枯水期鄱阳湖及其滨湖水体氮磷等污染物分布与藻华风险研究
2015-12-07戴国飞张伟彭宁彦楼倩钟家有
戴国飞,张伟,彭宁彦,楼倩,钟家有
江西省水利科学研究院//江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室,江西 南昌 330029
枯水期鄱阳湖及其滨湖水体氮磷等污染物分布与藻华风险研究
戴国飞*,张伟,彭宁彦,楼倩,钟家有*
江西省水利科学研究院//江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室,江西 南昌 330029
在以往研究重点关注鄱阳湖主湖区水生态环境基础上,在枯水期对鄱阳湖及其滨湖水体等鄱阳湖邻近污染汇湖网络进行了氮磷等主要营养物质及浮游植物调查,并从全局角度对结果进行了主成分分析评价和藻华成因Pearson相关分析,为系统全面评估鄱阳湖整体水环境污染状况及藻华风险预警提供科学依据。得出主要结论如下:枯水期鄱阳湖及周边水体的营养盐浓度普遍偏高,如藻华关键指标因子总磷主湖区平均达到0.22 mg·L-1,“五河”平均为0.12 mg·L-1,鄱阳湖主湖区营养盐浓度如总氮和总磷总体呈现南高北低分布,如总磷南部平均0.29 mg·L-1,北部0.14 mg·L-1,可能主要受南部受污染较重的入湖支流赣江和饶河污染输入影响。主成分分析结果表明,枯水期湖泊型水体水质主要受总磷、总氮、温度及pH影响,上述指标值越高,主成分分析的水质评价结果越差;河流型水体则主要受总氮、氨氮、温度、pH和透明度影响。滨湖湖泊中柘林湖水质良好,对修河和鄱阳湖水质起较好的促进作用,入湖河流的中小河流如博阳河水质较“五河”水质好,“五河”中赣江和饶河污染尤为严重。枯水期鄱阳湖和艾溪湖均发生了蓝藻水华,微囊藻是鄱阳湖蓝藻水华的绝对优势种。对鄱阳湖蓝藻水华区水体毒素分析表明,其水体溶解性微囊藻毒素浓度达到了1.60 μg·L-1,其中MC-RR占蓝藻毒素总量的92.6%,MC-LR占5.2%,MC-YR占0.8%,其它类型毒素异构体约占1.4%,总体毒害风险尚不高。对数据进行相关分析表明,秋季高温气候、湖区高浓度的氮和有机物污染可能是该区域湖泊藻类增殖和水华暴发的主要成因。
鄱阳湖;滨湖水体;水污染;蓝藻水华;蓝藻毒素
鄱阳湖位于江西省的北部、长江中下游南岸,是我国第一大淡水湖。鄱阳湖流域主要包含赣江、抚河、信江、饶河、修河5大水系(简称“五河”)和博阳河、漳田河等较小河流,流域面积16.22万km2,约占长江流域面积的9%。受流域及长江来水双重影响,鄱阳湖水位每年 4─6月随流域洪水入湖而上涨,7─9月因长江洪水顶托或倒灌而壅高,10月稳定退水,逐渐进入枯水期。鄱阳湖水位年变幅高达10 m,呈现“洪水一片,枯水一线”的景象,具有典型的过水性、吞吐性、季节性特征。
近年来鄱阳湖水域面积逐年缩小,水土流失严重,加上不良的农业生产和土地利用方式、日益增多的工业污染排放,使入湖的营养物质(如氮、磷等)输入量增大,鄱阳湖水环境有日益恶化的趋势,湖区水体富营养化和蓝藻水华的风险也在不断攀升(王毛兰等,2008;胡春华等,2010)。湖泊富营养化是指湖泊水体中的营养盐过剩,由于接纳过多的氮、磷等营养性物质,使湖泊生产力水平提高(Smith等,1999)。它是由诸多物理因素(温度和光照)、化学因素(氮、磷、有机质、钙、铁和二氧化碳等)和生物量共同作用的结果,其中营养盐一般被认为是最重要的因素,营养盐负荷与生态系统生产力的关系也一直是该领域的研究重点(Smith等,2003;Sharma等,2011)。富营养化现象通常表现为藻类以及其他生物的异常繁殖,水体透明度和溶解氧等变化导致水质变坏,影响湖泊供水、养殖、娱乐等社会服务功能;水生植物的大量繁殖,加速湖泊淤积、沼泽化的过程。此外,富营养化蓝藻水华问题越来越受到公众和研究者的关注,其重要原因之一在于蓝藻毒素是一种潜在的致癌剂,对人体和动物的健康安全是个较大的威胁(Song等,2007;Peng等,2010)。因此遏制鄱阳湖水体富营养化发展趋势和藻类水华灾害,已逐渐成为该区域水资源安全战略及贯彻落实国务院《鄱阳湖生态经济区规划》所必须解决的重要社会和生态问题。
