夏霆，陳靜，龍健，黃玉瑩，狄文亮

(1. 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 211816；2. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029)

·解析評價·

江蘇省高寶湖區(qū)湖泊群富營養(yǎng)化特征分析

夏霆1*，陳靜2，龍健1，黃玉瑩1，狄文亮1

(1. 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 211816；2. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029)

對江蘇省高寶湖區(qū)高郵湖、寶應(yīng)湖、邵伯湖和白馬湖湖泊富營養(yǎng)化共性與差異性特征進行了分析。結(jié)果表明，2009—2014年，4個湖泊總體處于中營養(yǎng)—輕度富營養(yǎng)之間，綜合富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值在年內(nèi)均呈波動變化，豐水期明顯大于枯水期；主要營養(yǎng)因子水平在4個湖泊之間均存在較明顯的差異，尤其是TN和SD 2項指標階梯狀差異較為明顯，Chl-a也呈現(xiàn)不同程度的年內(nèi)分布水平差異，并在春、夏季存在藻類暴發(fā)風(fēng)險；各湖泊Chl-a與環(huán)境因子相關(guān)性差異較大，寶應(yīng)湖、白馬湖以及總體分析的高寶湖群Chl-a均與水溫、TP相關(guān)性顯著，TP應(yīng)是高寶湖群藻類生長限制的主導(dǎo)營養(yǎng)因子；各湖泊富營養(yǎng)化特征存在差異性，總體上寶應(yīng)湖與白馬湖富營養(yǎng)化特征較為類似，與高郵湖差異較大，邵伯湖富營養(yǎng)化特征與高郵湖接近，又兼有與寶應(yīng)湖、白馬湖相似性特征。

高寶湖群；富營養(yǎng)化；共性；差異性

近年來，湖泊富營養(yǎng)化及生態(tài)系統(tǒng)退化是我國湖泊面臨的普遍問題。湖泊富營養(yǎng)化是一個復(fù)雜過程，是多種環(huán)境因素協(xié)同作用的結(jié)果。不同區(qū)域的湖泊因自然條件以及人類干擾因素的差異，湖泊富營養(yǎng)化特征以及影響因素存在明顯差異[1]。在同一地區(qū)湖泊，盡管自然影響因素接近，但人類干擾因素以及強度的不同，湖泊營養(yǎng)物水平、富營養(yǎng)化效應(yīng)及演變過程也會存在顯著的差異[2]。現(xiàn)以高寶湖區(qū)的湖泊作為研究對象，深入分析其富營養(yǎng)化狀態(tài)與變化規(guī)律、富營養(yǎng)化的主導(dǎo)因子與影響原因，有利于針對不同湖泊富營養(yǎng)化的特點，對于因地制宜地開展湖泊富營養(yǎng)化防治具有重要的意義。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

高寶湖區(qū)位于淮河流域和長江流域的交界地區(qū)，屬亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候帶，四季分明，雨量充沛，水資源均較豐富，區(qū)域包括金湖全部和淮安、揚州市區(qū)及盱眙、洪澤、寶應(yīng)、高郵、六合的一部分。高寶湖區(qū)位于京杭大運河以西江淮間側(cè)面洼地的湖泊群，又稱為運西湖泊群，由古瀉湖經(jīng)長期淤積和人類活動影響而成，均為淺水型湖泊，承擔(dān)著區(qū)域防洪、供水、蓄水、養(yǎng)殖、旅游和生態(tài)維護等多種功能。區(qū)域內(nèi)面積較大的湖有邵伯、高郵、寶應(yīng)和白馬，自南而北呈串珠形排列。湖泊群原經(jīng)三河上承淮河、洪澤湖的來水，是淮河入江的行洪通道，后自開掘入江水道以來，白馬湖、寶應(yīng)湖與高郵湖的聯(lián)系切斷，白馬湖和寶應(yīng)湖成為內(nèi)湖，高郵湖和邵伯湖仍為入江水道行洪通道。

1.2 分析方法

采用2009—2014年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)對高郵湖、寶應(yīng)湖、邵伯湖和白馬湖富營養(yǎng)特征進行分析。水質(zhì)及湖泊水文數(shù)據(jù)主要為地方水文局水功能區(qū)各監(jiān)測站監(jiān)測成果，部分水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于開展江蘇省湖泊健康評估的現(xiàn)場監(jiān)測。

