落马湖水质及富营养化安全性分析

邹继颖，闫昌起，王玉伟，刘 辉，谷 风，郝岩岩，牛文宾，张 艺，于 珊

(吉林化工学院 资源与环境工程学院,吉林 132022)

落马湖水质及富营养化安全性分析

邹继颖，闫昌起，王玉伟，刘 辉，谷 风，郝岩岩，牛文宾，张 艺，于 珊

(吉林化工学院 资源与环境工程学院,吉林 132022)

落马湖属于小型景观水体，具有自净能力差、容易产生水体富营养化的特点。于2014年4月(枯水期)对落马湖水体进行了叶绿素a(CHl-a)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)等理化因子测定;分析松花湖水质现状。结果表明，落马湖的水体已重度富营养化，安全等级达到Ⅴ级。

落马湖;富营养化;水质分析;安全性分析

0 引 言

景观水体是城市人居环境中重要的组成部分,主要包括小型的天然湖库、人造湖泊、与房地产开发相配套的人造景观湖以及各种景观用河道等[1]。在美化城市环境的同时景观水体还具有调节气候、改善环境、防灾防旱和维持水体循环的功能，成为居民休闲和娱乐的重要组成部分[2]。然而城市景观水体大都地处城区的中心地域，绝大多数都处于一种近似封闭或半封闭的状态，具有水域面化。目前针对小型景观水体污染和富营养化问题的研究已引起人们的关注。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

落马湖位于吉林市，面积约50 000 m2、水深>3 m，为景观型水体。自然环境属长白山山系，气候类型属于温带大陆性季风气候。全区年平均气温3～5 ℃，1月份平均气温最低，一般为-18～-20 ℃，7月平均气温最高，一般为21～23 ℃。全区日照时数2 400～2 600 h，全年总辐射量为1 150 kcal/mm2。

1.2 样品采集与处理

2014年5月采样，设了3个采样点：分别表示记为1#、2#、3#。水样采集后现场用0.45 μm的Millipre滤膜进行过滤，并加H2SO4酸化保存，运回实验室后即进行化学分析。测定指标有叶绿素(分光光度法，UVmini-1240)、总氮(过硫酸钾氧化-分光光度法，UVmini-1240)、总磷(钼锑抗分光光度法，UVmini-1240)、高锰酸盐指数(酸性高锰酸钾法)、透明度(分光光度法，UVmini-1240)、溶解氧(碘量法)，按规范进行测定[5]。浮游生物定量采样，用有机玻璃采水器在湖泊表层(60 cm)、中层和底层取水样各1 000 mL，将各层水样均匀混合后，再从混合样中取1 000 mL为定量样品，加入福尔马林溶液固定24 h，经沉淀浓缩至30 mL[6]。定性样品分别取各层水样镜检[7]，依据浮游生物图谱[8]进行鉴定。

1.3 评价方法及评价标准

采用综合营养状态指数法对该水体进行水质安全评价[9]，综合营养状态指数计算公式为：

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

式中TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;TLI(j)为代表第j种参数的营养状态指数;以chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为：

式中rij为第j种参数与基准参数chla的相关系数；m为评价参数的个数。

采用0～100系列连续数字对湖泊(水库)营养状态进行分级，见表1。

表1 湖泊富营养状态分级

2 结果与讨论

2.1 水质状况分析

2.1.1 落马湖水质理化因子分析

落马湖的水体透明度均值为13.3 cm；CODMn的采样均值为9.216 mg/L，达到国家Ⅳ类标准；溶解氧的采样均值为10.176 mg/L，达到国家Ⅰ类水体标准；Chla的采样均值为201.1 μg/L；总磷采样均值为0.102 mg/L，超过国家Ⅱ类水体标准；总氮采样均值为3.2 mg/L，已超过国家Ⅳ类水体标准。

2.1.2 落马湖浮游生物

3个采样点的浮游藻类优势种为绿藻门的单球卵囊藻(Oocystis eremosphaeria)，分别占总生物量的97.5%、97.88%和98.3%，浮游动物优势种为原生动物(92.7%)的普通表壳虫(Arcelle)，分别占总生物量的42.8%，39.5%和51.9%。单球卵囊藻喜欢在有机质含量丰富的水体生存，以此看来落马湖的3个采样点均已经达到了重度富营养化的程度。

2.1.3 落马湖水质综合营养状态指数评价

由表2可见，水体3个采样点的TLI值都很高，CODMnTLI平均值为60.19，营养状态达到中度富营养化，水质安全等级达到Ⅳ级；叶绿素a的TLI平均值为82.57，超过重度富营养化的界限，水质安全等级达到Ⅴ级；总氮TLI均值为74.193，营养状态处于重度富营养，水质安全等级达到Ⅴ级；总磷的TLI均值为56.919，营养状态指数达到轻度富营养，水质安全等级达到Ⅲ级；透明度的平均值为90.305，富营养化状态属于重度富营养化，水质安全等级达到Ⅴ级。

表2 落马湖水质营养状态指数

Table 2 Comprehensive nutrition state index calculation results in the Luoma lake

采样点CODMnchlaTNTPSD160050823997357955787907602602008356675274537439231336031981746737276122687841均值6019082570741935691990305安全等级Ⅳ级Ⅴ级Ⅴ级Ⅲ级Ⅴ级

采用综合营养状态指数法对该水体进行水质安全评价。计算结果见表3。

表3 落马湖水体综合营养状态指数TLI(∑)

Table 3 Comprehensive nutrition state index calculation results in the Luoma lake

