安庆市东大湖富营养化过程中小球藻增长分析

2021-09-10路杨刘昕怡陶文志孙慧群

科学与生活 2021年10期

路杨刘昕怡陶文志孙慧群

摘要：以安庆市中心景观湖泊东大湖为研究对象，测定水体中小球藻的种群增长状况，与水体指标ORP、TN、TP、NH3-N、CODMn、CODCr、BOD5的浓度进行相关性分析。结果显示;（1）小球藻数量第二次采样比第一次采样多，其中7号采样点两次采样中小球藻数量最高;（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五项水质指标两次测量浓度均为7号采样点最高;ORP两次测量浓度差异较大;NH3-N两次测量浓度差异不大;（3）两次测定小球藻数量与各水质指标的相关性相差较大，第二次测定中小球藻数量与TN、TP、CODCr、CODMn的相关性低于第一次的相关性，而ORP、NH3-N、BOD5却升高，因此可以看出小球藻数量受到各水质指标的综合影响。研究表明，东大湖小球藻增长不仅与污染源排放量有关还与排放污水的成分和浓度有关，而且受到各水质指标的综合影响。

关键词：富营养化小球藻总氮总磷氨氮

湖泊水资源和人类的生产与生活有着密切的联系，但是随着这些年经济的飞速发展，越来越多的自然资源受到破坏，湖泊这一大自然赋予人类重要的“天然宝库”也毫无例外的受到了影响和破坏。城市景观水体一般具有环境容量小、自净能力差和流动性较差等特点，在人类高强度的活动影响下极易受污染，再加上大气沉降、地表径流携带等原因，我国90%以上的城市景观水体水质低于IV类地面水质标准，其中大部分水体富营养化程度严重[1]，这使得城市景观水体在感官和水质上都失去了原有的价值，甚至可能会影响居民生活、危害人体健康，因而控制水体恶化刻不容缓。近20年来，我国对湖泊富营养化状况、发生原因进行了一系列研究与防治的实践，然而富营养化依然未得到有效控制。根据我国环境部2019年的《中国环境状况公报》显示，全国已经开展营养状态监测的107个重要湖泊及水库中，贫营养状态湖泊（水库）占9.3%，轻度营养状态占62.6%，中度富营养状态占22.4%，重度富营养状态占5.6%。可知我国水环境富营养化状况总体比较严峻[2]。安庆东大湖为封闭湖泊，湖泊中氮、磷等营养盐的输出能力较差，浮游生物的生存与水体中的含氧量和氮、磷含量密切相关，东大湖近年来发生的水体富营养化导致藻类大量生长繁殖，水质恶化，作为安庆市中心重要景观水体，水质情况影响着安庆人民的身心健康。为此，本研究通过对东大湖水质及优势藻类数量进行检測，分析水质指标对小球藻（Chlorella）增长的影响，以期为东大湖富营养化消除和水体保护提供科学参考[3]。

1研究方法

1.1 研究区概况

安庆位于安徽省西南部，长江下游北岸，属于亚热带季风性湿润气候，四时分明，年平均气温大约为17℃，气候温润。安庆降水充沛，年平均降水量1300 mm-1500 mm，主要集中在4-8月，占年降水总量的70%以上，特别是6-7月的梅雨期间，常有大到暴雨出现[4]。东大湖（29°47′～31°57′E，115°46′～117°44′N）位于安徽省安庆市区中心，与西小湖有涵洞相通。东大湖占地约3.88 km2，周边环境比较简单，主要是市区公路和人行道;只经过初步处理的工厂废水、生活污水定期向东大湖排放，导致湖泊污染事件频繁发生[5]。由于受季风影响，湖水流向由东北向西南。

1.2 样品的采集与测定

1.2.1采样及样品处理

研究区为安庆市东大湖，按照《水质采样方案设计技术规定》（HJ495-2009）共布设11个采样点，采样时间为2020年9月19日与2020年10月30日。依据GBT 14581-1993和文献6采集水样，藻类定性分析和定量分析水样依据文献7采集。

