馬濤

水利開發(fā)對鹽湖水質(zhì)及重金屬污染的影響

馬濤

太原學(xué)院, 山西 太原 030032

為了進一步降低實驗誤差，本研究從2013年開始進行為期六年的持續(xù)性實驗，實驗對象為山西鹽湖浮游植物，同時對水質(zhì)狀況進行持續(xù)取樣，重點探究水利開發(fā)利用狀況下浮游植物群落分布狀況，尤其是種類及數(shù)量等方面，以及其對水質(zhì)的作用機理。通過實驗分析發(fā)現(xiàn)：（1）通過將鹽湖水利開發(fā)區(qū)與對照組相比發(fā)現(xiàn)，對于浮游植物而言，無論是均勻度指數(shù)還是豐度指數(shù)，雖然存在一定的差異，但是其整體的變化態(tài)勢較為接近，其指數(shù)高值出現(xiàn)在夏、秋季節(jié)，而其他季節(jié)較低，且呈現(xiàn)出較為明顯的先升后降發(fā)展態(tài)勢；對于密度指數(shù)及Wiener多樣性指數(shù)而言，其低值出現(xiàn)在秋季，且不同指數(shù)均高于對照組。（2）對于水利開發(fā)區(qū)以及對照區(qū)而言，無論是pH、TN，還是TP、NH4+-N，其雖然存在一定的差異，但是整體而言，隨著時間的季節(jié)推移，其先升后降的發(fā)展態(tài)勢尤為突出，其高峰值出現(xiàn)在秋季，而冬季較低；對于BOD5和CODcr濃度來說亦是如此。對于水溫而言，其最高溫出現(xiàn)在夏季，秋冬季節(jié)最低，呈現(xiàn)明顯的V形變化態(tài)勢；此外，不同的指數(shù)而言，開發(fā)區(qū)高于對照組。（3）通過對開發(fā)區(qū)及對照組的實驗分析得知，無論是Cr、Hg、Co、Ni，還是Cu、Pb濃度，其差異雖然不可避免地存在，但是其隨著時間的變化，其先升后降態(tài)勢尤為突出，高峰值出現(xiàn)在秋季，而冬季較低，且開發(fā)區(qū)高于對照組。（4）為了探究不同環(huán)境因子的交互作用機理，本研究開展了相關(guān)性和主成分分析，對于Cr、Cu、Cd濃度而言，其與多樣性、豐度及均勻度指數(shù)之間均勻尤為突出的相關(guān)性，其達到了顯著水平；對于水溫、NH4+-N和TN濃度來說亦是如此。此外，對于開發(fā)區(qū)而言，其相關(guān)系數(shù)明顯較高，綜合來看，從水質(zhì)的角度來講，水溫、NH4+-N、TN濃度對于浮游植物多樣性具有明顯的制約作用，從重金屬的角度來看，Cr、Cu、Cd濃度也對浮游植物多樣性產(chǎn)生了不可替代的影響作用，這些因素共同作用于浮游植物，成為其多樣性分布的關(guān)鍵環(huán)境因子。

水利開發(fā); 鹽湖; 重金屬污染

在社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展之下，我們的生產(chǎn)生活也隨之而取得了巨大改變和進步，這是有目共睹的發(fā)展成就，極大地便利了我們的生活[1-3]，但是在這一過程中難以避免地產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題，尤其是和我們生活息息相關(guān)的水污染等，對于水體污染而言，其中的水體沉積物成為污染集中區(qū)，且在沖刷、沉積等作用下形成更為嚴(yán)重的污染區(qū)[4]，且治理難度極大，隨著時間的不斷推移，其富集效應(yīng)更為明顯[2,3]。對于水體沉積物而言，其不僅存在著大量的鐵錳氧化物，同時次生黏土物質(zhì)聚集，其吸附效應(yīng)往往富集了大量的重金屬成分，這將加劇重金屬污染，加大污水治理難度，使得沉積物成為了重金屬匯集區(qū)；此外，隨著水體理化特性的改變，尤其是外界溫度及酸堿度的變化，以及氧化條件的改變等，這些都無疑與重金屬發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致其不斷釋放，形成了典型的二次污染[5,6]，對于上層水體的質(zhì)量形成了不利影響，對于重金屬污染而言，其不僅具有危害性大的特點，同時其污染的長期性及隱蔽性等無疑加大了治理難度，增加了治理周期，成為難以降解的污染物，這也是當(dāng)前湖泊污染治理的一大難點，因此探究重金屬的污染變化等具有重要的研究意義。

