黃豐明

(廣東省水文局汕頭水文分局，廣東 汕頭 515041)

廣東省由于天然湖泊分布少，河流污染較為嚴(yán)重，因此，水庫(kù)成為保障全省及港澳地區(qū)人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面用水需求的重要水源地。我省現(xiàn)有大型水庫(kù)39座，中型水庫(kù)343座，小型水庫(kù)8 026座，其中大型水庫(kù)庫(kù)容為294.02億m3，占全省水庫(kù)總庫(kù)容的65%(2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，因此，大型水庫(kù)在廣東省供水保障中發(fā)揮著舉足輕重的作用，確保大型水庫(kù)的水質(zhì)安全對(duì)保障全省供水安全具有重要意義。

水體富營(yíng)養(yǎng)化是水庫(kù)最常見(jiàn)的污染問(wèn)題，由其引發(fā)的藍(lán)藻水華更是世界性難題之一。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽大量進(jìn)入湖庫(kù)、海灣等水體，引起浮游植物及其他浮游生物迅速繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致水體溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，魚(yú)類(lèi)及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。以藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群形成的藍(lán)藻水華，更是直接威脅水庫(kù)的供水安全，因?yàn)槎鄶?shù)形成水華的藍(lán)藻種類(lèi)均能產(chǎn)生毒素，而傳統(tǒng)的飲用水處理技術(shù)難以處理水華發(fā)生期間產(chǎn)生的大量藍(lán)藻毒素，人畜飲用后將嚴(yán)重危害其生命健康[2]。

作為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要產(chǎn)物，浮游植物的生長(zhǎng)變化除了受營(yíng)養(yǎng)鹽影響，還受光照、溫度、水動(dòng)力學(xué)條件等上行效應(yīng)，以及浮游動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)攝食等下行效應(yīng)的影響。廣東省多數(shù)水庫(kù)都采取投放鰱、鳙等濾食性魚(yú)類(lèi)的方式以期改善水質(zhì)，然而有研究表明，濾食性魚(yú)類(lèi)僅能一定程度降低大粒徑浮游植物的生物量，無(wú)法有效控制總的浮游植物生物量[3-4]。由此可見(jiàn)，廣東省水庫(kù)水體中浮游植物的生長(zhǎng)及其現(xiàn)存量主要受上行效應(yīng)影響。

葉綠素a是浮游植物細(xì)胞的主要光合色素，其濃度與浮游植物生物量有著顯著的相關(guān)性[5]，因此葉綠素a濃度也是反映水體中浮游植物現(xiàn)存量的最直接指標(biāo)。本文將對(duì)粵東地區(qū)大型水庫(kù)水體中葉綠素a濃度的影響因素進(jìn)行分析，以期為粵東地區(qū)大型水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化治理和水質(zhì)保護(hù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

粵東地區(qū)現(xiàn)有大型水庫(kù)6座，分別為湯溪水庫(kù)(TX)、龍頸(上)水庫(kù)(LJS)、石榴潭水庫(kù)(SLT)、龍?zhí)端畮?kù)(LT)、公平水庫(kù)(GP)、青年水庫(kù)(QN)。水庫(kù)概況及其分布見(jiàn)表1和圖1。

表1 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)概況說(shuō)明 104 m3

圖1 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)分布示意

1.2 研究方法

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010、SPSS 16.0和Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果

6座水庫(kù)全年的水溫變化范圍分別為18.0℃～31.5℃(TX)、17.0℃～28.0℃(LJS)、21.5℃～31.0℃(SLT)、18.9℃～30.7℃(LT)、18.4℃～31.0℃(GP)、19.2℃～31.1℃(QN)，均呈現(xiàn)汛期高非汛期低的變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)。

