楊 俊，吳芝瑛，徐 駿，姚思鵬，陳 鋆，蔡婷婷，丁秀穎

(杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，浙江杭州310008)

杭州西湖是中國主要的觀賞性淡水湖泊之一，面積約6.39km2，平均水深2.27m，水體容量約為1429萬m3［1］。蘇堤、白堤橫貫湖中，把西湖分割成外湖、北里湖、西里湖、岳湖和小南湖5個(gè)主湖區(qū)。2002年底，杭州市政府啟動(dòng)“西湖西進(jìn)工程”恢復(fù)了茅家埠、烏龜潭等共計(jì)70hm2的水面面積，并與西里湖水面貫通，從而保持整個(gè)西湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)［2］?？紤]到錢塘江引水、入湖溪流的補(bǔ)給、截污、水生植物種植等舉措對各湖區(qū)的影響不同［3～4］，本文以西湖最具代表性的幾塊水域?yàn)檠芯繉ο?，?012年1—12月每月監(jiān)測1次，利用所取得的原位數(shù)據(jù)分析各湖區(qū)的水體富營養(yǎng)化水平以及水中營養(yǎng)鹽和浮游植物的季節(jié)性變化特征，并探討各因素之間的相互關(guān)系，為進(jìn)一步治理西湖提供參考。

1 監(jiān)測與分析、評價(jià)方法

1.1 監(jiān)測布點(diǎn)

以蘇堤為界，2012年1—12月在西湖東西水域各取兩個(gè)湖區(qū)開展采樣監(jiān)測，湖泊監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)置如圖1所示，1～4號(hào)點(diǎn)分別為北里湖、外湖、西里湖、茅家埠，在0.5m左右深處采集亞表層水樣，采樣頻次為每月1次。

1.2 監(jiān)測項(xiàng)目與分析方法

重點(diǎn)選取與水體富營養(yǎng)化密切相關(guān)的監(jiān)測項(xiàng)目:水溫、pH、透明度、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、氨氮、硝氮、葉綠素a以及浮游植物群落分析。其中水溫、pH、溶解氧在現(xiàn)場通過YSI多功能水質(zhì)儀測得，透明度使用白色塞克圓盤進(jìn)行測量，其它監(jiān)測項(xiàng)目檢測方法按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3838－2002)以及《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中要求的方法測定。

1.3 評價(jià)方法

水體富營養(yǎng)化程度按評價(jià)湖泊富營養(yǎng)化的統(tǒng)一方法綜合營養(yǎng)指數(shù)法［5］進(jìn)行評價(jià)，本文評價(jià)項(xiàng)目選取了反映水體營養(yǎng)程度的主要指標(biāo):葉綠素、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)5項(xiàng)。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式為:

式中:TLI(Σ)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

式中:rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù);m為評價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí):TLI(Σ) ＜30為貧營養(yǎng);30≤TLI(Σ)≤50為中營養(yǎng);TLI(Σ)＞50為富營養(yǎng)，其中50＜TLI(Σ)≤60為輕度富營養(yǎng);60＜TLI(Σ)≤70為中度富營養(yǎng);TLI(Σ)＞70為重度富營養(yǎng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 營養(yǎng)鹽變化特征分析

(1)氮鹽

西湖4個(gè)監(jiān)測湖區(qū)TN含量差異較大，茅家埠、西里湖、外湖、北里湖 TN年均值分別為3.015mg/L、2.433mg/L、 1.802mg/L、 1.679mg/L。這一結(jié)果與錢塘江引水有著很大的關(guān)系，自2003年起，錢塘江水經(jīng)沉淀池處理后引入西湖，由表1可以看出，經(jīng)過脫磷降濁后西湖引水中的TN年均值為2.68mg/L。西里湖是西湖引水的主要配水區(qū)域，茅家埠有兩個(gè)錢塘江引水口，且湖區(qū)較小，使得引水帶來的氮鹽有部分在這兩個(gè)湖區(qū)聚集，此外攜帶氮鹽污染物的上游溪流也是通過湖西區(qū)域進(jìn)入西湖。北里湖距引水口較遠(yuǎn)，外湖湖面面積、庫容較大，邊界線較為復(fù)雜，而且這兩個(gè)湖區(qū)浮游植物密度較高，會(huì)消耗部分氮鹽，因此北里湖、外湖的氮鹽含量總體低于西部湖區(qū)的茅家埠和西里湖。

