譚 浪，王宗志，白 瑩，舒博寧，王衛(wèi)光

(1：南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210029) (2：河海大學水文水資源學院，南京 210098) (3：長江保護與綠色發(fā)展研究院，南京 210098) (4：山東省濟寧市水文中心，濟寧 272004)

南四湖是我國華北地區(qū)最大的淡水湖泊，是魯南、蘇北地區(qū)的重要水源地，也是南水北調(diào)東線工程的重要調(diào)蓄場所，其水生態(tài)穩(wěn)定性對沿線水質(zhì)安全及調(diào)水效益起決定性作用[1]. 南水北調(diào)東線工程在2013年12月正式開始運行后，增加了湖泊水量補給和物質(zhì)輸入，也改變了水動力條件、水文循環(huán)過程與水生動植物棲息環(huán)境[2]. 在2002年南水北調(diào)東線工程建設(shè)初期，由于圍湖造田、過度捕撈、工業(yè)排放等活動影響，南四湖入湖河流和湖區(qū)污染嚴重[3]. 徐好等[4]在南四湖水質(zhì)時空變化特征研究中，強調(diào)了“治”“用”“保”并舉等流域綜合治理措施，發(fā)現(xiàn)2006-2016年間南四湖水質(zhì)有所改善，基本穩(wěn)定在地表Ⅲ類水標準. 在淺水湖泊富營養(yǎng)化波動與高強度治理發(fā)展互動的態(tài)勢下[5]，湖泊水生態(tài)環(huán)境的演變是亟需關(guān)注的重大問題.

受流域內(nèi)外源污染、外調(diào)水、水文、氣象多重影響，南四湖水環(huán)境水生態(tài)安全面臨嚴峻挑戰(zhàn). 在調(diào)水影響方面，調(diào)水工程的建設(shè)及其常態(tài)化運行，對龐大而復(fù)雜的湖泊生態(tài)系統(tǒng)有何影響是目前研究中還未解決的難點. 對南水北調(diào)東線6個調(diào)蓄湖泊水質(zhì)狀況的研究表明[6]，從上游至下游湖泊水質(zhì)呈改善趨勢，調(diào)水期存在TN濃度較高，非調(diào)水期TP濃度較高；李慶等[7]對比分析調(diào)水期與非調(diào)水期，湖泊浮游植物與水質(zhì)狀況，發(fā)現(xiàn)調(diào)水引起的水文脈沖對浮游植物有明顯影響；張春梅等[8]認為應(yīng)優(yōu)化調(diào)水方式，調(diào)控水動力條件，從而有效防控藻類突增. 在水文氣象影響因素方面，氣溫升高、極端天氣增多、日照時間延長等均有利于藻類生長[9]；鄧文文等[10]討論了氣候變化和人類活動導(dǎo)致的生物擾動、水位波動增強等變化，會造成突變閾值減小，并對湖泊穩(wěn)態(tài)造成影響. 藻密度作為湖泊富營養(yǎng)化水平的關(guān)鍵指標之一[11]，其長序列年內(nèi)、年際變化趨勢及水環(huán)境要素演變特征對識別調(diào)水的生態(tài)效應(yīng)具有重要指示作用. 董貫倉等[12]在南水北調(diào)東線工程運行3年后對東平湖浮游植物及水質(zhì)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)調(diào)水工程可能通過物質(zhì)帶入影響水質(zhì), 進而引起藻密度較通水初期稍有升高；2015-2019對南水北調(diào)中線干渠的研究表明[13]，藻密度每年都有一致性季節(jié)變化，在春季增長，隨后從夏季到冬季持續(xù)下降，藻密度最大值的夏季和最小值的冬季分別為572.95×104和157.09×104cells/L，氨氮是影響藻類生長的最關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)，其次是COD. 大規(guī)模調(diào)水背景下，淺水湖泊營養(yǎng)水平發(fā)生劇烈波動，藻類生長與相關(guān)水環(huán)境要素的互饋關(guān)系不確定性增加. 目前，少見周期性調(diào)水行為前后湖泊藻類生長趨勢對比及其影響因素識別研究.

