南太湖富营养化调查及评价*

2017-10-11晁爱敏于海燕周胜利张自力胡尊英

环境污染与防治 2017年9期

关键词：富营养化太湖断面

晁爱敏于海燕周胜利张自力胡尊英

(浙江省环境监测中心，浙江杭州 310015)

南太湖富营养化调查及评价*

晁爱敏于海燕周胜利张自力胡尊英#

(浙江省环境监测中心，浙江杭州 310015)

2009年4月至2010年4月，综合利用TN、可溶性无机氮(DIN)、叶绿素a(Chl-a)、透明度(SD)、TP和浮游植物等指标，通过参数法、综合营养状态指数法及浮游植物优势种法评价了南太湖富营养化水平。结果表明：(1)南太湖夹浦、新塘、小梅口、幻溇4个断面的TN质量浓度为1.80～2.53mg/L，TP质量浓度为0.08～0.11mg/L，DIN质量浓度为0.55～1.10mg/L，Chl-a质量浓度为6.4～19.2μg/L。(2)夹浦、新塘和小梅口3个断面的综合营养状态均为轻度富营养，幻溇断面为中营养。南太湖综合营养状态水平呈现出由西南向东北逐级递减的趋势。(3)南太湖的浮游植物优势种的演替过程为鱼腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→拟浮丝藻(Planktothricoides)，但均属于蓝藻。因此，浮游植物优势种法评价的南太湖富营养化水平为重富营养化，但该方法由于不确定性较大，一般只作为参考。

南太湖富营养化评价浮游植物优势种可溶性无机氮叶绿素a综合营养状态指数

Abstract: From April 2009 to April 2010,parameters of TN,DIN,Chl-a,SD,TP and phytoplanktons were monitored in South Lake Tai. Assessment of eutrophication was conducted using single parameter method,comprehensive trophic index method and dominant species of phytoplankton method. Result showed that:(1)TN mass concentrations were 1.80-2.53 mg/L,TP mass concentrations were 0.08-0.11 mg/L,DIN mass concentrations were 0.55-1.10 mg/L, and Chl-a mass concentrations were 6.4-19.2 μg/L for sampling sections of Jiapu,Xintang,Xiaomeikou and Huanlou. (2)The comprehensive trophic status of Jiapu,Xintang and Xiaomeikou was mild eutrophication while that of Huanlou mesotrophy,descending from southwest to northeast. (3)The dominant species of phytoplankton succession showedAnabeana→Microcystis→Planktothricoides,but they all belonged to blue algae. Therefore,dominant species of phytoplankton method is usually used as supplement due to its uncertainty.

Keywords: South Lake Tai; eutrophication assessment; dominant species of phytoplankton; DIN; Chl-a; comprehensive trophic index

南太湖位于太湖西南[1-2]，20世纪90年代初，其富营养化水平就已经是中营养至中富营养[3]13。近些年，由于南太湖相对于北太湖污染程度较轻[4-5],[6]2246,[7],[8]64，所以有关南太湖富营养化的报道并不多见[9],[10]22,[11-13]，且报道的时空跨度有限，不足以说明整个南太湖的富营养化现状。

磷是太湖富营养化程度的决定性因素，TP浓度决定了太湖藻类的最大生产力[14-15]，该指标被很多学者用来评估水体的初级生产力[16-17],[18]183。TN和TP可以反应水体的营养状态，可溶性无机氮(DIN)是藻类直接利用的氮源[19]，也被用来对湖泊富营养化程度进行分级[20-22]。不同营养状态湖泊中浮游植物种类差异很大，湖泊富营养状态与浮游植物优势种密切相关[18]181,[23]。本研究监测了南太湖主要的富营养化指标，并用参数法、综合营养状态指数法和浮游植物优势种法评价了水体营养状态，希望引起对南太湖富营养化现状及趋势的重视。

1 研究方法

1.1 样品采集与分析

本研究在整个南太湖区域布设了夹浦、新塘、小梅口、幻溇4个调查断面，每个调查断面在距岸0、1、3、5、10 km处布设采样点，调查断面及采样点分布见图1。由于夹浦断面距岸0 km和幻溇断面距岸0、5 km处湖底有大量水草，采样船无法到达，故未进行采样。