为全面了解鄱阳湖及周边入湖水体水污染状况和蓝藻水华风险,分析各类水体主要环境因子间的相互关系,本研究在以往研究重点关注鄱阳湖主湖区水环境基础上,在枯水期对鄱阳湖和周边众多入湖水体包括季节性和人工操控性通湖湖泊、“五河”、滨湖区间河流、城市蓄水湖泊等等鄱阳湖污染汇湖网络进进行了全面系统的水质(主要为氮磷等污染物)和浮游植物调查,并从全局角度对结果进行了主成分分析评价和藻华成因Pearson相关分析,为系统全面评估鄱阳湖整体水环境污染状况及藻华风险预警提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究对象
于2012年10月20日─11月25日对鄱阳湖(处于枯水季节除主航道外鄱阳湖采样点平均水深<1 m)及滨湖区共20个不同点位的水体进行了表层水样及浮游植物样品采集。具体采样点位如图1所示,鄱阳湖主湖区设置了6个采样点,由南往北分别为6号点(南矶山附近),1号点(鄱阳湖南区),2号点(蛇山附近),3号点(松门山附近),4号点(鄱阳湖入江水道口),5号点(屏峰山附近);滨湖湖泊点位:7号点为艾溪湖,8为联圩池,9为大湖池,10为柘林湖,12为蓼花池,14为鄱阳东湖,15为军山湖;鄱阳湖小型入湖河流点位:11为博阳河,13为徐埠港;“五河”入湖口采样点位:16为赣江(南支),17为修水,18为饶河,19为信江,20为抚河。水样采集使用2 L有机玻璃采水器于水面下0.5 m处采集。水样采集后分装于消毒过的聚乙烯瓶中,加入保存剂后4 ℃保存。现场采用便携式多参数水质分析仪(YSI EXO, YSI Company, USA)测定水温、透明度、溶解氧等常规参数,同时取1 L水样用鲁哥试剂(浓度约1.5%)固定用于浮游植物定量测定。
图1 鄱阳湖及周边河湖水体采样点分布图Fig. 1 The sampling sites in Poyang Lake together with rivers or lakes around
1.2 研究方法
各类水质指标包括叶绿素 a、硝态氮、氨氮、高锰酸盐指数和总磷等均采用国标法进行测定。在部分肉眼可视蓝藻水华区域还对溶解性微囊藻毒素进行了测定,原水用0.45 μm滤膜过滤后-20 ℃保存,72 h内用ELISA法直接稀释测定,该方法具体操作步骤请参考雷腊梅等(2004)(Lei等,2004)的文献报道。浮游植物定性样品用 25号浮游生物网捞取,加入 4%福尔马林溶液固定保存后用于种类鉴定和分析;定量样品用2 L采水器采集表层水样1 L,加入15 mL鲁格试剂固定保存。定量样品在实验室静置48 h后浓缩至30 mL,取0.1 mL均匀样品于浮游植物计数框,在显微镜下进行种类鉴定和细胞计数。浮游植物计数鉴定采用血球计数板法,鉴定方法参考《中国淡水藻类:系统、分类及生态》(周凤霞等,2010)和《淡水微型生物图谱》(胡鸿钧等,2006)。优势种由 Mcnaughton指数 Y确定,Y=(ni/N)fi,ni为第i种藻类的细胞数,N为样品中所有藻类的总细胞数,fi为第i种藻类在各样点出现的频率,取优势度指数Y>0.02的藻类定为优势种(Mcnaughton,1967)。
