南水北調(diào)東線南四湖漁業(yè)水域水質(zhì)狀況分析

付朝松 董貫倉 叢旭日 孫魯峰 冷春梅 王晴晴

摘要：為掌握南水北調(diào)東線南四湖的水質(zhì)現(xiàn)狀，于2021年對4個湖區(qū)7個站位進行了周年調(diào)查，并采用單因子分析和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對水質(zhì)狀況進行了評價。結(jié)果表明：南四湖水體氨氮和亞硝氮濃度分別為0.166±0.015mg/L和0.050±0.009mg/L，總氮、總磷和CODMn濃度分別為1.767±0.191mg/L、0.053±0.005mg/L和10.58±0.46mg/L并分別超地表水III類水質(zhì)標準76.69%、6.76%和76.41%；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)介于46.78～66.16，南四湖總體為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，但部分水域仍存在較重的富營養(yǎng)化問題。伴隨南水北調(diào)東線的常態(tài)化調(diào)水及多種水質(zhì)涵養(yǎng)措施的實施，南四湖水體的富營養(yǎng)狀況有所轉(zhuǎn)好，但在部分季節(jié)的部分區(qū)域仍存在富營養(yǎng)化風險。

關(guān)鍵詞：南四湖；漁業(yè)水域；水質(zhì)

中圖分類號：X824??? 文獻標識碼：A

基金項目：山東省財政項目“南四湖漁業(yè)資源調(diào)查監(jiān)測”；山東省自然科學基金（ZR2020MC193）；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系魚類創(chuàng)新團隊環(huán)境調(diào)控崗項目（SDAIT-12-07）

作者簡介：付朝松（1998-），男，碩士研究生，研究方向：漁業(yè)增養(yǎng)殖與水域環(huán)境調(diào)控等。E-mail：2023096073@qq.com

通訊作者：董貫倉，博士，研究員，E-mail：dgc3869676@163.com

南四湖（34°26′～35°20′N，116°34′～117°21′E）位于山東省西南部，由微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖等四個相連的湖泊組成，是山東省乃至我國北方第一大淡水湖和重要的漁業(yè)生產(chǎn)基地；同時，南四湖還是南水北調(diào)東線工程重要的調(diào)蓄湖泊，是“南水北調(diào)”與“西水東送”的重要樞紐［1］。近代以來，隨周邊經(jīng)濟社會快速發(fā)展，一些生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水的匯入，南四湖水生態(tài)系統(tǒng)健康受到威脅［2］。水質(zhì)安全是南水北調(diào)東線調(diào)水的重中之重，自2013年全線通水以來南四湖水質(zhì)備受關(guān)注，而伴隨2018年起湖區(qū)全面取締網(wǎng)箱網(wǎng)圍養(yǎng)殖以及已實施的放魚養(yǎng)水、入湖濕地、生態(tài)岸帶等工程措施，南四湖水質(zhì)得到顯著改善［3］。但是，由于承接諸多匯入河流污染影響，南四湖水環(huán)境壓力長期存在。本文擬通過對南四湖水質(zhì)的周年調(diào)查，采用單因子分析法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，分析南四湖水質(zhì)時空變化特征并探討對策建議，以期為保障南水北調(diào)東線水質(zhì)安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位

根據(jù)湖區(qū)分布及歷史利用狀況，共設置1#南陽湖、2#獨山湖、3#昭陽湖二級壩上和4#二級壩下以及5#微山湖航道區(qū)、6#保護區(qū)和7#原養(yǎng)殖區(qū)等7個調(diào)查站位（圖1），并于2021年3月、5月、8月和11月進行了調(diào)查采樣。

1.2 樣品采集與測定

采集表面0.5m處水樣，按照《水質(zhì)湖泊和水庫采樣技術(shù)指導》（GB/T 14581-1993）相關(guān)要求進行樣品采集和保存?，F(xiàn)場監(jiān)測水溫（WT）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、水深（h）和pH值，帶回室內(nèi)檢測氨氮（NH4+-N）、亞硝氮（NO2--N）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和葉綠素a（Chl-a）。其中，SD測定采用賽氏盤，DO、WT、pH值采用YSI-MP556型水質(zhì)儀測定；葉綠素a采用熒光葉綠素測定；其它各檢測指標主要參照《中國環(huán)境保護標準匯編水質(zhì)分析方法》及《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL 219-98）方法檢測。