圖2 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的水溫月變化示意

石榴潭水庫(kù)和青年水庫(kù)的水力滯留時(shí)間波動(dòng)較小，全年的變化范圍分別為95～223 d和88～313 d；龍頸(上)水庫(kù)和龍?zhí)端畮?kù)的水力滯留時(shí)間在汛期(4—9月)較短且波動(dòng)較小，在非汛期則相對(duì)較長(zhǎng)，全年的變化范圍分別為58～2 398 d和60～1 364 d；湯溪水庫(kù)和公平水庫(kù)的情況剛好與前兩者相反，非汛期的水力滯留時(shí)間較短，汛期個(gè)別月份的水力滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，全年的變化范圍分別為64～1 370 d和84～1 374 d(見(jiàn)圖3)。

圖3 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的水力滯留時(shí)間月變化示意

湯溪水庫(kù)和龍?zhí)端畮?kù)的總磷濃度全年的變化范圍為0.01～0.03 mg/L，其中湯溪水庫(kù)全年的波動(dòng)較大，龍?zhí)端畮?kù)的波動(dòng)相對(duì)較小，其最高值僅出現(xiàn)在6月份；龍頸(上)水庫(kù)和石榴潭水庫(kù)的總磷濃度全年的變化范圍為0.01～0.02 mg/L，其中龍頸(上)水庫(kù)的最高值同樣僅出現(xiàn)在6月份；公平水庫(kù)和青年水庫(kù)的總磷濃度全年的變化范圍為0.005～0.01 mg/L，兩座水庫(kù)的最低值分別僅出現(xiàn)在6月份和7月份(見(jiàn)圖4)。

圖4 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的總磷濃度月變化示意

湯溪水庫(kù)的總氮濃度較高且波動(dòng)較大，全年的變化范圍為0.63～1.44 mg/L。龍?zhí)端畮?kù)的總氮濃度全年的變化范圍為0.25～0.90 mg/L，其季節(jié)性變化明顯，汛期中期濃度較高，其余月份濃度較低且波動(dòng)較小。其余4座水庫(kù)的總氮濃度相對(duì)較低，其濃度分別為0.20～0.48 mg/L(LJS)、0.17～0.48 mg/L(SLT)、0.13～0.48 mg/L(GP)、0.14～0.32 mg/L(QN)(見(jiàn)圖5)。

圖5 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的總氮濃度月變化示意

湯溪水庫(kù)的葉綠素a濃度全年的變化范圍為9.3～76.7 μg/L，具有明顯的季節(jié)性，高峰值出現(xiàn)在汛期中后期，汛期前期和非汛期的濃度較低。石榴潭水庫(kù)的葉綠素a濃度全年的變化范圍為9.4～40.1 μg/L，其最高值出現(xiàn)在2月份，其余月份濃度較低且波動(dòng)較小。其余4座水庫(kù)的葉綠素a濃度相對(duì)較低，其濃度分別為2.0～10.3 μg/L(LJS)、4.1～18.7 μg/L(LT)、5.9～25.4 μg/L(GP)、3.6～10.8 μg/L(QN)(見(jiàn)圖6)。

圖6 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的葉綠素a濃度月變化示意

方差分析表明，粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)的水溫和水力滯留時(shí)間不存在顯著差異，總磷、總氮和葉綠素a的濃度則存在顯著差異(見(jiàn)表1)。多元回歸分析結(jié)果顯示，粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)水體中的葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時(shí)間、總氮濃度均無(wú)顯著相關(guān)(P>0.05)，只與總磷濃度有顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(見(jiàn)圖7)。

表1 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)各指標(biāo)的方差分析結(jié)果

圖7 粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時(shí)間、總磷濃度、總氮濃度的關(guān)系

