武汉外沙湖叶绿素a季节变化及其与水质因子的相关性研究_陈静.pdf

第 48 卷第 1 期2023 年 1 月环境科学与管理ENVIONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVol.48 No.1Jan 2023收稿日期:收稿日期:2022 10 312022 10 31作者简介:作者简介:陈静(陈静(1969 1969 )，女，硕士，研究方向:环境监测)，女，硕士，研究方向:环境监测。通信作者:通信作者:石勇石勇文章编号:文章编号:1674 61391674 6139(20232023)01 0149 0401 0149 04武汉外沙湖叶绿素武汉外沙湖叶绿素 a a 季节变化及其与水质因子的相关性研究季节变化及其与水质因子的相关性研究陈静陈静1 1，李军，李军1 1，李梦晗，李梦晗2 2，石勇，石勇1 1(11 武汉市武昌区生态环境监测站，湖北 武汉武汉市武昌区生态环境监测站，湖北 武汉 430061430061;22 武汉市武昌区生态环境事务站，湖北 武汉武汉市武昌区生态环境事务站，湖北 武汉 430061430061)摘要:摘要:对外沙湖对外沙湖 3 3 个测点叶绿素个测点叶绿素 a a 及水温及水温、透明度透明度、电导率电导率、溶解氧溶解氧、化学需氧量化学需氧量、总氮总氮、总磷等监测项目进行总磷等监测项目进行1212 个月逐月测定，在个月逐月测定，在 1 1 年的监测时段内，叶绿素年的监测时段内，叶绿素 a a 浓度呈明显测点及季节变化特点浓度呈明显测点及季节变化特点。2 2 个测点叶绿素个测点叶绿素 a a 监测均值与综合污染指数呈显著正相关，这说明叶绿素监测均值与综合污染指数呈显著正相关，这说明叶绿素 a a 可以间接反映外沙湖的污染程度可以间接反映外沙湖的污染程度。化学需氧量化学需氧量、总磷总磷、总氮与叶绿素总氮与叶绿素 a a 正相关，另外透明度与叶绿素正相关，另外透明度与叶绿素 a a 呈负相关，说明叶绿素呈负相关，说明叶绿素 a a 高低受多个水质因子的共同影响高低受多个水质因子的共同影响。要控制外沙湖富营养化要控制外沙湖富营养化、防止水华，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各类污染物的浓度防止水华，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各类污染物的浓度。关键词:关键词:外沙湖;叶绿素外沙湖;叶绿素 a a;水质因子;水质因子中图分类号:中图分类号:X832X832文献标志码:文献标志码:BSeasonal Variation of Chlorophyll A and ItsCorrelation with Water Quality Factors in Waisha Lake of WuhanChen Jing1BSeasonal Variation of Chlorophyll A and ItsCorrelation with Water Quality Factors in Waisha Lake of WuhanChen Jing1，Li Jun1Li Jun1，Li Menghan2Li Menghan2，Shi Yong1Shi Yong1(1 Ecological Environment Monitoring Station of Wuchang1 Ecological Environment Monitoring Station of Wuchang，Wuhan 430061Wuhan 430061，ChinaChina;2 Ecological Environment Affairs Station of Wuchang2 Ecological Environment Affairs Station of Wuchang，Wuhan 430061Wuhan 430061，ChinaChina)AbstractAbstract:The monitoring factors including chlorophyll aThe monitoring factors including chlorophyll a，water temperaturewater temperature，transparencytransparency，electrical