(昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南 昆明 650228)

滇池是云貴高原上最大的高原淡水湖泊，位于昆明市主城區(qū)下游，由海埂節(jié)制閘將其分割為草海和外海，其中外海為滇池的主體部分，水面面積298km2；草海為昆明市的城市內(nèi)湖，水面面積10.8km2,占滇池水面積的3.6%。滇池流域是云南省人口最密集、經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)，由于毗鄰昆明主城區(qū)，滇池水質(zhì)一直受到人類活動的嚴重影響。隨著污染物產(chǎn)生量的迅速增加，富營養(yǎng)化已經(jīng)成為滇池主要的環(huán)境問題[1]。眾所周知，氮、磷是水體富營養(yǎng)化最為主要的限制性因子。近年來，許多學(xué)者對滇池污染治理和富營養(yǎng)化問題的調(diào)查和研究主要是針對滇池全湖，如湖區(qū)氮磷營養(yǎng)鹽的時空分布[2]、富營養(yǎng)化現(xiàn)狀[3]以及湖區(qū)生物群落特征[4]等。草海作為滇池的重要組成部分，是滇池保護和治理工作中不可或缺的部分。本文基于2016年11月對滇池草?？臻g16個采樣點的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用ArcGIS空間插值的方法對草海水體中不同形態(tài)氮磷及藍藻密度的空間分布情況進行直觀分析，研究氮、磷組成結(jié)構(gòu)特征，探索不同形態(tài)氮、磷與藍藻密度的相關(guān)性，通過聚類分析法對草海的污染特征進行分類，以期為滇池草海的污染治理提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

滇池草海位于滇池東北部，由海埂節(jié)制閘與滇池外海分割，與外海沒有水體的交換。草海流域覆蓋了昆明市主城區(qū)約30%的面積，人口密度大、建成區(qū)比例高，以居住用地和公共服務(wù)用地為主，呈現(xiàn)出典型的城市流域特征[5]。入湖河流有7條，分別為大觀河、烏龍河、西壩河、船房河、新運糧河、老運糧河、王家堆渠。2015年昆明市實施了牛欄江-草海補水通道建設(shè)工程，自2015年5月5日起，將牛欄江水通過盤龍江引入大觀河、西壩河，最后進入草海作為生態(tài)補水，以提升草海水體置換效率。2016年將新運糧河、老運糧河、王家堆渠3條河流河水引入東風壩，不再進入草海湖體。因此目前進入草海的河流有大觀河、烏龍河、西壩河、船房河4條。

1.2 樣品采集與測試

按照網(wǎng)格在草海布設(shè)16個點位(圖1)，研究時間為 2016 年 11月，采集0.5m表層水，加保存劑帶回實驗室分析測試。檢測指標包括總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)、總氮(TN)、溶解性總氮(DTN)、藍藻密度等。TP、TN按國家標準規(guī)范進行分析測試，DTP、DTN將水樣經(jīng)0.45μm濾膜的濾液消解后測定，藍藻密度使用哈希便攜式水質(zhì)多參數(shù)測定儀進行現(xiàn)場校準測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

按照國家《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(表1)評估草海氮、磷污染情況。采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對草?？菟谒|(zhì)富營養(yǎng)化狀態(tài)進行評價，評價因子為TN、TP、Chla、SD及CODMn。使用ArcGIS10.1對監(jiān)測指標濃度含量進行空間插值分析，得到各指標空間分布。采用Excel 2010和SPSS19.0進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 滇池草海氮、磷及藍藻密度狀況

滇池草海TN濃度值范圍在3.13～4.63 mg/L，平均濃度為3.54 mg/L，平均值及16個測點均超出地表水Ⅴ類標準。DTN濃度值范圍在2.30～3.32 mg/L，平均濃度為2.68 mg/L。草海水體中DTN占TN的比例在62.4%～91.0%，平均占比76.1%，表明水體中DTN為氮的主要賦存形式，氮主要以可溶態(tài)氮的形式存在，少量以顆粒態(tài)氮的形式存在。TP濃度值范圍在0.048～0.191 mg/L，平均濃度為0.096 mg/L，平均值達到地表水Ⅳ類標準。16個測點中Ⅲ類水占12.5%，Ⅳ類水占43.75%，Ⅴ類水占43.75%；DTP含量很低，濃度值范圍在0.005～0.064 mg/L，平均濃度為0.025 mg/L。DTP占TP的比例在6.3%～47.7%，平均占比24.5%，表明水體中磷主要以顆粒態(tài)磷的形式存在，極少量以可溶性總磷形式存在。藍藻密度范圍在3481～40564萬個/L，平均值為19402萬個/L。