本文依據(jù)2010-2020年長系列監(jiān)測資料，綜合分析南水北調(diào)東線一期工程正式運行前后，南四湖藻密度及相關(guān)環(huán)境因子年內(nèi)、年際變化特征，在此基礎(chǔ)上識別南四湖水生態(tài)水環(huán)境的關(guān)鍵影響因素，以期為南四湖科學管理及南水北調(diào)東線工程良性運行提供科學依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南四湖位于山東西南部，南北狹長約125 km，東西寬5～25 km，湖內(nèi)面積1266 km2. 湖泊中部建有二級壩樞紐工程，分成上級湖和下級湖，其中上級湖由南陽湖、獨山湖和昭陽湖(大部分)組成，下級湖由昭陽湖(小部分)和微山湖組成. 南四湖入湖河流合計53條，河流同時用于行洪、農(nóng)灌、納污，主要入流河道寬淺，水流較緩，并且南四湖各入湖河流上修建了較多的水庫及閘壩工程，起到攔蓄調(diào)洪作用，湖濱區(qū)溝渠串通嚴重，引進、引出水量不能全面控制，大部分河流無記錄年徑流量，無法精確控制入湖水量.

南水北調(diào)東線工程將長江水通過各級泵站提水向北輸送，經(jīng)南四湖等多個調(diào)蓄湖泊后，流至膠東地區(qū)和天津. 南水北調(diào)東線一期工程調(diào)水期在上半年，調(diào)水量逐年增加，工程擬利用南四湖進行輸、蓄水. 南四湖地勢北高南低，天然水流方向是從上級湖至下級湖，在調(diào)水工程中，上級湖建長溝泵站抽水入梁濟運河，二級壩建泵站抽水入上級湖，下級湖建韓莊閘泵站，上級湖起到只輸水不調(diào)蓄的功能，下級湖入流較少，作為調(diào)蓄湖泊. 《南水北調(diào)總體規(guī)劃》對輸水干線的水質(zhì)要求達到地表水III類標準，由于輸水干線穿過城市人口密集區(qū)、工農(nóng)業(yè)區(qū)、航運區(qū)等，目前輸水水質(zhì)保障工作仍面臨著挑戰(zhàn).

1.2 采樣與監(jiān)測

在南四湖設(shè)置10個采樣點，空間分布見圖1，包括3個上級湖點位(S1、S2、S3)、3個下級湖點位(S4、S5、S6)、4個距離工業(yè)區(qū)和生活區(qū)較近的主要入湖河流斷面(S7、S8、S9、S10). 總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)采樣點為S1～S10. 藻密度、葉綠素a(Chl.a)采樣點為S1、S2、S3、S5. 水文氣象數(shù)據(jù)由濟寧市水文中心提供，水文氣象站點位置與水質(zhì)監(jiān)測站點位置一致. 監(jiān)測時段為2010年1月-2020年12月，頻率為月度監(jiān)測，每月上旬采樣及送樣檢測.

圖1 采樣點分布Fig.1 Distribution of sampling sites

柱狀采水器采集水面下0.5 m處水樣4 L，2 L聚乙烯采樣瓶低溫避光保存，用于水質(zhì)測定；2 L加入魯哥試劑固定后在實驗室內(nèi)靜置24～48 h，用虹吸管緩慢吸走上清液，保留50 mL濃縮樣品. TN濃度采用硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；TP濃度采用鉬銻抗分光光度法測定；氨氮濃度采用納氏試劑光度法測定；CODMn采用酸性高錳酸鉀法測定；BOD5采用稀釋接種法測定；Chl.a濃度參照《水質(zhì)葉綠素a的測定分光光度法》(SL 88-2012)進行測定；藻密度參照《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL 733-2016)移液樣品至浮游植物計數(shù)框中，用40～600倍光學顯微鏡計數(shù). 取上級湖各樣點檢測平均值代表上級湖指標；取下級湖各樣點檢測平均值代表下級湖指標.