就全年季節(jié)變化趨勢來看，北里湖、外湖都表現(xiàn)為2月份達(dá)到最大值后開始呈下降趨勢，夏秋季節(jié)處于一年中較低水平，11月份起緩慢升高。春季氣候轉(zhuǎn)暖，水溫回升，水體中微生物活動(dòng)開始活躍起來，氮鹽的吸收加快，夏季湖水O2的含量較低，反硝化作用的速率較快［6］，冬季水溫較低，生物活動(dòng)受到抑制，植物對氮鹽的吸收速率降低應(yīng)是北里湖、外湖TN季節(jié)變化的主要原因。茅家埠、西里湖季節(jié)變化較為相似，春季呈下降趨勢，秋冬季呈上升趨勢。這兩個(gè)湖區(qū)總氮季節(jié)變化與溫度有一定關(guān)系，但表1引水監(jiān)測數(shù)據(jù)表明這一變化特征更大程度上是受引水的影響。

從圖2中可以看出，監(jiān)測湖區(qū)NO3－N季節(jié)變化趨勢與TN基本相同，由計(jì)算可知北里湖、外湖、茅家埠、西里湖中NO3－N占TN的比例分別為55%、60%、76%、76% ，而NH4－N占TN比例則分別為7.7%、9%、2%、9%、8.2% 。造成這一比例的主要原因可能是錢塘江引水中硝氮比例遠(yuǎn)高于NH4－N，從表1中的年均值來看，引水中NO3－N為2.18mg/L，占TN含量的81.3%;NH4－N僅為0.367mg/L，占總氮比例13.7% 。4個(gè)監(jiān)測湖區(qū)NH4－N的季節(jié)變化趨勢總體表現(xiàn)為冬季較高，春秋季節(jié)較低，雖然大部分植物都可吸收多種氮源，但通常傾向于吸收氨氮［7］。冬季水溫較低，生物活動(dòng)受到抑制，植物對氨氮的吸收速率降低應(yīng)該是冬季氨氮較高的主要原因。春季氣候轉(zhuǎn)暖，水溫回升，水體中微生物活動(dòng)開始活躍起來，促進(jìn)氨氮的轉(zhuǎn)化，然后隨溫度進(jìn)一步上升，氨氮含量迅速降低，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硝氮。氨氮的這種轉(zhuǎn)化規(guī)律可能影響到水體氮鹽鹽濃度的季節(jié)變化。

表1 2012年西湖引水的氮磷值 (mg/L)

(2)總磷

西湖不同點(diǎn)位TP的時(shí)空差異較大，北里湖、外湖總磷年均值分別為0.055mg/L、0.049mg/L，季節(jié)變化幅度很大，冬季總磷處在較低水平，夏季較高。北里湖極大值為0.084mg/L，出現(xiàn)在6月份，極小值在1月出現(xiàn)，為0.030mg/L。外湖極大值為0.090mg/L，出現(xiàn)在8月份，極小值在1月出現(xiàn)，為0.026mg/L。在水溫相對較低的1—4月份，西湖上游溪流輸入的磷大部分被底泥吸附，同時(shí)由于微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)磷的分解速度較慢，沉積物中磷的釋放量較少，所以這兩個(gè)湖區(qū)的總磷濃度都處在較低水平。6月份以后，水溫逐漸升高，被吸附的磷重新釋放進(jìn)入水體，使水體中的總磷含量明顯回升。研究表明［8］，無論好氧還是厭氧條件，底泥釋磷都是隨溫度升高而增加，因此夏秋季節(jié)溫度高內(nèi)源磷釋放最強(qiáng)，同時(shí)由于浮游生物活動(dòng)強(qiáng)烈，可能進(jìn)一步增加了磷酸鹽的釋放，釋放的磷酸鹽也隨之增大。

