滇池水体pH值变化特征及其影响因素初步分析

(昆明市滇池高原湖泊研究院，云南 昆明 650228)

滇池地处云贵高原的滇中地区，流域面积2920km2，湖面积309.5km2，容积15.6亿m3，平均水深约5.3m，是云南高原湖泊中面积最大的湖泊，在调节昆明市的气候、防洪、水资源调度等方面，发挥着重要作用，也是重要战略备用水源地。然而，从20世纪80年代开始，随着城市化进程的迅猛发展，滇池水质逐年下降，并成为重度富营养化湖泊[1]。

随着滇池治理力度的加大，近些年来，水质改善明显。2018年滇池草海和外海总体水质指标达到了Ⅳ类地表水质，营养盐指数从重度富营养化下降为轻度富营养化。但依然有些水质指标不稳定，尤其是水体pH值，在夏秋季节，总体偏高。水体酸碱度是重要的水质指标之一，影响着水环境功能。受地质及地理环境影响，云南地区高原湖泊水体普遍偏碱性。在多种因素作用下，水体pH值会季节性出现超标现象[2]。关于水体pH值的影响因素研究，国内外有一些研究，并初步表明与地质状况、水体中的溶解氧、藻类活动等有关[3]。此外，也与水下生物扰动有一定的关系[4]。

为进一步分析滇池水体pH值变化的影响因素，在对滇池多年监测数据开展分析的基础上，结合跟踪监测，开展分析研究，以期为水体pH值的改善提供有效建议和措施。

1 研究方法

1.1 研究区域

滇池10个国控点历年数据，结合滇池外海北部水域3个连续跟踪监测点(索道站、11号井、山邑村近岸水域)。

1.2研究周期

数据参考1987年至今滇池监测数据，跟踪监测数据为2019年7月2日—7月4日蓝藻生物量相对较高时期的数据。

1.3水质指标

水质检测和分析的水质指标包括：水温、DO、SD、pH值、CODCr、TN、TP和Chl.a等水质指标，监测方法参照《水和废水监测分析方法》(第四版)[5]。

1.4分析方法

采用相关性分析、降维分析和回归分析等统计分析方法。

2 结果与分析

2.1 滇池水体pH值变化特征

(1)多年变化特征

多年监测数据表明，滇池草海水体pH值的年均变化范围在7.73～8.64，多年均值为8.09。外海水体pH值的年均变化范围在8.26～9.17，多年均值为8.77。从1987—2018年数据看，外海水体pH值总体高于草海水体pH值。滇池草海、外海多年水体pH值变化如图2所示。

表1滇池草海多年各月pH值及水质状况(1987-2018年)

月份水温/℃pH值DO/(mg/L)CODCr/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TP/(mg/L)TN/(mg/L)Chl.a/( μg/L)1月11.88.16.2642.55.510.69810.285.42月128.026.5341.36.690.7211.1863月14.38.276.09556.250.82110.688.54月17.28.096.49526.240.9111084.45月19.98.376.1759.85.970.9889.551126月22.18.175.5460.15.50.9268.881647月22.28.095.5458.74.460.8238.61788月22.38.015.2757.93.330.6086.781669月228.176.2963.13.070.7478.2328410月19.57.875.4645.14.840.6058.1910711月16.27.894.7346.54.790.6778.5488.912月13.57.935.7242.75.540.7029.3780.2

(2)季节性变化特征

对草海和外海各月进行多年统计，外海水体pH值在2月相对最低，为8.42；随后逐渐升高，到9月达到最高，达9.08；随后在波动状态下缓慢下降。草海水体pH值在2月也为最低，约为8.02；在5月达到最高，约为8.37；随后缓慢下降，在9月又反弹至8.17，随后逐渐降低。滇池草海、外海各月水体pH值变化如图3所示。

天然植物性食物中的营养素不会因烹调遇热而分解破坏。据相关实验表明，煮菜过程中会损失50%～70%维生素C和90%左右的叶酸，油炸过程会损失约50%维生素E。

2.2 滇池水体pH值影响因素分析

(1)多年水体pH值与水质间相关性分析

依托于昆明市环境监测中心自1987年以来的滇池草海和外海水质监测数据，分析水体pH值多年月均变化与水质指标之间的关联性。草海各月水质见表1，外海各月水质见表2。

对草海2个国控点的月均pH值与其他水质指标之间进行相关性分析，与之相关性最高的是总磷，相关系数为0.789，为显著正相关关系。其次依次为CODCr、DO，相关系数分别为0.65、0.515。水体pH值与总氮、氨氮、叶绿素a和水温之间的相关性不显著，相关系数分别为0.319、0.216和0.193。