對于浮游植被來說，其生長發(fā)育離不開適宜的水體，成為重要的初級生產(chǎn)者，在水生態(tài)中扮演著重要角色，其不僅依賴于水體生長發(fā)育，同時能夠?qū)λw凈化起到較明顯的效果，這也是在其水體生態(tài)循環(huán)中起著重要作用，影響著水生態(tài)子系統(tǒng)質(zhì)量[7,8]，對于水體食物鏈具有重要制約效果，水體生態(tài)與其關(guān)系密切[9-11]。由于浮游植被具有敏感的環(huán)境適應(yīng)性，因此其變化能夠及時反映出水體的變化，其群落分布等特點也是對水域的變化體現(xiàn)[12]，形成了良好的水體指示效果，對于水質(zhì)監(jiān)測起著關(guān)鍵效果，并在實際中得到了廣泛的應(yīng)用，且近些年來理論研究也不斷增多[13,14]，尤其是水體的理化變化等方面，但是對于浮游植被的研究相對較少，基于此，本研究將山西鹽湖作為研究對象，立足于浮游植被的角度，探究二者之間的關(guān)系，從而探討如何提升水體生態(tài)保護。

對于城市湖泊而言，其不僅具有很強的美感，同時能夠有效調(diào)節(jié)局地氣候，增加空氣濕度，在展現(xiàn)休閑價值的同時具有一定的經(jīng)濟價值[15]，但是近些年來在城市發(fā)展過程中，不同程度的水域污染依然難以避免，尤其是重金屬污染較為明顯，對于水體質(zhì)量的保持起著不利影響[16-18]，這能夠通過水體沉積物加以分析，因此沉積物的狀況能夠有效反應(yīng)水體狀況。對于山西鹽湖而言，其作為重要的城市湖泊，不僅漁業(yè)發(fā)達，同時作為難以忽視的生態(tài)屏障發(fā)揮著巨大環(huán)境效益，在局地氣候調(diào)節(jié)等方面作用顯著，體現(xiàn)經(jīng)濟價值和城市美感[19]。近些年來在山西的社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，鹽湖受到了大量的人為干預(yù)，其水體質(zhì)量也受到了影響，生活垃圾等污染源不斷侵蝕著鹽湖水質(zhì)，水體沉積物問題加劇，制約了鹽湖生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，打破了原有的生態(tài)平衡，其生態(tài)環(huán)境問題較為突出。在水利開發(fā)過程中，能夠促進灌溉和養(yǎng)殖等方面，形成較好的經(jīng)濟效益，但是在此過程中，天然的浮游植被生長環(huán)境被改變，水質(zhì)狀況發(fā)生了改變，其植被生長環(huán)境平衡被打破，這對于浮游植被的群落分布產(chǎn)生著不利影響，這也是水利開發(fā)常遇到的問題[20]?；诖耍狙芯苛⒆阌谏轿鼷}湖浮游植被的研究視角，通過6年的實地觀測研究，對比分析浮游植被的生長變化，探究其與水體之間的關(guān)系，探討如何及時觀測水質(zhì)，治理污染，促進生態(tài)子系統(tǒng)的平衡。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

對于運城鹽湖而言，作為內(nèi)陸鹽湖，其呈現(xiàn)尤為突出的硫酸鈉型特點，并位居世界前列，鹽含量之高接近于死海，以至于人可以漂浮于湖面，從而擁有著“中國死?！钡拿雷u。對于該區(qū)域而言，該地殼的形成起源于第三紀(jì)喜馬拉雅構(gòu)造時期，可追溯至0.5億年前，其走向呈現(xiàn)尤為突出的東北-西南走向，綿延長達30 km，其海拔達到324 m，水深達6 m，受制于地理分布特點，其呈現(xiàn)出典型的亞熱帶季風(fēng)氣候分布，通過對近年來氣象資料分析不難發(fā)現(xiàn)，其年均溫可達到11 ℃，900 mm左右的降雨量使得該區(qū)域呈現(xiàn)較為濕潤的特點，具有明顯的雨熱同期特點。

