镇海水库蓝藻水华的影响因子分析

曾　越

(广东水利电力职业技术学院　广东　广州　510635)



镇海水库蓝藻水华的影响因子分析

曾越

(广东水利电力职业技术学院广东广州510635)

摘要镇海水库为广东省开平市重要的饮用水源地。近年来大规模速生桉种植、围库养殖以及生活用水污染造成了水库水体的富营养化。2012年2月～2013年5月对镇海水库进行水质监测，通过对监测数据进行分析，发现该水库浮游植物生长基本不受N、P营养盐限制，具备蓝藻水华发生的营养盐基础。对蓝藻水华影响因子分析表明, 5月～ 8月这段时期，水库温度为30℃～32℃，适合蓝藻水华的发生，水温与叶绿素a的浓度具有相关性，较高的水温是蓝藻发生的重要条件之一；且该时期pH值持续保持在8.36～9.99的高水平，较高的pH值也是促成蓝藻水华的重要因素。镇海水库具备引起蓝藻爆发的外在条件。

关键词富营养化；水华；水温；pH值；镇海水库

1　开平镇海水库环境特征

1.1自然环境概况

镇海水库属潭江一级支流镇海水上游侨乡水，位于开平市北部的苍城镇，距开平市中心18km。库区跨开平市、鹤山市和新兴县，是开平市沙塘、长沙、沙冈、月山、苍城等5镇约15万群众的饮用水源地。水库地处亚热带海洋性季风气候区，气候湿润，四季分明，年平均温度为22.1℃，最冷月份是1月，月平均气温13.3℃，极端最低气温为1℃。最热月份是7月，月平均气温28.5℃，极端最高气温37.2℃。镇海水库建于1960年，集水面积128km2，总库容1.09亿m3，正常库容0.77亿m3，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖、供水等综合效益的大（二）型水库。

1.2水质现状

根据《江门市水资源公报(2011)》和开平市部分水库的水质监测报告，对照国家《地表水环境质量标准（GB3838.2002）》的规定和《广东省地表水功能区划》的要求，镇海水库水质类别为Ⅳ类～Ⅴ类，属于严重不达标状态。主要是总氮和高锰酸钾指数超标，水体处于中度富营养化状态，表现为有机污染，主要原因是库区周边畜禽养殖排污和农业化肥面源污染引起的。

镇海水库库区保护范围内存在大面积种植速生桉树的现象，速生桉的种植导致水库水位明显下降，对原生态植物造成排斥影响，并在降雨时随雨水将大量肥料带入库区，使得水体轻度富营养化，恶化了水库水质。镇海林场内有鱼塘37口，占地面积约178200m2。此外，水库集水区范围内还存在大范围的拦湾筑塘养殖现象，不仅占用水库兴利库容和防洪库容，还严重污染水质。养殖体的饲料、粪便随雨水流入库区，加剧了水体的富营养化程度。镇海水库库区保护范围内有发展旅游业，每天有大量的生活污水排入镇海水库。

1.3土壤环境

镇海水库土壤成土母岩，为红色砂页岩，是中有机质层厚土层的赤红壤。据土壤普查测定有机质含量2.66%，碱解氮l18.3ppm，速效磷0.875ppm，速效钾35.87ppm，pH4.7～ pH5.1，呈酸性反应。

2　监测分析方法

监测点位：在开平镇海水库库区中心和上游500m处各设一个监测点。

监测项目：硫酸盐(以SO42-计)、硝酸盐(以N计)、氟化物(以F-计)、氯化物(以Cl-计)、总磷(以P计)(湖库)、总氮(湖、库、以N 计)、叶绿素a、氨氮(NH3- N)、硫化物、pH值、阴离子表面活性剂、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量(BOD5)、汞、砷、硒、铬(六价)、挥发酚、氰化物、铁、锰、锌、铜、镉、铅、气温、水温、透明度、水位等。

监测频次：从2012年2月始，每三个月采集一次。

评价标准：《地表水环境质量标准（GB3838.2002）》、《广东省地表水功能区划》。

3　监测数据分析

3.1水库富营养化变化趋势

根据镇海水库营养水平指标及水质监测结果，分析镇海水库的富营养化变化趋势。本文采用修正的Carlson综合营养状态指数（TSIc）进行分析，公式为：

开平镇海水库2012年～2013年综合营养状态指数变化见图1。

图1　镇海水库综合营养状态指数变化图

由图1可见，镇海水库富营养化水平呈现季节性变化，每年随着夏季的来临，富营养化程度呈上升的趋势。7月～ 8月份期间，TP、Chla浓度就会大幅度升高，镇海水库处于极富营养化状态。

3.2理化数据分析

对2012年2月～ 2013年5月镇海水库两取样点（水库上游500米处、水库库中）的水温、pH值、五日生化需氧量、叶绿素a、总氮、总磷、氮磷比等变量进行分析。理化指标变化见图2。

由图2可见，水温、pH值、透明度、TP、TN、五日生化需氧量和叶绿素a在不同月份各有差异。各采样时期镇海水库水温处于16℃～32℃范围，其中5月～ 8月份期间水库水温处于30℃～32℃之间；在5月～ 8月份，pH值持续保持在8.36～9.99的高水平，同时水体中叶绿素a的含量也常年高于11 mg/m3，高的叶绿素a浓度可导致水体pH值明显上升，可抑制其他藻类的生长使蓝藻成为优势种，导致水华的发生。2013年2月之后，水体透明度因悬浮于水体表层的蓝藻绿色群体而大幅降低。图2数据分析发现，除最近一次的总磷含量低于10μg/L以外，其他时期监测值都大于该阀值，表明镇海水库浮游植物生长不受磷控制，且各个时期采样点的TN浓度均大于1.1mg/L，因此，镇海水库在各采样时期均具备发生蓝藻水华的营养盐基础。