数据统计分析采用SPSS 19软件完成,其中主成分分析简略过程如下:先对调查数据进行方差分解和主成分提取,主成分的提取情况和主成分因子载荷如表1和表2所示。根据表1的结果,前4个主成分的特征值均大于 1,提供了原有信息的84.15%,基本满足因子选取的原则,说明前4个主成分可以很好反应鄱阳湖水质原始数据信息。为揭示鄱阳湖各样地的污染程度,根据主成分得分和各主成分对应的旋转后方差贡献率的积之和计算得出各采样点水质污染综合得分(图4),得分越大表明水体污染越严重。Pearson系数相关性检验中当P<0.05认为显著差异,P<0.01为极显著差异。
表1 各河湖水体水质参数主成分分析结果Table 1 The statistic results of principal component analysis in lakes and rivers sampling sties
2 结果与讨论
2.1 鄱阳湖及入湖水体营养盐状态
2.1.1 鄱阳湖与入湖支流污染物分布
在水体总氮方面(见图2),鄱阳湖枯水期平均浓度达到了 2.35 mg·L-1,变化范围为 1.06~5.75 mg·L-1,其中南半湖区(1,2,6号点)平均浓度3.28 mg·L-1,大幅高于北半湖区(3,4,5)的平均浓度1.43 mg·L-1。从图1中我们也可以看到,从南部点位到北部点位(6-1-2-3-4-5)鄱阳湖总氮有非常明显的递减趋势。从鄱阳湖入湖河流的总氮分布可以看出,鄱阳湖总氮污染主要来自南半湖区,赣江(2.92 mg·L-1)、饶河(2.91 mg·L-1)、抚河(1.69 mg·L-1)等南部入湖支流总氮浓度均明显高于北部湖区的修水(1.18 mg·L-1)、博阳河(0.70 mg·L-1)等支流。由于水位关系该季节鄱阳湖区湿地植被尚未大面积发育,其对总氮吸收去除作用较为有限,因此微生物降解作用可能是总氮浓度南北方向梯度下降的主要原因,吴兰等(2011)的研究表明鄱阳湖水体微生物群落多样性高,对各类营养盐有较好的净化作用,是维持鄱阳湖水体自我净化能力的基础保障。除 6号尾闾区点位外,鄱阳湖其他点位氨氮的空间分布总体与总氮相似,其平均浓度为 0.66 mg·L-1。上述结果表明,外源污染是鄱阳湖氮类污染物的主要特征,其来源主要自南部入湖支流。
图2 各采样点位总氮与氨氮浓度分布图Fig. 2 The TN and NH3-N concentration in all the sampling sites
表2 各河湖水体主成分分析因子载荷表Table 2 Component matrix of principal component analysis in lakes and rivers sampling sties
枯水期鄱阳湖总磷平均浓度为0.22 mg·L-1,变化范围为0.07~0.34 mg·L-1(图3)。同期的“五河”总磷平均浓度为0.12 mg·L-1,变化范围为0.03~0.29 mg·L-1,小型入湖河流的总磷值平均为0.02 mg·L-1。鄱阳湖主湖区总磷的空间分布总体与总氮类似,呈现南高北低的状态,总磷南部平均0.29 mg·L-1,北部0.14 mg·L-1,外源污染作用较为明显。已有水文和降雨等资料显示(徐德龙等,2001;李志军等,2011),鄱阳湖“五河”流域面积占鄱阳湖总流域总面积84.5%,枯水期水资源量比例赣江∶抚河∶信江∶饶河∶修水≈5.9∶1.3∶1.8∶1.1∶1,将“五河”按水量-污染物浓度模型计算可得鄱阳湖理论总磷浓度约为0.19 mg·L-1,若计入其它污染较轻的支流其理论浓度可能更低。但实际监测显示(见图3)鄱阳湖主湖区大部分点位总磷浓度都超过了该理论外源污染计算浓度,也大于同期大部分“五河”及小型河流输入的源水浓度,表明“五河”监测断面以下滨湖带沿岸区域含磷污染物的直排可能在鄱阳湖总磷贡献中起着重要作用。