1.3 水質(zhì)評價

本文以《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類標準作為基準進行單因子水質(zhì)分析，并依據(jù)《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》［4］中的TLI綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進行水質(zhì)營養(yǎng)狀況綜合評價。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析使用Excel 2010軟件，單因素方差分析（ANOVA）及Duncan多重比較采用SPSS 21.0軟件，并以P<0.05作為差異顯著性水平。

2 結(jié)果與討論

2.1 水環(huán)境質(zhì)量狀況

南四湖漁業(yè)水域水環(huán)境質(zhì)量狀況見表1。

（1）水體理化特征

南四湖水體透明度介于0.30 m～1.70 m，隨季節(jié)變動先降低后升高（8月<11月<5月<3月）。王明華等［5］研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物可顯著增加水體透明度。菹草是南四湖水域生態(tài)系統(tǒng)中水生植物的優(yōu)勢種，其在3月和5月可達80%以上，在該階段水體Chl-a濃度較低而水體透明度則較高；其后的8月，由于菹草大量死亡和腐爛分解，水體透明度降至年度最低。

同時，水體溶解氧介于7.56 mg/L～14.70 mg/L，屬地表水Ⅰ類水質(zhì)，隨季節(jié)變化3月<8月<5月<11月。水體溶解氧含量與浮游植物和水生植物關(guān)系密切，調(diào)查中5月菹草生長旺盛而水體溶解氧相對較高，但3月雖有較大量的菹草但溶解氧卻最低，可能與3月浮游植物相對較少有關(guān)；8月由于菹草已大量死亡并腐爛分解，所以較5月溶解氧偏低。

（2）氮、磷營養(yǎng)鹽

南四湖水體氨氮濃度介于0.075 mg/L～0.372 mg/L，整體屬地表水Ⅱ類水質(zhì)，隨季節(jié)變化11月<8月<3月<5月。亞硝氮濃度介于0.002 mg/L～0.168 mg/L，相對較低。總氮濃度介于0.349 mg/L～4.862 mg/L，屬地表水劣Ⅴ類水質(zhì)且較III類水質(zhì)超標76.69%，隨季節(jié)變化5月<3月<11月<8月。在不同季節(jié)，5月南四湖水體總氮濃度為地表水III類水質(zhì)、3月為IV類及8月和11月均為劣Ⅴ類水質(zhì)，可能3月和5月大量的菹草對于維護湖泊水質(zhì)具有良好的調(diào)控作用，而8月菹草的大量衰敗分解以及汛期上游來水的存在可能導致了湖區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)的急劇增加。同時，年度內(nèi)微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖水體總氮濃度分別為1.673±0.381 mg/L、1.714±0.264 mg/L、1.888±0.469 mg/和2.035±0.332 mg/L，前三者屬地表水V類而南陽湖為劣Ⅴ類水質(zhì)，其均存在氮元素超標問題。

總磷濃度介于0.016 mg/L～0.120 mg/L，屬地表水IV類水質(zhì)并較III類水質(zhì)超標6.76%，其隨季節(jié)變化11月<3月<5月<8月。在不同站位，最高值在5月微山湖保護區(qū)可能與菹草的大量衰敗有關(guān)，而最低值出現(xiàn)在11月的二級壩上游。同時，年度內(nèi)微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖水體總磷濃度分別為0.058±0.010 mg/L、0.052±0.009 mg/L、0.048±0.012 mg/和0.049±0.012 mg/L，前兩者屬地表水IV類而后兩者屬Ⅲ類水質(zhì)，部分水域存在磷元素超標現(xiàn)象。

（3）高錳酸鹽指數(shù)

南四湖水體高錳酸鹽指數(shù)介于6.51 mg/L～14.32 mg/L，整體屬地表水V類水質(zhì)并較III類水質(zhì)超標76.41%，其隨季節(jié)變化8月<11月<3月<5月。吳偉等（2006）認為水體高錳酸鹽指數(shù)與水溫顯著正相關(guān)并隨水中生物活動的加劇而升高［6］。在本調(diào)查的不同站位，高錳酸鹽指數(shù)最高值出現(xiàn)在3月微山湖保護區(qū)，最小值則出現(xiàn)在5月位于微山湖保護區(qū)外圍的原河蟹養(yǎng)殖區(qū)。同時，年度內(nèi)微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖水體高錳酸鹽指數(shù)分別為10.86±0.75 mg/L、10.10±0.91 mg/L、10.03±1.48 mg/L和11.28±0.67 mg/L。

