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        粵東地區(qū)大型水庫葉綠素a濃度的影響因素分析

        2022-08-19 02:43:12黃豐明
        廣東水利水電 2022年8期
        關鍵詞:粵東水力葉綠素

        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,河流污染較為嚴重,因此,水庫成為保障全省及港澳地區(qū)人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟發(fā)展等方面用水需求的重要水源地。我省現(xiàn)有大型水庫39座,中型水庫343座,小型水庫8 026座,其中大型水庫庫容為294.02億m3,占全省水庫總庫容的65%(2013年統(tǒng)計數(shù)據(jù)),因此,大型水庫在廣東省供水保障中發(fā)揮著舉足輕重的作用,確保大型水庫的水質安全對保障全省供水安全具有重要意義。

        水體富營養(yǎng)化是水庫最常見的污染問題,由其引發(fā)的藍藻水華更是世界性難題之一。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下,生物所需的氮、磷等營養(yǎng)鹽大量進入湖庫、海灣等水體,引起浮游植物及其他浮游生物迅速繁殖,進而導致水體溶解氧含量下降,水質惡化,魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。以藍藻為優(yōu)勢類群形成的藍藻水華,更是直接威脅水庫的供水安全,因為多數(shù)形成水華的藍藻種類均能產(chǎn)生毒素,而傳統(tǒng)的飲用水處理技術難以處理水華發(fā)生期間產(chǎn)生的大量藍藻毒素,人畜飲用后將嚴重危害其生命健康[2]。

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

        葉綠素a是浮游植物細胞的主要光合色素,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。本文將對粵東地區(qū)大型水庫水體中葉綠素a濃度的影響因素進行分析,以期為粵東地區(qū)大型水庫的富營養(yǎng)化治理和水質保護提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究對象

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

        表1 粵東地區(qū)6座大型水庫概況說明 104 m3

        圖1 粵東地區(qū)6座大型水庫分布示意

        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進行數(shù)據(jù)分析與作圖。

        2 結果

        6座水庫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(見圖2)。

        圖2 粵東地區(qū)6座大型水庫的水溫月變化示意

        石榴潭水庫和青年水庫的水力滯留時間波動較小,全年的變化范圍分別為95~223 d和88~313 d;龍頸(上)水庫和龍?zhí)端畮斓乃魰r間在汛期(4—9月)較短且波動較小,在非汛期則相對較長,全年的變化范圍分別為58~2 398 d和60~1 364 d;湯溪水庫和公平水庫的情況剛好與前兩者相反,非汛期的水力滯留時間較短,汛期個別月份的水力滯留時間相對較長,全年的變化范圍分別為64~1 370 d和84~1 374 d(見圖3)。

        圖3 粵東地區(qū)6座大型水庫的水力滯留時間月變化示意

        湯溪水庫和龍?zhí)端畮斓目偭诐舛热甑淖兓秶鸀?.01~0.03 mg/L,其中湯溪水庫全年的波動較大,龍?zhí)端畮斓牟▌酉鄬^小,其最高值僅出現(xiàn)在6月份;龍頸(上)水庫和石榴潭水庫的總磷濃度全年的變化范圍為0.01~0.02 mg/L,其中龍頸(上)水庫的最高值同樣僅出現(xiàn)在6月份;公平水庫和青年水庫的總磷濃度全年的變化范圍為0.005~0.01 mg/L,兩座水庫的最低值分別僅出現(xiàn)在6月份和7月份(見圖4)。

        圖4 粵東地區(qū)6座大型水庫的總磷濃度月變化示意

        湯溪水庫的總氮濃度較高且波動較大,全年的變化范圍為0.63~1.44 mg/L。龍?zhí)端畮斓目偟獫舛热甑淖兓秶鸀?.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較小。其余4座水庫的總氮濃度相對較低,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)(見圖5)。

        圖5 粵東地區(qū)6座大型水庫的總氮濃度月變化示意

        湯溪水庫的葉綠素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較小。其余4座水庫的葉綠素a濃度相對較低,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)(見圖6)。

