黃學(xué)輝，　陳傳紅，　袁軼君，　余志堅，　金衛(wèi)根

(東華理工大學(xué) 生物系, 江西 南昌　330013)

鄱陽湖位于江西省北部，是中國最大淡水湖，也是重要的季節(jié)性淺水湖泊。鄱陽湖湖泊面積季節(jié)性變化顯著，10月到次年3月為枯水位期，4至9月為豐水位期，多年年內(nèi)面積變化相差超過10倍(張克祥等，2013)。鄱陽湖水位受“五河”及長江來水的共同影響，使得湖區(qū)面積的擴(kuò)大或萎縮，鄱陽湖洪水和干旱現(xiàn)象交替出現(xiàn)，同時鄱陽湖水位季節(jié)性波動產(chǎn)生的巨大差異也給水環(huán)境帶來一定影響(Zhang et al, 2018)。因近年來隨著人口數(shù)量上升、經(jīng)濟(jì)以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展對環(huán)境巨大的影響，鄱陽湖的水質(zhì)狀況發(fā)生了明顯的變化。鄱陽湖水質(zhì)變化已越來越受到人們的關(guān)注，但大多集中在氮磷污染的研究上(陳曉玲等，2013)，而關(guān)于鄱陽湖不同季節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)與環(huán)境因子調(diào)查及其相互關(guān)系的報道不多。本研究于2016全年四個季節(jié)分別對鄱陽湖流域進(jìn)行了水體營養(yǎng)現(xiàn)狀的系統(tǒng)調(diào)查，分析季節(jié)性水位波動對水體營養(yǎng)鹽濃度變化的關(guān)系，通過主成分分析進(jìn)一步分析影響鄱陽湖水質(zhì)的主要因素，以達(dá)到為鄱陽湖水質(zhì)的預(yù)防控制提供參考。

1　材料方法與實驗

1.1　采樣布點

采樣時間分別為2016年1月、4月、7月和10月，四次采樣分別代表了2016年的四個季度。

本研究于鄱陽湖常年有水湖面設(shè)置7個采樣點(PYH1～PYH7)，見圖1。

1.2　樣品采集與分析

各點位實時pH、溫度(T)、電導(dǎo)率(EC)、溶解氧(DO)等參數(shù)現(xiàn)場采用美國哈希(Hydrolab Datasond 5)便攜式多參數(shù)分析儀(YSI)測定，水體透明度(SD)采用塞氏盤法測定。并現(xiàn)場記錄以下數(shù)據(jù)：水體的表觀性質(zhì)以及天氣狀況、采樣時間、采樣地點，同時用GPS測出采樣點經(jīng)緯度。

圖1　鄱陽湖水樣采集位點Fig.1　Poyang Lake water sampling sites

現(xiàn)場水樣采集用5 L有機(jī)玻璃采水器(UWITEC-WSC)取表層水樣(距水面0.5 m)，水樣采集后用5 L酸泡過的聚乙烯塑料桶儲存置于低溫下避光保存。對部分需測定總氮、總磷等原水樣經(jīng)現(xiàn)場用0.45 μm的Whatman濾膜進(jìn)行過濾，并冷藏保存。水樣運回實驗室后立刻進(jìn)行化學(xué)分析，分析項目包括懸浮顆粒物(SS)、葉綠素a (Chl-a)、總氮 (TN)、總磷 (TP)、亞硝態(tài)氮 (NO2--N)、硝酸鹽氮 (NO3--N)、氨氮 (NH4+-N)、化學(xué)需氧量 (CODMn) 等水質(zhì)參數(shù)。

1.3　測定方法及數(shù)據(jù)收集

水樣SS，CODMn，TN，NH4+-N，NO3--N，NO2--N，PO43--P，TP等水質(zhì)參數(shù)測定方法參照國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會(2002)；Chl-a使用熱乙醇分光光度法測定。

鄱陽湖水位變化參考星子與波陽兩個水文站提供當(dāng)年的每日水位數(shù)據(jù)，并計算月平均水位。

1.4　數(shù)據(jù)分析

Pearson相關(guān)性分析、多元方差分析及PCA分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析與作圖，其他用origin 8.0分析與繪圖。

