干濕交替期天鵝湖水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查

葉浩

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北荊州434025；長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434025)

朱建強(qiáng)

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北荊州434025；湖北省石首麋鹿生境保護(hù)與修復(fù)野外工作站，湖北石首434401)

蔣舜堯

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025)

李鵬飛

(湖北省石首麋鹿生境保護(hù)與修復(fù)野外工作站，湖北 石首 434401)

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干濕交替期天鵝湖水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查

葉浩

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北荊州434025；長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434025)

朱建強(qiáng)

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北荊州434025；湖北省石首麋鹿生境保護(hù)與修復(fù)野外工作站，湖北石首434401)

蔣舜堯

(長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025)

李鵬飛

(湖北省石首麋鹿生境保護(hù)與修復(fù)野外工作站，湖北 石首 434401)

[摘要]位于湖北省石首市境內(nèi)的天鵝湖，由長江河道演變而成，其水域是江豚遷地保護(hù)場所，部分水域和邊灘是麋鹿自然保護(hù)區(qū)；天鵝湖中央是擁有2000hm2農(nóng)田、6300農(nóng)業(yè)人口的天鵝島，天鵝湖水環(huán)境事關(guān)江豚和麋鹿生境保護(hù)以及天鵝島農(nóng)業(yè)用水安全。3、4月是由干到濕的過渡期，降水量適中，通過該時(shí)段水質(zhì)調(diào)查可大體了解湖泊水環(huán)境現(xiàn)狀。2014年和2015年調(diào)查結(jié)果表明：主要由于水體總氮或總磷含量高使湖泊水質(zhì)總體上處于Ⅲ～Ⅳ類，局部(入湖口、出湖口)處于Ⅳ～Ⅴ類，綜合多因素計(jì)算的湖泊營養(yǎng)狀態(tài)處于中營養(yǎng)至輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。為保護(hù)水環(huán)境，在湖泊流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要大力推行節(jié)氮栽培技術(shù)，采取有效的控氮、控磷技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]水質(zhì)；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；水環(huán)境；天鵝湖

天鵝湖位于湖北省石首市長江北岸、江漢平原的南緣，形似“Ω”，它是長江左岸沖刷、右岸淤積的產(chǎn)物，于1972年長江自然截彎取直后形成，水面面積約14～20km2。湖泊北岸有2處接鄰的水閘(相距不足200m)，分屬石首市和監(jiān)利縣管轄，是外水進(jìn)入天鵝湖的2個(gè)入口；位于湖泊東南角的天鵝洲閘則是天鵝湖注入長江的出口。天鵝湖是瀕臨滅絕的珍惜水生動物江豚遷地保護(hù)的棲息地，為國家級自然保護(hù)區(qū)。天鵝湖西南水域及邊灘則是珍稀野生動物麋鹿回遷保護(hù)的場所，由石首麋鹿國家級自然保護(hù)區(qū)負(fù)責(zé)管理。湖水環(huán)繞的天鵝洲島上，農(nóng)業(yè)人口6300，農(nóng)田2000hm2。天鵝湖水環(huán)境對江豚和麋鹿生境保護(hù)以及天鵝洲島人畜飲水有重要意義。在一年當(dāng)中，3、4月是由干到濕的過渡期，通過該時(shí)段湖泊水質(zhì)調(diào)查，可大體了解其水環(huán)境狀況。筆者分別于2014年和2015年的3月和4月，取天鵝湖水樣進(jìn)行室內(nèi)化驗(yàn)分析，計(jì)算了天鵝湖的綜合營養(yǎng)指數(shù)，基本弄清楚了3、4月天鵝湖水環(huán)境狀況，現(xiàn)報(bào)告如下。

1調(diào)查方法

先后于2014年、2015年3月、4月在天鵝湖布置采樣點(diǎn)18個(gè)，其中沿天鵝湖中心線均勻布置采樣點(diǎn)14個(gè)，天鵝湖入口3個(gè)、出口1個(gè)。對所取上述水樣帶回實(shí)驗(yàn)室處理并測定有關(guān)指標(biāo)。

取水樣時(shí)，采用虹吸法采集湖泊中部水面以下30～50cm處水樣500mL，按文獻(xiàn)[1]的方法保存、處理水樣并測定葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等水質(zhì)指標(biāo)。通過化驗(yàn)分析取得湖泊和溝渠的主要水質(zhì)指標(biāo)后，將實(shí)測值與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對比，以判斷天鵝湖和溝渠水質(zhì)狀況。按文獻(xiàn)[2～5]給出的水體營養(yǎng)狀態(tài)分析方法，計(jì)算湖泊水體的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，應(yīng)用該指數(shù)評價(jià)天鵝湖水體的富營養(yǎng)化狀況。水體的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)按式(1)、式(2)和式(3)計(jì)算。

(1)

(2)

TLI(Chla)=10(2.5+1.086lnChla)

TLI(TP) =10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN) =10(5.453+1.694lnTN)

(3)

TLI(SD) =10(5.118+1.941lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

表1　中國湖泊部分水質(zhì)指標(biāo)與Chla的相關(guān)參數(shù)rij及值

式中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，按表1取值；TLIj為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(Chla)為葉綠素a指數(shù)；TLI(TP)為總磷指數(shù)；TLI(TN)為總氮指數(shù)；TLI(SD)為透明度指數(shù)；TLI(CODMn)為高錳酸鹽指數(shù)。