1.2.2样品测定

ORP测量仪现场测定氧化还原电位（oxidation-reduction potential，ORP），总氮（total nitrogen，TN）、总磷（total phosphorus，TP）、氨氮（ammonia nitrogen，NH3-N）、高锰酸钾指数（Potassium permanganate index，CODMn）、化学需氧量（chemical oxygen demand，CODCr）、五日生化需氧量（five-day biochemical oxygen demand ，BOD5）测定方法参照《水和废水监测分析方法》（第四版）;取浓缩后的样品0.1 mL显微镜下进行藻类种类鉴定;将浓缩定容后的样品充分摇匀，立即打开瓶塞用0.1 mL吸管在中央部吸出0.1 mL样品，注入计数框内，小心盖好玻片，使样品均匀分布，且保证计数框内无气泡，然后在显微镜下进行藻类计数 [8]。

1.3数据处理

1.3.1藻类计量

小球藻数量，计算公式如下：

式中：N—每升水中浮游植物的数量（万个/L）;Cs—每升水浮游植物的数量（mm2）;Fs—每个视野计数框的面积（mm2）;Fn—每片计数过后视野数;Pn—每片通过计数实际数出的藻类个体数或细胞数;V—1L水浓缩后的体积U——计数框的体积。

1.3.2水质评价

水质评价依据《地表水环境质量标准GB3838-2002》Ⅴ类标准（表1）。

1.3.3数据统计分析

测定的数据用SPSS（16.0）进行统计和相关性分析。

2. 结果与讨论

前期研究结果发现，东大湖11个采样点富营养化期间藻类种类和数量在短时间内发生较大变化，其中小球藻是最主要的优势种。本研究在此基础上对小球藻增长进行分析。

2.1不同采样点小球藻数量特征

由图2可知，两次测定7号采样点小球藻数量最高，分别为24万个和41.7万个，与其它采样点相比，呈极显著差异（P<0.01）。5号和6号采样点第二次测定小球藻数量较高，分别为11.4万个和34.3万个，与第一次相比均呈极显著升高;其它采样点两次测定数量均较低，第一次测定值在0.04-3.45万个范围内，第二次测定值在0.16-8.2万个范围内。除1号采样点外，其它采样点第二次测定均比第一次有明显升高（P<0.05）。可见，时隔一个月，东大湖小球藻呈快速增长趋势，且6号采样点数量增长非常迅速，5号和7号其次，其它采样点增长相对平缓。

本研究对11个采样点进行多次调查发现，各采样点均处于汇水区。5采样点处有水下排污口，受纳沿岸生活污水和地表径流污水;6号采样点与邻接的西小湖相通，西小湖主要污染源是生活污水排放和地表径流;7号采样点有一个水下排污口，内径约50 cm，排放量大，受纳安庆市区生活污水、工业废水和地表径流污水。推断6号采样点小球藻生长迅速与来自西小湖污染源的生活区污染排放量有关，7号采样点小球藻生长迅速可能与混合废水中的成分、浓度有关，有待于进一步验证。

2.2不同采样点水质特征

为了探讨小球藻生长和东大湖水质的关系，本研究对东大湖水质的ORP、CODCr、BOD5、CODMn、NH3-N、TP、TN等指标进行了两次测定，这些指标均为影响小球藻生长的因子。结果发现（图3）：

ORP第一次测定浓度在493.77 mv-524.56 mv之间，第二次测定浓度在491.08 mv-514.51 mv之间。其中5号采样点第一次测定数值最大（524.56 mv），9号采样点第二次比第一次高，其余采样点均为第一次比第二次高。

CODCr第一次测定浓度在26.11 mg/L-73.21 mg/L之间，第二次测定浓度在24.70 mg/L-71.76 mg/L，第二次各采样点均比第一次低，两次测定7号采样点浓度最大，分别为73.21 mg/L和71.76 mg/L。

BOD5第一次测定浓度在5.47 mg/L-10.29 mg/L，第二次测定浓度在1.92 mg/L-15.12 mg/L。第二次各采样点均比第一次低，两次测定7号采样点浓度最大，分别为14.59 mg/L和14.27 mg/L，8号采样点两次浓度差异最大，相差10.63 mg/L。

CODMn第一次测定浓度在1.55 mg/L-4.90 mg/L，第二次测定浓度在1.36 mg/L-4.47 mg/L，第二次各采样点均比第一次低，两次测定7号采样点浓度最大，分别为4.90 mg/L和4.47 mg/L。

NH3-N第一次测定浓度在1.02 mg/L-2.75 mg/L，第二次测定浓度在0.99 mg/L-11.12 mg/L，7号采樣点第二次测定浓度达到11.12mg/L，比第一次极显著升高。