1.3 分析方法

1.3.1 污染指數(shù)計算 綜合污染指數(shù)是一種常用的水質(zhì)評價方法，是利用實測數(shù)據(jù)和評價標準的比值來綜合評價水質(zhì)狀態(tài)，評價標準采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002) Ⅲ類水質(zhì)標準，計算公式：

Pi=Ci/Si

(1)

(2)

式中,Pi為i污染物的污染指數(shù)；Ci為i污染物實測平均值，mg/L；Si為《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中水質(zhì)因子i的Ⅲ類水質(zhì)標準值，mg/L；n是選取污染物的項數(shù)；P為綜合污染指數(shù).

1.3.2 時間序列分析方法 采用Mann-Kendall(M-K)檢驗法分析時間序列趨勢[14]. 可以利用構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量Z，判斷序列在置信水平上，時間序列數(shù)據(jù)是否存在明顯的上升或下降趨勢，當Z的絕對值大于等于1.28、1.64、2.32時，分別表示通過了信度90%、95%、99%的顯著性檢驗. 也可以利用M-K檢驗對各項水質(zhì)參數(shù)進行突變檢驗，建立統(tǒng)計序列UFk和UBk，進一步分析水質(zhì)序列的變化，明確突變的區(qū)域，UFk為M-K統(tǒng)計值正向序列，UBk為逆向序列，(-1.96，1.96)為顯著水平置信區(qū)間，若UFk超過顯著水平置信區(qū)間(臨界線)，表明上升或下降趨勢顯著，若UFk和UBk序列出現(xiàn)交點且交點在臨界直線之間，那么交點即為突變點. 在Mann-Whitney-Pettitt(MWP)檢驗中[15]，確定顯著水平α=0.05后，尋找具有顯著性的變異點并可求得整個變異區(qū)間. 本文使用M-K檢驗法與MWP檢驗法找出逐月時間序列所有變化節(jié)點，并應(yīng)用累積距平曲線法[16]對變化趨勢和突變點進行識別和綜合診斷，確定水質(zhì)指標序列中最合理的突變年份. 時間序列自相關(guān)性對趨勢檢驗結(jié)果有重要影響，所以在本次趨勢檢驗之前，先進行了時間序列的自相關(guān)性分析，各序列具有良好的獨立性. 采用Spearman相關(guān)系數(shù)分析南四湖與主要入湖河流之間水質(zhì)指標的相關(guān)性、藻密度與相關(guān)環(huán)境因子的相關(guān)性. 采用獨立樣本t檢驗分析指標濃度不同時段的差異性，其中統(tǒng)計量P值為原假設(shè)為真時所得到的樣本觀察結(jié)果或更極端結(jié)果出現(xiàn)的概率. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析在Excel 2010、MATLAB、SPSS 20.0中完成.

2 結(jié)果

2.1 水文氣象要素變化特征

2010-2020年南四湖湖區(qū)平均水溫為15.7℃，夏季最高月平均水溫為29.5℃，出現(xiàn)在2013年8月. 2010-2020年南四湖湖區(qū)年降水量均值為686 mm，流域內(nèi)75%的降水和入湖徑流集中在6-9月份的汛期，其中2013年與2014年降水量分別為597、610 mm，屬于偏枯水年份(圖2). 南四湖徑流分布格局基本符合降水的分布規(guī)律[17]，而且入湖徑流量與湖區(qū)水位漲幅基本對應(yīng)，湖泊水位是反映水體水情變化較為直觀的指標[18]. 由于2013年與2014年沂沭泗流域降水量較同期偏少，入湖徑流量減少，湖區(qū)蓄水量持續(xù)減少，2014年6月12日下級湖水位降至死水位(33.0 m)以下，7月28日南四湖下級湖降至生態(tài)水位(31.05 m)以下，部分湖區(qū)裸露干裂. 在持續(xù)的干旱后有較強降雨，2016年南四湖湖區(qū)年降水量為794 mm，出現(xiàn)旱澇交替的現(xiàn)象.

