第2o卷第2期 2006年6月 干旱环境监测 AddCnuironmentdalMonitoring V_nJ.20 _n.2 ..2006 山仔水库叶绿素fl与环境因子的相关 分析及富营养化评价 翁笑艳 (福州市环境保护监测站,福建福州350011) 摘要:依据2003年3 ̄11月对山仔水库的逐月调查和监测数据,分析叶绿素a含量的时空分布情况,探讨叶绿素a 与相关环境凶子的关系,并应用修正的卡尔森营养状态指数对山仔水库水质进行分析评价。结果表明,山仔水库除了 3、10、11月份处于中营养状态,其余月份部处于富营养化状态。叶绿素a具有明显的时空分布特征。日溪进口和山仔水 库坝前的叶绿素a含量较高;初夏和秋末出现高峰,叶绿素a含量分别高达21 1 mg/m 和93 mg/m 。多元统计分析表 明。与山仔水库叶绿素a含量显著相关的因子是水温和溶解氧。生物因子评价表明,山仔水库浮游藻类的种类和数量 都达到了富营养化水平。 关键词:山仔水库;叶绿素a;相关关系;营养状态指数 中图分类号:X828 文献标识码:B 文章编号:1 007—1 504【2006)02—0073—06 Correlation between Chlorophyll-a and Related Environmental Factors in Shanzi Reservoir WENG Xiao-yan(Fuzhou Environmental Monitoring Smtion,Fuzhou Fujian 350011。China) Abstract:The correlation between chlorophyll—a and other environmental factors was analyzed in this paper。 based on the monthly monitoring data in Shanzi Reservoir from March tO November in 2003,and modified Carlson troplfic state index was also calculated for assessing the water condition of Shanzi Reservoir.It was found that in March,October and November water was in mesotrophic state,while in eutrophic state in the re— mained months.Chlorophyll—a fluctuated markedly both temporally and spatillay in Shanzi Reservoir.Chloro-- phyU—a was found a higher concentration in Ri Stream and at the front of dam of Shanzi Reservoir.Two peaks of chlorophyl1一a concentration wcrc detected in the early sumi ̄er and the late auRunn in 2003 wih tthe value of 21 1 mg/ma and 93 mg/ma respectively.And,based on the multianalysis,the water temperature and soluble oxygen had si ticant correlation wih tthe concentration of chlorophyll—a. Key words:Shanzi Reservoir;chlorophyll-a;correlation;trophic state index 湖泊、水库的富营养化现象已经引起各国 经引起关注。