1.2 采樣方法

本實驗開始于2013年，并在鹽湖開發(fā)區(qū)進行連續(xù)6年的觀測實驗，同時為了增加實驗對比效果，還設(shè)置了專門的對照區(qū)，即未開發(fā)區(qū)，通過在四個季節(jié)分別的采樣分析來開展對比研究，每個區(qū)設(shè)置樣點15個，每個月的月中進行采樣，同時對于溫度、pH值等進行測定，并借助于水質(zhì)檢測儀開展采樣，對浮游植被生長狀況進行分析，并對水質(zhì)變化進行及時的檢測及記錄。對于浮游植被采樣而言，采取國際通用標(biāo)準(zhǔn)采樣，借助于25號浮游生物網(wǎng)，通過緩慢的拖動來獲取樣品，然后將生物網(wǎng)中的水進行濃縮處理，待其達到100 mL后借助于魯哥試液進行固定處理，之后帶回實驗室，接下來進行鏡檢；此外，為了有效觀測水質(zhì)，取樣1 L，并均勻混合，以待后續(xù)開展水質(zhì)測定；對于浮游植被的采樣分析借助于濃縮檢驗的方式進行[5,6]。

1.3 樣品測定

在進行樣品測定之前首先需要將其搖勻，在400x顯微鏡下觀測，并對其進行計數(shù)統(tǒng)計，本實驗借助于浮游生物計數(shù)框進行，所選取的視野在20～40之間，為更大程度上降低實驗分析誤差，特進行3次重復(fù)實驗，從而獲取更為精準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)。通過分析單位體積內(nèi)藻類細胞數(shù)來比較其密度，難以判別的則借助于高倍鏡進行，并選取20個個體求出其均值，從而分析其構(gòu)成[13]。

對于其多樣性分析，本研究采用豐度、優(yōu)勢度等相關(guān)指數(shù)加以探究[21-23]：

Margalef豐度指數(shù)=(-1)/ln

Wiener多樣性指數(shù)=-∑(PlnP)

Pielou均勻度指數(shù)=/ln

其中物種總數(shù)用表示，P代表著第種數(shù)量占比；當(dāng)Wiener指數(shù)值低于1的情況下說明其屬于重污染區(qū)，不超過3的情況下為重度污染，其中以其值2為分界點又分為、-中污染；當(dāng)其值大于3的情況下，說明該區(qū)域為輕度污染[5,6]。

本實驗對于水質(zhì)的多種指標(biāo)開展測定，其中對于BOD5、CODCr的測定分別借助于接種法、氧化法；對于NH4+-N、TN及TP的測定均借助于光度法，通過酸性KMnO4法對高錳酸鹽指數(shù)加以衡量。

接下來需要對水域的重金屬含量進行提取測定，具體通過BCR提取，并在實驗室開展指標(biāo)測定，具體如下：

（1）首先選取實驗所用的沉積物1 g，然后準(zhǔn)備裝有40 mL醋酸的離心管，要求濃度達到0.11 mol·L-1，然后將沉積物置入后振蕩10 h，要求溫度達到25 ℃，之后開展長達20 min的離心處理，要求轉(zhuǎn)速為4500轉(zhuǎn)/min，接下來進行過濾，去上清液，以待開展指標(biāo)測定。然后將15 mL純水置于殘渣中，振蕩30 min后離心20 min，除去上清液，這樣能夠提取出弱酸態(tài)重金屬。

（2）將40 mL鹽酸羥胺加入上一步驟的殘渣中，并進行振蕩及離心處理，主要處理步驟同上，然后獲取可還原狀態(tài)的重金屬。

（3）將10 mL雙氧水置于上一步驟的殘渣中，要求濃度為8.8 mol·L-1，pH達到2，然后在常溫下靜置2 h，之后在85 ℃下加熱處理，在置入10 mL雙氧水，并重復(fù)以上處理，接下來加入40 mL醋酸，濃度降低為1 mol·L-1；并按照第一個步驟進行振蕩及離心處理，從而獲取可氧化的重金屬。

（4）將全部殘渣取出，然后置于聚四氟乙烯坩堝，借助于HF-HNO3-HC1O4消解處理，并對重金屬總量進行測定，對于提取液及消化液而言，其重金屬含量借助于ICP-MS測定。為更大程度上降低實驗分析誤差，特進行3次重復(fù)實驗，取出平均值，從而獲取更為精準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

在開展指標(biāo)統(tǒng)計分析之前對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的均值處理，并充分考慮標(biāo)準(zhǔn)誤差[26]，然后借助于Excel 2007整理相關(guān)數(shù)據(jù)，并開展SPSS 20.0統(tǒng)計檢驗，尤其是相關(guān)分析等；同時進行原始數(shù)據(jù)的對數(shù)轉(zhuǎn)換，為了有效探究浮游植被多樣性的環(huán)境影響因子，本研究開展RDA冗余分析[27]和相關(guān)性檢驗等。