圖2 2010-2020年南四湖水文氣象因素變化Fig.2 Changes in hydrometeorological factors in Lake Nansi from 2010 to 2020

2.2 藻密度及水環(huán)境要素年際變化特征

根據(jù)2010-2020年南四湖藻密度及其水環(huán)境要素的統(tǒng)計結(jié)果(表1)，南四湖藻密度變幅最大，其中上級湖藻密度變異系數(shù)為2.046，藻密度最大值是最小值的120倍. 對2010-2020年南四湖上、下級湖藻密度進行M-K趨勢性檢驗，診斷結(jié)果中統(tǒng)計量Z分別為-2.02、-1.04，其中上級湖藻密度序列通過了信度95%的顯著性檢驗，序列存在明顯下降趨勢. 但在M-K檢驗方法中，趨勢性只受到樣本秩與樣本個數(shù)n的影響，從而忽略了樣本中排序靠后的較大數(shù)據(jù)值[19]，從圖3可見，南四湖藻密度具有顯著的季節(jié)特征，上級湖藻密度在2016年后部分月份出現(xiàn)極大值，且遠遠高于其他月份，故不能得出上級湖藻密度在2010-2020年呈顯著減少趨勢. 其中上級湖2016-2020年10月藻密度分別為520.0×104、515.0×104、500.0×104、480.0×104、470.0×104cells/L.

表1 2010-2020年南四湖藻密度及其水環(huán)境要素統(tǒng)計量*

圖3 2010-2020年南四湖藻密度及水環(huán)境要素變化(灰色區(qū)域表示上、下級湖UFk同時超越臨界線的范圍)Fig.3 Changes of algae density and water environment factors in Lake Nansi from 2010 to 2020(The gray area indicates the range where the UFk exceeds the critical line)

在突變點分析過程中，全部樣本數(shù)據(jù)序列兩端的部分樣本點就不能做突變點的判斷，故靠近2010年與2020年兩端的突變點不予采信. 結(jié)合M-K檢驗、MWP檢驗、累積距平曲線法(圖略)分析各站點水質(zhì)序列的突變點，其中在M-K檢驗中，若UFk超越臨界直線，表示上升或下降趨勢顯著. 藻密度及水環(huán)境要素序列在2010-2020年間存在多個突變點(表2)，局部年份變化明顯，突變點主要集中在2013-2015年. 南四湖上級湖藻密度在2013年12月出現(xiàn)突變點，下級湖在2014年4月出現(xiàn)突變點，均在突變發(fā)生后開始增長至2016年，但不顯著；上、下級湖TP、氨氮濃度分別在2014年、2013年有突變點，且均在突變點后一直保持顯著上升趨勢；Chl.a濃度在2015年存在突變點，隨后濃度有所上升；TN、氮磷質(zhì)量比(TN/TP)、BOD5、CODMn在上、下級湖中沒有識別出突變點.

表2 南四湖藻密度及其水環(huán)境要素序列趨勢突變點*

南四湖水質(zhì)總體良好(圖4)，2010-2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)年均值范圍分別為0.759～0.945、0.719～0.926，基本達到了東線工程輸水水質(zhì)地表Ⅲ類水要求，但仍有個別污染物的污染指數(shù)出現(xiàn)較大值，造成總體水質(zhì)不能穩(wěn)定達標，其中上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)最大值均出現(xiàn)在2013年. 上、下級湖BOD5污染指數(shù)部分年份超過1，TN污染指數(shù)一直大于1，TN單項指標污染情況最嚴重. 對2010-2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)進行M-K趨勢性檢驗，診斷結(jié)果中統(tǒng)計量Z分別為-4.11、-3.36，通過了信度99%的顯著性檢驗，序列存在明顯下降趨勢. 2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)年均值分別為0.796、0.767，2010年分別為0.886、0.907，與2010年相比分別下降10.2%、15.4%，湖泊水環(huán)境質(zhì)量總體出現(xiàn)一定程度的好轉(zhuǎn).