（4）葉綠素a

南四湖水體葉綠素a濃度介于3.54 μg/L～36.65 μg/L，隨季節(jié)變化3月<5月<11月<8月，且8月和11月顯著高于3月和5月（P<0.05）。8月水溫升高而浮游植物的大量繁殖導致了較高的葉綠素a濃度，而3月和5月水溫偏低且菹草大量存在則對浮游植物具有一定抑制作用。年度內(nèi)微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖水體葉綠素a濃度分別為15.04±3.14 μg/L、12.19±1.89 μg/L、12.84±4.56 μg/L及16.91±5.80 μg/L，可能也與不同湖區(qū)水體中營養(yǎng)鹽及水生植物分布差異有關(guān)，黃文超［8］也提出葉綠素含量為浮游植物種類和數(shù)量的重要指標且是水體理化性質(zhì)動態(tài)變化的綜合反應指標。

（5）水質(zhì)狀況分析

依據(jù)單因子分析，目前南四湖主要水體污染依次是TN、CODMn和TP，分別較地表水III類水質(zhì)標準超標76.69%、76.41%和6.76%。湖泊水質(zhì)影響因素眾多，而大部分污染物是由支流匯入，故而如何控制支流污染物對于治理湖泊水質(zhì)至關(guān)重要［7］。微山湖承接著山東、江蘇、安徽和河南四省來說，較重的外源物質(zhì)負荷也導致了南四湖較高的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度［8］。本調(diào)查中，北部的上級湖污染高于下級湖，而上級湖中的南陽湖污染程度最為嚴重，其水體中總氮濃度嚴重超標，可能與南四湖53條入湖河流中有29條分布在上級湖有關(guān)。同時，汛期上游大量雨水的集中匯入也可能將流域內(nèi)工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水帶入。本調(diào)查中南四湖水體總氮和總磷等指標的峰值均出現(xiàn)在8月，其中南陽湖和微山湖區(qū)域嚴重超標。另外，夏季湖區(qū)水質(zhì)超標問題，還可能與5月下旬后菹草的逐漸死亡及枯竭腐爛有關(guān)［9］。

2.2水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價

表2為南四湖漁業(yè)水域水體綜合營養(yǎng)狀況情況。南四湖水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)介于46.37～63.50，而根據(jù)徐祖信和姜亞萍［10］對湖泊富營養(yǎng)化程度的等價劃分標準，3月的1#和2#及5月的3#站位為中營養(yǎng)（10.71%站位），8月全部站位為中度富營養(yǎng)化（25%），其他時間其他站位均為輕度富營養(yǎng)化（64.29%），南四湖總體為輕度富營養(yǎng)化。在不同季節(jié)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為5月<3月<11月<8月，除8月全部站位及整體均為中度富營養(yǎng)化外，其他月份整體為輕度富營養(yǎng)化；在不同湖區(qū)，整體均為輕度富營養(yǎng)化且無顯著差異（P<0.05）。

2.3 南四湖近年來水質(zhì)變化趨勢分析

南四湖流域水體污染特征主要為結(jié)構(gòu)性污染［11］，故選擇氨氮、總氮、總磷和CODMn四項水質(zhì)指標對2004-2021年間南四湖水質(zhì)變化情況的分析見圖2［12］。由圖可知，新世紀以來南四湖水體主要營養(yǎng)物質(zhì)含量整體下降趨勢，但個別年份個別指標存在波動變化。