注：Za-1、Za-3、Za-5、Za-10分别表示夹浦断面距岸1、3、5、10 km的采样点；Zb-0、Zb-1、Zb-3、Zb-5、Zb-10分别表示新塘断面距岸0、1、3、5、10 km的采样点；Zc-0、Zc-1、Zc-3、Zc-5、Zc-10分别表示小梅口断面距岸0、1、3、5、10 km的采样点；Zd-1、Zd-3、Zd-10分别表示幻溇断面距岸1、3、10 km的采样点。

图1调查断面及采样点分布
Fig.1 Distribution of sampling sections and specific sites

样品采集时间为2009年4月至2010年4月，采样频次为1次/月。所有样品均采集表层水。

监测指标包括叶绿素a(Chl-a)、透明度(SD)、TN、TP、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。不同指标的样品采集与保存方法参照《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)和《水和废水监测分析方法》(第四版)(增补版)。

所有指标的分析方法参照《水和废水监测分析方法》(第四版)(增补版)。此外，浮游植物分类鉴定参考文献[24]、[25]。

1.2 富营养化评价方法

1.2.1 参数法

参数法评价富营养化的标准[26]如表1所示。各个断面的TP以每个采样点的年均值取平均进行评价；DIN以氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度之和计，评价时各个断面的DIN取每个采样点的夏季(6—8月)均值的平均值；各个断面的Chl-a均值为每个采样点的年均值取平均；各个断面的Chl-a峰值为所有采样点的年度监测数据最大值。

表1 参数法富营养化评价标准

1.2.2 综合营养状态指数法

综合营养状态指数法以Chl-a的营养状态指数为基准，其他有关营养状态的指标连同Chl-a进行加权求和[27]，计算公式如式(1)所示，评价标准见表2。

表2 综合营养状态指数法富营养化评价标准

(1)

式中：TLI为综合营养状态指数；TLIj为指标j的营养状态指数；Wj为指标j的权重；m为参与评价的指标个数。

指标j的权重根据式(2)计算。

(2)

式中：rj为指标j与Chl-a的相关系数，取值见表3。

本研究选择Chl-a、TP、TN、SD 4个指标计算综合营养状态指数，各指标的营养状态指数计算如下：

TLIChl-a=25.00+10.86lncChl-a

(3)

TLITP=94.36+16.24lncTP

(4)

TLITN=54.53+16.94lncTN

(5)

TLISD=51.18-19.40lncSD

(6)

式中:TLIChl-a、TLITP、TLITN和TLISD分别为Chl-a、TP、TN、SD的营养状态指数；cChl-a为Chl-a的质量浓度，μg/L；cTP、cTN分别为TP、TN的质量浓度，mg/L；cSD为SD，m。

表3 综合营养状态指数法各指标与Chl-a的相关系数

1.2.3 浮游植物优势种法

湖泊不同营养状态下浮游植物种类差异很大，浮游植物优势种法[18]181评价湖泊富营养化的标准见表4。

表4 浮游植物优势种法富营养化评价标准

2 结果与讨论

2.1 富营养化指标的空间分布

各断面的TN、TP、Chl-a通过各断面每个采样点的年均值取平均得到，各断面的DIN通过各断面每个采样点夏季(6—8月)均值取平均得到。TN、TP、DIN、Chl-a的各断面浓度如图2所示。4个断面的TN质量浓度为1.80～2.53 mg/L，由西向东总体呈逐渐递减趋势。4个断面TP质量浓度为0.08～0.11 mg/L，其中夹浦、新塘断面TP浓度基本相同，小梅口断面TP浓度最高，幻溇断面TP浓度最低，但各断面均超过了经济合作与发展组织(OECD)设定的湖泊富营养化限值(0.03 mg/L)。4个断面DIN质量浓度为0.55～1.10 mg/L，夹浦、新塘和小梅口断面的DIN浓度相差不大，但幻溇断面的DIN浓度明显低于其他3个断面。4个断面的Chl-a质量浓度为6.4～19.2 μg/L，由西向东呈逐渐递减趋势。

2.2 参数法富营养化评价

参数法富营养化评价结果如表5所示。4个断面的DIN评价结果均为重富营养。Chl-a峰值的评价结果表明，除幻溇断面为中富营养外，其他3个断面的评价结果也均为重富营养，与DIN的评价结果比较一致。TP的评价结果较DIN的评价结果略轻，总体处于富营养到重富营养水平。Chl-a均值的评价结果更轻，总体处于中营养到富营养水平。