西里湖、茅家埠總磷年均值分別為0.030mg/L、0.034mg/L，季節(jié)變化幅度較小，波動(dòng)不太明顯，全年處在一個(gè)較低水平。這主要是由于西里湖為引水的主要擴(kuò)散區(qū)域，引水含磷量年均約為0.035mg/L，大量引水進(jìn)入西里湖后稀釋作用非常明顯。茅家埠是西湖綜合整治工程中開發(fā)的新湖區(qū)，水生植物豐富，受到的外界磷營養(yǎng)鹽負(fù)荷較少，同時(shí)茅家埠也有兩個(gè)引水口，因此西湖西部兩個(gè)湖區(qū)的總磷全年含量都是比較低的。

2.2 浮游植物變化特征分析

從圖3浮游植物的檢測結(jié)果可以看出，4個(gè)監(jiān)測湖區(qū)浮游植物生物量及優(yōu)勢藻類有很大差異，北里湖、外湖夏秋季節(jié)生物量明顯高于冬春兩季，北里湖7月份藻類密度最高，達(dá)到了31.1×106cells/L，外湖同樣在7月份達(dá)到最高值53.4×106cells/L。從生物量來看這兩個(gè)湖區(qū)的季節(jié)變化都呈現(xiàn)夏＞秋＞春＞冬的特征。從西里湖的生物量來看，1—8月份生物量相對9—12月份較高，2月份最高達(dá)到3.07×106cells/L，也僅為北里湖的1/10。茅家埠除6月最高值達(dá)到6.93×106cells/L，其他月份生物量季節(jié)變化并不明顯，在0.7～2.6×106cells/L波動(dòng)。從浮游植物組成來看，北里湖在夏秋季節(jié)為藍(lán)藻型，而春冬季節(jié)為隱藻+硅藻型。外湖1—5月份隱藻、硅藻占優(yōu)勢，而6—12月份則是藍(lán)藻占絕對優(yōu)勢。西里湖主要優(yōu)勢種群以隱藻為主，全年有6個(gè)月的時(shí)間隱藻比例在60%以上。茅家埠秋冬季為隱藻+硅藻型，其他月份沒有明顯的優(yōu)勢種群。

2.3 不同湖區(qū)富營養(yǎng)化現(xiàn)狀和特征

結(jié)合圖4中2012年西湖不同湖區(qū)富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果，就年均綜合營養(yǎng)值數(shù)來看，北里湖(53.08)＞外湖 (51.99)＞西里湖 (42.32)＞茅家埠 (41.45)。就季節(jié)變化趨勢來看，北里湖、外湖富營養(yǎng)化水平季節(jié)變化顯著并且有相似的趨勢，二者的營養(yǎng)值數(shù)都是在8月份達(dá)到最大，在8月份之前呈上升趨勢，從9月份開始逐月下降。同時(shí)從圖4也可以看出，北里湖1、2月份處于中營養(yǎng)水平，而外湖全年則有5個(gè)月都是處在中營養(yǎng)狀態(tài)的。與北里湖、外湖不同，西部湖區(qū)西里湖、茅家埠營養(yǎng)指數(shù)全年都處在中營養(yǎng)水平，并且季節(jié)變化比較穩(wěn)定，茅家埠在36.5～47.5波動(dòng)，西里湖則更為平穩(wěn)，營養(yǎng)值在40.4～46.0波動(dòng)。結(jié)合相關(guān)資料［9～10］可以看出，西湖水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)已經(jīng)得到了較好的控制。

4個(gè)監(jiān)測湖區(qū)綜合營養(yǎng)值數(shù)的季節(jié)變化特征，與各個(gè)湖區(qū)不同的自凈能力有很大關(guān)系。北里湖距引水口較遠(yuǎn)，附近的出水口較小，水流緩慢，引水稀釋作用相對較差，外湖湖面面積較大，庫容大，受引水的影響反而比較小，水交換能力較弱。因此北里湖、外湖的水體自凈能力相對較差，水體中的營養(yǎng)鹽與溫度、風(fēng)力、降水等氣候因素關(guān)系較大，營養(yǎng)值數(shù)季節(jié)波動(dòng)較為明顯。茅家埠水域透明度高，光照充足，水草生長茂盛，同時(shí)又有引水口，西里湖湖區(qū)較小，并且是西湖重要的引水?dāng)U散區(qū)域，這些因素使得這兩個(gè)湖區(qū)的水體更新速度較快，自凈能力較強(qiáng)，水質(zhì)指標(biāo)受氣候影響相對較小，能夠全年都處在較低的營養(yǎng)水平。