“五河”监测断面以下的部分城市,如南昌等地均存在大量工业生产及居民密集生活区,若不对排放的污染物加以严格净化控制,其污染物直接排放进入鄱阳湖主湖区将对鄱阳湖水体产生快速直接的污染效果。此外,枯水期鄱阳湖水位较低,水流冲刷作用、风浪搅动作用也将加快鄱阳湖水体沉积物磷的释放;枯水季节有利于人员挖沙作业,浅水湖区大量采沙行为和机动船的频繁运输往来等人为活动也加剧了湖泊底泥磷的扩散;同时夏季高温季节,鄱阳湖浮游植物大量生长并吸收溶解性无机磷,到秋冬枯水季节通过内源呼吸和自然死亡,磷又从藻类生物量返回到溶解态和颗粒态有机磷及溶解态无机磷,上述多种因素使得枯水期鄱阳湖主湖区总磷处于较高水平(李小亮等,2006)。湖区平均化学需氧量为2.76 mg·L-1,变化范围为2.05~4.71 mg·L-1,5大支流平均化学需氧量为2.23 mg·L-1,变化范围为1.68~2.90 mg·L-1,小型河流平均为3.20 mg·L-1,主湖区各点位的化学需氧量与各个入湖支流总体接近,且空间分布未明显呈现出氮磷南高北低的分布格局,可能原因是各大入湖支流排入的有机污染物在入湖前已经降解为较为稳定的有机化合物单元,进入主湖区后因难以进一步降解而呈各区域分布均衡的状态。
2007年同期枯水期鄱阳湖相似点位的水环境调查数据显示,其总氮平均浓度为 1.33 mg·L-1(0.16~3.32 mg·L-1),总磷平均浓度为 0.10 mg·L-1(0.01~0.23 mg·L-1)(胡春华等,2010),与本研究2012年调查数据比较可以明显看到2007─2012年间鄱阳湖水体主要营养盐污染呈现了快速上升的趋势,应当引起政府部门的重视并采取合适措施遏制该趋势继续发展。
2.1.2 滨湖区湖泊污染现状
鄱阳湖滨湖区湖泊作为污染物中间蓄积转运池,其污染物会随着人工水文操控及季节水位变化最终转移汇入鄱阳湖,因此其污染现状对鄱阳湖未来水质变化也起着潜在的影响作用。按功能和污染程度大致分为4类:(1)以艾溪湖(S1)和鄱阳东湖(S8)为代表的城市湖泊,其水质主要受城市生活污水影响,典型的特征是水体总磷含量较高(分别达到0.38和0.20 mg·L-1)。其它营养盐如总氮和COD也较其它类型湖泊含量高,属于鄱阳湖周边典型重度污染水体,与鄱阳湖重污染南区水平接近,对未来鄱阳湖水质起负面恶化影响为主。(2)以蓼花池(S6)和联圩池(S2)为代表的农业灌溉水体,其水质主要受周边农田营养盐及水土流失影响,其氮、磷等营养盐水平较城市湖泊低,与鄱阳湖北部主湖区水体营养盐水平相近。(3)以大湖池(S3)和军山湖(S9)为代表的鄱阳湖边缘水体,该类型水体丰水期与鄱阳湖主湖区或联为一体,或水体交换通畅(依鄱阳湖水位高低变化程度不一),到枯水期其与鄱阳湖主湖区分离,水质主要受周边人为开发和水分蒸发影响。从图1和图2可以看到,大湖池枯水期总氮含量异常高,水体有机物污染(COD)也处于所有调查湖泊的最高位,其可能原因为大湖池周边大量农田在秋收后田内土壤中营养物缺乏农作物等植物的固定作用而大量流失直接进入湖体。该类型湖泊数量众多(初步实地调查数量在150个以上)且污染物不需要中间汇流渠道可直接进入鄱阳湖主湖区,对鄱阳湖未来水质影响也最为直接,因此其环境现状及人为开发影响尚需进一步深入研究。(4)以柘林湖(S4)为代表的滨湖净化蓄水湖泊,柘林湖水质优良,水体氮磷等营养盐处于较低水平,对鄱阳湖5大入湖支流之一“修水”中的污染物起到了非常好的净化效果,使修水成为5大支流中平均营养盐浓度最低的分支,柘林湖对鄱阳湖水质起着积极的健康促进作用(刘慧丽等,2013)。
2.2 湖泊与河流水体主成分分析与评价