通過計(jì)算得到湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)后[1]，可參比表 2[2～5]有關(guān)指標(biāo)限值判斷湖泊營養(yǎng)狀態(tài)。

表2　湖泊水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級

注：在同一級別內(nèi)，值越高其污染程度越重。

2結(jié)果與分析

2.1入、出湖口及湖泊大水體水質(zhì)狀況

連續(xù)兩年3、4月水質(zhì)檢測結(jié)果和通過分析計(jì)算得到的湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見表3。由表3可以看出，入湖口CODMn、TN、TP、Chla等水質(zhì)指標(biāo)值最大，其次是出湖口，湖泊中部水體相應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)觀測值居中，它反映了湖泊水體自入湖口到中部水體的自凈作用。出口段由于水產(chǎn)養(yǎng)殖影響，有關(guān)水質(zhì)指標(biāo)值再次升高。

將表3中CODMn、TN、TP實(shí)測值與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)進(jìn)行比較，可知各主要單項(xiàng)指標(biāo)相應(yīng)的水質(zhì)狀況(表4)。顯而易見，因?yàn)榭偟扛?，入湖口水體處于Ⅳ～Ⅴ類水，湖泊水體總體上處于Ⅲ～Ⅳ類；因總磷含量使水體處于Ⅱ～Ⅲ類。

2.2入、出湖口及湖泊大水體所處的營養(yǎng)狀態(tài)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)是綜合反映有關(guān)單因素影響水環(huán)境質(zhì)量狀況的指標(biāo)，將表3結(jié)果與國家環(huán)境監(jiān)測總站給出的湖庫營養(yǎng)狀態(tài)分級(表2)對比可見，目前天鵝湖水體總體上處于中營養(yǎng)至輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。由于天鵝湖僅在出口段有少量水產(chǎn)養(yǎng)殖活動，湖泊本身主要依靠自身生產(chǎn)力進(jìn)行天然養(yǎng)殖，可以認(rèn)為目前湖泊水體營養(yǎng)水平主要取決于流域水平的水環(huán)境管理和對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程面源污染控制的水平。

表3　天鵝湖水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

表4　天鵝湖主要水質(zhì)指標(biāo)所處等級

2.3天鵝湖水體磷含量年際差異分析

降雨徑流是磷遷移的主要?jiǎng)恿?，天鵝湖水體磷含量年際差異主要由可產(chǎn)生地表徑流的降水不同所致。對研究區(qū)域可產(chǎn)生地表徑流的降水?dāng)?shù)據(jù)分析表明，2014年2月至4月可產(chǎn)生地表徑流的降水有6次，雨量250.6mm，2015年同期發(fā)生可產(chǎn)生徑流的降水8次，雨量350.1mm。由此不難解釋天鵝湖總磷含量2015年3、4月明顯高于2014年同期。

3結(jié)論與討論

從單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)看，天鵝湖水質(zhì)因總氮含量高處于Ⅲ～Ⅴ類，因總磷含量處于Ⅱ～Ⅲ類，這與利用浮游動物、底棲動物進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)的結(jié)果可相互印證[6，7]。

從營養(yǎng)狀態(tài)看，水體總體上處于中營養(yǎng)至輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。根據(jù)何緒剛等[8]1992～1994年的調(diào)查、姜永明等[9]2005年夏秋2次調(diào)查以及黃丹等[6]2011年4月至2012年元月按季度所做的調(diào)查，其結(jié)果均表明天鵝湖水體處于中至富營養(yǎng)水平，結(jié)合筆者近2年春季調(diào)查得出的與之十分相近的研究結(jié)果，可以看出近20多年來天鵝湖水體環(huán)境質(zhì)量基本上保持相對穩(wěn)定。這除了天鵝洲因有江豚、麋鹿2個(gè)自然保護(hù)區(qū)對湖泊養(yǎng)殖實(shí)行嚴(yán)格控制外，另一個(gè)可能很重要的原因是天鵝湖可拓展的水面面積(20km2)與入湖河流集水區(qū)面積(240km2)的結(jié)構(gòu)性配比(1∶12)比較合理，足以緩沖流域面源污染造成的沖擊。

降雨是土壤N、P流失的驅(qū)動力。有研究表明，月降雨量和流域水體TN、TP含量高度相關(guān)[10]。因此，N、P流失控制的重點(diǎn)應(yīng)該放在雨季強(qiáng)降雨過程[11]，可通過控制排水[12]、減少地表徑流等方式來有效減緩其流失。此外，在流域內(nèi)還要大力推行節(jié)氮栽培，積極采取有效的控氮[13]、控磷技術(shù)[14]。

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[收稿日期]2016-01-11

[基金項(xiàng)目]湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BCB038)；WWF天鵝湖流域面源污染監(jiān)測與水足跡特征研究項(xiàng)目(10003063)；WWF與Rare天鵝洲有機(jī)農(nóng)業(yè)監(jiān)測與試驗(yàn)示范項(xiàng)目(10003187,10003729,10003063)。

[作者簡介]葉浩(1990-)，男，碩士生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)。 通信作者：朱建強(qiáng)，zyjb@sina.com。

[中圖分類號]X132

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)09-0073-03

[引著格式]葉浩,朱建強(qiáng),蔣舜堯,等.干濕交替期天鵝湖水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2016，13(9)：73～75,79.