conductivityelectrical conductivity，dissolvedoxygendissolvedoxygen，chemical oxygen demandchemical oxygen demand，total nitrogentotal nitrogen，total phosphorustotal phosphorus，were measured at three sampling points of Waisha Lakemonthly for 12 months During the monitoring period of one yearwere measured at three sampling points of Waisha Lakemonthly for 12 months During the monitoring period of one year，the concentration of chlorophyll a showed obvious characteristicsof measuring points and seasonal changes The mean value of chlorophyll a monitoring at two measuring points was significantlypositively correlated with the comprehensive pollution indexthe concentration of chlorophyll a showed obvious characteristicsof measuring points and seasonal changes The mean value of chlorophyll a monitoring at two measuring points was significantlypositively correlated with the comprehensive pollution index，which indicated that chlorophyll a could indirectly reflect the pollu-tion degree of Waisha Lake Chemical oxygen demandwhich indicated that chlorophyll a could indirectly reflect the pollu-tion degree of Waisha Lake Chemical oxygen demand，total phosphorus and total nitrogen were positively correlated with chloro-phyll atotal phosphorus and total nitrogen were positively correlated with chloro-phyll a，and transparency was negatively correlated with chlorophyll aand transparency was negatively correlated with chlorophyll a，indicating that the level of chlorophyll a was affected bymultiple water quality factors In order to control the eutrophication of Waisha Lake and prevent algal bloomsindicating that the level of chlorophyll a was affected bymultiple water quality factors In order to control the eutrophication of Waisha Lake and prevent algal blooms，in addition to con-trolling nitrogen and phosphorus pollutionin addition to con-trolling nitrogen and phosphorus