泼河水库的水质变化特征及富营养化评价

杨东辉　吴坤杰　袁　伟　沈绍营　汪海洋

（1.信阳农林学院　水产学院　河南　信阳　4640002）（2.信阳市现代渔业生物工程技术研究中心　河南　信阳　464000）（3.信阳泼河水库管理站　河南　信阳464000）（4.信阳市新县水利局水产站）



泼河水库的水质变化特征及富营养化评价

杨东辉1,2吴坤杰1,2袁伟3沈绍营3汪海洋4

（1.信阳农林学院水产学院河南信阳4640002）（2.信阳市现代渔业生物工程技术研究中心河南信阳464000）（3.信阳泼河水库管理站河南信阳464000）（4.信阳市新县水利局水产站）

摘要：为了明确泼河水库氮磷的分布特征及其富营养化水平现状，笔者根据2012年9月至2013年9月对泼河水库的监测数据，分析了泼河水库氮磷分布特征，并应用综合营养状态指数法对研究水域富营养化现状进行了评价与分析。结果表明：（1）泼河水库氮磷分布呈夏季高、春季次之、冬季最低的特征；（2）泼河水库营养状态为中营养。

关键词：泼河水库；综合营养状态指数；氮磷；富营养化

E-mail:dhy5735@sohu.com

水体富营养化主要是由于水体接纳过量的营养盐（如氮、磷等），导致浮游植物大量生长繁殖的过程。由于发展快、危害大、治理难、恢复慢，水体富营养化问题已被列入全球性的水污染问题。据统计，中国大部分水库已发生了不同程度的富营养化现象，且多处于中富营养化水平，严重影响了水库的供水安全和水库的水产品质量安全。为了保证人类的饮用水安全、水产品质量安全及湖泊水库的合理开发利用，对湖泊水库的富营养化状态及防治政策的研究是十分必要的。尽管国内外很多学者已经对各大湖泊水库的富营养化机理及防治政策做了较为深入的研究。但由于各地方湖泊水库的富营养化程度不同、污染源和水文条件不同，其富营养化防治策略也不尽相同，因此，对各地方湖泊水库的富营养化状态、污染源及防治策略进行研究，为地方饮用水资源安全防护政策提供重要的理论依据是当务之急。

泼河水库位于河南省东南部新县和光山两县交界处，流域25.6平方公里，其中水域面积11.8平方公里，是河南光山和潢川两县人民的饮用水水源。本文用中国环境监测总站推荐的综合营养状态指数（TLI）法来评价泼河水库的富营养化状态，并分析泼河水库氮磷等水质指标的时空变化特征，为泼河水库的水资源保护和合理开发利用提供理论依据和数据支撑。

1　材料与方法

1.1采样

设置6个采样点，于2012年10月至2013年9月，在春季（5月）、夏季期（8月）、秋季（11月）和冬季（2月）四次采样，采样分布如图1所示。采样按《水和废水监测分析方法》（第4版）相关规定进行。

图1　泼河水库采样点分布图

1.2理化指标测定

chl.a、TP、TN、CODMn和SD等指标均按照《水和废水监测分析方法》（第4版）的方法进行测定。

2　结果与分析

2.1泼河水库降雨量的季节变化和TN、TP、chl.a与CODMn的时空变化特征

2.1.1泼河水库降雨量的季节变化

由图2可见，泼河水库降雨量呈现明显的季节变化，降雨量从高到低的顺利为：夏季、春季、秋季和冬季。

2.1.2泼河水库TN、TP、chl.a和CODMn的时空变化特征

由图3可见，泼河水库夏季的TN明显高于其他季节。除采样点3外，春季其他采样点的TN都高于秋季和冬季。除采样点2外，秋季其他采样点的TN都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季TN的均值分别为：0.61mg/L、0.44mg/L、0.32mg/L和0.22mg/L，所以泼河水库的TN具有明显季节变化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由图4可见，除采样点6外，泼河水库夏季其他采样点的TP都高于其他季节。除采样点1外，春季其他采样点的TP都高于秋季和冬季。秋季各采样点的TP都高于冬季。夏季、春季、秋季和冬季TP的均值分别为：0.031mg/L、0.024mg/L、0.018mg/L和0.003mg/L，所以泼河水库的TP具也有明显季节变化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由图5可见，泼河水库夏季的chl.a明显高于其他季节；除采样点2和3外，春季其他采样点的chl.a都高于秋季和冬季；秋季所有采样点的chl.a都高于冬季；夏季、春季、秋季和冬季chl.a的均值分别为：41.2mg/m3、32.2mg/m3、23.2mg/m3和2.97mg/m3，所以泼河水库的chl.a也具有明显季节变化特征：夏季＞春季＞秋季＞冬季。由图6可见，泼河水库的CODMn季节变化特征不明显，夏季、春季、秋季和冬季CODMn的均值分别为：2.93mg/L、3.69mg/L、2.27mg/L和3.41mg/L。