2　結(jié)果分析與討論

2.1　水位變化

鄱陽湖星子及波陽水域各月份平均水位變化見圖2。數(shù)據(jù)表明，星子和波陽兩水文站全年水位變化趨勢幾乎一致。以鄱陽湖星子水域為例，鄱陽湖星子水域水位值為9.73～20.43 m(平均值13.84 m)。1至4月份，鄱陽湖水位下降，水位較低(11.32～14.97 m)；5至8月份，水位上升，水位處于高值(17.59～20.43 m)；9至12月份，水位重新回落至低水位期(9.73～12.38 m)。劉霞等(2016)研究表明，當(dāng)鄱陽湖水位高于15 m時，水面呈水平狀，流速較慢；水位低于15 m時，水面呈南高北低的趨勢，流速相對較快；可認(rèn)為15 m是鄱陽湖高低水位的臨界水位值。

圖2　2016年鄱陽湖各月份平均水位Fig.2　Monthly mean water level of Poyang Lake s in 2016

2.2　鄱陽湖水體理化參數(shù)分析

鄱陽湖2016年四個季度及各點位理化參數(shù)測定結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，鄱陽湖水體理化參數(shù)在各點位不同的季節(jié)水體CODMn，TN，NO3--N，TP，Chl-a，T，pH和DO差異極其顯著(P<0.001)，TN/TP，NH4+-N，SD，SS和EC差異顯著(P<0.05)，NO2--N差異不顯著(P>0.05)。鄱陽湖水體理化參數(shù)在相同季節(jié)不同點位點間水體差異不顯著(P>0.05)。

2.3　鄱陽湖不同季節(jié)水體COD含量變化分析

水體CODMn值是一個表征環(huán)境水體有機(jī)物污染的特定指標(biāo)，鄱陽湖各季度水體CODMn含量結(jié)果見圖3。結(jié)果顯示，2016年鄱陽湖表層水體CODMn含量7月>10月>1月>4月，且在不同季節(jié)不同點位間鄱陽湖水體CODMn含量差異顯著(表1)。2016年全年各點位CODMn含量均達(dá)地表水環(huán)境質(zhì)量(GB3838—2002)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，7月份CODMn含量明顯高于其他月份，特別是PYH6位點最高達(dá)到5.8 mg/L，可能是由于7月份江西連續(xù)暴雨，鄱陽湖水位上漲至20.45 m，很多地方被淹沒，使得植被腐爛和入湖水體有機(jī)物含量增加有關(guān)，導(dǎo)致整體CODMn含量上升。通過Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示鄱陽湖CODMn與NO2--N相關(guān)性極其顯著(r=0.850，P<0.001),且為正相關(guān)。

表1　鄱陽湖2016年各季度及點位水體理化參數(shù)分析

注：* 為多元方差分析的P值

圖3　2016年鄱陽湖各點位季度水體CODMn含量Fig.3　CODMn concentrations of all sits in Poyang Lake in 2016

2.4　鄱陽湖不同季節(jié)氮、磷含量變化分析

鄱陽湖水體各季度TN，NH4+-N，NO3--N，NO2--N含量平均值見表1。結(jié)果顯示，2016年鄱陽湖水體TN，NH4+-N，NO3--N以及NO2--N含量低水位期均顯著高于高水位期。此外，2016年鄱陽湖高水位期TP含量低于低水位期，且兩時期差異顯著(P<0.001)。

鄱陽湖水體的氮素形式以NH4+-N和NO3--N為主。氮為不穩(wěn)定元素，因此TN在各采樣點之間波動較大，不同形態(tài)的氮在沉積物與水界面之間發(fā)生循環(huán)轉(zhuǎn)變，且鄱陽湖不同季節(jié)，不同點位之間自然條件存在差異所致。對照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)，除10月份部分位點受到污染外，其余各季度鄱陽湖水體TN含量基本在地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。鄱陽湖4至7月份的高水位期周邊縣市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(如施肥、水產(chǎn)養(yǎng)殖)頻繁，加之水位上升對周邊土壤的沖刷，營養(yǎng)鹽從土壤及沉積物中被釋放出來，但由于鄱陽湖2016年高水位期水位上升近10.7 m，湖泊水位上升對水體氮營養(yǎng)鹽的稀釋作用極大地抵消了人類活動與土壤沖刷帶來的氮營鹽增加效應(yīng)，使得鄱陽湖高水位期間TN濃度較低水位期要低。

