南四湖水質(zhì)空間分布特征研究

南四湖水質(zhì)空間分布特征研究

南四湖位于山東省西南部。它是由沒(méi)有明顯邊界的湖泊組成的，如南陽(yáng)湖、獨(dú)山湖、昭陽(yáng)湖和微山湖。南北長(zhǎng)約25公里，東西寬5.25公里，面積1666公里。2號(hào)公路。南四湖具有供水、防洪、排澇、灌溉、養(yǎng)殖及通航等多種功能,是我國(guó)華北最大的淡水湖,是山東省最重要的水源地和生物多樣性保護(hù)區(qū),也是南水北調(diào)東線工程重要的水源調(diào)蓄地。多年來(lái),南四湖水體水質(zhì)呈逐年惡化的趨勢(shì)。20世紀(jì)60年代,水質(zhì)以Ⅰ類為主;20世紀(jì)70年代,豐水期水質(zhì)為Ⅱ類、枯水期局部為Ⅲ類;20世紀(jì)80年代,水質(zhì)發(fā)展為Ⅲ—Ⅳ類;20世紀(jì)90年代,湖區(qū)大部分水體處于Ⅳ類水和富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài);21世紀(jì)初期,水質(zhì)以Ⅴ類為主,部分區(qū)域已演變成劣Ⅴ類。南四湖水質(zhì)平均每10年下降一個(gè)等級(jí),尤其是近年來(lái),隨著流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高,工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)田灌溉回流水使湖區(qū)中的有毒、有害物質(zhì)大量積累,水質(zhì)污染嚴(yán)重,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化有加重趨勢(shì)。針對(duì)這些水環(huán)境問(wèn)題,安文超等研究了南四湖及主要入湖河流表層沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附特征,發(fā)現(xiàn)沉積物具有向水體釋放磷的污染風(fēng)險(xiǎn)。劉恩峰等研究了南四湖流域表層沉積物重金屬形態(tài)組成及污染,發(fā)現(xiàn)中Cu、Cr、Pb、Zn、Mn、Ni等重金屬元素含量較高,當(dāng)沉積物環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí),結(jié)合態(tài)重金屬活化具有較大的污染風(fēng)險(xiǎn)。史可江等監(jiān)測(cè)南四湖水產(chǎn)品中鉛、鎘、砷、汞污染狀況,結(jié)果表明,水產(chǎn)品中4種重金屬元素含量均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)10倍以上。此外,還開(kāi)展了南四湖魚(yú)類物種多樣性研究。但對(duì)南四湖水體水氮、磷及葉綠素等的空間分布鮮有報(bào)道。1總氮、總磷及地區(qū)葉綠素的測(cè)定基于出入湖河流及污染物來(lái)源,結(jié)合湖泊形狀,將南湖劃分為4個(gè)湖區(qū)。2008年4月,采集南四湖各湖區(qū)水面下10、30和50cm處的混合水樣,取2.5L,置于低溫下避光保存。用部分原水樣測(cè)定總氮、總磷等;經(jīng)WhatmanGF/C膜過(guò)濾的水樣供溶解性氮、磷及銨態(tài)氮、生物可利用磷的分析,濾膜殘留物供葉綠素的測(cè)定。分析項(xiàng)目包括總氮(TN)、可溶性氮(DTN)、銨態(tài)氮(NH+4-N)、總磷(TP)、可溶性磷(DTP)、生物可利用磷(PO3-43?4-P)、pH、化學(xué)需氧量(CODMn)和葉綠素a(Chla)等,測(cè)定方法按湖富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范進(jìn)行,每個(gè)分析項(xiàng)目設(shè)置3個(gè)重復(fù)。2結(jié)果與討論2.1水體富營(yíng)養(yǎng)化的特征南四湖水體中TN濃度在各湖區(qū)的分布存在明顯的非均一性(表1)。從表1中可看出,南陽(yáng)湖水體TN平均濃度為6.94mg/L,顯著高于獨(dú)山湖(p=0.016)、昭陽(yáng)湖(p=0.011)和微山湖(p=0.012);其他3湖區(qū)水體TN平均濃度間無(wú)顯著差異(p>0.05)。