2 結(jié)果與分析

2.1 水利開發(fā)對山西鹽湖浮游植物多樣性的影響

為了對浮游植被的多樣性分布特點開展具體的量化分析，本研究特間豐度及均勻度等方面的分析，從多個指標(biāo)角度來探究其多樣性特點，同時針對不同的季節(jié)開展不同的多樣性分析，進而加以對比水質(zhì)對植被的影響。從圖1多樣性分析可知，無論是鹽湖開發(fā)區(qū)，還是對照組，其浮游植物的均勻度及豐度均出現(xiàn)了季節(jié)性差異，其中指數(shù)較高的是夏季、秋季，而在春冬季節(jié)相對較低，且均表現(xiàn)為在時間不斷增加的情況下，呈現(xiàn)較為明顯的先升后降特點，而對于其密度和多樣性來說，其最低值在秋季。通過實驗分析得知，對于開發(fā)區(qū)浮游植物來說，其密度一般介于0.54至1.98×106cells/L的范圍內(nèi)，對于多樣性指數(shù)來說，其低值在0.82，峰值高達1.66；對于均度來說，其低值在6.12，峰值高達9.55，呈現(xiàn)出較大差異；對于豐度來說，其變化范圍相對較小，低值在0.59，峰值達到0.85；而對于對照區(qū)來講，其與開發(fā)區(qū)對比而言呈現(xiàn)較大差異：對于植物密度來講，低值在0.31×106cells/L，而峰值則高達1.63×106cells/L，二者出現(xiàn)較大變化差異；對于多樣性指數(shù)來說，其低值在2.32，峰值高達3.24；對于均度來說，其低值在5.11，峰值高達7.62，呈現(xiàn)出較大差異；對于豐度來說，其變化范圍相對較小，低值在0.73，峰值達到0.97。綜合來看，季節(jié)的變化形成了不同的浮游植物多樣性特點，尤其是密度及豐度方面開發(fā)區(qū)和對照組之間的差異顯著，開發(fā)區(qū)指標(biāo)明顯高于對照組，二者之間的差異達到了顯著性水平，甚至通過了0.01的顯著性檢驗；而對于多樣性指數(shù)及均度而言，對照組明顯較高，二者之間差異呈極顯著水平。

圖 1 水利開發(fā)對山西鹽湖浮游植物多樣性的影響

2.2 水利開發(fā)對山西鹽湖水質(zhì)狀況的影響

從圖2不難看出，在水利開發(fā)影響下，鹽湖水質(zhì)出現(xiàn)了明顯的季節(jié)差異。無論是開發(fā)區(qū)還是對照區(qū)，水體的pH、TN、NH4+-N、TP均隨著季節(jié)的變化而呈現(xiàn)明顯的先升后降變化態(tài)勢，最高值出現(xiàn)在秋季，而春季、冬季較低，對于BOD5、CODcr濃度來說亦是如此，對于高錳酸鉀指數(shù)來講其走勢依然是先升后降，對于水溫來講，則峰值在夏季，對于水體透明度來講，其先降后升的變化態(tài)勢明顯，最低值出現(xiàn)在夏秋季節(jié)；對于開發(fā)區(qū)而言，水溫變化的低值為4.2 ℃，而峰值達到8.3 ℃，出現(xiàn)較大差異；對于透明度而言，其低值在23.8 cm，峰值高達52.3 cm，呈現(xiàn)出較大差異；而pH的變化差異相對較小，低值在7.28，而高值達到9.33；TN、TP的變化區(qū)間分別為3.32～7.52、0.05～0.22 mg/L；NH4+-N、BOD5、CODcr的變化區(qū)間分別為2.25～4.48、49.37～82.43、144～269 mg/L；對于高錳酸鉀指數(shù)而言，其呈現(xiàn)較大變化，低值為7.16，而峰值則達到14.49 mg/L。對于對照組而言，其透明度低值在36.5，而峰值達到65.4 cm；TN、TP也出現(xiàn)了較大變化，其值分別為2.19～6.21、0.07～0.23 mg/L；對于NH4+-N、BOD5、CODcr來講，其值與開發(fā)區(qū)相比也存在較大差異，其值分別為1.38～3.24、42.43～53.18、122～186 mg/L；從中不難看出，雖然季節(jié)不同，但是無論是TN、NH4+-N等指標(biāo)，還是高錳酸鉀指數(shù)、BOD5和CODcr濃度，開發(fā)區(qū)明顯超過對照組，二者之間差異較小的季節(jié)是在冬季；但是對于透明度而言，對照組更高，且二者差異在0.01檢驗水平下達到顯著。