3.3相关性分析

对影响开平镇海水库水质的总磷、总氮、氮磷比、水温、pH值、五日生化需氧量、透明度、水位等变量与叶绿素a含量进行相关性分析。

做出开平镇海水库叶绿素a与理化因子相关性分析图表，分析各变量对叶绿素a含量的影响，从而得出各理化影响因子对影响水华形成的相关性结论。

整体来看，叶绿素a与理化参数具有较好的相关性，尤其是温度、pH值和总氮密度呈较显著的正相关关系，且与温度的相关系数最高（图3）。

4　讨论

4.1利于发生水华的水温

水体温度的时间变化（季节、昼夜）是影响水体中氧和营养物质的垂直变化和在各层面分布的因素。温度是引起水华发生及决定水华种类的一个重要因素[1]。有研究表明，蓝藻对高温的耐受能力强于其他藻类，在于其DNA与光合作用系统的热稳定性等生理功能形成的高温适应机制[2]。众多室内与野外试验证明，大部分蓝藻的最适温度范围是24℃～30℃，水温较高有利于蓝藻成为优势种群和蓝藻水华发生[3]。镇海水库5月～8月期间水温处于30℃～32℃之间，此时的温度有利于蓝藻的生长，可能会引起水华爆发。相关性分析显示叶绿素a浓度均与水温有显著性的正相关关系，表明水温对镇海水库蓝藻生长具有明显控制。

图2　2012年2月～2013年5月镇海水库理化指标变化

图3　镇海水库叶绿素a浓度与理化参数相关性分析

4.2持续的高pH值有助于蓝藻成为优势种

若水体中浮游植物的丰度较高，在较强的光合作用下，水体中大量的CO2将被消耗，因此蓝藻水华发生时伴随了pH值上升与CO2浓度的降低。An等对Taechung水库进行研究，对1994年夏季蓝藻生长情况的分析表明，蓝藻在pH值大于8.5时迅速生长[4]。镇海水库各次采样期间的水体pH值处于6.8～9.9范围，尤其在5月～8月份，pH值持续保持在8.36～9.99的高水平，且各采样点的叶绿素a浓度与pH值呈显著正相关关系，表明在发生水华时pH值正处在适合蓝藻生长的范围，而由于缺乏CO2，其他藻类就难以形成优势种。

4.3氮磷水平接近水华发生的阀值

影响浮游植物生长、水华发生的最主要的营养盐是氮和磷。当浮游植物受到营养盐限制时，浮游植物的生长受到抑制，不容易大规模爆发水华。Sas.等研究表明，浮游植物生长的可溶性活性磷阀值为10μg/L，无机氮浓度阀值为100μg/L[5]。2012年2月～2013年5月镇海水库水质监测结果表明，镇海水库各采样时期总氮浓度均大于1.1mg/L，总磷浓度仅有一次低于磷阀值10μg/L。表明，镇海水库浮游植物生长基本不受氮、磷限制。

综上所述，可将开平镇海水库水华暴发的影响因素归纳如下：开平镇海水库地处热带，从5月份～12月份水温一直高于30℃，具备蓝藻水华发生的水温条件。一般认为，当水体中TN、TP含量分别达到0.20mg/L、0.02mg/L时，水体出现富营养化，具备发生藻类水华的营养条件。镇海水库水质常年高于TN、TP蓝藻水华发生的阈值，水质类别不低于Ⅳ类，具有形成蓝藻水华的营养盐条件。且水体的pH值一直处于较高水平，有利于蓝藻形成优势藻种,对于引发水华也有一定的促进作用。

5　结论与建议

通过实地考察、收集资料和理论分析，结合国内外相关研究成果和实践经验总结，对开平市镇海水库的自然及经济现状、水库水质现状及存在的主要环境问题，进行了分析。根据对镇海水库2012年2月～2013年5月的水质监测数据分析，表明该水库具备蓝藻消化发生的营养基础，较高的水温和较高的pH值是促成蓝藻水华的重要因素。

蓝藻水华爆发的原因比较复杂，治理也要从多方面考虑。首先，加强对水库周边筑塘养殖禽畜现象的整治，对水库周边桉树林的综合改造。其次，建立健全的蓝藻水华预测、预警机制对于改善水库水体现在具有积极意义。再次，在水体中投放一定数量的滤食性鱼类，并通过调整鱼类的群落结构使大型的植食性的浮游动物充分繁殖，可以有效改善藻类种群结构，调节水质，防止爆发水华。此外，还可以加强水体的生态修复和生态环境保护，通过改善水库水生生态系统结构、建立水库周边水源涵养湿地等措施来提高水体的自净能力。科学监控、综合防治，才能逐步减缓水体富营养化程度，最终控制水库大规模暴发蓝藻水华，从而保证更安全的水源。陕西水利

参考文献:

[1]金相灿，储昭升，杨波.温度对水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻生长、光合作用及浮力变化的影响[J].环境科学学报，2008,28（1）：50.55.

[2]王得玉，冯学智，周立国等.太湖蓝藻爆发于水温的关系的MODIS遥感[J].湖泊科学，2008,20（2）：173.178.

[3]An KG, JonesJR, Factor regulatingblue- green dominancein areservoir directlyinfluenced bythe Asianmonsoon.Hydrobiologia,2000,432:37.48.

[4]Oliver R, Ganf G, Fresh water blooms. In: Whitton B A, Potts M, eds. The Ecology of Cyanobacteria, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 2000.149.194.

（责任编辑：李蕊）

中图分类号：S275

文献标识码：A