南四湖水體TN濃度的非均質(zhì)分布與其周圍河流數(shù)量、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及居民生活污水排放等因素有關(guān)。據(jù)張祖陸等初步估算僅濟(jì)寧市城區(qū)及其所轄的10個(gè)縣級(jí)城市的造紙、食品、化工以及醫(yī)藥等企業(yè)排放的廢水及生活污水入湖量達(dá)到7357.31萬(wàn)m3、每年因土地和農(nóng)田等農(nóng)業(yè)面源污染輸入進(jìn)入南陽(yáng)湖的TN量約為1.12萬(wàn)t。獨(dú)山湖處在鄒城市和魚(yú)臺(tái)縣之間,且有白馬河、界河及東魚(yú)河等入湖河流,湖內(nèi)70%以上TN污染物是通過(guò)河道進(jìn)入的,水體中TN平均濃度為3.02mg/L,處于較高的污染水平。與南陽(yáng)湖、獨(dú)山湖相比,昭陽(yáng)湖與微山湖水體TN平均濃度相對(duì)較低,分別為1.22mg/L和1.29mg/L,可能與昭陽(yáng)湖與微山湖部分水域仍有大面積沉水植物(馬來(lái)眼子菜、苦草、輪葉黑藻等)、浮葉植物(荇菜、芡和菱等)及挺水植物(蓮、蘆葦和菰等)有關(guān),這些水生植物在生長(zhǎng)過(guò)程中,從環(huán)境介質(zhì)中吸收營(yíng)養(yǎng)鹽合成自身物質(zhì),顯著降低水體的TN濃度;此外,人類活動(dòng)對(duì)南四湖的影響日益加劇,尤其是1960年修建完成的二級(jí)壩,使南四湖實(shí)際成為上、下級(jí)人工湖,湖水流速緩慢、貯留時(shí)間增加,不利于湖內(nèi)污染物的擴(kuò)散,這些導(dǎo)致南陽(yáng)湖水體TN平均濃度顯著高于其他湖區(qū)的。水體中DTN和NH+4-N在各湖區(qū)的分布趨勢(shì)與TN的相似,即南陽(yáng)湖DTN平均濃度顯著高于獨(dú)山湖(p=0.014)、昭陽(yáng)湖(p=0.01)和微山湖(p=0.012),且其他3湖水體DTN平均濃度間無(wú)顯著差異(p>0.05)。南陽(yáng)湖水體NH+4-N平均濃度顯著高于昭陽(yáng)湖(p=0.025)和微山湖(p=0.03),但與獨(dú)山湖水體NH+4-N平均濃度間無(wú)顯著差異(p=0.098);獨(dú)山湖水體NH+4-N平均濃度與昭陽(yáng)湖、微山湖間無(wú)顯著差異(p>0.05);昭陽(yáng)湖水體NH+4-N平均濃度顯著低于微山湖水體的(p=0.034)。南四湖各湖區(qū)水體中TN、DTN和NH+4-N平均濃度皆超出水體富營(yíng)養(yǎng)化總氮臨界濃度值(0.2mg/L),表明南四湖水體水質(zhì)已處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。對(duì)南四湖采樣點(diǎn)水體TN與DTN和NH+4-N濃度之間進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明,水體TN與DTN和NH+4-N濃度之間均存在顯著的線性正相關(guān),方程DTN=0.9303TN-0.0739(r2=0.9968***,n=13)和NH+4-N=0.3188TN-0.1167(r2=0.8559***,n=13)能分別擬合水體DTN和NH+4-N濃度隨TN的變化趨勢(shì)。2.2湖水體tp分布與TN的分布規(guī)律相似,南陽(yáng)湖水體TP平均濃度為0.57mg/L,顯著高于獨(dú)山湖(p=0.018)、昭陽(yáng)湖(p=0.001)和微山湖水體(p=0.002);獨(dú)山湖水體TP平均濃度為0.16mg/L,顯著高于昭陽(yáng)湖(p=0.014),但與微山湖水體的無(wú)顯著差異(p=0.135);昭陽(yáng)湖和微山湖水體TP平均濃度分別為0.04mg/L和0.05mg/L,二者間無(wú)顯著差異(p>0.05)。南四湖各采樣點(diǎn)水體中TP濃度是湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化總磷臨界濃度值(0.02mg/L)的1.5～31倍,各湖區(qū)水體TP平均濃度分布差異與河流、土地利用類型、污染物排放及人類生產(chǎn)活動(dòng)等因素有關(guān)。