pollution，comprehensive treatment should be carried out to deduce the concentration of variouspollutantscomprehensive treatment should be carried out to deduce the concentration of variouspollutantsKey wordsKey words:Waisha LakeWaisha Lake;chlorophyll achlorophyll a;water quality factorswater quality factors前言前言外沙湖位于武汉市武昌区东北部，东邻外沙湖大道，西抵友谊大道，南至公正路，北邻湖北大学及秦园东路，现已建成沙湖公园，湖泊面积外沙湖位于武汉市武昌区东北部，东邻外沙湖大道，西抵友谊大道，南至公正路，北邻湖北大学及秦园东路，现已建成沙湖公园，湖泊面积 2 89 km22 89 km2。近年来由于生产和生活污水排放的影响，导致了水体的富营养化，为解决武昌区外沙湖近年来由于生产和生活污水排放的影响，导致了水体的富营养化，为解决武昌区外沙湖、楚河及水果湖水环境，楚河及水果湖水环境，20192019 年起，武昌区对上述水体开展了年起，武昌区对上述水体开展了941第 48 卷第 1 期2023 年 1 月陈静等武汉外沙湖叶绿素 a 季节变化及其与水质因子的相关性研究Vol.48 No.1Jan 2023综合整治工程，工程于综合整治工程，工程于 20212021 年年 5 5 月完工月完工。叶绿素是植物光合作用中的主要光和色素叶绿素是植物光合作用中的主要光和色素。通过测定浮游植物叶绿素通过测定浮游植物叶绿素 a a，可掌握水体的初级生产力情况及富营养化程度，可掌握水体的初级生产力情况及富营养化程度1 1。关于湖泊叶绿素关于湖泊叶绿素 a a 与水质相关因子之间的关系，很多学者作了深入的研究与水质相关因子之间的关系，很多学者作了深入的研究2 72 7，但多局限于对叶绿素与氮，但多局限于对叶绿素与氮、磷及高锰酸盐指数磷及高锰酸盐指数、化学需氧量等有限水质指标之间相关性的研究，关于外沙湖叶绿素化学需氧量等有限水质指标之间相关性的研究，关于外沙湖叶绿素 a a 分布状况及叶绿素分布状况及叶绿素 a a 与多种水质因子和综合污染指数之间相关性的研究尚未见报道与多种水质因子和综合污染指数之间相关性的研究尚未见报道。通过对外沙湖通过对外沙湖 3 3 个测点治理完成后个测点治理完成后 20212021 年年 5 5月月 20222022 年年 4 4 月共月共 1212 个月叶绿素个月叶绿素 a a 及水温及水温、透明度透明度、色度色度、总悬浮固体总悬浮固体、浊度浊度、电导率电导率、硬度硬度、溶解氧溶解氧、化学需氧量化学需氧量、五日生化需氧量五日生化需氧量、总氮总氮、总磷等监测项目逐月测定，分析外沙湖叶绿素总磷等监测项目逐月测定，分析外沙湖叶绿素 a a 时空分布状况，探讨外沙湖叶绿素时空分布状况，探讨外沙湖叶绿素 a a 含量与水质因子之间的关系，筛选出影响藻类生长的水质因子，为防止水体富营养化从而引起的藻类过度生长含量与水质因子之间的关系，筛选出影响藻类生长的水质因子，为防止水体富营养化从而引起的藻类过度生长、水华再次发生提供理论依据水华再次发生提供理论依据。1 1样品采集与测试样品采集与测试1 11 1点位分布点位分布监测布设有监测布设有 3 3 个监测点位，分别位于外沙湖北端个监测点位，分别位于外沙湖北端、湖心湖心、外沙湖南端外沙湖南端。1 21 2样品的采集样品的采集从从 20212021 年年5 5 月至月至20222022 年年4 4 月，每月在外沙湖月，每月在外沙湖3 3个监测点位采集水样，时间为每月月初，对其中的叶绿素个监测点位采集水样，时间为每月月初，对其中的叶绿素 a a 进行测定，同时测定相关的水质指标，包括水温进行测定，同时测定相关的水质指标，包括水温、透明度透明度、电导率电导率、溶解氧溶解氧、化学需氧量化学需氧量、总氮总氮、总磷等总磷等。每次采样从上午每次采样从上午 8 8:30 1230 12:0000，在每个采样点现场测试水温，在每个采样点现场测试水温、溶解氧溶解氧、透明度透明度、pHpH 后，用有机玻璃采水器采集水面下后，用有机玻璃采水器采集水面下 0.5 m0.5 m 的水样带回实验室进行分析测试的水样带回实验室进行分析测试。