为了更深入了解鄱阳湖及滨湖区河湖水体特征污染因子及水体综合污染程度,分别对湖泊型水体与河流型水体各选取水体 10项理化指标参数进行主成分分析与评价(具体理化指标包括总氮、氨氮、化学需氧量、总磷、叶绿素a、透明度、温度、pH、溶解氧和电导率),具体分析过程可参考附件补充信息。湖泊型水体(鄱阳湖与周边湖泊)的主成分提取结果表明,鄱阳湖及周边湖泊枯水期水质主要受总磷、总氮、温度及pH影响(主成分选取的原则为主成分累积贡献度>85%,且水质参数如总氮的载荷量与对应主成分的相关系数绝对值超过0.8),上述水质参数指标值越高,水质的主成分分析评价结果越差。总磷和总氮作为鄱阳湖主要外源输入污染物,其浓度高低不仅会直接影响水质,还可以通过营养盐作用促进湖泊藻类的大量生长繁殖,进而影响湖泊水质其它各项参数(张宁红等,2009)。而湖泊水体水温的升高将使底泥营养盐如氮磷的释放量加大,对水质也将产生负面影响。对于河流型水体主成分提取显示,河流水体水质主要受总氮、氨氮、温度、pH和透明度影响。相比湖泊水体,鄱阳湖周边河流型水体受人工干扰如工矿业酸水排放更为严重和直接,其水质变化大(特别表现在水体pH差异),不稳定因素更多。
为了进一步评价湖泊和河流水质污染程度,我们通过对十项水质理化指标SPSS主成分分析最终得到了各水体综合评价得分,得分值越高(有正负得分,正得分越高水质越差,负得分越高水质越好),表明该水体水质受污染的程度越重。图4a的湖泊型水体分析结果表明,在湖泊型水体中柘林湖水质最为优良,其作为修水中段人工拦截水体,较好地保障了修水及鄱阳湖入湖水质的安全,于2012年被列入首批国家良好湖泊保护示范湖泊。污染较为严重的有鄱阳湖边缘水体大湖池及鄱阳湖南矶附近,其次为城市湖泊艾溪湖和鄱阳东湖。图 4b的河流型水体分析结果显示,在鄱阳湖5大入湖支流中,修水水质最佳,柘林湖位于修水中上游,起到了明显的水源净化涵养作用。污染较为严重的大型支流是赣江(南支)和饶河。赣江流域面积最为广阔,周边城市如南昌等大量工业排污可能是其污染的主要来源,饶河主要受沿岸矿山开采造成的水土流失及酸性重金属废水污染影响。小型入湖河流博洋河及徐埠缸水质均较好,其沿岸带经济均较不发达,污染源相比大型河流少。污染程度较重的赣江和饶河其入鄱阳湖水道主要位于鄱阳湖南部区域(赣江同时有支流往鄱阳湖北部注入),且二者流量在5大支流中流量占60%以上,是枯水期鄱阳湖主要水量来源,其大量高浓度污染物输入是导致鄱阳湖南部区域污染物浓度高于北部区域的重要原因,是鄱阳湖主要污染物呈现“南高北低”总体分布的主要形成因素。
图4 湖泊型水体(n=13)(a)与河流型水体(n=7)(b)主成分分析结果评分Fig. 4 Scores of comprehensive pollution principal component in (a) lake(n=13) and (b) river(n=7) sampling sites
图5 湖泊型水体综合富营养化指数分布Fig. 5 Comprehensive nutrition state index in all lake sampling sites
2.3 枯水期湖泊藻类数量分布与潜在风险
枯水期各个湖泊和鄱阳湖不同点位的综合富营养化指数如图5所示,其总体趋势与图4水质主成分评价结果较为一致。13个调查点位中有8个达到了富营养化水平(综合富营养化指数≥50)。鄱阳湖共6个点位中有4个达到富营养化水平,其余2个也十分接近。此外该区域的秋季高温少雨气候为蓝藻水华暴发提供了优良的外部条件。上述结果表明鄱阳湖及周边湖泊枯水期藻类水华风险均较高,面临的水生态安全形势比较严峻。枯水期各湖泊水体藻类细胞密度如图6所示,鄱阳湖各个点位的藻类细胞均较高,且藻类鉴定表明其优势种主要为蓝藻(包括微囊藻、席藻和鱼腥藻等),将对湖区周边县市的饮用水安全带来了一定风险。