參照中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的文獻[3]中加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，用TN、TP、IMn、葉綠素a(Chl-a)和透明度(SD)5項水質(zhì)因子計算湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，計算公式為：

TLI(∑)=∑Wj×TLI(j)。

式中：TLI(∑)——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj——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)——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

相關(guān)權(quán)重及富營養(yǎng)化程度分級標準均參照文獻[3]的方法確定。水質(zhì)分析方法參見文獻[4]。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析均在SPSS19.0中進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)及變化規(guī)律

2009—2014年4個湖泊綜合營養(yǎng)指數(shù)TLI(∑)變化見圖1(a)，TLI(∑)為43.70～56.73，總體處于中營養(yǎng)—輕度富營養(yǎng)之間。其中寶應(yīng)湖TLI(∑)平均值為48.09，總體處于中營養(yǎng)狀態(tài)；高郵湖、邵伯湖和白馬湖TLI(∑)平均值分別為52.39、53.43和51.53，均處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。

TLI(∑)值月均變化評估結(jié)果見圖1(b)，全年內(nèi)4個湖泊TLI(∑)值均呈明顯的波動變化。高郵湖與邵伯湖全年內(nèi)TLI(∑)值波動起伏變化較大， 2個湖泊TLI(∑)值變化在1—6月有較大差異，但在7—12月份有明顯同步性，并均在8月出現(xiàn)最大峰值；寶應(yīng)湖和白馬湖TLI(∑)值變化曲線除了少數(shù)月份有差異外(5月和11月)，總體具有較明顯的趨同性，且均在7月出現(xiàn)最大峰值。寶應(yīng)湖除4—5月和7—8月為輕度富營養(yǎng)外，其余月份均處于中營養(yǎng)狀態(tài)；其余3個湖泊除少數(shù)月份(主要為枯水期)為中營養(yǎng)外，多數(shù)月份均處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。

圖1 2009—2014年湖泊綜合營養(yǎng)狀況變化

2.2 湖泊富營養(yǎng)化因子變化規(guī)律

采用箱須圖法，2009—2014 年各湖泊TN、TP、IMn、NH3-N、Chl-a和SD6項富營養(yǎng)因子的差異性分析結(jié)果見圖2(a)(b)(c)(d)(e)(f)。其中TN差異較大，高郵湖和寶應(yīng)湖總體能滿足地表水Ⅳ類水質(zhì)要求；邵伯湖和白馬湖總體為Ⅴ類，且數(shù)據(jù)離散程度較大。4個湖泊TP總體均為Ⅳ類，寶應(yīng)湖和白馬湖指標值相對較低。IMn和NH3-N值均較低，邵伯湖IMn總體在Ⅱ類，其余3個湖泊也基本在Ⅲ類；NH3-N除白馬湖數(shù)值離散程度較大外，4個湖泊總體均為Ⅱ類。寶應(yīng)湖和邵伯湖ρ(Chl-a)總體均在10 μg/L以內(nèi)，高郵湖和白馬湖略高，但總體也在10 μg/L以內(nèi)。SD值，4個湖泊間有較大差異，其中寶應(yīng)湖透明度條件最好，均值為0.84 m，白馬湖次之為0.60 m，高郵湖和邵伯湖均<0.40 m。以上營養(yǎng)因子值分布結(jié)果表明， TN、TP、IMn、Chl-a和SD 5項指標4個湖泊之間存在較明顯差異，尤其是TN和SD 2項指標，階梯狀差異較為明顯；4個湖泊NH3-N和IMn2項指標值均較低。

