梁子湖水环境主要污染因子研究

钟书华，冀 翔，冯元元

(鄂州市环境保护监测站，湖北 鄂州 436000)

梁子湖位于长江中游南岸，湖北省东南部，其生态系统完整，自然属性保持较好，是中国植被覆盖率最高、水生生物多样性最丰富的湖泊之一，也是湖北省重要湿地生态旅游胜地之一[1-2]。关于梁子湖的研究，主要集中在生态价值[3-5]、生物多样性[6-8]和沉积物[9-12]等方面，如李雪松等[13]报道了梁子湖水体保护存在的问题并提出对策；王红等[14]利用统计方法分析了总氮等水质因子的时空变化特性；董文龙等[15]对梁子湖水体富营养化进行了研究。关于梁子湖主要污染因子的研究鲜见报道。梁子湖近年来旅游业发展较快，水资源压力较大。因此，作者对该区域水体污染因子进行研究，明确污染物来源，以期为该区域生态环境保护提供科学依据。

1 实验

1.1 研究区域概况

梁子湖位于湖北省鄂州市境内，与武汉市江夏区、咸宁市接壤，东西长82 km，南北长22 km，流域面积3 260 km2，常年平均水深3 m。梁子湖全湖以中心梁子岛为界，最大入湖口位于南部的港口桥，梁子湖水通过长港注入长江[2,16]。

1.2 样品采集与分析

共设置4个监测点：梁子湖入湖口(★12)、中心梁子岛(★13)、东梁子湖湖心(★10)、出湖口(★11)，如图1所示。现场监测电导率、水温、pH值、溶解氧、透明度。

图1 梁子湖水质监测点分布图Fig.1 Distribution map of water quality monitoring points of Liangzi Lake

分别采集4个监测点水样，依据环境保护行业标准及技术规范进行预处理，低温保存，送至实验室分析。分析项目包括高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)、氨氮、总磷(TP)、总氮(TN)、铜、锌、铅、镉、五日生化需氧量(BOD5)、砷、硒、汞、六价铬、氟化物、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂(LAS)、硫化物、叶绿素a(chla)等。分析方法参照GB 3838-2002《地表水环境质量标准》[17]附表中相关分析方法及环境行业标准等。

1.3 数据处理方法

数据统计及分析主要采用Microsoft Excel 2007等统计分析软件。

1.4 水质评价方法

分别计算4个监测点的综合污染指数[18]：

(1)

(2)

(3)

式中：P为湖泊综合污染指数；m为监测点总数；Pj为j监测点综合污染指数；n为评价因子项数，本研究选择GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中CODMn、CODCr、氨氮、总磷、总氮、铜、锌、铅、镉、BOD5、砷、硒、汞、六价铬、氟化物、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物等20项(水温、pH值、溶解氧无法计算达标情况不参与评价)；Pij为j监测点第i项评价因子的污染指数；Cij为j断面第i项评价因子的年平均值；Csi为第i项评价因子的标准值，按照《湖北省地表水环境功能区类别》，Csi采用GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类标准。

综合污染指数分级标准见表1。

表1综合污染指数分级标准

Tab.1 Grading standard of comprehensive pollution index

P值水质状况≤0.2好(0.2,0.4]较好(0.4,0.7]轻度污染(0.7,1.0]中度污染(1.0,2.0]重度污染>2.0严重污染

通过计算各监测点评价因子的污染分担率确定主要污染因子，污染分担率计算公式为：

(4)

式中：Kij为i污染物在j监测点的污染分担率。

用卡尔森综合营养指数法对梁子湖水质进行营养状态评价[19]。以叶绿素a作为基准参数，选择叶绿素a、总磷、总氮、透明度和CODMn等5个指标的营养指数加权得到综合营养指数TLI(∑)(0～100)，再对其进行分级，见表2。