主湖区南部区域由于营养盐浓度较高,藻类源发性过量增殖是1号和6号点藻类超标(2×107cells·L-1)的主要原因。由于水流由南向北运动,在北部营养盐浓度偏低情况下大量南区飘来的藻类在北区堆积,导致北部部分点位如4和5号点藻类细胞密度较高。其中有3个点位肉眼可见明显的水华藻类堆积情况,分别为艾溪湖和鄱阳湖南北两个点位。艾溪湖水华优势种有鱼腥藻(36%)和平裂藻(28%),鄱阳湖水华优势种中微囊藻占绝对优势,其南北二点位蓝藻细胞数量分别占总数的85%和97%。本研究特别对蓝藻水华较为严重的鄱阳湖6号点进行了水体蓝藻毒素分析,结果显示其溶解性微囊藻毒素浓度达到了 1.60 μg·L-1,其中 MC-RR占蓝藻毒素总量的92.6%,MC-LR占5.2%,MC-YR占0.8%,其它类型异构体占 1.4%。由于毒性较高的毒素异构体MC-LR水体含量较低,全部毒素换算为标准MC-LR毒性浓度约为0.37 μg·L-1,因此本次蓝藻水华毒害风险总体相对不高(Dawson,1998;Carmichael,1994;Kuiper等,1999),但依然需要加以警惕(部分区域微囊藻种群可能会以产MC-LR的毒株为主,区域性毒素MC-LR超标可能性依然存在)。
图6 各采样点藻类细胞密度分布与三水华样点藻类优势种分布Fig. 6 The algae cells density in all sampling sites and the dominant species in three blooming sampling sites
我们对同期各个湖泊点位的水质参数做了person相关分析(SPSS 19)(表3),结果表明该季节藻类的增殖暴发(叶绿素a代表藻类含量)与水温(相关系数0.936,0.01置信水平上显著相关)、总氮(相关系数0.887,0.05置信水平上显著相关)及有机污染物含量(即化学需氧量,相关系数0.885,0.05置信水平上显著相关)显著相关,说明枯水期鄱阳湖及滨湖区湖泊藻类生长及蓝藻爆发可能主要受气温变化及水体污染物总氮和有机污染物影响。同时水温还与总磷及化学需氧量显著相关,表明在高温环境下该区域湖泊总磷和有机污染物会加快释放排入水体中,从而有助于藻类大量吸收营养物快速增殖。研究表明蓝藻的最佳生长温度高于其它藻类,铜绿微囊藻的最佳生长温度在 25 ℃以上,明显高于硅藻和绿藻等其它藻类,因此夏秋季节的高温天气易引发以微囊藻为优势种的湖泊蓝藻水华(Chen等,1998;Robarts等,1987)。同时在相同的营养盐限制条件下,蓝藻表现出的对营养盐竞争适应能力也比其它藻类强,这也是湖泊蓝藻水华频繁发生的重要原因之一(Fujimoto等,1997)。环境中大量有毒有机污染物进入湖泊水体(比如文献报道(胡春华等,2010)鄱阳湖地区有大量有机污染物流入),干扰破坏了湖泊原有的正常食物链结构,对大量有机毒物敏感的浮游动物起到杀灭抑制作用,从而减轻了对浮游藻类的摄食压力,为藻细胞的过度繁殖提供了有利的外部条件(孔繁翔等,2011;刘征涛等,2005)。但不同点位蓝藻水华的成因可能存在差异,具体成因可能更为复杂尚需要进一步深入研究。
表3 湖泊型水体环境参数间的pearson相关系数Table 3 Pearson correlations between environmental factors in the lake sampling sites
CARMICHAEL W W. 1994. The toxins of cyanobacteria [J]. Scientific American, 270(1): 78-86.