表1 草海水體氮磷及藍藻密度結(jié)果

2.2 氮磷及藍藻密度空間分布特征

使用ArcGIS對滇池草海水體氮、磷濃度及藍藻密度進行空間插值分析，可以較直觀地獲得其空間變化趨勢。從圖4～圖8可以得出：不同形態(tài)的氮磷濃度及藍藻密度的空間分布具有一定的差異性，其中TN、TP的空間分布與藍藻密度的空間分布一致性較好，氮磷濃度以草海南部海埂船閘一帶最高，其次是草海北部，湖體中心水域最低。在河水水動力驅(qū)動和常年西南風的驅(qū)動下，草海北部藻類不容易積聚，藍藻密度呈明顯的從北向南逐漸增高的趨勢。DTN、DTP空間分布總體呈現(xiàn)由北向南逐漸降低的趨勢，由于藍藻生長過程中會吸收大量氮磷營養(yǎng)鹽，漂浮藍藻是顆粒氮磷的主要存在形式，尤其在高密度藍藻聚積未腐爛的水體中，氮磷營養(yǎng)鹽主要賦存在藻體內(nèi)[12]，因此DTN與DTP的變化與藻類的變化是一致的。

2.3 草海水體富營養(yǎng)化特征分析

調(diào)查期間草?？傮w富營養(yǎng)狀態(tài)為輕度富營養(yǎng)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為58.9。1#～16#測點綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)范圍在54.1～65.2，富營養(yǎng)狀態(tài)為輕度富營養(yǎng)和中度富營養(yǎng)，16#測點綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高為65.2。

目前國際上一般認為當水體中的TN和TP濃度分別達到0.2mg/L和 0.02mg/L，就有可能發(fā)生水華現(xiàn)象[6]，草海水體TN和TP濃度遠遠超出了發(fā)生富營養(yǎng)化的氮、磷條件。TN/TP作為湖庫營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的重要表征，可以在一定程度上反映營養(yǎng)物輸入負荷對水體營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的影響，同時也是水體中浮游生物種群營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的重要影響因素和體現(xiàn)[7-8]。Guildford等[9]提出的水中營養(yǎng)物限制性標準指出，TN/TP≤9.0(質(zhì)量比,摩爾比為20)為氮限制狀態(tài)，TN/TP≥22.6(質(zhì)量比,摩爾比為50)為磷限制狀態(tài)。本次調(diào)查草海水體TN/TP比均>22.6，說明草海水體處于磷限制狀態(tài)，但由于富營養(yǎng)化的復(fù)雜性，仍然要考慮氮的影響。

利用雙側(cè)Pearson相關(guān)性分析來分析藍藻密度和不同形態(tài)氮磷的關(guān)系。結(jié)果表明本次調(diào)查期間藍藻密度與TN呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù) 0.627，0.01 置信水平上顯著相關(guān))、DTP呈顯著負相關(guān)(相關(guān)系數(shù) -0.717，0.01 置信水平上顯著相關(guān))。說明枯水期草海藻類生長可能主要受TN和DTP影響。TN、TP無顯著相關(guān)性，表明草海氮磷補給的異源性。

表2 藍藻密度和不同形態(tài)氮磷相關(guān)性

注：*-在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**-在 .01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.4 聚類分析

聚類分析法是一種將研究對象的諸多特性進行分類的分析方法，其通過在變量之間定義相似系數(shù)來代表變量之間的相似程度，然后將相似程度大的優(yōu)先聚合到一起，最終按照類別的綜合性質(zhì)將多個變量聚合，直至所有變量聚為一類[10]。將草海16個測點進行空間聚類分析，可聚類成3組(見圖9)，第1組包括7#～15#測點，第2組包括1#～6#測點，第4組為16#測點。目前進入草海主體水域的有大觀河、烏龍河、西壩河、船房河4條河流，這4條河流大多由草海北面進入，結(jié)合空間特征的分析結(jié)果，隨著水動力的驅(qū)動和湖水的稀釋凈化，入湖斷面高于湖心區(qū)域，1#～6#測點所處區(qū)域為草海北部狹長型水域，7#～15#測點是草海湖體中心水域，16#測點由于是藍藻比較集中的區(qū)域，與其它測點空間差異較大，可見聚類分析結(jié)果和實際情況相符。

3 結(jié)論

(1)調(diào)查期間，滇池草海水體TN濃度平均值為3.54mg/L，超過Ⅴ類水質(zhì)標準；TP為0.096mg/L，達到Ⅳ類水質(zhì)標準。DTN為氮的主要形態(tài)，占TN的76.1%；DTP僅占TP的24.5%，顆粒態(tài)磷是磷的主要形態(tài)。

(2)TP、TN濃度的空間分布呈現(xiàn)隨水流方向由北向南逐漸降低隨后升高的趨勢，草海南部海埂船閘一帶最高，其次是草海北部，湖體中心水域最低。藍藻密度的空間分布呈現(xiàn)隨水流方向由北向南逐漸升高的趨勢，草海南部海埂船閘一帶最高，其次是湖體中心水域，最低為草海北部。DTN、DTP濃度的空間分布呈現(xiàn)隨水流方向由北向南逐漸降低的趨勢。

(3)調(diào)查期間草海水質(zhì)處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。氮磷Pearson相關(guān)性分析指出TN、TP無顯著相關(guān)性，表明草海氮磷補給的異源性，藍藻密度與TN呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，與DTP呈現(xiàn)顯著負相關(guān)。N/P顯示磷是草海的限制因子，但由于富營養(yǎng)化的復(fù)雜性，仍然要考慮氮的影響。

(4)由聚類可以將草海劃分為3個區(qū)域，與實際情況較為符合。