图3　泼河水库TN的时空变化特征

图4　泼河水库TP的时空变化特征

图5　泼河水库chl.a的时空变化特征

图6　泼河水库　CODMn的时空变化特征

从2012年10月至2013年的9月，泼河水库TN、TP和chl.a的季节变化趋势和降雨量的季节变化趋势基本一致，可见降雨量是影响泼河水库TN、TP和chl.a的主要因素。经调查发现水库周边没有工业，而农业相对发达。水库周边有种植面较大的茶叶和水稻，农业生产残余的肥料经雨水的冲刷由地表径流带入水库。由于信阳地区降雨量偏少，导致地表径流的氮磷含量可能高于水库，从而对水库的TN和TP含量起到提升作用。因此，泼河水库的TN和TP随降雨量的增加而升高。夏季水体中的氮磷增加促进了浮游植物的生长，因此泼河水库夏季chl.a的含量也升高。泼河水库TN和TP的季节变化特征与处于降雨量丰富地区的湖泊水库相反，降雨量丰富地区地表径流的氮磷含量可能低于水库，从而对水库的TN和TP含量起稀释作用。也与受工业污染、农业污染和生活污染的湖泊不同，处于工农业发达地区的鄱阳湖，由于污染源复杂，其TN和TP受多种因素影响，并没有季节变化规律。

由图3可知，在夏季，位于泼河水库入河口的采样点1、2和4的TN高于其他采样点；春季，采样点1和2高于其他采样点；秋季和冬季的TN含量没有空间变化规律。从图4、图5和图6可知泼河水库的TP、chl.a和CODMn也没有空间变化规律。

2.2泼河水库的N/P

图7　泼河水库的N/P

水体浮游植物的生长与营养盐和水温等因素密切相关。水体发生富营养化，形成水华的物质基础主要是营养盐N和P。氮磷比（N/P）是水华发生过程中营养状况的一个特征指标，是生态环境研究中用来判断水体缺乏氮或磷的重要依据。国际上公认的水体中可能出现水华现象的TP和TN质量浓度为0.02mg/L和0.2mg/L。当水中的N/P值小于16时，TN是水华发生的限制因子；大于16时, TP是水华发生的限制因子。

由图7可知，泼河水库春季TN为0.44mg/L，TP为0.024mg/L，N/P为18.3，TP是泼河水库水华发生的限制因子；夏季TN为0.61mg/L，TP为0.031mg/L，N/P为19.7，TP是泼河水库水华发生的限制因子；秋季TN为0.32mg/L，TP为0.018mg/L，N/P为17.8，TP是泼河水库水华发生的限制因子；冬季TN为0.22mg/L，TP为0.003mg/L，N/P为73.3，TP是泼河水库水华发生的限制因子；全年TN为0.40mg/L，TP为0.019mg/L，N/P为20.9，TP是泼河水库水华发生的限制因子。可见除秋季和冬季外，泼河水库已经具备发生水华的物质基础。泼河水库春季和夏季的TN与TP都达到了发生水华的条件，但水库并没有发生水华，可能TP浓度超出公认浓度并不明显，所以对藻类生长的影响不明显，也可能还有其他因素影响藻类的生长，需要进一步的研究。

2.3泼河水库的富营养化评价

评价方法为综合营养状态指数法（TLI）。TLI的公式为：

式中，TLI（Σ）为综合营养状态指数；Wj第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI（j）代表第j种参数的营养状态指数；m为富营养化评价的参数个数。

营养状态指数计算公式为：

TLI（chl.a）=10（2.5+1.086lnchl.a）

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn）

式中：叶绿素achl.a单位为mg/m3；透明度SD单位为m；其它指标单位均为mg/L。

依据金相灿总结得出的中国湖泊中chla与其他参数间的相关系数计算第j种参数的营养状态指数的相关权重Wj。chl.a、TP、TN、SD和CODMn的Wj分别为0.2662、0.1879、0.179、0.1834和0.1834。

湖泊（水库）营养状态分级标准为：TLI（∑）＜30为贫营养；30≤TLI（∑）≤50为中营养；TLI（∑）〉50为富营养；50＜TLI（∑）≤60为轻度富营养；60＜TLI（∑）≤70为中度富营养；TLI（∑）〉70为重度富营养。

春季　夏季　秋季　冬季　全年TN(mg/L)　0.44　 0.61　 0.32　 0.22　 0.40 TP(mg/L)　 0.024　 0.031　 0.018　 0.003　 0.019 chl.a(mg/m3)　 32.2　 41.2　 23.2　 2.97　 24.89 CODMn(mg/L)　 3.69　 2.93　 2.27　 3.41　 3.08 SD(m)　2.5　 2.9　1　2.3　 2.2 TLI(Σ)　49.5　 51.4　 41.1　 33.5　 46.4营养状态级别　　中营养　　富营养　　中营养　　中营养　　中营养

从表1可见，泼河水库春季、夏季、秋季和冬季的综合营养状态指数TLI（Σ）分别为49.5、51.4、41.1和33.5。春季、秋季和冬季营养状态级别都为中营养，夏季为富营养。全年的综合营养状态指数TLI（Σ）为46.4，说明泼河水库营养状态为中营养。

3　结论

3.1泼河水库的TN、TP和chl.a具有明显的季节变化规律，农业面源污染是泼河水库氮磷的主要来源，降雨量是影响泼河水库TN、TP和chl.a的主要因素。

3.2泼河水库的N/P为20.9，TP是泼河水库水华发生的限制因子。

3.3虽然泼河水库的富营养化状态为中营养，但春季和夏季的氮磷已经达到了发生水华的浓度，营养状态级别也达到了富营养，具备了发生水华的物质基础，提示管理者要注意加强对周边农业生产的监督，禁止过度施肥，特别是磷肥，防止氮磷流入泼河水库。一旦春夏季过多氮磷流入水库，导致水体氮磷含量能充分满足藻类生长的需求，水体就很有可能暴发水华。

参考文献（略）

作者简介：杨东辉（1969-），男，河南信阳，副教授，硕士，主要从事水产养殖和水环境保护研究。

基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（102102110098）资助