1 31 3样品的分析样品的分析监测分析方法监测分析方法、依据及使用仪器见表依据及使用仪器见表 1 1。表表 1 1监测分析方法监测分析方法、依据及使用仪器依据及使用仪器项目名称分析方法使用仪器备注项目名称分析方法使用仪器备注透明度塞氏圆盘法塞氏盘现场测定溶解氧便携式溶解氧仪法透明度塞氏圆盘法塞氏盘现场测定溶解氧便携式溶解氧仪法YSI POYSI PO 水质分析仪现场测定化学需氧量重铬酸钾法水质分析仪现场测定化学需氧量重铬酸钾法 GB 11914 89HY 7012GB 11914 89HY 7012 恒温加热器实验室分析总氮紫外分光光度法恒温加热器实验室分析总氮紫外分光光度法 GB 11894 89D6000GB 11894 89D6000 紫外可见分光光度计实验室分析总磷钼酸铵分光光度法紫外可见分光光度计实验室分析总磷钼酸铵分光光度法 GB/T 11893 1989D6000GB/T 11893 1989D6000 紫外可见分光光度计实验室分析氨氮纳氏试剂分光光度法紫外可见分光光度计实验室分析氨氮纳氏试剂分光光度法 HJ 535 2009D6000HJ 535 2009D6000 紫外可见分光光度计实验室分析高锰酸盐指数水质 高锰酸盐指数的测定紫外可见分光光度计实验室分析高锰酸盐指数水质 高锰酸盐指数的测定 GB 11892 89GB 11892 89水浴锅实验室分析叶绿素水浴锅实验室分析叶绿素 a a水质 叶绿素水质 叶绿素 a a 的测定 分光光度法的测定 分光光度法 HJ897 2017D6000HJ897 2017D6000 紫外可见分光光度计实验室分析紫外可见分光光度计实验室分析2 2结果与讨论结果与讨论2 12 1外沙湖全湖叶绿素外沙湖全湖叶绿素 a a 的周年变化特征的周年变化特征如表如表 2 2 所示外沙湖所示外沙湖 3 3 个采样点叶绿素个采样点叶绿素 a a 均值月变化曲线均值月变化曲线。表表 2 2外沙湖叶绿素外沙湖叶绿素 a a 月变化表月变化表监测时间监测点位监测时间监测点位21 521 621 721 821 921 1021 1121 1222 121 521 621 721 821 921 1021 1121 1222 122 222 322 422 222 322 4湖面北端湖面北端2018891530158292776112020188915301582927761120外沙湖湖心外沙湖湖心11710026461414266211771171002646141426621177湖面南端湖面南端9221334447226291394101392213344472262913941013测点均值测点均值13161072841133242271013131316107284113324227101313051第 48 卷第 1 期2023 年 1 月陈静等武汉外沙湖叶绿素 a 季节变化及其与水质因子的相关性研究Vol.48 No.1Jan 2023在在 1 1 年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素 a a 浓度均值介于浓度均值介于 7 1337 133 g/Lg/L 之间，相对标准偏差为之间，相对标准偏差为114%114%。叶绿素叶绿素 a a 浓度呈明显季节变化特点，监测最高值和次高值出现在秋季的浓度呈明显季节变化特点，监测最高值和次高值出现在秋季的 1010 月份和夏季的月份和夏季的 7 7 月份，而监测最低值出现在冬季的月份，而监测最低值出现在冬季的 1 1 月，说明外沙湖夏秋季出现了藻类爆发性生长月，说明外沙湖夏秋季出现了藻类爆发性生长。(见图(见图 1 1)图 1外沙湖叶绿素 a 月度变化曲线在监测时段内，各测点叶绿素在监测时段内，各测点叶绿素 a a 监测值变化较大，总的说来，监测值变化较大，总的说来，7 107 10 月，湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低，月，湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低，1111 月至次年月至次年 6 6 月，各点监测值基本上低于月，各点监测值基本上低于 5 105 10 月，测点间叶绿素月，测点间叶绿素 a a 浓度差异较大，浓度最高的湖面南端年均值为浓度最低的湖心的浓度差异较大，浓度最高的湖面南端年均值为浓度最低的湖心的 1 91 9 倍倍。