圖 2 水利開發(fā)對山西鹽湖水質(zhì)狀況的影響

2.3 水利開發(fā)對山西鹽湖重金屬的影響

通過對圖3的分析不難發(fā)現(xiàn)，受制于水利開發(fā)的影響，其水質(zhì)呈現(xiàn)尤為突出的季節(jié)性變化特點，無論是Cr、Hg、Co、Ni，還是Cu、Pb、Zn、Cd濃度，其差異雖然不可避免地存在，但是其隨著時間的變化，其先升后降態(tài)勢尤為突出，高峰值出現(xiàn)在秋季，而冬季較低，且開發(fā)區(qū)高于對照組；對于開發(fā)區(qū)而言，Cr濃度低值為71.6，而高值為105.3 mg·kg-1，Hg濃度變化范圍在12.3～34.5 mg·kg-1之間，Cu濃度變化范圍在24.7～53.2 mg·kg-1之間，Pb濃度變化范圍在42.8～63.5 mg·kg-1之間，Zn濃度變化范圍在138.7～208.7 mg·kg-1之間，Cd濃度變化范圍在0.19～0.43 mg·kg-1之間，V濃度變化范圍在105.7～137.5 mg·kg-1之間，Co濃度變化范圍在18.5～33.4 mg·kg-1之間，Ni濃度變化范圍在31.6～52.3 mg·kg-1之間；對照區(qū)Cr濃度變化范圍在65.3～78.8 mg·kg-1之間，Hg濃度變化范圍在10.9～23.4 mg·kg-1之間，Cu濃度變化范圍在16.3～44.3 mg·kg-1之間，Pb濃度變化范圍在34.5～52.5 mg·kg-1之間，Zn濃度變化范圍在123.3～178.7 mg·kg-1之間，Cd濃度變化范圍在0.15～0.32 mg·kg-1之間，V濃度變化范圍在91.2～112.3 mg·kg-1之間，Co濃度變化范圍在12.3～24.3 mg·kg-1之間，Ni濃度變化范圍在23.1～31.2 mg·kg-1之間。受制于季節(jié)作用影響，對于對照組而言，無論是Cr、Hg、Co、Ni，還是Cu、Pb、Zn、Cd濃度，其濃度均低于開發(fā)區(qū)，雖然局部差異性并不相同，但二者在冬季的差距并不明顯。對于鹽湖區(qū)域，呈現(xiàn)出明顯的水利開發(fā)利用特點，因此，大量的農(nóng)業(yè)及生活污水等排入該流域，導(dǎo)致其污染物逐漸沉積，進而導(dǎo)致其含量明顯增高，不僅加速了富營養(yǎng)化，還明顯增加了該水域的重金屬含量，綜合來看，生活污水及工業(yè)廢水排放成為制約該區(qū)域重金屬含量提升的關(guān)鍵影響因素。

圖 3 水利開發(fā)對山西鹽湖重金屬污染的影響

2.4 山西鹽湖浮游植物群落多樣性與重金屬的關(guān)系

通過對表1的分析不難發(fā)現(xiàn)，無論是開發(fā)區(qū)還是對照組，對于Cr濃度而言，其不僅與Wiener多樣性指數(shù)呈現(xiàn)尤為突出的相關(guān)性，且達到了極顯著水平，通過了0.01的顯著性檢驗；其與豐度指數(shù)、均勻度指數(shù)的正相關(guān)關(guān)系也尤為突出，且通過了0.05的顯著檢驗。對于開發(fā)區(qū)而言，對于Cu濃度來說，其不僅與Wiener多樣性指數(shù)，還與均勻度指數(shù)呈現(xiàn)尤為突出的正相關(guān)關(guān)系，且通過了0.01顯著檢驗，此外，其與豐富度指數(shù)具有突出的正相關(guān)，且通過了顯著檢驗。對于對照組來說，從Cu濃度的角度來看，其不僅與豐度指數(shù)、均勻度指數(shù)，還與Wiener多樣性指數(shù)之間呈現(xiàn)尤為突出的正向相關(guān)關(guān)系，且通過了0.05顯著檢驗；對于開發(fā)區(qū)Cd濃度來說，其正向相關(guān)關(guān)系達到了極顯著水平，通過了0.01顯著檢驗。

表 1 山西鹽湖浮游植物群落多樣性與重金屬的關(guān)系

注：**相關(guān)性在0.01水平上顯著（雙尾），*相關(guān)性在0.05水平上顯著（雙尾）。下同。

Note: **showed there was significance at 0.01( two ends); * showed there was significance at 0.05 level (two ends). The same as follows.