CHEN Y W, GAN X Y. 1998. Study on variations in spatial and temporal distribution of Microcystis in Northwest Taihu. Lake and its relations with light and temperature [M]//CAI Qiming. Ecology of Taihu Lake. Beijing: China Meteorological Press: 142-148.
DAWSON R M. 1998. The toxicology of microcystins [J]. Toxicon, 36(7): 953-962.
FUJIMOTO N, SUDO R, SUGIURA N, et al. 1997. Nutrient-limited growth of Microcystis aeruignosa and Phormidium tenue and competition under various N: P supply ratios and temperatures [J]. Limnology and Oceanography, 42(2): 250-256.
KUIPER G T, FALCONER I, FITZGERALD J. 1999. Human health aspects [M]//CHORUS I, BARTRAM J. Toxic Cyanobacteria in Water, A Guid to Their Public Health Consequences, Monitoring and Management. London and New York: E & FN Spon: 113-153.
LEI L M, WU Y S, GAN N Q, et al. 2004. An ELISA-like time-resolved fluorescence immunoassay for microcystin detection [J]. Clinica Chimica Acta, 348(1-2): 177-180.
MCNAUGHTON S J. 1967. Relationship among functional prosperitiesof California grassland [J]. Nature, 216(5111): 168-169.
PENG L, LIU Y M, CHEN W, et al. 2010. Health risks associated with consumption of microcystin-contaminated fish and shellfish in three Chinese lakes: Significance for freshwater aquacultures [J]. Ecotoxicology and environmental safety, 73(7): 1804-1811.
ROBARTS R D, ZOHARY T. 1987. Temperature effects on photosynthetic capacity, respiration, and growth rates of bloom-forming cyanobacteria [J]. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Rearsch, 21: 391-399.
SHARMA N K, TIWARI S P, TRIPATHI K, et al. 2011. Sustainability and cyanobacteria (blue-greenalgae): facts and challenges [J]. Journal of Applied Phycology, 23(6): 1059-1081.
SMITH V H, TILMAN G D, NEKOLA J C. 1999. Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems [J]. Environmental Pollution, 100(1-3): 179-196.
SMITH V H. 2003. Eutrophication of freshwater and coastal marine ecosystems-A global problem [J]. Environmental Science and Pollution Research, 10(2): 126-139.
SONG L R, CHEN W, PENG L, et al. 2007. Distribution and bioaccumulation of microcystins in water columns: A systematic investigation into the environmental fate and the risks associated with microcystins in Meiliang Bay, Lake Taihu [J]. Water Research, 41(13): 2853-2864.
胡春华, 周文斌, 王毛兰, 等. 2010. 鄱阳湖氮磷营养盐变化特征及潜在性富营养化评价[J]. 湖泊科学, 22(5): 723-728.
胡鸿钧, 魏印心. 2006. 中国淡水藻类——系统、分类及生态[M]. 北京:科学出版社.
孔繁翔, 宋立荣. 2011. 蓝藻水华形成过程及其环境特征研究[M]. 北京:科学出版社: p42-43.
雷腊梅, 甘南琴, 张小明, 等. 2004. 三种检测微囊藻毒素的ELISA方法比较研究[J]. 高技术通讯, 14(7): 89-92.
李小亮. 2006. 浅水湖泊氮磷转化规律的数值研究[D]. 江苏: 河海大学.
李志军. 2011. 鄱阳湖水资源保护规划研究[J]. 人民长江, 42(2): 51-55.
刘慧丽, 廖兵. 2013. 柘林湖湖泊生态环境问题及保护对策[J]. 江西科学, 31(1): 48-52, 128.
