鄒繼穎，閆昌起，王玉偉，劉 輝，谷 風，郝巖巖，牛文賓，張 藝，于 珊

(吉林化工學院 資源與環(huán)境工程學院,吉林 132022)

落馬湖水質(zhì)及富營養(yǎng)化安全性分析

鄒繼穎，閆昌起，王玉偉，劉 輝，谷 風，郝巖巖，牛文賓，張 藝，于 珊

(吉林化工學院 資源與環(huán)境工程學院,吉林 132022)

落馬湖屬于小型景觀水體，具有自凈能力差、容易產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化的特點。于2014年4月(枯水期)對落馬湖水體進行了葉綠素a(CHl-a)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等理化因子測定;分析松花湖水質(zhì)現(xiàn)狀。結(jié)果表明，落馬湖的水體已重度富營養(yǎng)化，安全等級達到Ⅴ級。

落馬湖;富營養(yǎng)化;水質(zhì)分析;安全性分析

0 引 言

景觀水體是城市人居環(huán)境中重要的組成部分,主要包括小型的天然湖庫、人造湖泊、與房地產(chǎn)開發(fā)相配套的人造景觀湖以及各種景觀用河道等[1]。在美化城市環(huán)境的同時景觀水體還具有調(diào)節(jié)氣候、改善環(huán)境、防災(zāi)防旱和維持水體循環(huán)的功能，成為居民休閑和娛樂的重要組成部分[2]。然而城市景觀水體大都地處城區(qū)的中心地域，絕大多數(shù)都處于一種近似封閉或半封閉的狀態(tài)，具有水域面化。目前針對小型景觀水體污染和富營養(yǎng)化問題的研究已引起人們的關(guān)注。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

落馬湖位于吉林市，面積約50 000 m2、水深>3 m，為景觀型水體。自然環(huán)境屬長白山山系，氣候類型屬于溫帶大陸性季風氣候。全區(qū)年平均氣溫3～5 ℃，1月份平均氣溫最低，一般為-18～-20 ℃，7月平均氣溫最高，一般為21～23 ℃。全區(qū)日照時數(shù)2 400～2 600 h，全年總輻射量為1 150 kcal/mm2。

1.2 樣品采集與處理

2014年5月采樣，設(shè)了3個采樣點：分別表示記為1#、2#、3#。水樣采集后現(xiàn)場用0.45 μm的Millipre濾膜進行過濾，并加H2SO4酸化保存，運回實驗室后即進行化學分析。測定指標有葉綠素(分光光度法，UVmini-1240)、總氮(過硫酸鉀氧化-分光光度法，UVmini-1240)、總磷(鉬銻抗分光光度法，UVmini-1240)、高錳酸鹽指數(shù)(酸性高錳酸鉀法)、透明度(分光光度法，UVmini-1240)、溶解氧(碘量法)，按規(guī)范進行測定[5]。浮游生物定量采樣，用有機玻璃采水器在湖泊表層(60 cm)、中層和底層取水樣各1 000 mL，將各層水樣均勻混合后，再從混合樣中取1 000 mL為定量樣品，加入福爾馬林溶液固定24 h，經(jīng)沉淀濃縮至30 mL[6]。定性樣品分別取各層水樣鏡檢[7]，依據(jù)浮游生物圖譜[8]進行鑒定。

1.3 評價方法及評價標準

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對該水體進行水質(zhì)安全評價[9]，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

式中TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);以chla作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為：

式中rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

采用0～100系列連續(xù)數(shù)字對湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)進行分級，見表1。

表1 湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)分級

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)狀況分析

2.1.1 落馬湖水質(zhì)理化因子分析

落馬湖的水體透明度均值為13.3 cm；CODMn的采樣均值為9.216 mg/L，達到國家Ⅳ類標準；溶解氧的采樣均值為10.176 mg/L，達到國家Ⅰ類水體標準；Chla的采樣均值為201.1 μg/L；總磷采樣均值為0.102 mg/L，超過國家Ⅱ類水體標準；總氮采樣均值為3.2 mg/L，已超過國家Ⅳ類水體標準。

2.1.2 落馬湖浮游生物

3個采樣點的浮游藻類優(yōu)勢種為綠藻門的單球卵囊藻(Oocystis eremosphaeria)，分別占總生物量的97.5%、97.88%和98.3%，浮游動物優(yōu)勢種為原生動物(92.7%)的普通表殼蟲(Arcelle)，分別占總生物量的42.8%，39.5%和51.9%。單球卵囊藻喜歡在有機質(zhì)含量豐富的水體生存，以此看來落馬湖的3個采樣點均已經(jīng)達到了重度富營養(yǎng)化的程度。

2.1.3 落馬湖水質(zhì)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價

由表2可見，水體3個采樣點的TLI值都很高，CODMnTLI平均值為60.19，營養(yǎng)狀態(tài)達到中度富營養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級達到Ⅳ級；葉綠素a的TLI平均值為82.57，超過重度富營養(yǎng)化的界限，水質(zhì)安全等級達到Ⅴ級；總氮TLI均值為74.193，營養(yǎng)狀態(tài)處于重度富營養(yǎng)，水質(zhì)安全等級達到Ⅴ級；總磷的TLI均值為56.919，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達到輕度富營養(yǎng)，水質(zhì)安全等級達到Ⅲ級；透明度的平均值為90.305，富營養(yǎng)化狀態(tài)屬于重度富營養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級達到Ⅴ級。