一些学者也对山仔水库的底泥磷 学者的高度重视,许多学者对湖泊、水库生态进 行深入的研究,对相关的环境因子进行调查和 监测,研究了各环境因子间的相互关系,探讨富 的赋存形态、浮游植物的种群结构、山仔水库富 营养化的成因和对策等作过研究n I,但对于山 仔水库叶绿素a和其他环境因子的相关性还未 营养化的成因和防治。山仔水库作为福州市第 见报道。本文主要根据2003年3~l1月对山仔 二水源地,近年来水库发生的富营养化问题已 收稿日期:2005一l1—07;修回日期:2005—12—09 水库的逐月调查和监测数据,分析叶绿素a含量 作者简介:翁笑艳(1972一),女,福建龙岩人,工程师,硕士,主要从事生态保护与监测研究工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com
干旱环境监测 第20卷 BOD )等。 的时空分布情况,探讨叶绿素a与相关环境因子 酸盐指数(COD )、五日生化需氧量(的关系,并应用修正的卡尔森营养状态指数以 分析方法依据文献[6】。 及生物因子评价方法对山仔水库水质进行分析 1.2.3统计与评价方法 评价。 1研究地区和方法 1.1研究地区概况 敖江是福建省第六大河,发源于宁德市境 内鹫峰山脉,流域面积2.66×10 km ,河长137 km,多年平均年径流量3.04×10 m 。1997年福 州市确定敖江作为福州市的第二饮用 水源,2003年敖江正式向福州市供水。山仔水库 位于敖江下游,调节库容1.6×10a m3,于1994年 l1月开始蓄水,塘坂水库调节库容l_39×10。m。, 其坝址位于山仔水库下游7 km处,二水源取水 口位于塘坂水库坝址上游100 m的右岸。经过 近几年的综合整治,敖江流域上游石板材等工 业污染源基本得到控制,但是由于大量的生活 以及各种养殖业等污染未经整治,敖江饮用水 源保护区(山仔水库)出现水质污染和富营养化 现象,影响敖江二水源供水水质的安全。 1.2研究方法 1.2.1采样频次与点位 2003年3一l1月,每月一次。监测点位为山 仔水库和塘坂水库库心,采集中泓线上层水样。 此外,为了解山仔水库“水华”爆发期问库区不 同点位叶绿素a含量以及其他污染指标的情况, 2003年6月和9月各进行一次加密监测。监测 点位为山仔水库进口(七里)、库心(小沧乡附 近)、出u(大坝前)、日溪、七里各加设一个点位 及塘坂水库进口、塘坂水库大坝前。 1.2.2样品采集和分析 样品采集方法按照文献【s】进行。 监测项目主要有水温(WT)、溶解氧(DO)、 叶绿素a(Chla)、透明度(SD)、总氮(TN)、 盐氮(NO 一N)、氨氮(NH ̄-N)、总磷(TP)、高锰 (1)统计方法:利用多元统计分析技术,应用 SAS统计软件建立多元线性回归方程,计算山 仔水库叶绿素a含量与环境理化因子的逐步回 归统计结果。 (2)山仔水库的营养化类型评价:采用修正的 卡尔森营养状态指数(TSI )。修正的卡尔森营养 状态指数值范围为O 100,TSI指数在37以下 的为贫营养,37—53的为中营养,大于53的为富 营养 I。公式为: TSIM(Chla)=10×(2.46+lnChla/ln2.5)。 TSIM(SD)=10×[2.46+(3.69一lnChla)/ln2.51o TSIM(TP)=10×【2.46+(6.71+1.15 lnTP)/ln2.5]。 综合TSI=[TSIM(Chla)+TSIM(SD)+TSIM (TP)]/3。 式中,TSIM(SD)、TSIM(TP)、TSIM(Chla):分别 为以透明度、总磷、叶绿素a为基准的营养状态 指数;SD、TP、Chla:分别为透明度值(m)、总磷 值(nVL)、叶绿素a值(mg/m )。 2结果与讨论 2.1叶绿素a含量时空分布与评价 叶绿素是藻类重要的组成成分之一,所有 的藻类均含有叶绿素a。叶绿素a含量的高低与 该水体中藻类的种类、数量等密切相关,也与水 环境质量有关。近年来,叶绿素a在水体富营养 化评价中也发挥着愈来愈显著的作用,常常作为 监测水质的一个指标。 据监测,山仔水库中的叶绿素a含量具有明 显的时问和空间分布规律,特别随季节变化比 较明显,见图1。由图1可看出,山仔水库和塘坂 水库的叶绿素a含量在4—9月比较高,3、lO、l1 月的叶绿素a含量则明显较低,其范围为l 4 mg/m。。