn)場測定，水樣用10 L 采樣器進行采集，后將水樣放置于樣品瓶中帶回實驗室于24 h 內(nèi)分別完成TP、TN、Chla 及pH 值的測定．pH 值使用pH 計(梅特勒－多利托儀器(上海)有限公司，DELTA320)測定，TP、TN 和Chla 參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》測定［5］．

1．4 數(shù)據(jù)分析

所有實驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2003 進行統(tǒng)計計算，使用Origin 8．1 進行作圖，使用SPSS 13．0 進行聚類分析［6］．

2 結(jié)果與分析

2．1 各個采樣點的聚類分析結(jié)果

根據(jù)各個采樣點TP、TN、Chla 的相似性，將7 個采樣點分成了3 組，具體見圖2．第1 組(G1)包括1、2 采樣點，其靠近求索溪源頭位置，位于化生樓至機械樓，未經(jīng)過生態(tài)濕地;第2 組(G2)包括3、4、5 采樣點，為生態(tài)濕地之后至行政樓;第3 組(G3)包括6、7 采樣點，為求索溪下游尾段，從圖書館至接待中心處．

圖2 聚類分析圖Fig．2 Clustering analysis diagram

2．2 水溫的變化

水溫是水體的基本物理指標，主要隨著大氣溫度和季節(jié)的變化而發(fā)生變化，可通過影響水生植物的光合作用進而影響水生植物的生長．本文通過對求索溪的現(xiàn)場測定，得出水體全年平均溫度變化曲線(圖3)．

從圖3 中看出，從2 月份至7 月份水溫不斷升高，從8．06℃升到了29．86℃;隨后隨季節(jié)的變化，水溫逐月降低，從29．86℃降低至5．77℃．跟蹤監(jiān)測期間，通過觀察發(fā)現(xiàn)在水溫較高的7－9 月期間，水中漂浮大量絲狀藻類以至于水域總體呈現(xiàn)淡綠色，表明較高的水溫促進了藻類的生長．

圖3 水溫變化曲線Fig．3 Water temperature change curve

2．3 TP、TN 濃度的變化

水體中氮、磷營養(yǎng)鹽是藻類生長所必須的物質(zhì)，當水中營養(yǎng)鹽過度積累時，可促進藻類的大量繁殖，導致藻華的發(fā)生．定期采取求索溪水樣，參照《水和廢水測定分析方法》測定水體中TP、TN 的濃度，結(jié)果見圖4．

圖4 TP、TN 的濃度變化Fig．4 The changes of TP and TN concentration

從圖4 可知，TP、TN 的濃度普遍較高為G1，其次為G2，最低為G3．求索溪從上游至下游呈現(xiàn)梯田式設(shè)計，每一個池子相當于一個沉淀池，故越往下游，TP、TN 的濃度便越低，這是TP、TN 的濃度G1＞G2＞G3 的原因之一．其次，化生樓旁由蘆葦、菖蒲和鳳眼蓮等水生植物組成的濕地系統(tǒng)相當于一個過濾器，期中植物可吸收水中的氮磷等營養(yǎng)鹽［7－10］，所以G2、G3 的氮磷濃度普遍低于G1．

此外，從圖4 中還可看出各組TP、TN 濃度呈現(xiàn)一定的時間變化．對于G1 的TP、TN 濃度，2－6 月、10－12月普遍較高，7－10 月則普遍較低;對于G2、G3 的TP、TN 濃度則為2－4 月普遍升高，4－9 月普遍降低，10－12月普遍升高．引起G1TP、TN 濃度的這種變化的主要原因是，在2－6 月、10－12 月為正常上學期間，實驗污水和生活污水的排放量相對于7－10 月(學校暑假期間)大，故，2－6 月、10－12 月TP、TN 濃度普遍較高． 引起G2、G3 的TP、TN 濃度變化一方面與G1 有關(guān)，另一方面則與濕地相關(guān)．在4－9 月，因為氣候和季節(jié)的影響，濕地里的水生植物均開始生長，濕地發(fā)揮了其凈化能力，從而導致了G2、G3 TP、TN 濃度的降低．

2．4 Chla 濃度的變化

Chla 可直觀表達水中藻類濃度，因此可通過測定水中Chla 濃度來了解浮游藻類的生長狀況．本文定期采取求索溪水樣，參照《水和廢水測定分析方法》測定水體中Chla 的濃度，分析結(jié)果見圖5．