2.5 山西鹽湖浮游植物群落多樣性與水體理化因子的關(guān)系

通過對表2的分析不難發(fā)現(xiàn)，無論是開發(fā)區(qū)還是對照組，從水溫的角度來看，其均與Wiener多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)呈現(xiàn)尤為突出的正相關(guān)，且達到了極顯著水平，通過了0.01檢驗；而與豐度指數(shù)的相關(guān)性檢驗存在較大差異，前者呈現(xiàn)尤為突出的極顯著檢驗，而后者呈現(xiàn)顯著檢驗。而從TN濃度的角度來看，無論是開發(fā)區(qū)還是對照組，其均與豐度指數(shù)呈現(xiàn)尤為突出的極顯著關(guān)系，通過了0.01顯著檢驗，而與豐度及多樣性呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，通過了0.05檢驗水平。從NH4+-N濃度的角度來看，無論是開發(fā)區(qū)還是對照組，其與豐度及多樣性指數(shù)之間的正向關(guān)系尤為突出，且通過了0.01顯著性檢驗，而與均勻度指數(shù)通過了0.05顯著檢驗。

表 2 山西鹽湖浮游植物群落多樣性與水體理化因子的關(guān)系

2.6 山西鹽湖浮游植物多樣性的主成分分析

通過對多個影響因子的交互作用機理開展主成分分析得知，前兩個主成分的方差解釋度達到了86%以上，其中主成分1的方差解釋度達到了62%，前三個主成分對方差的變量解釋度達到了95%，說明這些因子對于變量具有尤為突出的作用機理。從表3以及表4的分析對比不難看出，無論是Cr、Cu和Cd濃度，還是水溫、TN和NH4+-N濃度，對于第一主成分具有尤為突出的影響，具有密切關(guān)系；從第二主成分的分析可以看出，其關(guān)系尤為密切的影響因子不僅包括Cr、Cd濃度，還包括TN、BOD5和NH4+-N濃度；從第三主成分的分析可以看出，其關(guān)系尤為密切的影響因子不僅包括Cr、Cd、Cu濃度，還包括水溫、NH4+-N濃度；與第三主成分密切相關(guān)的是Cr濃度、Cu濃度、Cd濃度、水溫、NH4+-N濃度。這與相關(guān)性分析的結(jié)果相一致。

表 3 方差分解主成分提取分析

表 4 主成分載荷因子

3 討論與結(jié)論

通過實驗對比分析得知，無論是開發(fā)區(qū)還是對照組，浮游植物數(shù)量均在夏秋季節(jié)達到最高值，而在春、冬季節(jié)明顯較低，從總數(shù)方面來講，開發(fā)區(qū)較高，但是種類基本差別不大。雖然季節(jié)變化對于浮游植物具有較大的影響，但是均勻度等多樣性相關(guān)指標(biāo)均隨著季節(jié)變化而先升后降，盡管春、冬季氣溫較低，但是其中的優(yōu)勢植物依然為綠藻門和硅藻門，以往不少學(xué)者也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象[3-5,20]。夏、秋季節(jié)出現(xiàn)較高的氣溫，對于植物生長有利，此時TN和TP含量相對較高，多種因素影響下形成了更為豐富的浮游植物種類[9-11]。從均勻度和多樣性指數(shù)方面來講，對照區(qū)顯著較高，且與開發(fā)區(qū)之間的差異在0.01下達到顯著；對于密度和豐度來講，對照區(qū)則明顯低于開發(fā)區(qū)，二者之間的差異達到顯著水平；綜合來看，在水利開發(fā)等一系列影響因素的作用下，鹽湖浮游植物不僅總數(shù)出現(xiàn)了上升，且密度增大，但是多樣性降低，均勻度分布降低，夏季其密度最大。根據(jù)學(xué)者況琪軍[5]對水質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)來看，鹽湖水質(zhì)最差的時節(jié)是秋季，水體營養(yǎng)極為貧乏，而在夏、冬季節(jié)則是較為貧乏。在判定水體養(yǎng)分條件的過程中，常常使用多樣性指數(shù)加以判定[23]，通過本實驗對比分析得知，對于開發(fā)區(qū)水域而言，其不僅值較低，且值呈現(xiàn)較低水平，說明其水質(zhì)狀況并不好，出現(xiàn)了較明顯的水體污染，這與對照區(qū)形成了明顯的反差，這也說明開發(fā)區(qū)水質(zhì)存在富營養(yǎng)化的狀況，一方面與水電站開發(fā)有關(guān)，另一方面與生活污水排放等方面有關(guān)。

