滴水湖富营养化评价及叶绿素a与水质因子的多元分析

摘要

滴水湖地处东海之滨的临港新城，是目前国内在尚未成陆的海滩上开挖的最大人工湖，2002年6月正式开挖，2003年10月开始蓄水。滴水湖呈圆形，直径2.66公里，总面积5.56平方公里，平均水深3.7米，最深处6.2米，湖水主要源自黄浦江，流至大治河后，经引水河汇入滴水湖。作为上海地区重点建设的人工景观湖，滴水湖是临港新城水系的核心，承担着临港新城防汛排涝、置换水体功能的作用，同时对塑造城市景观生态、优化地区小气候起着不可估量的作用。
　　 本研究于2009年1月至2010年12月间，对滴水湖及其水系进行了一系列水质调查，对氮、磷营养元素及叶绿素a的时空变化规律及水体营养水平进行了分析，并进一步对叶绿素a与水质因子进行了多元回归，从而为滴水湖的环境保护和管理提供科学依据。主要研究方法与结果如下：
　　 1.根据湖泊和水库采样技术指导的相关规定，2009年在滴水湖分引水河道、河湖混合区和湖区三个区域，设置16个采样点；2010年在整个滴水湖水系分大治河、闸外引水河、闸内引水河和滴水湖四个区域，设置11个采样点进行监测分析。每两周采样一次，监测了包括透明度(SD，m)、pH值、水温(T，℃)、溶解氧(DO，mg/L)、悬浮物(ss，mg/L)、高锰酸盐指数(CODMn，mg/L)、亚硝酸盐(NO2-N，mg/L)、硝酸盐氮(NO3-N，mg/L)、氨氮(NH3-N，mg/L)、总氮(TN，mg/L)、活性磷(PO4-P，mg/L)、总磷(TP，mg/L)和叶绿素a(Chl.a，mg/m3)13个水质指标。营养化水平评价采用综合营养状态指数法。叶绿素a与水质因子的多元分析应用SPSS15.0软件。
　　 2.2009年滴水湖pH值都在天然水的正常范围(6～9)内且波动较小；河道、河湖混合区、湖区年平均水温分别为：19.9±8.2℃、19.7±8.2℃和19.6±8.1℃。各区域透明度均在0.7m以下，冬季及早春透明度相对较高，夏秋季节透明度较低，自2009年4月下旬透明度下降到0.4m以下，直至11月下旬才重新升高；悬浮物平均值分别为：30.90mg/L、29.61mg/L和33.18mg/L，呈现冬季及早春季节含量较低、夏秋季节较高的规律。三区域透明度与悬浮物均呈极显著负相关。滴水湖溶解氧含量较高，均达到Ⅰ类或Ⅱ类水质标准，其浓度随季节变化呈现一定的规律性，夏秋季普遍较低，春季和冬季溶解氧都较高。高锰酸盐指数总体含量较低，各区域均达到Ⅱ类或Ⅲ类水质标准。
　　 3.2009年，三区域总氮最高值均出现在3月，超过了Ⅴ类水质标准，随后总氮浓度呈现一定的波动，范围为0.80mg/L～2.00mg/L。所有监测数据则中，总氮属Ⅳ～Ⅴ类的占60％，劣Ⅴ类占10％。无机氮占总氮的65％左右，是氮元素的主要存在形式。无机氮中硝酸盐氮比例最高，氨氮次之。三区域中引水河道和河湖混合区自净程度中等，湖区略差。总氮从河道至湖区呈下降趋势且各区域差异极显著。
　　 4.总磷浓度在2009年1月、2月和12月较低，均在0.10mg/L以下；4月～7月浓度相对稳定，维持在0.10mg/L左右；各区域均于3月中旬出现最高峰，11月中旬出现次高峰；变化范围为0.043mg/L～0.271mg/L，65％处于Ⅵ～Ⅴ类，2％的监测数据超过Ⅴ类水范围；总磷各区域无显著性差异。
　　 5.叶绿素a含量(0.05mg/m3～139.50mg/m3)变化幅度较大，2009年各区域年均值均超过50mg/m3，5月份显著上升出现最高峰，达到110mg/m3左右。叶绿素a各区域亦无显著性差异。
　　 6.研究进行的两年期间，滴水湖营养化水平以轻度富营养化为主，相比2009年，滴水湖2010年的营养化水平有所降低，富营养化现象有所好转。其中总磷和叶绿素a含量较2009年总体下降。2010年滴水湖TLI(TP)年平均值比2009年湖区下降了约25％，最大值和最小值分别下降了17％和32％，2010年TLI(Chl.a)的年平均值也比2009年下降了约10％。
　　 7.叶绿素a含量与水质因子关系复杂，不同的监测点位，对叶绿素a含量有显著影响的水质因子各不相同。总体而言，叶绿素a含量与透明度、亚硝酸盐氮呈显著负相关，与水温呈显著正相关，与氨氮仅在一号码头呈极显著正相关，与硝酸盐氮在不同站点出现正负两种显著相关，叶绿素a含量与pH、以水温为控制条件的溶解氧、高锰酸盐指数、总氮及总磷相关性不显著。根据相关性及实际情况，建立逐步回归方程时，不同站点的入选因子也各有差异，多次入选的水质因子有水温、透明度、氨氮和硝酸盐氮。
　　 8.选取2009年滴水湖湖区部分采样点，取对数进行相关性分析可知，1g(YChl.a)与1g(XTN)相关性不显著，与1g(XTp)呈极显著正相关，与1g(XTN/TP)呈显著负相关。据此建立回归方程：1g(YChl.a)=2.146+0.53011g(XTP)，1g(YChl.a)=2.017-0.27511g(XTN/TP)，与前人研究符合性较好，较逐步回归方程在实践中更有指导意义。