圖5 Chla 濃度的變化Fig．5 The change of Chla concentration

從圖5 中看出，G1 的Chla 濃度均低于G2、G3，分布范圍為5．82～42.10 mg/m3，平均為16．49 mg/m3;而G2、G3 的Chla 濃度則很高，分布范圍分別為11.89～477.87 mg/m3和12．23～468．95 mg/m3，平均為129．99 mg/m3和137．31 mg/m3．引起這種差異的原因為:G1 最接近求索溪源頭的排污口所在地，污水排入后，水體的不斷擾動，使得水中顆粒物難以沉降，水質(zhì)渾濁，不利于藻類獲得光照，限制了藻類的生長;而G2、G3 則不同，在經(jīng)過濕地的過濾和沉淀池的沉淀后，水中的顆粒懸浮物質(zhì)明顯較少，利于藻類獲得光照，使其得到大量繁殖，所以G2、G3 的Chla 濃度普遍高于G1．

從圖5 中還可以看出，從2 月至4 月因水體溫度較低，不利于藻類生長，故Chla 濃度為降低趨勢，4 月至7 月溫度則逐漸升高(見圖3)，利于藻類的生長和繁殖，Chla 濃度為升高趨勢，8 月之后，隨著水體溫度的降低，藻類生長受到一定的限制，使得Chla 濃度呈降低趨勢．

2．5 水體SD 的變化

水體SD 可直接影響光照到達水體的深度，SD 過低時，光照無法到下層水體，使水中的沉水植物因得不到充足的光照而死亡，從而改變水生生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)．本文使用薩氏盤在現(xiàn)場測定求索溪水體SD，得到水體SD 隨時間推移而變化的曲線(圖6)．

圖6 水體SD 的變化Fig．6 The change of water transparency

從圖6 中可以看出，G1 的SD 在暑假期間(7－9 月)普遍高于其它兩組，這是因為實驗污水和生活污水的少量排放，使得水體受到擾動較小，水中顆粒物沉淀，使得其SD 升高．G1、G2 雖然經(jīng)過了濕地系統(tǒng)的過濾使得水體中顆粒物濃度降低，但由于該時間段內(nèi)藻類同時大量繁殖，因此仍使得下游水體SD 反而降低．

2．6 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)的變化

采用前面現(xiàn)場監(jiān)測和采樣分析得到的結(jié)果，利用前述營養(yǎng)狀態(tài)指

2．7 求索溪各個指標和營養(yǎng)狀況

數(shù)評價方法進行計算，得到營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)隨時間的變化曲線(圖7)．圖7 中可知，G1、G2、G3 的TSI 之間相差不大．這是因為，G1 的TP濃度雖高于其它兩組，然其Chla 濃度卻低于其它兩組，故出現(xiàn)了差異不大的現(xiàn)象．在放假期間(7－9 月)，G1 的TSI 則普遍低于其它兩組，這是由于放假期間SD 升高所致．

圖7 TSI 的變化Fig．7 The change of TSI

表1 為求索溪各項指標及營養(yǎng)狀況評價，從表中可以看出，G1 的TP 和TN 濃度及SD 全年平均值高于其他兩組，而Chla 和DO 濃度則低于其他兩組，三組pH 值均為堿性，其中G2 的pH 值最高．在Chla 濃度和SD 的影響下，計算得出的TSI 平均值最低為G1 組，在濕地和沉淀池的作用下，G3 的TSI 其次．從表得出，總體上求索溪水體處于富營養(yǎng)狀態(tài)．

表1 求索溪各項指標及營養(yǎng)狀況評價Tab．1 Assessment of nutritional status of Qiusuo creek

3 小結(jié)

近一年的跟蹤監(jiān)測表明，求索溪水質(zhì)全年營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分布在68～87 之間，處于富營養(yǎng)化狀態(tài)．靠近源頭的中上游水域水體DO 水平低、SD 差;求索溪中上游設(shè)置的生態(tài)濕地對水體污染起到了一定的凈化作用，水體流經(jīng)生態(tài)濕地后，水中氮磷等營養(yǎng)鹽水平顯著降低，水體中DO 水平明顯升高．季節(jié)對求索溪水體水質(zhì)有明顯影響，在氣溫較低、生態(tài)濕地植物生長緩慢期和凋亡期，水體水質(zhì)相對較好;在氣溫較高、生態(tài)濕地植物生長旺盛期，水體中藻類生長旺盛，水體SD 相對較低，水體的景觀功能受到一定影響．

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