鄒繼穎，閆昌起，王玉偉，劉 輝，谷 風(fēng)，郝巖巖，牛文賓，張 藝，于 珊

(吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院,吉林 132022)

落馬湖水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化安全性分析

鄒繼穎，閆昌起，王玉偉，劉 輝，谷 風(fēng)，郝巖巖，牛文賓，張 藝，于 珊

(吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)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(yíng)養(yǎng)化的特點(diǎn)。于2014年4月(枯水期)對(duì)落馬湖水體進(jìn)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(cè)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(yíng)養(yǎng)化，安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)。

落馬湖;富營(yíng)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(kù)、人造湖泊、與房地產(chǎn)開(kāi)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(shí)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(lè)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(duì)小型景觀水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)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(zhǎng)白山山系，氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)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(shí)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(gè)采樣點(diǎn)：分別表示記為1#、2#、3#。水樣采集后現(xiàn)場(chǎng)用0.45 μm的Millipre濾膜進(jìn)行過(guò)濾，并加H2SO4酸化保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后即進(jìn)行化學(xué)分析。測(cè)定指標(biāo)有葉綠素(分光光度法，UVmini-1240)、總氮(過(guò)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(jìn)行測(cè)定[5]。浮游生物定量采樣，用有機(jī)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?gòu)幕旌蠘又腥? 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(jìn)行鑒定。

1.3 評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)該水體進(jìn)行水質(zhì)安全評(píng)價(jià)[9]，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

式中TLI(∑)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

式中rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

采用0～100系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，見(jiàn)表1。

表1 湖泊富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

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(dá)到國(guó)家Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；溶解氧的采樣均值為10.176 mg/L，達(dá)到國(guó)家Ⅰ類水體標(biāo)準(zhǔn)；Chla的采樣均值為201.1 μg/L；總磷采樣均值為0.102 mg/L，超過(guò)國(guó)家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn)；總氮采樣均值為3.2 mg/L，已超過(guò)國(guó)家Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 落馬湖浮游生物

3個(gè)采樣點(diǎn)的浮游藻類優(yōu)勢(shì)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(dòng)物優(yōu)勢(shì)種為原生動(dòng)物(92.7%)的普通表殼蟲(chóng)(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(jī)質(zhì)含量豐富的水體生存，以此看來(lái)落馬湖的3個(gè)采樣點(diǎn)均已經(jīng)達(dá)到了重度富營(yíng)養(yǎng)化的程度。

2.1.3 落馬湖水質(zhì)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)

由表2可見(jiàn)，水體3個(gè)采樣點(diǎn)的TLI值都很高，CODMnTLI平均值為60.19，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅳ級(jí)；葉綠素a的TLI平均值為82.57，超過(guò)重度富營(yíng)養(yǎng)化的界限，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)；總氮TLI均值為74.193，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)處于重度富營(yíng)養(yǎng)，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)；總磷的TLI均值為56.919，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅲ級(jí)；透明度的平均值為90.305，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)屬于重度富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)。

表2 落馬湖水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

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

采樣點(diǎn)CODMnchlaTNTPSD160050823997357955787907602602008356675274537439231336031981746737276122687841均值6019082570741935691990305安全等級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅴ級(jí)

采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)該水體進(jìn)行水質(zhì)安全評(píng)價(jià)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

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

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

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

在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)程度越重。而落馬湖的3個(gè)采樣點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)均在重度富營(yíng)養(yǎng)程度，安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)。則可得出，落馬湖水體已重度富營(yíng)養(yǎng)化。

2.2 富營(yíng)養(yǎng)化安全性分析

2.2.1 落馬湖富營(yíng)養(yǎng)化原因分析

水體富營(yíng)養(yǎng)化是一個(gè)極為復(fù)雜的生態(tài)過(guò)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(yíng)養(yǎng)鹽，緩慢的水流流態(tài)和適宜的溫度條件[10]。一般認(rèn)為，水體形成水華的指標(biāo)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(xì)菌總量達(dá)到104個(gè)/mL，標(biāo)志藻類生長(zhǎng)的葉綠素 a 濃度>10 μg/L[11]。國(guó)際上一般認(rèn)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(yíng)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(biāo)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(duì)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(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)條件，具備藻類爆發(fā)的營(yíng)養(yǎng)條件。當(dāng)溫度、光照、水溫等條件合適時(shí)，藻類能快速生長(zhǎng)、繁殖，從而導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

采樣于春季進(jìn)行，環(huán)境溫度為10 ℃，水體溫度為8 ℃，藻類密度高達(dá)3 913.50萬(wàn)個(gè)/L。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)境低溫不利于浮游生物生長(zhǎng)，不易發(fā)生富營(yíng)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(yíng)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(diǎn)決定， 景觀水體本身多為流動(dòng)性差或靜止的封閉緩流水體，一般水域面積相對(duì)較小，水體自凈能力低。其水深為1～2 m，陽(yáng)光容易投射至池底，更適合藻類生長(zhǎng)，容易爆發(fā)水華。水華發(fā)生時(shí)，由于藻類的大量繁殖，其死亡時(shí)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(huì)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(yán)重影響水體的使用功能[16-18]。

2.2.2 水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害

水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)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(yíng)養(yǎng)湖泊的表層，藻類可以獲得充足的陽(yáng)光，但在富營(yíng)養(yǎng)湖泊的深層，陽(yáng)光難以透過(guò)密集的藻類，并且在穿射過(guò)程中陽(yáng)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(yán)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(huì)觸發(fā)或者加速底泥中積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的高負(fù)荷，水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)惡性循環(huán)。富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水質(zhì)的另一個(gè)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(jìn)入水體后，將污染水體，危害人畜健康。在沒(méi)有富營(yíng)養(yǎng)化的水體中，湖泊內(nèi)的各種生物都處于相對(duì)平衡的狀態(tài)。但是，水體受到污染，會(huì)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(gè)采樣點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)均在重度富營(yíng)養(yǎng)程度，安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)。水體已重度富營(yíng)養(yǎng)化。高錳酸鹽指數(shù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅳ級(jí)；葉綠素a、總氮、透明度超過(guò)重度富營(yíng)養(yǎng)化的界限，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅴ級(jí)；總磷營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，水質(zhì)安全等級(jí)達(dá)到Ⅲ級(jí)。

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(guò)國(guó)際認(rèn)可發(fā)生水體富營(yíng)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(chǎng)時(shí)，聚集的污染物如N、P、鹽分或者有毒物質(zhì)，會(huì)經(jīng)地表徑流和城市排水管網(wǎng)進(jìn)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(yíng)養(yǎng)化。

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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(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(E090405);吉林化工學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2013023);吉林省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)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(xué),E-mail:zoujiying2013@126.com。

X824

A

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