據(jù)估算每年因工業(yè)廢水、生活污的水排放和農(nóng)業(yè)面源污染輸入進(jìn)入南陽(yáng)湖的TP量約為516.7t。另外,南四湖流域湖區(qū)居民利用南陽(yáng)湖、獨(dú)山湖等大水面發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè),餌料、魚(yú)類排泄物使得2湖區(qū)水體TP濃度升高。此外,湖泊水體中的沉水植物生長(zhǎng)繁茂,采集利用量較低,大量自然死亡后沉積、腐爛,釋放磷鹽。由于有以上這些因素的綜合作用,導(dǎo)致了南陽(yáng)湖水體TP濃度顯著高于其他湖區(qū)水體的。水體中DTP和PO3-43?4-P在各湖區(qū)的分布趨勢(shì)與TP的相似(表1)。南陽(yáng)湖DTP平均濃度為0.42mg/L,顯著高于獨(dú)山湖(p=0.035)、昭陽(yáng)湖(p=0.002)和微山湖(p=0.003),且其他3湖間水體DTP平均濃度無(wú)顯著差異(p>0.05)。南陽(yáng)湖水體PO3-43?4-P平均濃度為0.29mg/L,顯著高于獨(dú)山湖(p=0.047)、昭陽(yáng)湖(p=0.005)和微山湖(p=0.006),但其他3湖水體PO3-43?4-P平均濃度間無(wú)顯著差異(p>0.05)。對(duì)南四湖采樣點(diǎn)水體TP與DTP、PO3-43?4-P濃度之間進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明,水體TP與DTP、PO3--P濃度之間均存在顯著的線性正相關(guān),方程DTP=0.7912TP-0.025(r2=0.8714***,n=13)和PO3-43?4-P=0.535TP-0.0243(r2=0.9685***,n=13)分別能較好擬合水體DTP、PO3-43?4-P濃度隨TP的變化趨勢(shì),這與太湖的研究結(jié)果是一致的。2.3南四湖水質(zhì)特征參數(shù)分析南四湖各湖區(qū)水體中Chla平均濃度的分布呈現(xiàn)出較大的差異,南陽(yáng)湖水體Chla平均濃度最高,為12.4μg/L;微山湖水體的最低,其平均濃度為2.1μg/L;其他2湖區(qū)的則介于南陽(yáng)湖和獨(dú)山湖之間(表1)。水體葉綠素a濃度與藻種類、數(shù)量及生長(zhǎng)狀況有關(guān),與水環(huán)境質(zhì)量更是有著密切聯(lián)系。近年來(lái),由于南四湖流域內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽的大量輸入,導(dǎo)致了藻類的大量繁殖。對(duì)南四湖各采樣點(diǎn)水體中不同形態(tài)的氮、磷與葉綠素a進(jìn)行了相關(guān)分析,結(jié)果表明對(duì)數(shù)方程Chla=alogX+b能擬合葉綠素a濃度隨TN、DTN、NH+4-N、TP、DTP、PO3-4-P、COD濃度、pH及TN/TP比值的變化趨勢(shì),其相關(guān)參數(shù)a、b及r2值見(jiàn)表2。從表2中可以看出,南四湖水體葉綠素a濃度隨TN/TP比值和pH值的增加呈顯著的對(duì)數(shù)負(fù)相關(guān),與TN、DTN、NH+4-N、TP、DTP、PO3-4-P及COD濃度等水質(zhì)參數(shù)間呈顯著的對(duì)數(shù)正相關(guān),這與高玉榮研究結(jié)果是一致的。COD值反映了水體有機(jī)氮和有機(jī)磷的污染,在氨化細(xì)菌和磷酸酶的作用下,這些有機(jī)污染物易氧化分解并釋放出含氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽,以供水體藻類生長(zhǎng),從而導(dǎo)致藻類生物量及葉綠素a濃度的增加;南陽(yáng)湖水體COD平均值為8.6mg/L,高于其他3湖區(qū)水體的,這可能是南陽(yáng)湖水體Chla濃高于其他水體的原因之一。3水體水質(zhì)特征南四湖各湖區(qū)水體中不同形態(tài)氮、磷及葉綠素a濃