研究發(fā)現(xiàn)，鄱陽湖位于棠蔭水域的PYH2位點4月份有效氮含量顯著高于其他月份，可能是由于該地區(qū)4月份為旅游旺季，人流量較大，生活污水排放增多等因素造成的。

鄱陽湖水體各季度TP含量平均值見表1，基本為Ⅲ至Ⅳ類水質(zhì)。其中1月份都昌水域PYH3位點TP含量顯著高于同期其他水域，原因可能是都昌采砂區(qū)多，據(jù)胡春華等(2011)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，都昌地區(qū)采砂區(qū)高達(dá)14個，采區(qū)面積達(dá)100 km2，水流攪動引起湖泊底質(zhì)顆粒磷及內(nèi)源營養(yǎng)鹽釋放，增大了磷含量。Meybeck(1982)指出，磷的滯留機(jī)制主要為顆粒磷的沉降作用，水體中的磷酸根能被懸浮顆粒物吸附或包裹，TP受泥沙的運輸影響較大。此外，研究表明，各點位低水位期水體TP含量大多數(shù)高于高，可能與低水位期水流流速較快有關(guān)，水流對泥沙的沖刷力及運輸量升高。

在7月份和10月份，鄱陽湖水體TN/TP比值波動較小，各取樣點無顯著差異(r=0.114，P>0.05)。在1月份和4月份TN/TP比值波動較大，差異十分顯著(r=0.635，P<0.001)。劉霞等(2016)研究發(fā)現(xiàn)，高水位期鄱陽湖水溫和SD較高，氮形態(tài)營養(yǎng)鹽度較低，TN/TP比值較低，Chl-a濃度較高；反之，低水位期水體水溫和SD較低，氮形態(tài)營養(yǎng)鹽濃度較高，TN/TP比值比較高，Chl-a濃度較低，其結(jié)果與本研究基本相符。

2.5　鄱陽湖不同季節(jié)水體葉綠素a含量變化分析

鄱陽湖水體的葉綠素a(Chl-a)含量見圖4。鄱陽湖水體Chl-a總體上含量較低，1月份變化范圍為1.95～6.38 μg/L(平均值3.06 μg/L)，4月份變化范圍為1.87～7.73 μg/L(平均值3.69 μg/L)，7月份變化范圍為7.40～22.97 μg/L(平均值15.37 μg/L)，10月份變化范圍為4.29～11.66 μg/L(平均值8.44 μg/L)。7月份及10月份鄱陽湖水體Chl-a含量顯著高于其他月份。劉倩純等(2013)發(fā)現(xiàn)鄱陽湖Chl-a質(zhì)量濃度具有一定的空間分布特征，空間分布上南湖區(qū)大于北湖區(qū)。本研究調(diào)查顯示2016年鄱陽湖水體Chl-a含量除7月份外南湖區(qū)大于北湖區(qū)。7月份星子的PYH5位點、鞋山西側(cè)的PYH6位點以及湖口的PYH7位點Chl-a含量高于其他點位，原因可能是這三個位點透明度高，分別為0.6 m，0.8 m和0.9 m，吳召仕等(2014a)研究顯示，水體中葉綠素a含量與水體透明度顯著正相關(guān)。