表2 落馬湖水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

Table 2 Comprehensive nutrition state index calculation results in the Luoma lake

采樣點CODMnchlaTNTPSD160050823997357955787907602602008356675274537439231336031981746737276122687841均值6019082570741935691990305安全等級Ⅳ級Ⅴ級Ⅴ級Ⅲ級Ⅴ級

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對該水體進行水質(zhì)安全評價。計算結(jié)果見表3。

表3 落馬湖水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)

Table 3 Comprehensive nutrition state index calculation results in the Luoma lake

采樣點123均值綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)89676903928999490021安全等級Ⅴ級Ⅴ級Ⅴ級Ⅴ級

在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營養(yǎng)程度越重。而落馬湖的3個采樣點的營養(yǎng)狀態(tài)均在重度富營養(yǎng)程度，安全等級達到Ⅴ級。則可得出，落馬湖水體已重度富營養(yǎng)化。

2.2 富營養(yǎng)化安全性分析

2.2.1 落馬湖富營養(yǎng)化原因分析

水體富營養(yǎng)化是一個極為復(fù)雜的生態(tài)過程，其發(fā)生、發(fā)展是多因素共同作用的結(jié)果。水華發(fā)生所需的必要條件有:充足的 TN、TP 等營養(yǎng)鹽，緩慢的水流流態(tài)和適宜的溫度條件[10]。一般認為，水體形成水華的指標是: 水體中含氮量>0.3 mg/L，含磷量>0.01 mg/L，生化需氧量>10 mg/L，在淡水中細菌總量達到104個/mL，標志藻類生長的葉綠素 a 濃度>10 μg/L[11]。國際上一般認為，湖泊水體總磷濃度為0.02 mg/L、總氮濃度為 0.2 mg/L 是湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)生濃度[12-13]。

大量調(diào)查和研究表明：水域功能是否能夠滿足相應(yīng)的水質(zhì)目標要求很大程度上由氮、磷生境要素所屬水質(zhì)類別所決定，表明氮磷污染對于地表水質(zhì)的重要影響[2,14-15]。落馬湖水體TN濃度為3.2 mg/L，TP濃度為0.102 mg/L， N/P為31.37，足以滿足藻類生長所需的營養(yǎng)條件，具備藻類爆發(fā)的營養(yǎng)條件。當溫度、光照、水溫等條件合適時，藻類能快速生長、繁殖，從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

采樣于春季進行，環(huán)境溫度為10 ℃，水體溫度為8 ℃，藻類密度高達3 913.50萬個/L。一般來說，環(huán)境低溫不利于浮游生物生長，不易發(fā)生富營養(yǎng)化，而落馬湖在低溫環(huán)境藻類密度變大，究其原因應(yīng)該是人為性營養(yǎng)輸入，導(dǎo)致了春季發(fā)生浮游生物的大量增殖。

由景觀水體的特點決定， 景觀水體本身多為流動性差或靜止的封閉緩流水體，一般水域面積相對較小，水體自凈能力低。其水深為1～2 m，陽光容易投射至池底，更適合藻類生長，容易爆發(fā)水華。水華發(fā)生時，由于藻類的大量繁殖，其死亡時腐爛分解將導(dǎo)致水味腥臭，降低水體透明度，并消耗水中的溶解氧。更甚者，有些藻類還會向水體中釋放有毒物質(zhì)，造成水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞，嚴重影響水體的使用功能[16-18]。

2.2.2 水體富營養(yǎng)化的危害

水體富營養(yǎng)化會催生很多藻類，其中有一些藻類能夠散發(fā)出腥味異臭，降低了水質(zhì)質(zhì)量。湖水表面的水藻，在湖水表面形成一層“綠色浮渣”，將湖水表面覆滿，湖水感官性降低。富營養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽光，但在富營養(yǎng)湖泊的深層，陽光難以透過密集的藻類，并且在穿射過程中陽光被藻類吸收而不斷衰減，深層水體的光合作用受到明顯限制而減弱。更嚴重的情況是深層水體的溶解氧被消耗殆盡，使得深層水體呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，會觸發(fā)或者加速底泥中積累的營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營養(yǎng)物質(zhì)的高負荷，水體富營養(yǎng)化會惡性循環(huán)。富營養(yǎng)化對水質(zhì)的另一個影響是某些藻類可以分泌、釋放有毒性物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)進入水體后，將污染水體，危害人畜健康。在沒有富營養(yǎng)化的水體中，湖泊內(nèi)的各種生物都處于相對平衡的狀態(tài)。但是，水體受到污染，會降低水生生物的穩(wěn)定性和多樣性，湖泊的生態(tài)平衡將遭到破壞。