2.4 營養(yǎng)元素與營養(yǎng)值數(shù)相關(guān)性分析

本文采用SPSS對西湖水體不同點(diǎn)位營養(yǎng)因子、主要水環(huán)境因子與綜合營養(yǎng)值數(shù)進(jìn)行K－S檢檢，通過Pearson相關(guān)分析方法對各因子與營養(yǎng)值數(shù)間的相關(guān)性進(jìn)行研究。從表2中的相關(guān)性指數(shù)可以看出，各營養(yǎng)因子、浮游植物密度和營養(yǎng)綜合指數(shù)分布的相關(guān)性各不相同。北里湖與外湖在相關(guān)性方面有一定的相似表現(xiàn)，兩個(gè)湖區(qū)的營養(yǎng)值都與葉綠素、總磷、化學(xué)需氧量、溫度、pH呈顯著正相關(guān)。與總氮、硝氮、透明度、DO呈現(xiàn)較為顯著的負(fù)相關(guān)。兩個(gè)湖區(qū)的不同點(diǎn)表現(xiàn)在北里湖營養(yǎng)值與氨氮、浮游植物呈不明顯正相關(guān)，而外湖營養(yǎng)值與氨氮在0.05水平上顯著負(fù)相關(guān)，與浮游植物在0.01水平上顯著正相關(guān)。西里湖的營養(yǎng)值只與葉綠素在0.01顯著性水平上呈正相關(guān)，與化學(xué)需氧量在0.05顯著性水平上呈正相關(guān)，與其他指標(biāo)的相關(guān)性均不夠顯著。與西里湖不同的是，茅家埠的營養(yǎng)值數(shù)與葉綠素、總磷、化學(xué)需氧量、溫度、pH均呈顯著的正相關(guān)，與透明度、溶氧呈顯著負(fù)相關(guān)，與氮鹽均呈負(fù)相關(guān)但其相關(guān)性并不明顯，與浮游植物呈現(xiàn)不顯著正相關(guān)。

表2 不同湖區(qū)水質(zhì)指標(biāo)與綜合營養(yǎng)值數(shù)的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與建議

(1)西湖不同湖區(qū)營養(yǎng)鹽及浮游生物的時(shí)空差異很大，北里湖、外湖的氮鹽含量總體低于西部湖區(qū)，總磷則反之。北里湖、外湖的浮游生物量遠(yuǎn)高于西部湖區(qū)，浮游生物種類也有很大差別。引起此季節(jié)及區(qū)域差異性的原因與西湖引水關(guān)系密切，同時(shí)也與藻類及水生生物的分布以及各湖區(qū)的水環(huán)境條件有關(guān)。

(2)2012年西湖四湖區(qū)富營養(yǎng)化水平空間差異較大，其中北里湖、外湖總體處于輕度富營養(yǎng)化水平，季節(jié)變化明顯，茅家埠和西里湖全年平穩(wěn)地處于中營養(yǎng)水平，這與各個(gè)湖區(qū)的水體自凈能力有關(guān)。

(3)盡管受引水影響，北里湖、外湖的自我修復(fù)能力差于西部湖區(qū)茅家埠及西里湖，但這兩個(gè)湖區(qū)在冬季的綜合營養(yǎng)值數(shù)仍然處在一個(gè)較低的水平，因此可以考慮在冬季適當(dāng)減少引水稀釋，以減少氮鹽的入湖量。

(4)外湖、北里湖、茅家埠三個(gè)湖區(qū)的綜合營養(yǎng)指數(shù)與葉綠素、總磷、水溫有顯著的正相關(guān)關(guān)系，這說明西湖仍屬于磷限制性湖泊［11］。西里湖營養(yǎng)值數(shù)與各營養(yǎng)鹽及環(huán)境因子都沒有明顯的相關(guān)性，這與西里湖是錢塘江引水的主要配水區(qū)有關(guān)。

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