圖4 2010-2020年南四湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)變化Fig.4 Changes of comprehensive pollution index of water quality in Lake Nansi from 2010 to 2020

2.3 藻密度及水環(huán)境要素年內(nèi)變化特征

根據(jù)南水北調(diào)東線一期工程的運行規(guī)則和南四湖流域的水文氣象特征，將南四湖藻密度及水環(huán)境要素從年際劃分為南水北調(diào)東線一期工程運行前后兩個部分(2010年1月-2013年12月、2014年1月-2020年12月)，從年內(nèi)劃分為汛前、汛中、汛后(2-5月、6-9月、10-1月)，從而明晰南四湖湖區(qū)2010-2020年藻密度及水環(huán)境要素年內(nèi)分布情況(圖5).

圖5 調(diào)水前后南四湖藻密度及其水環(huán)境要素年內(nèi)分布特征對比(圖中橫括弧顯示統(tǒng)計量P值，**表示在0.01級別呈顯著差異，*表示在0.05級別呈顯著差異)Fig.5 Comparison of the distribution characteristics of algae density and water environment factors in Lake Nansi before and after water transfer

結(jié)果表明，調(diào)水工程使湖區(qū)藻密度年內(nèi)分布發(fā)生了明顯變化，汛前藻密度平均值由33.96×104cells/L(工程運行前)下降至6.42×104cells/L(工程運行后)，并具有顯著性差異. 調(diào)水工程引起的汛中、汛后藻密度平均值變化并沒有通過差異顯著性檢驗，但南四湖藻密度每年峰值主要集中在汛中(工程運行前)，轉(zhuǎn)為出現(xiàn)在汛后(工程運行后). TN、TP的年內(nèi)各時期濃度在調(diào)水工程前后變化規(guī)律并不相同，但從氮磷比的角度分析，調(diào)水對南四湖湖區(qū)氮磷比造成了較大影響，氮磷比汛前、汛中、汛后在工程運行后相對工程運行前顯著下降，分別降低了30.7%、45.3%、39.5%，沒有改變氮磷比汛前高、汛后低的分布情況. BOD5年內(nèi)各時期在調(diào)水工程前后也顯著下降，分別降低了32.1%、42.5%、29.7%. Chl.a、氨氮、CODMn在工程運行前后，年內(nèi)分布沒有明顯變化，均在汛中出現(xiàn)較高值.

3 討論

3.1 南四湖營養(yǎng)元素變化原因分析

對比2006-2010年[20]，2010年以來南四湖整體水質(zhì)明顯改善，但較高濃度的氮使東線一期工程水質(zhì)保護問題凸顯. 林雪原等[21]指出流域TN排放中，農(nóng)田化肥和畜禽養(yǎng)殖貢獻率達到85.39%，而農(nóng)業(yè)面源污染型治理難度大，短期內(nèi)改善程度較低；二級壩的建立，使南四湖分為上、下級湖，湖中水體流速減緩、污染物滯留時間增加，使水質(zhì)進一步惡化. 南四湖湖面狹長，受納蘇、魯、豫、皖4省32縣(市)來水， TN污染發(fā)生隨機、機理復(fù)雜、時空差異性大、來源多和來量大讓南四湖流域的TN污染治理問題難以突破.

水文氣象通過影響水體中污染源的來源、遷移、生態(tài)效益等過程直接或間接對水生態(tài)環(huán)境造成影響. 南四湖在2013-2015年水文氣象條件有所變化(圖2)，在人為干預(yù)下，2014年與2015年二級湖閘站全年未開閘放水，下級湖總出湖年徑流量為“0”. 上、下級湖與運河之間阻隔，減少湖泊的連通性與流動性，大大增加了流域入湖污染物在水體滯留時間，水體自凈能力和納污能力都會減弱，加之高溫與水淺，水質(zhì)持續(xù)惡化，生態(tài)環(huán)境受到嚴重威脅[22]. 為應(yīng)對嚴峻的旱情，緊急制定了2014年南四湖生態(tài)應(yīng)急調(diào)水方案，通過南水北調(diào)東線從長江向南四湖實施調(diào)水. 調(diào)水工程引起的外源輸入變化，同時南四湖的嚴重旱情、水體隔絕、營養(yǎng)富集，可能是2013年與2015年期間南四湖水環(huán)境指標的時序發(fā)生突變和突變點后上升趨勢的原因.

