武汉外沙湖叶绿素a季节变化及其与水质因子的相关性研究

陈静 李军 李梦晗 石勇

摘要：对外沙湖3个测点叶绿素a及水温、透明度、电导率、溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷等监测项目进行12个月逐月测定，在1年的监测时段内，叶绿素a浓度呈明显测点厦季节变化特点。2个测点叶绿素a监测均值与综合污染指数呈显著正相关，这说明叶绿素a可以间接反映外沙湖的污染程度。化学需氧量、总磷、总氮与叶绿素a正相关，另外透明度与叶绿素a呈负相关，说明叶绿素a高低受多个水质因子的共同影响。要控制外沙湖富营养化、防止水华，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各粪污染物的浓度。

关键词：外沙湖；叶绿素a；水质因子

中图分类号：X832 文献标志码：B

前言

外沙湖位于武汉市武昌区东北部，东邻外沙湖大道，西抵友谊大道，南至公正路，北邻湖北大学及秦园东路，现已建成沙湖公园，湖泊面积2.89 km2。

近年来由于生产和生活污水排放的影响，导致了水体的富营养化，为解决武昌区外沙湖、楚河及水果湖水环境，2019年起，武昌区对上述水体开展了综合整治工程，工程于2021年5月完工。

叶绿素是植物光合作用中的主要光和色素。通过测定浮游植物叶绿素a，可掌握水体的初级生产力情况及富营养化程度。关于湖泊叶绿素a与水质相关因子之间的关系，很多学者作了深入的研究，但多局限于对叶绿素与氮、磷及高锰酸盐指数、化学需氧量等有限水质指标之间相关性的研究，关于外沙湖叶绿素a分布状况及叶绿素a与多种水质因子和综合污染指数之间相关性的研究尚未见报道。

通过对外沙湖3个测点治理完成后2021年5月- 2022年4月共12个月叶绿素a及水温、透明度、色度、总悬浮固体、浊度、电导率、硬度、溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量、总氮、总磷等监测项目逐月测定，分析外沙湖叶绿素a时空分布状况，探讨外沙湖叶绿素a含量与水质因子之间的关系，筛选出影响藻类生长的水质因子，为防止水体富营养化从而引起的藻类过度生长、水华再次发生提供理论依据。

1样品采集与测试

1.1点位分布

监测布设有3个监测点位，分别位于外沙湖北端、湖心、外沙湖南端。

1.2样品的采集

从2021年5月至2022年4月，每月在外沙湖3个监测点位采集水样，时间为每月月初，对其中的叶绿素a进行测定，同时测定相关的水质指标，包括水温、透明度、电导率、溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷等。每次采样从上午8：30-12：00，在每个采样点现场测试水温、溶解氧、透明度、pH后，用有机玻璃采水器采集水面下0.5 m的水样带回实验室进行分析测试。

1.3样品的分析

监测分析方法、依据及使用仪器见表1。

2结果与讨论

2.1外沙湖全湖叶绿素a的周年变化特征

如表2所示外沙湖3个采样点叶绿素a均值月变化曲线。

在1年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素a浓度均值介于7-133 ug/L之间，相对标准偏差为114%。叶绿素a浓度呈明显季节变化特点，监测最高值和次高值出现在秋季的10月份和夏季的7月份，而监测最低值出现在冬季的1月，说明外沙湖夏秋季出现了藻类爆发性生长。（见图1）

在监测时段内，各测点叶绿素a监测值变化较大，总的说来，7-10月，湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低，11月至次年6月，各点监测值基本上低于5-10月，测点间叶绿素a浓度差异较大，浓度最高的湖面南端年均值为浓度最低的湖心的1.9倍。除外沙湖湖心10月外，各测点呈现相似的周年变化曲线，所有测点的监测最高值均出现在10月，而1月为最低值或次低值。总的说来，各测点夏秋季监测值最高，而1、2月监测值最低。

2.2外沙湖各测点叶绿素a年均值与综合污染指数

选取溶解氧、COD、总氮、总磷、氨氮5项指标，按GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中IV类标准计算外沙湖各点位的综合污染指数，并计算每个测点综合污染指数与叶绿素a的相关系数，结果见表3及图2。

从表3可以看出，在监测时段内，3个测点叶绿素a监测均值从大到小依次为湖面南端、湖面北端、湖心，湖面北端和湖面南端叶绿素与综合污染指数呈显著正相关，湖心则不相关。综合污染指数越高的湖区叶绿素a水平也越高。说明综合污染指数与叶绿素a之间关系因点而异，与点位污染特征有关，不是所有测点综合污染指数都与叶绿素a相关。

2.3外沙湖各测点叶绿素a与其他水质园子的相关性分析

2.3.1外沙湖叶绿素a与溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷、氨氮的周年变化特征

在监测时间段内，计算外沙湖三个监测点位各监测指标的月度均值，并绘制月度变化曲线，可以看出，叶绿素a与化学需氧量、总氮、总磷呈现大致相同的月度变化特征，而氨氮、溶解氧的月度变化与叶绿索a则无明显关联。

2.3.2各水质指标与叶绿素a的相关性分析

分析3个测点12个月共36组水质监测数据，计算溶解氧、COD、BOD、总氮、总磷等7项指标与叶绿索a的相关系数，结果见表4（p=0.05，临界值0.329）。

由表4可见，有3项所选指标与叶绿索a呈正相关，相关性由强到弱依次为化学需氧量、总磷、总氮，另外透明度与叶绿素a呈负相关。

叶绿素a与透明度负相关，说明外沙湖水体颜色主要来源于藻类的存在，透明度主要受藻类影响。因此透明度能够较好地表征当前藻类密度状况。

叶绿素a与化学需氧量正相关，表明目前外沙湖水体中有机物污染与藻类的生长密切相关，有机物浓度增大，藻类的繁殖速度也加快。

叶绿素a与总氮、总磷正相关，说明东湖水体中溶解性的无机氮、磷均为藻类生长的限制性因素。因此虽然外沙湖已经处于富营养化状态，但任何氮磷营养盐的输人都将促使湖区藻类密度进一步增大，使水质更加恶化，必须严加控制。

3结论

在1年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素a浓度均值介于7 ug/L-133 ug/L之间，变异系数为114%。叶绿索a浓度呈明显测点及季节变化特点，监测最高值出现在夏秋季，而监测最低值出现在冬季的1-2月；湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低。测点间叶绿索a浓度差异较大。

在监测时段内，3个测点中的2个叶绿索a监测均值与综合污染指数显著正相关。这说明叶绿索a可以间接反映外沙湖的污染程度。化学需氧量、总磷、总氮与叶绿素a正相关，另外透明度与叶绿素a呈负相关，说明叶绿素a高低受多个水质因子的共同影响。要控制外沙湖富营养化、防止水华发生，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各类污染物的浓度。