综合营养指数分级标准见表2。

表2综合营养指数分级标准

Tab.2 Grading standard of comprehensive nutrition index

TLI(∑)值营养状态<30贫营养[30,50]中营养>50富营养(50,60]轻度富营养(60,70]中度富营养>70重度富营养

2 结果与讨论

2.1 水质状况分析

用综合污染指数法评价梁子湖水质现状，入湖口、中心梁子岛、东梁子湖湖心、出湖口各监测点的综合污染指数见表3。

表3梁子湖各监测点综合污染指数和水质状况

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

监测点入湖口中心梁子岛东梁子湖湖心出湖口P值0.2600.2350.2480.232水质状况较好较好较好较好

从表3可知，依据综合污染指数分级标准，各监测点水质状况较好，其中出湖口水质状况最好，中心梁子岛次之，入湖口最差。主要是因为入湖口有外源污染物流入，因此水质相对较差；中心湖泊流域对入湖口带来的污染物有拦截和自净作用，从而改善了水质状况。

2.2 营养状态分析

用卡尔森综合营养指数法对梁子湖水质进行营养状态评价，各监测点的营养状态见表4。

表4梁子湖各监测点的营养状态

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

从表4可知，梁子湖全湖处于中营养状态，全湖TLI(∑)平均值为34.0。董文龙等[15]认为人类的活动导致水体中总氮、总磷含量的升高，从而影响水体的营养化程度；熊汉锋等[11]认为梁子湖沉积物中总氮、总磷的含量随着水深的增加而降低，而表层沉积物的扰动也会引起水体中总氮、总磷含量的变化；王玲玲等[20]认为梁子湖受地表径流输入和水生生物残体影响，也会影响总氮、总磷的含量。

2.3 主要污染因子分析

梁子湖入湖口、中心梁子岛、东梁子湖湖心、出湖口监测点各评价因子的污染分担率见图2。

图2 梁子湖监测点各评价因子的污染分担率Fig.2 Pollution share rate of each evaluation factor of monitoring points of Liangzi Lake

将污染分担率排名前五的作为主要污染因子。从图2可知，入湖口的主要污染因子为总氮、总磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分担率之和为72.9%；出湖口的主要污染因子为总氮、总磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分担率之和为72.5%；东梁子湖湖心的主要污染因子为总氮、总磷、CODCr、CODMn、BOD5，其污染分担率之和为72.5%；中心梁子岛的主要污染因子为总磷、总氮、CODCr、CODMn、BOD5，其染物分担率之和为71.6%。综上，总磷、总氮、CODCr、CODMn、BOD5为梁子湖主要污染因子。

2.4 污染物来源分析

通过调研发现，梁子湖总氮、总磷、CODCr、CODMn、BOD5等污染物的来源主要包括外源污染物的流入、区域内面源污染、水位降低导致水体自净能力变差、高温导致沉积物和底泥中污染物的释放量增加、长期的水产养殖、湖泊围垦导致生态功能的衰退、旅游业发展导致生活污水排放量的增加等[21]；梁子湖区域面积大，沿湖有众多村庄，在农业种植和日常管理中使用的含氮磷的化肥通过暴雨的冲刷会流入湖内[22]；梁子湖入湖排口(沟渠)较多，水质较差，大多数都在Ⅳ类以上[23]；梁子湖沉积物中营养物质(氮、磷)和有机物表层含量高[11]，当水体温度较高时，沉积物中的氮磷物质向水体中的释放量增加；另外，梁子湖的旅游业发展，也会引入一定的污染物。

3 结论

梁子湖入湖口、中心梁子岛、东梁子湖湖心、出湖口各监测点的综合污染指数分别为0.260、0.235、0.248、0.232，其中出湖口水质状况最好，中心梁子岛次之，入湖口最差，全湖处于中营养状态，全湖卡尔森综合营养指数平均值为34.0。总磷、总氮、CODCr、CODMn、BOD5为梁子湖主要污染因子，其污染分担率之和超过70%。梁子湖主要污染物的来源主要包括外源污染物的流入、区域内面源污染、水位降低导致水体自净能力变差、高温导致沉积物和底泥中污染物的释放量增加、长期的水产养殖、湖泊围垦导致生态功能的衰退、旅游业的发展等。