刘征涛. 2005. 持久性有机污染物的主要特征和研究进展[J]. 环境科学研究, 18(3): 93-102.
王毛兰, 周文斌, 胡春华. 2008. 鄱阳湖区水体氮、磷污染状况分析[J].湖泊科学, 20(3): 334-338.
吴兰, 葛刚, 龚世杰, 等. 2011. 鄱阳湖老爷庙水域细菌群落组成分析[J].长江流域资源与环境, 20(8): 963-969.
徐德龙, 熊明, 张晶. 2001. 鄱阳湖水文特性分析[J]. 人民长江, 32(2): 21-22.
张宁红, 黎刚, 郁建桥. 2009. 太湖蓝藻水华暴发主要特征处析[J]. 中国环境监测, 25(1): 71-74.
周凤霞, 陈剑虹. 2010. 淡水微型生物图谱[M]. 北京: 北京工业出版社.
Study on Distribution of N and P Pollutants and Risk of Cyanobacteria Bloom in Poyang Lake and Waters around the Lake during Drought Periods
DAI Guofei, ZHANG Wei, PENG Ningyan, LOU Qian, ZHONG Jiayou
Jiangxi Provincial Key Laboratory of Water Resources and Environment of Poyang Lake, Jiangxi Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China
The water quality and phytoplankton in Poyang Lake and waters around the lake, which including fiver major rivers in Jiangxi, were investigated during drought periods were investigated. Data were analyzed systematically with principal component analysis and Pearson's correlation. The results demonstrated that nutrient content such as TN and TP in the water was high in both Poyang Lake and waters around it. Average TP in Poyang Lake and five major rivers reached 0.22 and 0.12 mg·L-1respectively. TN and TP in the south region of Poyang Lake was higher than in the north due to mainly polluted inflow from Ganjiang River and Rao River. Average TP in the south region was 0.29 mg·L-1and was only 0.14 mg·L-1in the north. The results of principal component analysis demonstrated that water quality in the lakes was mainly affected by TP, TN, temperature and pH. And water quality of inflowing rivers was mainly affected by TN, NH3-N, temperature, pH and water clarity. The water quality of Zhelin Lake was the finest of all the lakes and it has the function of purifying the water of Xiu River water before it went into Poyang Lake. Water quality in small rivers was much better than the five major rivers especially the heavily polluted Ganjiang River and Rao River. Cyannobacteria bloom broke out in both Aixi Lake in Nanchang and Poyang Lake during the dry season, and the dominant species in the bloom of Poyang Lake was Microcystis. The microcystins concentration in the blooming waters of Poyang Lake reached 1.60 μg·L-1, including MC-RR (92.6%), MC-LR (5.2%), MC-YR (0.4%) and other mirocystin variant (1.4%), indicating a relatively low cyanobacterial toxin risk. The high temperature of autumn, high TN and COD content were probably the main cause of the cyanobacteria bloom.
Poyang Lake; waters around Poyang Lake; water quality; cyanobacteria bloom; microcystin
10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.018
X52
A
1674-5906(2015)05-0838-07
戴国飞,张伟,彭宁彦,楼倩,钟家有. 枯水期鄱阳湖及其滨湖水体氮磷等污染物分布与藻华风险研究[J]. 生态环境学报, 2015, 24(5): 838-844.
DAI Guofei, ZHANG Wei, PENG Ningyan, LOU Qian, ZHONG Jiayou. Study on Distribution of N and P Pollutants and Risk of Cyanobacteria Bloom in Poyang Lake and Waters around the Lake during Drought Periods [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 838-844.
国家自然科学基金项目(31400405);中国博士后科学基金面上资助项目(2014M561875);江西省水利科技项目(KT201103;KT201307)
戴国飞(1985年生),男,博士,从事湖泊富营养化研究。E-mail: daiguofei1985@126.com *通信作者:戴国飞*通信作者:钟家有(1966年生),男,研究员,博士,主要研究方向为湖泊水污染控制。E-mail: jiayou@jxsl.gov.cn
2015-01-16