3 結(jié) 論

1)落馬湖的3個采樣點的營養(yǎng)狀態(tài)均在重度富營養(yǎng)程度，安全等級達到Ⅴ級。水體已重度富營養(yǎng)化。高錳酸鹽指數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)達到中度富營養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級達到Ⅳ級；葉綠素a、總氮、透明度超過重度富營養(yǎng)化的界限，水質(zhì)安全等級達到Ⅴ級；總磷營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達到輕度富營養(yǎng)，水質(zhì)安全等級達到Ⅲ級。

2)落馬湖水體TN、TP、Chla顯著偏高，而且水體TN、TP平均濃度均已超過國際認可發(fā)生水體富營養(yǎng)化的臨界值。落馬湖地處吉林市城區(qū)，降雨形成的地表徑流在流經(jīng)附近的商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、街道、停車場時，聚集的污染物如N、P、鹽分或者有毒物質(zhì)，會經(jīng)地表徑流和城市排水管網(wǎng)進入落馬湖，使得水體的氮、磷含量高，因此，在春季環(huán)境溫度不高的情況下發(fā)生富營養(yǎng)化。

[1]劉韻琴.再生水補給的城市景觀水體富營養(yǎng)化和生態(tài)防治[J].中南林業(yè)科技大學學報：社會科學版，2013，7(3)：30-35.

[2]李如忠,劉科峰,錢 靖,等.合肥市區(qū)典型景觀水體氮磷污染特征及富營養(yǎng)化評價[J].環(huán)境科學,2014,35(5):1 718-1 725.

[3]Hilton J O,Haren M,Bowesm J O, et al .How green ismy river A new paradigm of eutrophication in rivers[J].Sci Total Envi-ron,2006,365:66 -83.

[4]聶發(fā)輝,劉榮榮,劉占孟.富營養(yǎng)化景觀水體的處理技術(shù)及相關(guān)研究進展[J].華東交通大學學報,2014,31(2):72-78.

[5]國家環(huán)保局編.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].第4版.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.

[6]金相燦.屠清瑛，章宗涉.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范[M].第2版.北京:中國環(huán)境科學出版社,1990.

[7]胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類系統(tǒng)、分類及生態(tài)[M].北京：科學技術(shù)出版社，2006.

[8]胡鴻鈞，李饒英，魏印心，等.中國淡水藻類[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1980.

[9]鄒繼穎,劉 輝.松花湖春季水質(zhì)及浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2014,6:47-49.

[10]李錦秀，廖文根．富營養(yǎng)化綜合防治調(diào)控指標探討[J]．水資源保護，2002，5(2) :4-5．

[11]任南琪，馬 放．污染控制微生物學[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002:322 -328．

[12]王寶貞,王 琳.污水污染治理新技術(shù)一新工藝、新概念、新理論[M].北京：科學出版社，2004:15 -24.

[13]王 坦,李 昊.再生水回用于景觀水體的富營養(yǎng)化問題和生態(tài)修復(fù)[J].環(huán)境科學與管理,2011,36(3):134-137,148.

[14]Pinto U,Maheshwari B,Shrestha S,et al.Modelling eutrophication and microbial risks in peri-urban river systems using discriminant function analysis[J].Water Research,2012,46(19):6 476-6 488.

[15]Soaresa M,Vale M,Vasconcelos V.Effects of an urban man-made lake(Palacio de Cristal,Porto,Portugal)[J].Environmental Technology,2011,32(9-10):1 009-1 015.

[16]李飛鵬,張海平,陳 玲.小型封閉水體環(huán)境因子與葉綠素a的時空分布及相關(guān)性研究[J].環(huán)境科學,2013,34(10):3 854-3 861.

[17]吳薇薇.以再生水補給的景觀水體水華藥劑控制的試驗研究[D].北京：清華大學,2006.

[18]鄒繼穎，劉 輝.松花湖水質(zhì)及浮游動物群落結(jié)構(gòu)的研究[J].黑龍江大學工程學報，2014，5(1)：51-54.

Status of eutrophication and water guality safety in Luoma Lake

ZOU Ji-Ying,YAN Chang-Qi,WANG Yu-Wei,LIU Hui,GU Feng,HAO Yan-Yan,NIU Wen-Bin,ZHANG Yi,YU Shan

(Resource and Environmental Engineering Department,Jilin Institute of Chemical Technology College, Jilin 132022)

Luoma lake belongs small-sized landscape water, it’s self purification ability is poor and easy to bring water eutrophication. In April 2014 (low-water season), the water of Luoma lake including chiorophy11-a, total phosphorus, total nitrogen, transparent, permanganate index, and other physical and chemical factors were analysised.Results showed that the water of Luoma lake had severe eutrophication and the safety class was to grade V.

Luoma Lake; eutrophication; water quality analysis; safety evaluation

10.13524/j.2095-008x.2015.01.011

2014-10-31;

2014-12-04

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20150211.1451.005.html

國家自然科學基金資助項目(E090405);吉林化工學院科學技術(shù)研究項目(2013023);吉林省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

鄒繼穎(1978-)，女，黑龍江慶安人，講師，碩士，研究方向：環(huán)境科學,E-mail:zoujiying2013@126.com。

X824

A

2095-008X(2015)01-0052-04