通過研究得知，第一，無論是開發(fā)區(qū)還是對照區(qū)，水體的pH、TN、NH4+-N、TP均隨著季節(jié)的變化而呈現(xiàn)明顯的先升后降變化態(tài)勢，最高值出現(xiàn)在秋季，而春季、冬季較低，對于BOD5、CODcr濃度來說亦是如此，對于高錳酸鉀指數(shù)來講其走勢依然是先升后降，對于水溫來講，則峰值在夏季，對于水體透明度來講，其先降后升的變化態(tài)勢明顯，最低值出現(xiàn)在夏秋季節(jié)。第二，雖然季節(jié)不同，但是無論是TN、NH4+-N等指標(biāo)，還是BOD5和CODcr濃度，開發(fā)區(qū)明顯超過對照組，二者之間差異較小的季節(jié)是在冬季。第三，對于開發(fā)區(qū)和對照組而言，無論是水域的Cr、Hg、Cu、Pb，還是Zn、Cd、V等元素，都在時間推移下呈現(xiàn)先升后降的走勢，其中最高值出現(xiàn)在秋季，但是就季節(jié)而言，開發(fā)區(qū)明顯高于對照組，這說明鹽湖開發(fā)情況下形成了較高的重金屬污染。第四，借助于相關(guān)性及主成分分析得知，Cr、Cu、Cd濃度與豐度、均勻度及Wiener指數(shù)之間存在明顯的正向變化關(guān)系[1,2,7,8]，且二者達到了顯著水平；NH4+-N和TN濃度亦是如此，與對照組相比，相關(guān)系數(shù)明顯較高，這說明這些物質(zhì)促進了浮游植物分布。對于鹽湖而言，氮素對其水體影響較為明顯，加之污染區(qū)域范圍較大，需要注重污染源的控制，尤其是庫區(qū)及漢江上游[17-19]，同時流域土地利用需要進一步規(guī)范，控制生活用水等流入量，從而進一步恢復(fù)鹽湖水質(zhì)。

[1] 王偉,樊祥科,黃春貴,等.江蘇省五大湖泊水體重金屬的監(jiān)測與比較分析[J].湖泊科學(xué),2016,28(3):494-501

[2] 包先明,晁建穎,尹洪斌.太湖流域滆湖底泥重金屬賦存特征及其生物有效性[J].湖泊科學(xué),2016,28(5):1010-1017

[3] 閆露霞,孫美平,姚曉軍,等.青藏高原湖泊水質(zhì)變化及現(xiàn)狀評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2018,38(3):900-910

[4] 王丹,孟鑫,張洪,等.梁子湖沉積物重金屬污染現(xiàn)狀分析及風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2016,36(6):1901-1909

[5] 況琪軍,胡征宇,周廣杰,等.香溪河流域浮游植物調(diào)查與水質(zhì)評價[J].武漢植物學(xué)研究,2004,22(6):507-513

[6] 孔明,董增林,晁建穎,等.巢湖表層沉積物重金屬生物有效性與生態(tài)風(fēng)險評價[J].中國環(huán)境科學(xué),2015,35(4):1223-1229

[7] 熊春暉,張瑞雷,吳曉東,等.滆湖表層沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬分布及污染評價[J].環(huán)境科學(xué),2016,37(3):925-934

[8] 肖雄,龍健,張潤宇,等.阿哈水庫沉積物-水界面重金屬擴散通量[J].生態(tài)學(xué)雜志,2019,38(5):1508-1519

[9] 張家泉,田倩,許大毛,等.大冶湖表層水和沉積物中重金屬污染特征與風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué),2017,38(6):2355-2363

[10] 田偉東,賈克力,史小紅,等. 2005-2014 年烏梁素海湖泊水質(zhì)變化特征[J].湖泊科學(xué),2016,28(6):1226-1234

[11] 王坤,張嵐,姜霞,等.高原深水湖泊沉積物重金屬背景值研究及潛在生態(tài)風(fēng)險評估[J].環(huán)境科學(xué)研究,2018,31(12):2124-2132

[12] 段志斌,蔡雄飛,王濟,等.我國高原型湖泊沉積物重金屬污染評價研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2017(S1):293-298

[13] 郭泌汐,劉勇勤,張凡,等.西藏湖泊沉積物重金屬元素特征及生態(tài)風(fēng)險評估[J].環(huán)境科學(xué),2016,37(2):490-498