山仔水库叶绿素a在初夏和秋末出现峰 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 翁笑艳 山仔水库叶绿素a与环境因子的相关分析及富营养化评价 值,分别为211 mg/m。和93 mg/m ;而塘坂水库 化现象加重。 仅在夏季出现高峰,为89 mg/m。。这与实际观测 为了解主要污染指标在水库内的空间分 结果也比较相符。近年来,山仔水库一般在夏秋 布,于2003年6,9月对山仔、塘坂库区各部分 两季出现“水华”,主要原因是夏秋季日照强,水 及主要支流水质进行检测,从结果看,2个水库 温高,营养物质循环加快,可溶性氮、磷含量增 主要污染物存在较明显的空间分布特征。在山 高,促进水生藻类的大量生长繁殖,导致富营养 仔水库出口及主要支流日溪入口,各项指标均 明显高于库区内;对比塘坂、山仔水库水质可以 暑 2O 发现。虽然二者各主要污染指标基本相同,但山 E ’ l5 仔水库藻类的生物量更高。见表1。这是由于塘 憾 择 l0 坂水库于2003年建成蓄水,之前属单向流动的 {翻} 翳 0S 古 河流,虽然受上游下泄水流的影响,但与山仔库 O 3 4 5 6 7 B 9 10 11 区比较,水质较好,由于蓄水前进行了较为彻底 月份 图1山仔、塘坂水库叶绿素a浓度逐月变化 的清库,因此没有出现类似于山仔水库(山仔水 —◆一IIJ仔;——+一塘坂 库建成后清库不彻底)的水质突变。 袅1 山仔水库、塘坂水库主要污染指标的空间分布 2.2营养状态指数 表2。由表2可看出,山仔水库4—1O月的TSI 叶绿素a是反映藻类数量多少的综合指 值均大于53,处于富营养化状态;3月和l1月 标。在实际工作中常被作为评价水体富营养化 的TSI值介于37和53之间,处于中营养状态。 状况的主导因子,但由于水体生态系统以及富 一般发生“水华”的水域要同时具备以下特 营养化过程的复杂性。目前多采用多因子评价 征,即氮、磷营养物质水平达到湖泊富营养化标 方法对水体富营养化状况进行评价。修正的卡 准水平,水深不超过10 m,平均流速小于0.05 m/s, 尔森营养状态指数就是基于叶绿素a的多因子 而且水温在适宜藻类生长的范围内,气候温暖、 评价指数。山仔水库各月份TSI 值计算结果见 日照充足等。山仔水库的平均水位为8O.45 m, 维普资讯 http://www.cqvip.com
干旱环境监测 第2O卷 远超过10 m,最低水位为60 m,不利于光照和 温度向水体内部的透入,不具备适合藻类生长 在库区上游及下游的浅水区,特另 深 足l0 m的地区,当部分支流的氮、磷营养物浓度已达 的条件。因此,库区干流很难发生富营养化。但 到或超过了富营养化水平时,极易发生水华。 表2山仔水库TSI 值计算结粜 2.3叶绿素a与环境因子的相关性分析 在山仔水库(库心)叶绿素a含量与盐氮问 叶绿素a的现存量在一定程度上反映了水 存在显著正相关,与总磷之问存在显著负相关, 库中藻类的生长状况,而藻类的生长又受多种 生态因子的影响和制约。山仔水库叶绿素a含 量和环境理化因子之间的Pearson相关系数及 与水温、溶解氧、总氮、氮氮之间存在较明显的 正相关,而与透明度、高锰酸盐指数、五日生化 需氧量相关不显著。 其两尾的显著性分析结果见表3。由表3可知, 袭3山仔水库叶绿素a含量与环境园子的相关系数 注: 代表在0.05水平的相关显署性(两尾测验)。 各种环境因子对藻类的影响作用各不相 对中国主要湖泊叶绿素a与总磷的关系进行研 同,逐步回归分析可以筛选出相对重要的影响 究发现,50个主要湖泊的叶绿素含量与总磷具 有显著相关性。山仔水库2003年3—11月的总 氮以及盐氮浓度变化与叶绿素a含量相关 因子。用SAS统汁软件建立多元线性回归方程, 对每个入选因子的参数进行方差分析,以其概 率<15%为标准,得到逐步回归公式为:叶绿 性还是比较高的,而总磷浓度与叶绿素a的含量 素一0.515 39+0.009 62水温+0.041 77溶解氧, 决定系数R 0.7882,F值为l1.17,其概率为 呈显著负相关。