3.1.1 入湖河流的影響 入湖河流的水質(zhì)狀況是南四湖水質(zhì)狀況優(yōu)劣的決定性因素[23]. 分析2010-2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)與對應(yīng)入湖河流水質(zhì)相關(guān)程度(表3)，南四湖主要入湖河流水質(zhì)對南四湖整體水質(zhì)影響顯著，其中上級湖與入湖河流的TN、BOD5呈顯著相關(guān)，下級湖與入湖河流的各水質(zhì)指標都呈顯著相關(guān). 并結(jié)合圖3和表4，上、下級湖TN處于較高水平，這與入湖河流長期的高濃度氮輸入有一定關(guān)系. 解文靜等[24]也認為南四湖水體接納入湖河流的污染，河流中有機物污染相對嚴重，含氮量高.

表3 2010-2020年南四湖與主要入湖河流水質(zhì)指標Spearman相關(guān)系數(shù)

隨著南四湖流域城市建設(shè)用地和農(nóng)村建設(shè)用地整體分布從點到面的擴大，下墊面條件的改變[25]，導(dǎo)致不透水面積增加和農(nóng)業(yè)面源污染加重. 將含暴雨等級以上降雨強度的月份從總體時序中篩選出來，對比降雨時期河流污染程度與多年平均值，見表4. 南四湖流域存在強降水時，河流中各營養(yǎng)元素都存在不同程度的增加，一方面可能是南四湖作為流域內(nèi)污染源排放的唯一歸宿，在受汛期暴雨沖刷的影響，大量的營養(yǎng)元素隨排水或雨水淋溶進入水體，湖泊水體污染負荷勢必會增加，導(dǎo)致汛中整體水質(zhì)較差，另一方面可能是河流中徑流量與流速增大，使河道中氮磷污染物從底泥中釋放再懸浮，進一步增大河流中污染負荷.

表4 主要河流降雨時期水質(zhì)與多年均值對比

3.1.2 調(diào)水工程的影響 調(diào)水是通過改變水文條件和營養(yǎng)鹽濃度間接影響藻類的生長與消落，而且湖泊本身存在點面源污染，湖區(qū)水生態(tài)環(huán)境不會因為調(diào)水立刻發(fā)生變化，增加了影響因子量化的困難性，導(dǎo)致難以具體分析受水區(qū)水環(huán)境與調(diào)水工程響應(yīng)關(guān)系，但從水環(huán)境指標的長序列變化來看，上半年的規(guī)律性調(diào)水營造出了年內(nèi)與年際的周期性水文脈沖，影響了水環(huán)境中各要素或各要素之間的轉(zhuǎn)化和傳輸，改變了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律[26].

對比調(diào)水工程建設(shè)運行前后(圖5)，汛前調(diào)水期氮和磷濃度有所增加，可能是調(diào)水泄流產(chǎn)生的水動力擾動會讓底泥中大量懸浮物進入水體，而底泥作為污染物的天然蓄積池，沉積物營養(yǎng)鹽含量遠遠高于背景值[27]，釋放的加快造成水體二次污染. 從外源污染輸入方面分析，南四湖調(diào)水期水質(zhì)的改善可能是經(jīng)過駱馬湖與京杭運河的來水量大且水質(zhì)較好. 從內(nèi)源污染方面分析，由于南四湖窄長的湖泊形態(tài)和泵站抽排水，湖泊水位波動較大(圖2)，在自然變化和人為調(diào)水的干預(yù)下，水位是受到影響最顯著的水文過程[28]，有研究表明[29-31]，水位波動強烈時，會導(dǎo)致湖泊的自凈能力和環(huán)境承載能力降低. 湖泊過高水位對入湖河道的頂托和水漫坡地面積增加，導(dǎo)致地面徑流和地質(zhì)帶來的營養(yǎng)鹽增多，導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化；湖泊過低水位會對污染輸入響應(yīng)更劇烈，水環(huán)境指標易出現(xiàn)峰值，增加突發(fā)環(huán)境污染事件的風險.