圖2 2009—2014年湖泊富營養(yǎng)化評估指標分布

4個湖泊TN、TP、IMn、Chl-a和SD 5項水質(zhì)因子的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)月均變化結(jié)果見圖3(a)(b)(c)(d)。除邵伯湖SD指標外，各因子營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均在年內(nèi)呈波動變化，并且總體上均在4—8月較大，與TLI(∑)變化趨勢相近，但不同湖泊中各單因子的營養(yǎng)狀況及變化幅度存在差異，表明了4個湖泊TLI(∑)值是受多個指標協(xié)同影響的結(jié)果。高郵湖和邵伯湖均主要為TLI(SD)值大，且在4—8月期間高郵湖TN、TP和Chl-a營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較高，而邵伯湖TLI(TN)全年總體偏大，TLI(TP)和TLI(Chl-a)僅在8月份偏高；寶應(yīng)湖和白馬湖主要為TLI(TN)和TLI(SD)值偏大，在豐水期TLI(TP)和TLI(Chl-a)也偏大。TLI(IMn)值在4個湖泊中均較小。以上結(jié)果表明，4個湖泊富營養(yǎng)狀況存在一定的共性特征，并且總體上高郵湖與邵伯湖較為相似，寶應(yīng)湖和白馬湖共性特征更多，但不同湖泊營養(yǎng)指標狀況及變化也存在較明顯差異。2009—2014年湖泊ρ(Chl-a)月際分布見圖4(a)(b)(c)(d)。

由圖4可見，總體上4個湖泊ρ(Chl-a)在3—9月相對較高，并在3—4月與7—8月有兩個較明顯的波峰，并均在7—8月達到最大值；年內(nèi)高郵湖、寶應(yīng)湖、邵伯湖和白馬湖ρ(Chl-a)最大月均值分別為19.33 μg/L(8月)，12.48 μg/L(8月)，13.59 μg/L(8月)和15.56 μg/L(7月)。6年間，高郵湖、寶應(yīng)湖和邵伯湖3湖ρ(Chl-a)均在8月份數(shù)據(jù)變化幅度最大，3個湖泊8月份ρ(Chl-a)最大值分別達到了40.10 μg/L(2013年)，20.32 μg/L(2014年)和24.90 μg/L(2013年)；白馬湖則在4月份數(shù)據(jù)變化幅度最大，4月ρ(Chl-a)最大值為26.16 μg/L(2011年)?？梢姼邔毢^(qū)湖泊在春、夏季藻類易于大量繁殖季節(jié)，藻類暴發(fā)風(fēng)險依然較大，文獻[5]表明在高郵湖北部湖心區(qū)2012—2013年春夏季連續(xù)出現(xiàn)藍藻水華、寶應(yīng)湖與白馬湖藍藻密度也呈逐年增大趨勢，均與本分析結(jié)果一致。

2.3 湖泊富營養(yǎng)化差異性及主導(dǎo)因素

高寶湖區(qū)湖泊水資源環(huán)境條件基本相似，湖泊富營養(yǎng)化狀況也呈現(xiàn)出一些相似的特征，如富營養(yǎng)化狀況及營養(yǎng)因子的年內(nèi)波動變化等。但分析結(jié)果也表明，各湖泊富營養(yǎng)狀況與營養(yǎng)因子水平也表現(xiàn)出較大的差異。如寶應(yīng)湖與白馬湖富營養(yǎng)程度相對較輕，高郵湖與邵伯湖更趨嚴重；TN與SD主要影響了寶應(yīng)湖、邵伯湖和白馬湖的富營養(yǎng)化狀況，高郵湖則主要影響因子為SD；Chl-a也表現(xiàn)出了不同程度的分布與水平差異。對各湖泊及湖泊群水體Chl-a與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)分析表明(表1)，高郵湖Chl-a與各項環(huán)境因子的相關(guān)性均不顯著，在邵伯湖僅與pH值、DO、IMn及BOD5呈現(xiàn)出較顯著的相關(guān)性，寶應(yīng)湖和白馬湖則與水溫、IMn、BOD5以及營養(yǎng)鹽因子TN、TP及ρ(N)/ρ(P)均呈現(xiàn)顯著性相關(guān)，綜合分析的高寶湖群也與寶應(yīng)湖和白馬湖表現(xiàn)出的相關(guān)性特征相似，并與SD相關(guān)性顯著。上述特征表明，各湖泊富營養(yǎng)化特征均具有差異性，但寶應(yīng)湖與白馬湖較為類似，高郵湖與此2湖差異較大，邵伯湖總體上更與高郵湖接近，又兼與寶應(yīng)湖、白馬湖有較多相似性。