圖4　鄱陽湖2016年各季度點位水體Chl-a含量Fig.4　Poyang Lake 2016 quarterly water Chl-a content

水體Chl-a濃度反應(yīng)了浮游植物的生物量(吳召仕等，2014b)。在淡水湖泊或水庫中，Chl-a含量或藻類的生長是由多因素(Wu et al.，2014)協(xié)同控制的。翁笑艷(2006)認(rèn)為影響藻類生長的因子主要有水動力條件、氣象條件、營養(yǎng)鹽等。Karl等(1997)認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境中的氮磷比達(dá)到某個值時浮游植物生長繁殖達(dá)到飽和，正負(fù)偏離都將影響浮游植物生物量。結(jié)果表明，7月份鄱陽湖湖水中藻類等浮游植物的生物量相對于其他月份要高。鄱陽湖Chl-a濃度受水溫、SD和氮營養(yǎng)鹽等多種理化因子的共同影響，據(jù)Pearson相關(guān)性分析，Chl-a濃度與SD呈正相關(guān)(r=0.876，P<0.001)，與SS呈負(fù)相關(guān)(r=-0.799，P<0.001)，與氮營養(yǎng)鹽濃度呈負(fù)相關(guān)，與其他營養(yǎng)鹽濃度不相關(guān)。鄱陽湖Chl-a濃度還與水體交換時間有關(guān)，水體交換時間較長，較利于浮游植物的生長。鄱陽湖高水溫湖泊環(huán)境促進(jìn)了浮游植物的生長和繁殖。鄱陽湖水位波動與水溫變化具有高度同步性，高水位與高水溫對應(yīng)；其次，鄱陽湖水位波動加強(qiáng)了高水溫促進(jìn)浮游植物生長的這種效應(yīng)，主要原因是，高水位期時鄱陽湖水流流速緩慢導(dǎo)致湖水交換時間較慢，且水體SD高，水環(huán)境平靜加之水下通透度高光照充足都對浮游植物的生長繁殖起到了促進(jìn)作用，特別是藍(lán)藻的繁殖聚集。

2.6　鄱陽湖不同季節(jié)理化因子的主成分分析

鄱陽湖流域不同時期理化因子的主成分分析見圖5，PCA前兩軸分別解釋了鄱陽湖2016年四個季度環(huán)境變量的67.81%、71.94%、56.96%和68.01%。其中分析結(jié)果表明，按照影響因子大小排序，影響1月份鄱陽湖水質(zhì)的主導(dǎo)因子是PO4--P，EC，NO2--N，NO3--N和CODMn；影響4月份水質(zhì)的主導(dǎo)因子是SD，PO4--P，NO2--N，NO3-N，SS，TP，Chl-a和T；影響7月份水質(zhì)的主導(dǎo)因子是SD，Chl-a，pH，NO2--N，T和CODMn；而10月的主導(dǎo)因子是TN，NO2--N，NO3--N，NH4+-N，T，CODMn和PO4--P。

低水位期(10月至次年1月期間)鄱陽湖水質(zhì)主要受氮磷營養(yǎng)鹽與CODMn的影響，而高水位期(4月至9月期間)主要受水溫、水體透明度與葉綠素a的影響，高水位期營養(yǎng)鹽濃度對鄱陽湖水質(zhì)影響較小，因為水位的上升對營養(yǎng)鹽的稀釋作用會掩蔽水體營養(yǎng)鹽對水質(zhì)影響。

圖5　鄱陽湖2016各季度主成分分析Fig.5　Poyang Lake 2016 quarterly principal component analysis

3　結(jié)論

2016年鄱陽湖全年水位為9.73～20.43 m，全年最大水位差10.70 m。鄱陽湖低水位期水體流速快、濁度高，水體特征表現(xiàn)為低水溫，營養(yǎng)鹽濃度高，TN/TP比值較高，Chl-a含量低，水質(zhì)為Ⅲ至Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；高水位期水體流速慢、透明度高，水體特征表現(xiàn)為高水溫，營養(yǎng)鹽濃度相對低，TN/TP比值較低，Chl-a濃度高，水質(zhì)基本達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。鄱陽湖水體理化參數(shù)在相同季節(jié)不同點位點間水體差異不顯著(P>0.05)。

PCA多元分析結(jié)果顯示，鄱陽湖水體低水位期(1月與10月)水質(zhì)主要受氮磷營養(yǎng)鹽與CODMn的影響，而高水位期(4月與7月)營養(yǎng)鹽濃度對水質(zhì)影響較小，主要受水溫、水體透明度與葉綠素a的影響。

致謝：采樣過程中得到了中國科學(xué)院南京地理與湖泊所鄱陽湖湖泊濕地觀測研究站站長張奇研究員、陳宇煒研究員及其課題組成員劉寶貴博士、劉金福博士、劉賀等的大力幫助，在此一并表示感謝!