3.2 藻密度的影響因素

通過南四湖藻密度與各指標Spearman相關(guān)性分析結(jié)果表明，水溫、降水對南四湖藻密度的變化起著至關(guān)重要的作用(表5). 由上述分析可知，降雨導(dǎo)致大量外源污染物進入南四湖水體，通過改變藻類所需營養(yǎng)鹽濃度而間接影響藻類生長. 南四湖藻密度四季變化明顯，有大量研究表明[32-34]，當溫度較低時，水體藻類生長受到限制，藻在春季生物量并不高，夏季日照增強、水溫較高，隨著溫度的升高，綠藻、藍藻等喜溫浮游植物大量生長. 溫度升高與藻類生長消落過程會增強水體中氮的吸收利用及脫氮能力[35]，這可能是造成藻的生物量與氮呈負相關(guān)，湖體氮濃度峰值一般出現(xiàn)在初春的原因(圖5).

表5 南四湖藻密度與主要水環(huán)境要素Spearman相關(guān)系數(shù)

對不同營養(yǎng)鹽的相關(guān)關(guān)系對藻密度的影響程度并不一致，其中與氮磷比呈顯著負相關(guān)，與TP呈顯著正相關(guān). 氮和磷作為藻類生長的必需營養(yǎng)元素，兩者之比對藻密度的變化有著重要的影響[36]，Redfield等[37]認為浮游植物生長最適氮磷比為16∶1，大于此值時為磷素限制狀態(tài)，也有研究發(fā)現(xiàn)[38]最適氮磷比根據(jù)不同水體而發(fā)生變化. 南四湖氮磷比遠遠高于最適氮磷比，結(jié)合圖3、圖5分析，氮磷比在調(diào)水工程建設(shè)運行后明顯下降，而且藻密度在調(diào)水后的增長趨勢與TP濃度上升基本上保持一致，表明南四湖可能為磷限制性湖泊. 藻密度細胞與Chl.a濃度都為表征藻類生物量的2種重要方法，兩者之間也具有顯著的相關(guān)性. 南四湖藻密度與CODMn呈顯著正相關(guān)，與BOD5相關(guān)性較低，與田時彌[39]、Qu等[6]的研究結(jié)果相似，水中有機物經(jīng)過氧化分解后也是藻類可以利用營養(yǎng)鹽的直接來源.

4 結(jié)論

1)2010-2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)年均值范圍分別為0.759～0.945、0.719～0.926，2020年南四湖上、下級湖水質(zhì)綜合污染指數(shù)年均值分別為0.796、0.767，2010年為0.886、0.907，與2010年相比分別下降10.2%、15.4%，南四湖整體水質(zhì)逐漸改善，但TN單項污染指數(shù)仍超標，與入湖河流長期的高濃度TN輸入有關(guān). 南四湖水污染防范與治理可將重點落腳于入湖河流關(guān)鍵性水質(zhì)指標污染的治理.

2)同時受南水北調(diào)東線工程運行初期與嚴峻旱情的疊加效應(yīng)影響，南四湖藻密度、TP、氨氮、Chl.a監(jiān)測序列在2013-2015年有突變點，且在突變點后指標濃度均呈增加趨勢.

3)南水北調(diào)東線工程的運行，改變了南四湖藻密度年內(nèi)分布情況，改善了調(diào)水期總體水質(zhì)情況. 藻密度年內(nèi)波動較為強烈，在調(diào)水期結(jié)束后的10月份出現(xiàn)峰值，其中2016年上級湖藻密度高達520.0×104cells/L.

4)南四湖藻密度的變化不僅僅與TP、氮磷比、CODMn呈顯著相關(guān)，還與水溫和降水關(guān)系密切.