梁子湖水環(huán)境主要污染因子研究

鐘書華，冀 翔，馮元元

(鄂州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，湖北 鄂州 436000)

梁子湖位于長(zhǎng)江中游南岸，湖北省東南部，其生態(tài)系統(tǒng)完整，自然屬性保持較好，是中國(guó)植被覆蓋率最高、水生生物多樣性最豐富的湖泊之一，也是湖北省重要濕地生態(tài)旅游勝地之一[1-2]。關(guān)于梁子湖的研究，主要集中在生態(tài)價(jià)值[3-5]、生物多樣性[6-8]和沉積物[9-12]等方面，如李雪松等[13]報(bào)道了梁子湖水體保護(hù)存在的問(wèn)題并提出對(duì)策；王紅等[14]利用統(tǒng)計(jì)方法分析了總氮等水質(zhì)因子的時(shí)空變化特性；董文龍等[15]對(duì)梁子湖水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行了研究。關(guān)于梁子湖主要污染因子的研究鮮見報(bào)道。梁子湖近年來(lái)旅游業(yè)發(fā)展較快，水資源壓力較大。因此，作者對(duì)該區(qū)域水體污染因子進(jìn)行研究，明確污染物來(lái)源，以期為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 研究區(qū)域概況

梁子湖位于湖北省鄂州市境內(nèi)，與武漢市江夏區(qū)、咸寧市接壤，東西長(zhǎng)82 km，南北長(zhǎng)22 km，流域面積3 260 km2，常年平均水深3 m。梁子湖全湖以中心梁子島為界，最大入湖口位于南部的港口橋，梁子湖水通過(guò)長(zhǎng)港注入長(zhǎng)江[2,16]。

1.2 樣品采集與分析

共設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：梁子湖入湖口(★12)、中心梁子島(★13)、東梁子湖湖心(★10)、出湖口(★11)，如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率、水溫、pH值、溶解氧、透明度。

圖1 梁子湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of water quality monitoring points of Liangzi Lake

分別采集4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水樣，依據(jù)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范進(jìn)行預(yù)處理，低溫保存，送至實(shí)驗(yàn)室分析。分析項(xiàng)目包括高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、化學(xué)需氧量(CODCr)、氨氮、總磷(TP)、總氮(TN)、銅、鋅、鉛、鎘、五日生化需氧量(BOD5)、砷、硒、汞、六價(jià)鉻、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑(LAS)、硫化物、葉綠素a(chla)等。分析方法參照GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]附表中相關(guān)分析方法及環(huán)境行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析主要采用Microsoft Excel 2007等統(tǒng)計(jì)分析軟件。

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

分別計(jì)算4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合污染指數(shù)[18]：

(1)

(2)

(3)

式中：P為湖泊綜合污染指數(shù)；m為監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)；Pj為j監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)；n為評(píng)價(jià)因子項(xiàng)數(shù)，本研究選擇GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中CODMn、CODCr、氨氮、總磷、總氮、銅、鋅、鉛、鎘、BOD5、砷、硒、汞、六價(jià)鉻、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物等20項(xiàng)(水溫、pH值、溶解氧無(wú)法計(jì)算達(dá)標(biāo)情況不參與評(píng)價(jià))；Pij為j監(jiān)測(cè)點(diǎn)第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的污染指數(shù)；Cij為j斷面第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的年平均值；Csi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值，按照《湖北省地表水環(huán)境功能區(qū)類別》，Csi采用GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Tab.1 Grading standard of comprehensive pollution index

P值水質(zhì)狀況≤0.2好(0.2,0.4]較好(0.4,0.7]輕度污染(0.7,1.0]中度污染(1.0,2.0]重度污染>2.0嚴(yán)重污染

通過(guò)計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)評(píng)價(jià)因子的污染分擔(dān)率確定主要污染因子，污染分擔(dān)率計(jì)算公式為：

(4)

式中：Kij為i污染物在j監(jiān)測(cè)點(diǎn)的污染分擔(dān)率。

用卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)梁子湖水質(zhì)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)[19]。以葉綠素a作為基準(zhǔn)參數(shù)，選擇葉綠素a、總磷、總氮、透明度和CODMn等5個(gè)指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)指數(shù)加權(quán)得到綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)TLI(∑)(0～100)，再對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，見表2。

綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Tab.2 Grading standard of comprehensive nutrition index

TLI(∑)值營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)<30貧營(yíng)養(yǎng)[30,50]中營(yíng)養(yǎng)>50富營(yíng)養(yǎng)(50,60]輕度富營(yíng)養(yǎng)(60,70]中度富營(yíng)養(yǎng)>70重度富營(yíng)養(yǎng)

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)狀況分析

用綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)梁子湖水質(zhì)現(xiàn)狀，入湖口、中心梁子島、東梁子湖湖心、出湖口各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合污染指數(shù)見表3。