        圖6 粵東地區(qū)6座大型水庫的葉綠素a濃度月變化示意

        方差分析表明,粵東地區(qū)6座大型水庫的水溫和水力滯留時間不存在顯著差異,總磷、總氮和葉綠素a的濃度則存在顯著差異(見表1)。多元回歸分析結果顯示,粵東地區(qū)6座大型水庫水體中的葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時間、總氮濃度均無顯著相關(P>0.05),只與總磷濃度有顯著相關關系(P<0.05)(見圖7)。

        表1 粵東地區(qū)6座大型水庫各指標的方差分析結果

        圖7 粵東地區(qū)6座大型水庫葉綠素a濃度與水溫、水力滯留時間、總磷濃度、總氮濃度的關系

        3 討論

        根據(jù)水力滯留時間的長短可將水庫分為3種類型,分別為直流型(<15 d)、中等滯留時間(15~365 d)和長滯留時間(>365 d)[7],水力滯留時間是反映平流損失率的一個重要參數(shù),即水力滯留時間越短,平流損失率越大,反之平流損失率則越小[8]。一般認為,水力滯留時間對浮游植物增長率產(chǎn)生影響的閾值為 14 d[9],低于14 d時,高的平流損失率會大大抵消浮游植物的增長率,使水體中浮游植物的現(xiàn)存量維持在一個較低水平,高于14 d時,平流損失率對浮游植物現(xiàn)存量的影響較小,甚至可以忽略不計。本文研究的6座大型水庫均屬于中長滯留時間水庫(>15 d),且這6座水庫所處的粵東地區(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座大型水庫水體中葉綠素a濃度受水力滯留時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濃度與總氮濃度無顯著相關,只與總磷濃度顯著相關,這說明粵東地區(qū)6座大型水庫水體中浮游植物的生長主要受磷限制。浮游植物的生長需要氮、磷等多種營養(yǎng)元素,當水體中某種可利用營養(yǎng)鹽的濃度低于浮游植物的最低生長需求,或者以較快速度被消耗至較低濃度時,浮游植物的生長就會受其抑制,此時該種營養(yǎng)鹽就成為限制性因子[10]。Redfield定律認為,浮游植物細胞內組成的原子比為N∶P=16∶1[11],這一定律對一般水體中浮游植物的生長都是適用的,但由于在不同環(huán)境條件下不同種類的浮游植物對營養(yǎng)鹽的的吸收率有所差異,因此浮游植物生長所需的最佳氮磷比也不是固定值。有研究表明,當水體中氮磷比大于30 h,浮游植物的生長會受磷抑制,氮磷比小于8 h,則可能出現(xiàn)氮抑制,介于8~30之間為正常的波動范圍[12]?;洊|地區(qū)6座大型水庫水體中的氮磷比全年基本上都遠大于30,這也說明了這6座水庫均為磷限值型水體。實際上,在大多數(shù)淡水水體中磷是影響浮游植物生長繁殖及其現(xiàn)存量的主要限制性營養(yǎng)因子[13-15],因為水體中的磷有多種化學形態(tài),主要分為溶解態(tài)和顆粒態(tài),溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷又可分為無機和有機兩種形態(tài),這在其中只有溶解態(tài)無機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,無法滿足浮游植物的生長需要。

        4 結論與建議

        磷是影響粵東地區(qū)6座大型水庫水體中浮游植物生長繁殖及其現(xiàn)存量的主要因素,因此控制水庫流域內磷的輸入是防治水體富營養(yǎng)化的關鍵。政府相關部門可從生活污水、工業(yè)廢水、農業(yè)污染等外源磷的主要污染途徑入手,對流域內的污染源進行排查整治,如積極推進污水收集管網(wǎng)向偏遠村鎮(zhèn)延伸,并提高污水處理廠除磷工藝效率,實現(xiàn)農村生活污水集中處理再排放;加強對工業(yè)廢水排放的監(jiān)管力度,對排放不達標的工企業(yè)責令其落實整改,同時鼓勵工企業(yè)實施清潔生產(chǎn);大力發(fā)展綠色生態(tài)農業(yè),通過改進施肥(或灌溉)方式、使用新型復合肥料、科學種植等方式控制農業(yè)化肥施用量等,多措并舉,從源頭上削減磷的入庫量,保證水庫生態(tài)系統(tǒng)的良好運轉。

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