山仔水库水体中总氮年均值 1.0l mg/L,总磷年均值0.05 mg/L,叶绿素a年 0.(1095。可见,在山仔水库(库心),与叶绿素a含 均值54.0 mg/m。,都高于国际上一般标准的富营 量显著相关的因子是水温和溶解氧。 养型湖泊的浓度(水体中总氮>0.20 mg/L,总 关于理化因子和叶绿素a含量的关系存在 媾>0.02 mg/L,叶绿素a>10.0 mg/m。即为富营 诸多不同的观点,但总体而言,在淡水湖泊或水 养化水体)1121。山仔水库的总磷浓度与叶绿素a 库中,叶绿素a含量或藻类的生长是由多因素控 含量呈显著负相关的原因可能是由于山仔水库 制的,一般地,影响藻类生长的因子主要有水动 水体存在温跃层,水体交换性差,真光层中浮游 力条件、气象条件、营养盐等。国际经合组织 植物旺盛的生长代谢吸收大量的营养盐,营养 (OECD)对理化因子和叶绿素a动态变化的相 盐被高度利用而得不到及时的补给,营养盐的 互关系进行了大量的研究表明,水体磷为惟一 平衡结构被破坏,总磷浓度下降,从而使总磷和 主导因子的占80 ̄/6,氮为主导因予的占ll%,其 叶绿素a呈现负相关关系。 余9%的水体为氮和磷共同起作用Ⅲ”。黄文钰011 许多学者认为氮、磷的比值与藻类的生长 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 翁笑艳 山仔水库叶绿素a与环境因子的相关分析及富营养化评价 有更直接的关系,藻类正常代谢所需的N/P为 来大量的营养盐,藻类开始大量繁殖形成“水 7,当N/P大于7时,P是可能的性营养盐; 华”,叶绿素a含量在4月份达到高峰;之后,由 当N/P小于7时,则N可能是性营养盐。但 于藻类繁殖消耗大量的营养盐,导致透明度等 是,不同的藻类所需的氮磷比也有所不同,山仔 降低,在一定程度上了藻类的生长,叶绿素 水库在春末蓝藻门数量骤增,在夏季成为绝对 a含量有所降低,但到了9月份,水温达到全年 优势种群,所占比例高达总量的99.8%,这种现 (2003年)最高水平,日照时间长,藻类生长又出 象一直持续到9月份【3I。因此山仔水库是典型的 现一个高峰。 蓝藻型水库。由于某些蓝藻本身具有固氮能力, 2.4藻类监测结果与评价 所以在富营养化水体中,蓝藻繁殖需要的外源 从2003年春季开始,对山仔水库藻类数量 氮量不大,但是需要消耗大量的磷。从氮磷比分 及优势种群进行了连续的监测,结果见表4。由 析上看,山仔水库中的N/P远大于7,说明磷可 表4可看出,在一年内藻类的爆发有2个高峰 能是山仔水库藻类生长潜在的性元素。 期,分别在每年的春末、秋初发生,优势种均为 溶解氧与叶绿素a具有比较显著的正相关 淡水湖库富营养化污染的特征种蓝藻;年内藻 关系,可能是因为浮游植物在光合作用中释放 类种群的演替规律也较为明显,冬、春季以硅藻 氧分子,使水体中溶解氧浓度升高m 。 为主,其余季节,尤其是藻类爆发的季节以蓝藻 水温与藻类生长关系密切,在一定温度范 为主,在一年内水华微囊藻为优势种群的时间 围内,藻类随温度的升高而生长加快。山仔水库 最长,种群分布表现为较明显的富营养化污染 叶绿素a含量也与水温变化具有显著相关性。4 特征。 月份,水温开始回升,降雨量增大,地表径流带 表4山仔水库藻类监测统计结果 2003年3 11月从山仔水库各采样点共鉴 值为86.4万个,L,变动范围为6.9—960.1 定出浮游植物58种,隶属于6门36属,绿藻门 万个/L。其中4月24日采样数据为藻类960.1 种类最多,有26种,渐次分别为:硅藻门16种; 万个,L。山仔水库其他采样点藻量从5月份开 蓝藻门6种;甲藻门4种;隐藻门和裸藻门各3 始增加,8月份藻类密度不高,为l7.4万个/L;9 种。 月份平均密度达到183.3万个/L;l1月份回落 从浮游植物的数量分布角度看,3一l1月间 至5O.5万个,L。塘坂流域8月份藻类的密度为 各采样点藻类数量变动明显,藻类数量总平均 63.1万个/L;9月份为19.4万个/L;l1月份升 维普资讯 http://www.cqvip.com