TP第一次测定浓度在0.03 mg/L-0.71 mg/L，第二次测定浓度在0.02 mg/L-0.51 mg/L。4号采样点和7号采样点两次测定结果相差非常明显;7号采样点与其它采样点相比均呈极显著升高，分别为0.71 mg/L和0.51 mg/L;4号采样点第二次比第一次极显著升高0.36 mg/L;其它各采样点两次测定浓度非常低，且第二次均比第一次低。

TN第一次测定浓度在2.37 mg/L-11.84 mg/L;第二次测定浓度在2.61 mg/L-11.57 mg/L。7号采样点两次测定结果均比其它采样点呈极显著升高，分别为11.84 mg/L和11.57 mg/L;其它各采样点两次测定浓度非常低，且第二次均比第一次低;11个采样点两次测定结果差异不明显。

2.3小球藻增长与水质指标相关性分析

第二次测定的的小球藻总体比第一次增长迅速，七种水质指标浓度增长的总体趋势也相近，为此，对两次测定进行相关性分析。由表2看出，第一次测得的小球藻个数与TN、TP、CODCr、CODMn呈极强相关，与BOD5呈明显相关，与ORP相关性弱，与NH3-N呈负相关。第二次测得的小球藻个数与TN、TP、CODCr呈极强相关，与BOD5呈明显相关，与第一次不同的是，小球藻个数与NH3-N和ORP呈极强相关，与CODMn的相关性变弱。可以推知，两次小球藻与水质测定结果呈反向趋势的主要原因与NH3-N、ORP、CODMn关联密切，而最主要因子是NH3-N[11]。

所有采样点中，7号采样点两次数量均最高，为此对其小球藻增长及七种水质指标浓度变化进行相关性分析，第一次测得的小球藻个数与TN、TP、CODCr、BOD5呈负相关，与CODMn、ORP、NH3-N呈中等正相关。第二次测得的小球藻个数与BOD5、NH3-N相关性不变，但与TN、TP、ORP、CODCr相关性呈明显的反向趋势。可知，TN、TP、CODCr含量上升促进小球藻种群增长，ORP降低有助于小球藻数量增加。前人的研究发现，TN、TP、CODCr、ORP等对藻类增长的影响不一样，可能与水体多因素综合作用相互干扰有关[4，6.11，12]。

7号采样点两次测定小球藻与ORP的相关性差异较大，暗示ORP对藻类增长的影响还受其它因子干扰。闫雪燕等研究中，水华束丝藻（Aphanizomenon flosaquae）和微囊藻（MiCrocystis sp.）丰度与ORP呈显著正相关，单角盘星藻（Pediastrum simplex）丰度与ORP呈极显著负相关[13]，证明了本研究的推测。

两次NH3-N浓度差异在所有因子中最大，但从相关系数r看，与小球藻数量上升相关性并不强。可见，第一次小球藻增长主要是CODMn、ORP、NH3-N起促进作用，过高浓度TN、TP、CODCr、BOD5综合作用不利于小球藻增长，第二次迅速增长与TN、TP、CODCr浓度降低和ORP含量下降有关，浓度和含量下降后综合作用促进了小球藻数量上升。对于综合作用未见前人研究，需要进一步证明。

3 结论

东大湖为优势藻类种群为小球藻，其种群增长在TN、TP、ORP、NH3-N、CODCr、CODMn、BOD5等多种水质指标的作用下呈现不同的增长速度：

（1）7号采样点两次采样中小球藻数量最高，但是其小球藻增长速度却没有6号采样点快。

（2）TN、TP、CODCr、CODMn、BOD5五项水质指标两次测量浓度均为7号采样点最高;ORP两次测量浓度差异较大;NH3-N两次测量浓度差异不大，但是7号采样点两次测量浓度差别巨大。

（3）两次测定小球藻数量与各水质指标的相关性相差较大，第二次测定中小球藻数量与TN、TP、CODCr、CODMn的相关性低于第一次的相关性，而ORP、NH3-N、BOD5却升高。

东大湖总氮的污染状况最为严重。氮污染主要来源于：随雨水流入的城市生活污水，工业生产所排放的含氮污水。建议提高城市污水处理率，选择具有高效脱氮工艺的先进污水处理技术，切实解决城市生活污水氮污染问题。由于小球藻的种群增长受到多种因素影响，因此在湖泊某一或某几种水质指标过高时，可以人为影响湖泊中其他影响因素以达到抑制小球藻增长的目的。

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