圖3 2009—2014年湖泊營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)月均變化

圖4 2009—2014年湖泊ρ(Chl-a)月際分布

表1 湖泊(群)Chl-a與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)①

①**：P<0.01；*：P<0.05(雙側(cè)檢驗)。

水溫是影響淺水湖泊藻類生長的重要環(huán)境因子[6]，在寶應(yīng)湖、白馬湖以及高寶湖群水溫均對Chl-a呈顯著性正相關(guān)，尤其是在春、夏季適宜藻類繁殖的高溫季節(jié)。pH值、DO以及有機物IMn和BOD5均是與湖泊藻類生長相關(guān)的重要因子，且一般被視為被動因子[7]，此4項因子也均與高寶湖區(qū)湖泊群Chl-a呈較強的相關(guān)性，SD對高寶湖區(qū)湖泊富營養(yǎng)狀況影響大，但4個湖泊Chl-a與SD相關(guān)性并不顯著，主要原因為這一區(qū)域湖泊水體交換量大，入湖污染物懸浮于水體使得透明度一直較低，這一特征在高、邵兩湖表現(xiàn)尤為明顯。

4個湖泊Chl-a與TN相關(guān)性均較小，表明TN并不是該地區(qū)影響藻類生長的主要因子，這與本地區(qū)湖泊ρ(TN)較高有關(guān)；NH3-N作為藻類吸收利用的重要氮源，4個湖泊中也僅在高郵湖內(nèi)NH3-N與Chl-a呈現(xiàn)一定的負相關(guān)，表明湖泊NH3-N并不隨藻類生物量的增大而減小，4個湖泊Chl-a與TP的相關(guān)性呈現(xiàn)明顯的差異性，高、邵兩湖與TP相關(guān)性不顯著，表明此兩湖TP并非是藻類生長的限制性營養(yǎng)物質(zhì)，這應(yīng)與高、邵兩湖水體交換量大而入湖污染物中TP的匯入量大有關(guān)；寶、白兩湖以及綜合分析的高寶湖群Chl-a均與TP呈顯著正相關(guān)，并與ρ(N)/ρ(P)呈較顯著負相關(guān)，表明寶、白兩湖以及高寶湖群的水體分析，TP均是藻類生長繁殖的限制性條件。研究期間，高、寶、邵、白4湖水體ρ(N)/ρ(P)分別為27.76，34.89，26.89，35.55，偏高，表明高寶湖群TP均相對不足而成為藻類生長限制的主導(dǎo)因子。進一步以對數(shù)線性方程反映本地區(qū)寶應(yīng)湖、白馬湖以及高寶湖群Chl-a與TP之間的關(guān)系見圖5(a)(b)(c)，由線性方程斜率分別為0.636，0.312和0.316，表明了寶應(yīng)湖藻類對TP的利用效率最高，白馬湖和高寶湖群較低且利用效率接近。

圖5 湖泊(群)Chl-a對TP的生態(tài)響應(yīng)

高郵湖和邵伯湖是過水性湖泊，且相互之間水力連通緊密；寶應(yīng)湖和白馬湖水力條件則相對更為封閉。對于淺水型湖泊，水動力特征是影響湖泊富營養(yǎng)化的重要因素，一般而言，增加入湖流量能緩解湖泊富營養(yǎng)化尤其是藻類暴發(fā)態(tài)勢[8]。但研究期間本區(qū)域湖泊月均Chl-a與入湖水量相關(guān)分析表明(表1)，在高、邵兩湖均有負相關(guān)關(guān)系(在邵伯湖相關(guān)性顯著)，在寶、白兩湖呈正相關(guān)(但相關(guān)性不顯著)，高郵湖、寶應(yīng)湖、邵伯湖和白馬湖年均湖水交換周期約為42，66，6和33 d。邵伯湖換水周期小，尤其是汛期湖水交換迅速，對湖泊藻類生長有較大抑制作用。寶應(yīng)湖和白馬湖換水周期相對較長，更有利于藻類在適宜的水溫條件下大量生長。高郵湖盡管換水周期較長，但因湖泊容積大，同時南北兩個湖區(qū)水體交換條件差異明顯，南部湖區(qū)因入江水道影響而水體交換率大，北部湖區(qū)水交換程度較小。