除外沙湖湖心除外沙湖湖心 1010 月外，各测点呈现相似的周年变化曲线，所有测点的监测最高值均出现在月外，各测点呈现相似的周年变化曲线，所有测点的监测最高值均出现在 1010 月，而月，而 1 1 月为最低值或次低值月为最低值或次低值。总的说来，各测点夏秋季监测值最高，而总的说来，各测点夏秋季监测值最高，而 1 1、2 2 月监测值最低月监测值最低。2222外沙湖各测点叶绿素外沙湖各测点叶绿素 a a 年均值与综合污染指数年均值与综合污染指数选取溶解氧选取溶解氧、CODCOD、总氮总氮、总磷总磷、氨氮氨氮 5 5 项指标，按项指标，按 GB 3838 2002GB 3838 2002地表水环境质量标准地表水环境质量标准 中中 IVIV 类标准计算外沙湖各点位的综合污染指数，并计算每个测点综合污染指数与叶绿素类标准计算外沙湖各点位的综合污染指数，并计算每个测点综合污染指数与叶绿素 a a 的相关系数，结果见表的相关系数，结果见表 3 3 及图及图 2 2。表表 3 3叶绿素叶绿素 a a 与综合污染指数的相关性与综合污染指数的相关性湖泊名称综合污染指数年均值叶绿素湖泊名称综合污染指数年均值叶绿素a a 年均值相关年均值相关系数湖面北端系数湖面北端29735 80.7629735 80.76外沙湖湖心外沙湖湖心31524 60.1031524 60.10湖面南端湖面南端33446 60.7133446 60.71图 2外沙湖叶绿素 a 与溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷、氨氮的月度变化曲线从表从表 3 3 可以看出，在监测时段内，可以看出，在监测时段内，3 3 个测点叶绿素个测点叶绿素 a a 监测均值从大到小依次为湖面南端监测均值从大到小依次为湖面南端、湖面北端湖面北端、151第 48 卷第 1 期2023 年 1 月陈静等武汉外沙湖叶绿素 a 季节变化及其与水质因子的相关性研究Vol.48 No.1Jan 2023湖心，湖面北端和湖面南端叶绿素与综合污染指数呈显著正相关，湖心则不相关湖心，湖面北端和湖面南端叶绿素与综合污染指数呈显著正相关，湖心则不相关。综合污染指数越高的湖区叶绿素综合污染指数越高的湖区叶绿素 a a 水平也越高水平也越高。说明综合污染指数与叶绿素说明综合污染指数与叶绿素 a a 之间关系因点而异，与点位污染特征有关，不是所有测点综合污染指数都与叶绿素之间关系因点而异，与点位污染特征有关，不是所有测点综合污染指数都与叶绿素 a a 相关相关。2 32 3外沙湖各测点叶绿素外沙湖各测点叶绿素 a a 与其他水质因子的相关性分析与其他水质因子的相关性分析2 3 12 3 1外沙湖叶绿素外沙湖叶绿素 a a 与溶解氧与溶解氧、化学需氧量化学需氧量、总氮总氮、总磷总磷、氨氮的周年变化特征氨氮的周年变化特征在监测时间段内，计算外沙湖三个监测点位各监测指标的月度均值，并绘制月度变化曲线，可以看出，叶绿素在监测时间段内，计算外沙湖三个监测点位各监测指标的月度均值，并绘制月度变化曲线，可以看出，叶绿素 a a 与化学需氧量与化学需氧量、总氮总氮、总磷呈现大致相同的月度变化特征，而氨氮总磷呈现大致相同的月度变化特征，而氨氮、溶解氧的月度变化与叶绿素溶解氧的月度变化与叶绿素 a a 则无明显关联则无明显关联。2 3 22 3 2各水质指标与叶绿素各水质指标与叶绿素 a a 的相关性分析的相关性分析分析分析3 3 个测点个测点1212 个月共个月共 3636 组水质监测数据，计算溶解氧组水质监测数据，计算溶解氧、CODCOD、BODBOD、总氮总氮、总磷等总磷等 7 7 项指标与叶绿素项指标与叶绿素 a a 的相关系数，结果见表的相关系数，结果见表4 4(p=0.05p=0.05，临界值，临界值0.3290.329)。表表 4 4各水质指标与叶绿素各水质指标与叶绿素 a a 的相关性的相关性水质指标与叶绿素水质指标与叶绿素 a a的相关系数相关性判定(的相关系数相关性判定(p=0.01p=0.01)化学需氧量)化学需氧量0.812 70.812 7正相关透明度正相关透明度0.395 20.395 2负相关溶解氧负相关溶解氧0.159 70.159 7不相关高锰酸盐指数不相关高锰酸盐指数0.132 70.132 7不相关氨氮不相关氨氮0.201 70.201 7不相关总磷不相关总磷0.806 70.806 7正相关总氮正相关总氮0.430 00.430 0正相关由表正相关由表 4 4 可见，有可见，有 3 3 项所选指标与叶绿素项所选指标与叶绿素 a a 呈正相关，相关性由强到弱依次为化学需氧量呈正相关，相关性由强到弱依次为化学需氧量、总磷总磷、总氮，另外透明度与叶绿素总氮，另外透明度与叶绿素 a a 呈负相关呈负相关。