以2004年南四湖水質(zhì)狀況為基準，伴隨生態(tài)補水及2005年以來漁業(yè)資源增殖放流活動的實施，南四湖水體各水質(zhì)指標呈顯著下降趨勢，至2013年總磷下降至最低僅0.012 mg/L，至2016年氨氮、總氮、總磷和CODMn則分別下降了71.88%、60.22%、89.64%和35.73%。而2013年-2016年南四湖各項水質(zhì)指標的大幅度降低，一方面可能是伴隨2013年南水北調(diào)東線試通水及其后的常態(tài)化通水，大量長江水系水源流經(jīng)南四湖，南四湖水體的稀釋能力增強，使湖區(qū)的污染物濃度有所下降；另一方面，南四湖作為南水北調(diào)的重要樞紐，隨調(diào)水的常態(tài)化和保護區(qū)管理愈加嚴格化，加之2016年以來南四湖湖區(qū)漁業(yè)生產(chǎn)的逐步全部撤出，可能也導致了水體氨氮、總氮、總磷和CODMn等指標的逐步降低。在本次調(diào)查中，與2004年相比水體氨氮、總氮和總磷仍分別降低了為74.07%、2.21%、93.90%，但CODMn升高了68.74%。近年來，各級政府對南四湖管理強度的逐步加大制度，使南四湖水質(zhì)得到了持續(xù)有效的改善。

3 小結(jié)

（1）南四湖漁業(yè)水域氨氮、亞硝氮、TN、TP和CODMn濃度分別為0.166±0.015 mg/L、0.050±0.009 mg/L、1.767±0.191 mg/L、0.053±0.005 mg/L和10.58±0.46 mg/L，依據(jù)單因子分析，南四湖水質(zhì)主要污染物依次是TN、CODMn和TP，分別較地表水III類水質(zhì)標準超標76.69%、76.41%和6.76%。

（2）南四湖水體整體屬輕度富營養(yǎng)化，在不同季節(jié)8月屬中度富營養(yǎng)化而其他月份均為輕度富營養(yǎng)化，在不同湖區(qū)均為輕度富營養(yǎng)化但富營養(yǎng)化程度由輕至重依次是獨山湖、微山湖、昭陽湖和南陽湖。

（3）自2013年南水北調(diào)東線全線通水以來，南四湖水質(zhì)得到較大的改善，但總氮、有機質(zhì)及總磷濃度依舊偏高，并存在一定程度的富營養(yǎng)化問題，故湖區(qū)漁業(yè)水域水環(huán)境仍需進一步管控治理。

參考文獻

［1］馬景，武周虎.南四湖水質(zhì)評價及改善效果分析［J］.青島理工大學學報，2021，42（06）：101-105.

［2］師吉華，劉峰，客涵，董貫倉，劉超，李秀啟.南四湖水環(huán)境狀態(tài)分析與評價［J］.水生態(tài)學雜志，2011，32（04）：36-41.

［3］徐好，桑國慶，楊麗原，閆芳階，劉友春.近十年來南四湖水質(zhì)時空變化特征研究［J］.海洋湖沼通報，2019（02）：47-52.

［4］金相燦，屠紅英1990.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范（第2版）［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社．

［5］王明華，沈金華，唐晟凱，等.伊樂藻對黃顙魚池塘養(yǎng)殖水體凈化效果的試驗［J］.水生態(tài)學雜志，2009，2（4）：48-51.

［6］吳偉，范立民，瞿建宏，等.池塘河蟹生態(tài)養(yǎng)殖對水體環(huán)境的影響［J］.安全與環(huán)境學報，2006，6（4）：50-54.

［7］李紫薇，楊麗原，劉友春，曹利軍.南四湖支流東魚河水質(zhì)時空分布特征與水質(zhì)評價［J］.海洋湖沼通報，2022，44（01）：115-122.

［8］楊麗原，沈吉，張祖陸，等.南四湖表層底泥重金屬污染及其風險性評價［J］.湖泊科學，2003，15（3）：251-256.

［9］張金路，段登選，王志忠.東平湖菹草大面積衰亡的危害及防治對策［J］.環(huán)境研究與監(jiān)測，2009，22（2）：31-33，47.

［10］徐祖信，姜雅萍.湖泊營養(yǎng)狀態(tài)的綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價及檢驗［J］.同濟大學學報（自然科學版），2009，37（08）：1044-1048.

［11］余達水，張永生.對南四湖水污染防治策略的認識［J］.治淮，2002（06）：10-11.

［12］陳妮，武周虎，郭琦，相福亮，岳太星.2006～2015年南四湖水質(zhì)評價及改善效果分析［J］.水電能源科學，2018，36（06）：44-47+13.