[14] 王藝涵,劉胤序,劉海紅,等.青海典型內(nèi)陸河流域地表水化學(xué)組成及其重金屬分布特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2018,37(3):734-742

[15] 孫曉麗.干旱半干旱區(qū)湖泊水質(zhì)改善效果模擬[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2016,41(7):117-120

[16] 李曉明,周密.山西鹽湖沉積物重金屬分布特征及其污染評價[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2016(10):161-169

[17] 于佳佳,尹洪斌,高永年,等.太湖流域沉積物營養(yǎng)鹽和重金屬污染特征研究[J].中國環(huán)境科學(xué),2017,37(6):2287-2294

[18] 王思夢.云南省高原湖泊水體中重金屬的地球化學(xué)特征研究[D].天津:天津師范大學(xué),2018

[19] 李法松,韓鋮,林大松,等.安慶沿江湖泊及長江安慶段沉積物重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué) 報,2017,36(3):574-582

[20] 王雁,黃佳聰,閆人華,等.湖泊濕地的水質(zhì)凈化效應(yīng)——以太湖三山濕地為例[J].湖泊科學(xué),2016,28(1):124-131

[21] 張媛,張琍,陳楠,等.基于湖北省12個中小型湖泊的水環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng)用示范[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2017,33(1):131-136

[22] 趙斌,朱四喜,楊秀琴,等.草海湖沉積物中重金屬污染現(xiàn)狀及生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)研究,2019,32(2):235-245

[23] 畢斌,盧少勇,于亞軍,等.湖泊沉積物重金屬賦存形態(tài)研究進展[J].科技導(dǎo)報,2016,34(18):162-169

Influence of Water Conservancy Development on Water Quality and Heavy Metal Pollution in Yanhu

MA Tao

030032,

From 2013 to 2018, phytoplankton and water quality were sampled and surveyed in different seasons in Yanhu for 6 consecutive years to study the influence of water conservancy development on phytoplankton species composition, quantity characteristics, community diversity and water quality.Results show that: (1) the wuhan east lake water conservancy development zone and controlled zone phytoplankton Pielou evenness index (), Margalef index of species richness () higher in summer and autumn, spring and winter is low, the first increase after reduce trend with the seasons, and the density of phytoplankton () and Shannon Wiener diversity index () to the lowest in the autumn, the phytoplankton density in different seasons, richness index, diversity index and evenness index of water conservancy development zone significantly or extremely significantly higher than that of the control area (< 0.05,< 0.01). (2) the water conservancy development zone and controlled zone water quality in water temperature, pH, TN, NH4+-N, TP, potassium permanganate index, BOD5and CODcrconcentration is consistent with the change rule, showed a trend of increase after the first reduce along with the change of season, the highest in autumn, spring and winter is low, the highest temperature in summer, the water transparency is "V" glyph change rule, the highest in spring, autumn, lowest pH in different seasons, TN, NH4+-N, potassium permanganate index, BOD5, CODcrconcentration of water conservancy development zone is higher than the control area. (3) the water quality of water conservancy development zone and controlled zone of Cr, Hg, Cu, Pb, Zn, Cd, V, Co and Ni concentration is consistent with the change rule, showed a trend of increase after the first reduce along with the change of season, the highest in autumn, spring and winter is low, different seasons Cr, Hg, Cu, Pb, Zn, Cd, V, concentration of Co and Ni are characterized by water conservancy development zone is higher than the control area. (4) the correlation and principal component analysis showed that water conservancy development zone and controlled zone Cr concentration and the concentration of Cu, Cd concentration and Shannon Wiener diversity index Margalef abundance index and Pielou evenness index was significantly or extremely significantly positive correlation (< 0.05,< 0.01), water temperature, concentration of NH4+-N and TN concentrations and Shannon Wiener diversity index Margalef abundance index and Pielou evenness index was significantly or extremely significantly positive correlation (< 0.05,< 0.01),Moreover, the correlation coefficient of water conservancy development zone is higher than that of control zone, which indicates that water temperature, NH4+-N concentration and TN concentration, Cr concentration, Cu concentration and Cd concentration in heavy metals are the main environmental factors affecting phytoplankton diversity in water conservancy development process.

Water development; salt lake; heavy metal pollution

X313.2

A

1000-2324(2022)02-0285-09

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.02.016

2021-05-11

2021-06-23

馬濤(1985-),男,碩士,講師,研究方向:重金屬污染. E-mail:mototaozi@163.com