对外海8个国控点的月均pH值和其它水质指标之间开展相关性分析，相关性最高的是叶绿素a，相关系数为0.899，为显著正相关关系。其次依次为氨氮、总氮、DO、水温，相关系数分别为-0.87、-0.832、0.784和0.608。

表2 滇池外海多年各月pH值及水质状况(1987-2018年)

表3 滇池草海、外海多年水体pH值多年月均变化与各水质指标间相关性分析

通过对草海水体pH值与相关性最高的TP之间的回归分析，回归方程为

y=0.9523x+7.35，R2=0.6227。由于近些年水体总磷下降显著，故本方程已经不适用当前状况。

通过对外海水体pH值与相关性最高的Chl.a之间的回归分析，回归方程为y=0.0081x+8.2249，R2=0.8082。由此公式测算，当叶绿素a浓度达95.7μg /L以上时，则水体中pH极易超过9。

在2019年7月初，北部近岸水域藻密度较大，且不同时段差异也大，从早到晚在3个跟踪监测点共采集记录到23组数据，pH值与水体叶绿素a浓度关系见图6、图7。

通过分析，水体pH值与DO之间的回归方程为y=0.0801x+8.404，R2=0.397。依据此计算公式，当光合强度使水体中DO浓度超过7.44mg/L时，pH值可能会出现超标现象。

水体pH值与水体叶绿素a之间的回归方程为一元二次方程，方程式为：y=-0.0000001x2+0.0003x+9.057，R2=0.2979。由此公式计算可得，当叶绿素a浓度低于1500μg /L时，水体pH值随藻类生物量的增大而增大，当高于约1500μg /L时，则水体pH值开始缓慢下降。当水体pH值约高于3500μg /L时，水体pH值开始低于9。在5000 μg /L时，则水体pH值降至最低，约8.21。

3 结论

(1)多年来，滇池水体pH值总体偏碱性，外海总体高于草海。草海水体pH值的年均变化范围在7.73～8.64，多年均值为8.09。外海水体pH值的年均变化范围在8.26～9.17，多年均值为8.77。滇池水体的pH值处于动态波动变化中。

(3)跟踪调查和回归分析结果表明，当水体叶绿素a浓度低于约1500μg /L时，水体pH值随藻类生物量的增大而增大，呈现正相关关系；当高于约1500μg /L时，则水体pH值开始缓慢下降；当水体pH值约高于3500μg /L时，水体pH值开始低于9；约5000μg /L时，降低至本底状态，即8.21。

(4)依据回归分析，当开放水体中叶绿素a的浓度低于95.7μg /L时，则水体中pH值总体低于9。控制蓝藻水华，降低浮游藻类生物量，可以减少生物因素对水体pH值的调节作用。

4 讨论和建议

多方面研究表明，生物作用对水体pH值影响显著。在云南滇中和滇西地区，由于基岩多为石灰岩，淋溶产生的CaCO3和MgCO3本身为弱碱性盐，导致水体本身偏碱性，水体pH值本底本身较高，加上滇中和滇西的多数湖泊周围人口密集，有一定的生活污水汇入水体，而生活污水主要也是偏碱性的水体。而浮游植物，甚至沉水植物等对局部水体的pH值有显著调节作用，当生物量较大时，对整个水体pH值的升高有明显的促进作用[2,6]。

藻类生物量较大，超过一定密度后，水体pH值会下降。推测原因，由于透明度为0，只有表层藻类在进行光合作用，而水下大多数藻体则以呼吸作用为主，消耗溶解氧，释放大量二氧化碳，并促进H2CO3的生成，碳酸是中强酸[8]，酸性属性会使水体pH值有明显下降。

要防控水体生物因素造成的水体pH值变化，需要持续开展水污染治理，降低影响藻类生物量的总磷浓度，当总磷浓度显著降低，藻类生物量下降，藻类种群结构也将发生变化，水体pH值的生物调节因素也将大幅度降低。此外，对蓝藻生物量开展及时的打捞清除，也能减少其对水体pH值的影响。