近年來，高郵湖北部湖區(qū)連續(xù)出現(xiàn)藍藻水華，而同期南部湖區(qū)藻類密度較小，這應(yīng)與此類生境條件差別較大有關(guān)，此外，由于本區(qū)域內(nèi)入湖污染河流眾多，洪澤湖來水水質(zhì)較差[9]，入湖污染物不同湖泊有較大差異，兼過水性湖泊水力停留時間短，污染物不易消納，使得水質(zhì)及水體透明度受到影響，也應(yīng)是影響湖泊富營養(yǎng)化特征及其差異的重要因素。

3 結(jié)論

(1)2009—2014年，高寶湖區(qū)寶應(yīng)湖總體為中營養(yǎng)狀態(tài)，高郵湖、邵伯湖和白馬湖均處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；4個湖泊綜合富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在年內(nèi)均呈明顯的波動變化，在4—8月指數(shù)值較大，豐水期明顯大于枯水期；

(2)湖泊營養(yǎng)因子水平在4個湖泊之間均存在較明顯的差異，尤其是TN和SD 2項指標階梯狀差異較為明顯，主要影響了湖泊的富營養(yǎng)化程度；各湖泊富營養(yǎng)化特征存在差異性，寶應(yīng)湖與白馬湖富營養(yǎng)化特征較為類似，與高郵湖差異較大，邵伯湖富營養(yǎng)化特征與高郵湖接近，又兼有與寶應(yīng)湖、白馬湖相似性特征；

(3)各湖泊Chl-a呈現(xiàn)不同程度的年內(nèi)分布與水平差異，春、夏季存在藻類暴發(fā)的風(fēng)險；各湖泊Chl-a與環(huán)境因子相關(guān)性差異較大，寶應(yīng)湖、白馬湖以及綜合分析的高寶湖群Chl-a均與水溫、TP相關(guān)性顯著，TP總體上應(yīng)是高寶湖群藻類生長限制的主導(dǎo)因子，水力交換、污染源匯入等外界因素也應(yīng)綜合影響了高寶湖群的富營養(yǎng)化狀況。

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Characteristic Analysis of Eutrophication on Lakes in Gaobao Water Resources Division in Jiangsu Province

XIA Ting1， CHEN Jing2， LONG Jian1， HUANG Yu-ying1， DI Wen-liang1

(1.Collegeofenvironment，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing，Jiangsu211816，China；2.JiangsuProvinceHydrologyandWaterResourcesInvestigationBureau，Nanjing，Jiangsu210029，China.)

The characteristics of similarity and heterogeneity on eutrophication effects were analyzed， which were found in the Gaoyou Lake， Baoying Lake， Shaobo Lake and Baima Lake in Gaobao Water Resources Division in Jiangsu Province. The results showed that 4 lakes were in status of mesotrophication or mild eutrophication from 2009 to 2014， and values of Comprehensive Nutrition State Index fluctuated within a year， with a better nutrition status in flood season than that in dry season. Values of main nutrition factors in 4 lakes were significantly different， especially TN and SD， and chlorophyll-a presented different levels in the temporal distribution， with a risk of algae outbreak in spring and summer. Correlations between chlorophyll-a concentration and environmental factors were different in these lakes， but significantly positive correlations between chlorophyll-a concentration and water temperature， total phosphorus， were found in the Baoying Lake， Baima Lake， and lakes in Gaobao Water Resources Division analyzed in general.The total phosphorus might be the limited nutrition factor for the growth of algae. As for the trophic characteristics， although there were some differences in 4 lakes， the Baoying Lake was more similar with the Baima Lake in general， and different from the Gaoyou Lake. The Shaobo Lake was more similar with the Gaoyou Lake， as well as some similarities with the Baoying Lake and Baima Lake.

Lakes in Gaobao； Eutrophication； Similarity； Heterogeneity

2015-10-07；

2016-02-22

國家水體污染控制與治理科技重大專項基金資助項目(2012ZX07501-002-08)；江蘇省環(huán)境監(jiān)測科研基金資助項目(1117)；江蘇省水利科技基金資助項目(2014034)

夏霆(1973—)， 男， 副教授，博士， 主要研究方向為水體污染控制。

X524

B

1674-6732(2016)04-0040-06