叶绿素叶绿素 a a 与透明度负相关，说明外沙湖水体颜色主要来源于藻类的存在，透明度主要受藻类影响与透明度负相关，说明外沙湖水体颜色主要来源于藻类的存在，透明度主要受藻类影响。因此透明度能够较好地表征当前藻类密度状况因此透明度能够较好地表征当前藻类密度状况。叶绿素叶绿素 a a 与化学需氧量正相关，表明目前外沙湖水体中有机物污染与藻类的生长密切相关，有机物浓度增大，藻类的繁殖速度也加快与化学需氧量正相关，表明目前外沙湖水体中有机物污染与藻类的生长密切相关，有机物浓度增大，藻类的繁殖速度也加快。叶绿素叶绿素 a a 与总氮与总氮、总磷正相关，说明东湖水体中溶解性的无机氮总磷正相关，说明东湖水体中溶解性的无机氮、磷均为藻类生长的限制性因素磷均为藻类生长的限制性因素。因此虽然外沙湖已经处于富营养化状态，但任何氮磷营养盐的输入都将促使湖区藻类密度进一步增大，使水质更加恶化，必须严加控制因此虽然外沙湖已经处于富营养化状态，但任何氮磷营养盐的输入都将促使湖区藻类密度进一步增大，使水质更加恶化，必须严加控制。3 3结论结论在在 1 1 年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素年的监测时段内，外沙湖全湖叶绿素 a a 浓度均值介于浓度均值介于 7 7 g/L 133g/L 133 g/Lg/L 之间，变异系数为之间，变异系数为114%114%。叶绿素叶绿素 a a 浓度呈明显测点及季节变化特点，监测最高值出现在夏秋季，而监测最低值出现在冬季的浓度呈明显测点及季节变化特点，监测最高值出现在夏秋季，而监测最低值出现在冬季的 1 21 2 月;湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低月;湖面南端监测值较高，湖面北端次之，湖心相对较低。测点间叶绿素测点间叶绿素 a a 浓度差异较大浓度差异较大。在监测时段内，在监测时段内，3 3 个测点中的个测点中的 2 2 个叶绿素个叶绿素 a a 监测均值与综合污染指数显著正相关监测均值与综合污染指数显著正相关。这说明叶绿素这说明叶绿素a a 可以间接反映外沙湖的污染程度可以间接反映外沙湖的污染程度。化学需氧量化学需氧量、总磷总磷、总氮与叶绿素总氮与叶绿素 a a 正相关，另外透明度与叶绿素正相关，另外透明度与叶绿素a a 呈负相关，说明叶绿素呈负相关，说明叶绿素 a a 高低受多个水质因子的共同影响高低受多个水质因子的共同影响。要控制外沙湖富营养化要控制外沙湖富营养化、防止水华发生，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各类污染物的浓度防止水华发生，除了控制氮磷污染外，还需进行综合治理，降低各类污染物的浓度。参考文献:参考文献:1 1 国家环境保护总局 国家环境保护总局 水和废水监测分析方法(第四版)水和废水监测分析方法(第四版)M M 北京:中国环境科学出版社，北京:中国环境科学出版社，20022002 2 2 许毅 许毅 巢湖西北岸入湖口叶绿素巢湖西北岸入湖口叶绿素 a a 与营养盐因子相关性及特征分析 与营养盐因子相关性及特征分析 J J 皮革制作与环保科技，皮革制作与环保科技，20222022，3 3(8 8):):198 200.198 200.3 3 施红菊，陈启慧，张玉田，等 施红菊，陈启慧，张玉田，等 北部太湖北部太湖DODO、pHpH 时空变化及其与叶绿素时空变化及其与叶绿素 a a 的相关性分析的相关性分析 J J 四川环境，四川环境，20222022，4141(2 2):):110117110117 4 4 陈永根，刘伟龙，韩红娟，等 陈永根，刘伟龙，韩红娟，等 太湖水体叶绿素太湖水体叶绿素 a a 含量与氮磷浓度的关系 含量与氮磷浓度的关系 J J 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