干旱环境监测 第20卷 至71.2万个,L。七里断面9月份藻类的密度为 主,其余季节,尤其是藻类爆发的季节以蓝藻为 118.3万个/L;日溪流域9月份藻类的平均密度 主,一年内水华微囊藻为优势种群的时间最长, 为131.8万个,L。库区各采样点的藻类平均数量 种群分布表现为较明显的富营养化污染特征。 都在百万个,L以上,达到了富营养化的标准。 参考文献: 【1】孑L健健,张江山.福州第二水源山仔水库营养类型的判定及 变化趋势分析【J】l安全与环境工程,2004,11(3):65—67. 从浮游植物的优势种来看,4月24日水样 中出现蓝藻门固氮鱼腥藻优势种群,其数量高 达960.1万个,L;山仔水库其他采样点藻量从5 月份开始增加,优势种为隐藻门的隐藻和蓝藻 门的固氮鱼腥藻,并在7月31日的水样中出现 较多的蓝藻门的水华微囊藻。8 1 1月的数据表 明,水华微囊藻和啮蚀隐藻为该流域水体中的 优势种群。上述优势种均为富营养型藻种,它们 反映了山仔水库水质营养丰富,呈现出富营养 化水体的特征。 3结论 1)根据2003年3—11月的监测资料表明,山 仔水库叶绿素a含量具有明显的季节变化,4 9 月份的叶绿素a含景明显升高,并出现夏末和初 秋2个高峰,3、10、11月份叶绿素a含量降低。 2)依据修正的卡尔森营养状态指数,山仔水 库和塘坂水库除了3、1O、11月份处于贫营养和 中营养以外,其余监测月份均处于富营养化状 态。 3)叶绿素a与环境因子的逐步回归分析表明, 与山仔水库叶绿素a含量具有显著相关的因子 是水温和溶解氧。 4)磷可能是山仔水库藻类生长潜在的因 子。 5)据监测,一年内藻类的爆发有2个高峰期, 分别在每年的春末、秋初发生,优势种均为淡水 湖库富营养化污染的特征种蓝藻;年内藻类种 群的演替规律也较为明显,冬、春季以硅藻为 【2】马雪艳。陈文花,张江山.福州二水源一山仔水库底泥磷 的赋存形态【J】.中南民族大学学报(自然科学版),2004,23(4):15 —18. [3 李梅燕,3】庄惠如,林明榕。等.福州市饮用水源浮游植物种 群结构分析及比较[J】_福建师范大学学报(自然科学版), 2 ̄)03,19(2):72—77. [44】 马雪艳,张江山.应用模糊数学方法评价福卅I市山仔水库水 质【J】l济南大学学报(自然科学版),2{D4,18(2):136—138. 【s5】 黄详飞,陈伟民,蔡启铭.湖泊生态调查观测与分析【M】. 北京:中国标准出版社。1999.27—105. 【6】国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水 监测分析方滴M】.第四版.北京:中国环境科学出版社.2002.蹦 一2【x). 【7】CARLSON R E.A trophic state index for lakes[J] Limnol O- ceafl,1997,(22):361—369. 【8】 CEBALLOS R S。KONIG A,OLIVERRA J F Dam reservoir eutrophication】:A simpliifed technique for a fast diagnosis of en- vimnmental degradation[J].WaterRes,1998,(32):3477—348,3. [(9 吕唤春,)】 飞儿,陈英旭。等.千岛湖水体叶绿索a与相关环 境凶予的多元分析[J】l应用生态学报,2003,14(8):1347— 1350 [10】谢允田,魏民,吕军,等.南湖叶绿素a含量与湖水理化性 质的多元分析[J】'东北水利水电,1999。(1):43—45. 【11】黄文钰.中国主要湖泊叶绿索与总磷的关系[J】l污染防治 技术,1997.10(1):11—12. [12】吴沽,钱天鸣,虞左明.西湖叶绿素a周年动态变化及藻类 增长潜力试验[J】l湖泊科学,2{}01,13(2):143—148. [131张澎浪,孙承军.地表水体中藻类的生长对pH值及溶解 氧含量的影Ilru ̄[J].中国环境监测,2004.20(4):49—5O.
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