DIN与Chl-a峰值的评价结果基本一致，其原因可能在于DIN是浮游植物优先利用的氮源，在藻类旺盛生长期DIN的浓度一定程度上能预示浮游植物的生长规模，具体反映在Chl-a峰值上。TP和Chl-a均值的评价结果分别较DIN和Chl-a峰值轻是因为TP浓度决定了太湖藻类的最大生产力，与Chl-a均值一样能基本反映太湖水体富营养化的平均水平，而DIN和Chl-a峰值更多体现的是太湖水体富营养化的极端状况。

图2 TN、TP、DIN、Chl-a浓度的空间分布Fig.2 Spatial distribution of TN,TP,DIN and Chl-a concentrations

断面DINTPChl-a均值Chl-a峰值夹浦重富营养重富营养富营养重富营养新塘重富营养重富营养富营养重富营养小梅口重富营养重富营养富营养重富营养幻溇重富营养富营养中营养中营养

2.3 综合营养状态指数法富营养化评价

由于参数法只能对每个参数进行单独评价，不能反映断面的综合营养状态，故采用综合营养状态指数法评价各断面富营养化水平。

由表6可见，夹浦、新塘和小梅口3个断面的综合营养状态指数法评价结果均为轻度富营养，而幻溇断面为中营养，其中小梅口和幻溇断面的评价结果与赵汉取等[10]23-24报道吻合。

表6 综合营养状态指数法富营养化评价结果

利用ArcGIS 9.0软件对南太湖各采样点的TLI进行Kriging插值分析，结果如图3所示。由图3可知，南太湖综合营养状态水平呈现出由西南向东北逐级递减的趋势。

图3 南太湖综合营养状态指数空间分布Fig.3 Spatial distribution of comprehensive trophic index in South Lake Tai

2.4 浮游植物优势种法富营养化评价

南太湖浮游植物优势种存在明显的季节演替，但所有演替的藻种均属于蓝藻，因此从浮游植物优势种法的评价结果看，南太湖处于重富营养化状态。浮游植物优势种法是一种生物方法，评价的不确定性较大，而且没有考虑生物量，所以评价结果往往偏重，通常只作为一种补充方法。但是，也从另一个角度说明，南太湖的富营养化有加剧的可能，不应忽视。南太湖浮游植物的具体演替过程为鱼腥藻(Anabeana)→微囊藻(Microcystis)→拟浮丝藻(Planktothricoides)。结合前期的资料，演替时段主要发生在3—4月和9—10月。鱼腥藻和拟浮丝藻均为丝状蓝藻，有固氮功能[25]，使得南太湖始终保持较高的富营养化状态[28]。

2.5 南太湖与北太湖的比较

北太湖主要包括竺山湖、五里湖和梅梁湾。研究表明，竺山湖富营养化水平为中富营养[8]67；五里湖和梅梁湾是北太湖富营养化程度最严重的湖区[3]13,[6]2246，为重富营养[29-33]。本研究综合营养状态指数法评价结果表明，南太湖营养状态处于中营养到轻度富营养，说明目前南太湖的富营养化水平仍然较北太湖轻，但从浮游植物优势种法的评价结果来看，南太湖富营养化程度有加剧的可能，应该引起重视。

3 结论

(1) 南太湖夹浦、新塘、小梅口、幻溇4个断面的TN质量浓度为1.80～2.53 mg/L，TP质量浓度为0.08～0.11 mg/L，DIN质量浓度为0.55～1.10 mg/L，Chl-a质量浓度为6.4～19.2 μg/L。

(2) 夹浦、新塘和小梅口3个断面的综合营养状态指数法评价结果均为轻度富营养，幻溇断面为中营养。南太湖综合营养状态水平呈现出由西南向东北逐级递减的趋势。

(3) 南太湖的浮游植物优势种从2009年4月至2010年4月的演替过程为鱼腥藻→微囊藻→拟浮丝藻，但均属于蓝藻。因此，浮游植物优势种法评价的南太湖富营养化水平为重富营养化，但该方法由于不确定性较大，一般只作为参考。

(致谢：感谢湖州市环境保护监测站的同志在南太湖现场调查中给予的帮助和支持。)

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