表3梁子湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)和水質(zhì)狀況

Tab.3 Comprehensive pollution index and water qualityof different monitoring points of Liangzi Lake

監(jiān)測(cè)點(diǎn)入湖口中心梁子島東梁子湖湖心出湖口P值0.2600.2350.2480.232水質(zhì)狀況較好較好較好較好

從表3可知，依據(jù)綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)狀況較好，其中出湖口水質(zhì)狀況最好，中心梁子島次之，入湖口最差。主要是因?yàn)槿牒谟型庠次廴疚锪魅耄虼怂|(zhì)相對(duì)較差；中心湖泊流域?qū)θ牒趲?lái)的污染物有攔截和自凈作用，從而改善了水質(zhì)狀況。

2.2 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分析

用卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)梁子湖水質(zhì)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)見表4。

表4梁子湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

Tab.4 Nutrition status of different monitoring points of Liangzi Lake

從表4可知，梁子湖全湖處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，全湖TLI(∑)平均值為34.0。董文龍等[15]認(rèn)為人類的活動(dòng)導(dǎo)致水體中總氮、總磷含量的升高，從而影響水體的營(yíng)養(yǎng)化程度；熊漢鋒等[11]認(rèn)為梁子湖沉積物中總氮、總磷的含量隨著水深的增加而降低，而表層沉積物的擾動(dòng)也會(huì)引起水體中總氮、總磷含量的變化；王玲玲等[20]認(rèn)為梁子湖受地表徑流輸入和水生生物殘?bào)w影響，也會(huì)影響總氮、總磷的含量。

2.3 主要污染因子分析

梁子湖入湖口、中心梁子島、東梁子湖湖心、出湖口監(jiān)測(cè)點(diǎn)各評(píng)價(jià)因子的污染分擔(dān)率見圖2。

圖2 梁子湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)各評(píng)價(jià)因子的污染分擔(dān)率Fig.2 Pollution share rate of each evaluation factor of monitoring points of Liangzi Lake

將污染分擔(dān)率排名前五的作為主要污染因子。從圖2可知，入湖口的主要污染因子為總氮、總磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分擔(dān)率之和為72.9%；出湖口的主要污染因子為總氮、總磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分擔(dān)率之和為72.5%；東梁子湖湖心的主要污染因子為總氮、總磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分擔(dān)率之和為72.5%；中心梁子島的主要污染因子為總磷、總氮、CODCr、CODMn、BOD5，其染物分擔(dān)率之和為71.6%。綜上，總磷、總氮、CODCr、CODMn、BOD5為梁子湖主要污染因子。

2.4 污染物來(lái)源分析

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，梁子湖總氮、總磷、CODCr、CODMn、BOD5等污染物的來(lái)源主要包括外源污染物的流入、區(qū)域內(nèi)面源污染、水位降低導(dǎo)致水體自凈能力變差、高溫導(dǎo)致沉積物和底泥中污染物的釋放量增加、長(zhǎng)期的水產(chǎn)養(yǎng)殖、湖泊圍墾導(dǎo)致生態(tài)功能的衰退、旅游業(yè)發(fā)展導(dǎo)致生活污水排放量的增加等[21]；梁子湖區(qū)域面積大，沿湖有眾多村莊，在農(nóng)業(yè)種植和日常管理中使用的含氮磷的化肥通過(guò)暴雨的沖刷會(huì)流入湖內(nèi)[22]；梁子湖入湖排口(溝渠)較多，水質(zhì)較差，大多數(shù)都在Ⅳ類以上[23]；梁子湖沉積物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷)和有機(jī)物表層含量高[11]，當(dāng)水體溫度較高時(shí)，沉積物中的氮磷物質(zhì)向水體中的釋放量增加；另外，梁子湖的旅游業(yè)發(fā)展，也會(huì)引入一定的污染物。

3 結(jié)論

梁子湖入湖口、中心梁子島、東梁子湖湖心、出湖口各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合污染指數(shù)分別為0.260、0.235、0.248、0.232，其中出湖口水質(zhì)狀況最好，中心梁子島次之，入湖口最差，全湖處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，全湖卡爾森綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)平均值為34.0?？偭?、總氮、CODCr、CODMn、BOD5為梁子湖主要污染因子，其污染分擔(dān)率之和超過(guò)70%。梁子湖主要污染物的來(lái)源主要包括外源污染物的流入、區(qū)域內(nèi)面源污染、水位降低導(dǎo)致水體自凈能力變差、高溫導(dǎo)致沉積物和底泥中污染物的釋放量增加、長(zhǎng)期的水產(chǎn)養(yǎng)殖、湖泊圍墾導(dǎo)致生態(tài)功能的衰退、旅游業(yè)的發(fā)展等。