3 討論

根據(jù)水力滯留時(shí)間的長(zhǎng)短可將水庫(kù)分為3種類(lèi)型，分別為直流型(<15 d)、中等滯留時(shí)間(15～365 d)和長(zhǎng)滯留時(shí)間(>365 d)[7]，水力滯留時(shí)間是反映平流損失率的一個(gè)重要參數(shù)，即水力滯留時(shí)間越短，平流損失率越大，反之平流損失率則越小[8]。一般認(rèn)為，水力滯留時(shí)間對(duì)浮游植物增長(zhǎng)率產(chǎn)生影響的閾值為 14 d[9]，低于14 d時(shí)，高的平流損失率會(huì)大大抵消浮游植物的增長(zhǎng)率，使水體中浮游植物的現(xiàn)存量維持在一個(gè)較低水平，高于14 d時(shí)，平流損失率對(duì)浮游植物現(xiàn)存量的影響較小，甚至可以忽略不計(jì)。本文研究的6座大型水庫(kù)均屬于中長(zhǎng)滯留時(shí)間水庫(kù)(>15 d)，且這6座水庫(kù)所處的粵東地區(qū)位于熱帶和亞熱帶地區(qū)，常年高溫高光照，季節(jié)變化性并不明顯，因此水體的穩(wěn)定性和特殊的氣象特征可能是這6座大型水庫(kù)水體中葉綠素a濃度受水力滯留時(shí)間和水溫的變化影響不明顯的主要原因。

多元回歸分析表明，水體中的葉綠素a濃度與總氮濃度無(wú)顯著相關(guān)，只與總磷濃度顯著相關(guān)，這說(shuō)明粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)水體中浮游植物的生長(zhǎng)主要受磷限制。浮游植物的生長(zhǎng)需要氮、磷等多種營(yíng)養(yǎng)元素，當(dāng)水體中某種可利用營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度低于浮游植物的最低生長(zhǎng)需求，或者以較快速度被消耗至較低濃度時(shí)，浮游植物的生長(zhǎng)就會(huì)受其抑制，此時(shí)該種營(yíng)養(yǎng)鹽就成為限制性因子[10]。Redfield定律認(rèn)為，浮游植物細(xì)胞內(nèi)組成的原子比為N∶P=16∶1[11]，這一定律對(duì)一般水體中浮游植物的生長(zhǎng)都是適用的，但由于在不同環(huán)境條件下不同種類(lèi)的浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的的吸收率有所差異，因此浮游植物生長(zhǎng)所需的最佳氮磷比也不是固定值。有研究表明，當(dāng)水體中氮磷比大于30 h，浮游植物的生長(zhǎng)會(huì)受磷抑制，氮磷比小于8 h，則可能出現(xiàn)氮抑制，介于8～30之間為正常的波動(dòng)范圍[12]?；洊|地區(qū)6座大型水庫(kù)水體中的氮磷比全年基本上都遠(yuǎn)大于30，這也說(shuō)明了這6座水庫(kù)均為磷限值型水體。實(shí)際上，在大多數(shù)淡水水體中磷是影響浮游植物生長(zhǎng)繁殖及其現(xiàn)存量的主要限制性營(yíng)養(yǎng)因子[13-15]，因?yàn)樗w中的磷有多種化學(xué)形態(tài)，主要分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)，溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷又可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩種形態(tài)，這在其中只有溶解態(tài)無(wú)機(jī)磷可被浮游植物直接吸收利用，然而在大部分水體中其濃度均很低，無(wú)法滿(mǎn)足浮游植物的生長(zhǎng)需要。

4 結(jié)論與建議

磷是影響粵東地區(qū)6座大型水庫(kù)水體中浮游植物生長(zhǎng)繁殖及其現(xiàn)存量的主要因素，因此控制水庫(kù)流域內(nèi)磷的輸入是防治水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。政府相關(guān)部門(mén)可從生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污染等外源磷的主要污染途徑入手，對(duì)流域內(nèi)的污染源進(jìn)行排查整治，如積極推進(jìn)污水收集管網(wǎng)向偏遠(yuǎn)村鎮(zhèn)延伸，并提高污水處理廠(chǎng)除磷工藝效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水集中處理再排放；加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水排放的監(jiān)管力度，對(duì)排放不達(dá)標(biāo)的工企業(yè)責(zé)令其落實(shí)整改，同時(shí)鼓勵(lì)工企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)；大力發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，通過(guò)改進(jìn)施肥(或灌溉)方式、使用新型復(fù)合肥料、科學(xué)種植等方式控制農(nóng)業(yè)化肥施用量等，多措并舉，從源頭上削減磷的入庫(kù)量，保證水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。