采样点123均值综合营养状态指数89676903928999490021安全等级Ⅴ级Ⅴ级Ⅴ级Ⅴ级

在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。而落马湖的3个采样点的营养状态均在重度富营养程度，安全等级达到Ⅴ级。则可得出，落马湖水体已重度富营养化。

2.2 富营养化安全性分析

2.2.1 落马湖富营养化原因分析

水体富营养化是一个极为复杂的生态过程，其发生、发展是多因素共同作用的结果。水华发生所需的必要条件有:充足的 TN、TP 等营养盐，缓慢的水流流态和适宜的温度条件[10]。一般认为，水体形成水华的指标是: 水体中含氮量>0.3 mg/L，含磷量>0.01 mg/L，生化需氧量>10 mg/L，在淡水中细菌总量达到104个/mL，标志藻类生长的叶绿素 a 浓度>10 μg/L[11]。国际上一般认为，湖泊水体总磷浓度为0.02 mg/L、总氮浓度为 0.2 mg/L 是湖泊富营养化的发生浓度[12-13]。

大量调查和研究表明：水域功能是否能够满足相应的水质目标要求很大程度上由氮、磷生境要素所属水质类别所决定，表明氮磷污染对于地表水质的重要影响[2,14-15]。落马湖水体TN浓度为3.2 mg/L，TP浓度为0.102 mg/L， N/P为31.37，足以满足藻类生长所需的营养条件，具备藻类爆发的营养条件。当温度、光照、水温等条件合适时，藻类能快速生长、繁殖，从而导致水质恶化。

采样于春季进行，环境温度为10 ℃，水体温度为8 ℃，藻类密度高达3 913.50万个/L。一般来说，环境低温不利于浮游生物生长，不易发生富营养化，而落马湖在低温环境藻类密度变大，究其原因应该是人为性营养输入，导致了春季发生浮游生物的大量增殖。

由景观水体的特点决定， 景观水体本身多为流动性差或静止的封闭缓流水体，一般水域面积相对较小，水体自净能力低。其水深为1～2 m，阳光容易投射至池底，更适合藻类生长，容易爆发水华。水华发生时，由于藻类的大量繁殖，其死亡时腐烂分解将导致水味腥臭，降低水体透明度，并消耗水中的溶解氧。更甚者，有些藻类还会向水体中释放有毒物质，造成水生生态系统的破坏，严重影响水体的使用功能[16-18]。

2.2.2 水体富营养化的危害

水体富营养化会催生很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭，降低了水质质量。湖水表面的水藻，在湖水表面形成一层“绿色浮渣”，将湖水表面覆满，湖水感官性降低。富营养湖泊的表层，藻类可以获得充足的阳光，但在富营养湖泊的深层，阳光难以透过密集的藻类，并且在穿射过程中阳光被藻类吸收而不断衰减，深层水体的光合作用受到明显限制而减弱。更严重的情况是深层水体的溶解氧被消耗殆尽，使得深层水体呈现厌氧状态，会触发或者加速底泥中积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高负荷，水体富营养化会恶性循环。富营养化对水质的另一个影响是某些藻类可以分泌、释放有毒性物质，这些有毒物质进入水体后，将污染水体，危害人畜健康。在没有富营养化的水体中，湖泊内的各种生物都处于相对平衡的状态。但是，水体受到污染，会降低水生生物的稳定性和多样性，湖泊的生态平衡将遭到破坏。

3 结 论

1)落马湖的3个采样点的营养状态均在重度富营养程度，安全等级达到Ⅴ级。水体已重度富营养化。高锰酸盐指数营养状态达到中度富营养化，水质安全等级达到Ⅳ级；叶绿素a、总氮、透明度超过重度富营养化的界限，水质安全等级达到Ⅴ级；总磷营养状态指数达到轻度富营养，水质安全等级达到Ⅲ级。

2)落马湖水体TN、TP、Chla显著偏高，而且水体TN、TP平均浓度均已超过国际认可发生水体富营养化的临界值。落马湖地处吉林市城区，降雨形成的地表径流在流经附近的商业区、住宅区、街道、停车场时，聚集的污染物如N、P、盐分或者有毒物质，会经地表径流和城市排水管网进入落马湖，使得水体的氮、磷含量高，因此，在春季环境温度不高的情况下发生富营养化。

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Status of eutrophication and water guality safety in Luoma Lake

ZOU Ji-Ying,YAN Chang-Qi,WANG Yu-Wei,LIU Hui,GU Feng,HAO Yan-Yan,NIU Wen-Bin,ZHANG Yi,YU Shan

(Resource and Environmental Engineering Department,Jilin Institute of Chemical Technology College, Jilin 132022)

Luoma lake belongs small-sized landscape water, it’s self purification ability is poor and easy to bring water eutrophication. In April 2014 (low-water season), the water of Luoma lake including chiorophy11-a, total phosphorus, total nitrogen, transparent, permanganate index, and other physical and chemical factors were analysised.Results showed that the water of Luoma lake had severe eutrophication and the safety class was to grade V.

Luoma Lake; eutrophication; water quality analysis; safety evaluation

10.13524/j.2095-008x.2015.01.011

2014-10-31;

2014-12-04

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20150211.1451.005.html

国家自然科学基金资助项目(E090405);吉林化工学院科学技术研究项目(2013023);吉林省高等学校大学生创新创业项目

邹继颖(1978-)，女，黑龙江庆安人，讲师，硕士，研究方向：环境科学,E-mail:zoujiying2013@126.com。

X824

A

2095-008X(2015)01-0052-04