采集 水样。支流上 一般在中游和 河口布设 2 个断 面, 乌江等较大的支流适当增加断面数量, 较小的支 流则只在河口设置 1 个断面。采样点位于所设断面 中间水面以下 0. 5 m 处。水库中除长寿湖设置 5 个 监测点外, 其余的均只在库中心和出口处设置 2 个 采样点, 同样在水面下 0. 5 m 处取样。 2. 2 实验分析 2. 2. 1 叶绿素 a 采水样 1 L , 加入 1 mL 1% 的碳酸镁悬浊液, 闭 光冰盒中保存, 24 h 内用分 光光度法测定叶绿素 a 的浓度。测定时先用 0. 45 m 的 GF/ C 玻璃纤维滤 纸过滤水样, 将带样品的滤纸剪碎后加入适量 90% 丙酮在研钵中研磨至足够细, 移入具塞刻度离心管 中于暗处静置萃 取 24 h 后, 离心得 上清液定容, 用 752 型分光光度计测波长 665 nm 和 750 nm 处光密 度值 , 然后加入 1 滴 1 mol/ L 的盐酸酸化, 再测波长 665 nm 和 750 nm 处光密度值。 根据公式 C = 27. 3
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3
3. 1
结果
不同水流条件下叶绿素 a 浓度与总磷和透明
( Eb - Ea)
[ 5]
V e/ V 计算叶绿
素 a 含量 ( m g/ m 或 g/ L ) 。式中 Eb 为提取液酸 化前波长 665 和 750 nm 处的光密度之差; E a 为提 取液酸化后波长 665 和 750 nm 处的光密度之差 ; V e 为提取液的总体积( mL ) ; V 为抽滤的水样体积( L ) 。 2. 2. 2 总磷( T P) 采水样 1 L , 加入硫酸酸化至 pH 小于 1, 保存于 冰盒中, 24 h 内进行室内分析 , 采用钼锑抗分光光度 法( GB11893 - 89) 测定总磷的浓度。测试时先将水样 加入过硫酸钾用压力锅消解, 然后取适量水样加入 1 mL 的 10% 抗坏血酸, 混匀。再加入 2 mL 钼酸盐溶 液充分混匀, 在 700 nm 波长测量吸光度值, 从标准 曲线中查得总磷浓度值。 2. 2. 3 透明度 ( SD) 采用塞氏盘法, 现场直接测 量。将塞氏盘置入
回归分析也表明 , 在三峡库区江段的 16 条一级 支流中 , 叶绿素 a 浓度与总磷、 透明度之间的对应关 系很差。经对数转换后的数据所建立的线性相关关 系, 相关系数分别只有 0. 293( Chloro phyll a- SD) 和 0. 287( Chloro phyll a- T P) ( 式 1 、 2) 。 [ Chloro phyll a] 、 [ T P ] 的 单 位为 mg / m 3 , [ SD ] 的 单 位 为 cm 。 lg[ Chlo rophy ll a] = 0. 494 3 lg[ T P ] - 0. 414 7 R 2 = 0 . 293
李崇明1, 2 , 黄真理1, 3 , 张 晟2 , 常剑波1
( 1. 中国科学院水生生物研究 所 , 湖北 武汉 430072; 2. 重庆市环境科学研究 院 , 重庆 400020; 3. 国务院三峡工程建设委员会办公室水库管理司 , 北京 100038) 摘 要 : 根据三峡库区江段 16 条一 级支流以及重庆市 35 座大中型水库的调查资料 , 分析天然河流与水库两种不同水
正式开始建设 , 预计 2009 年完工 。 2003 年, 三峡 电站第一批机 组建成 投产 , 水 库正常 蓄水 位达 到 139 m , 长江涪 陵以下的 天然河 道已经变 成水库。 在水体的营养物质浓度不变的条件下, 当天然河流 变成水库后, 水流条件的变化导致水体富营养化的 极端表征 水华 的发生。三峡库区江段有大于 100 km 2 的支流约 40 条, 大小河湾不计其数 , 受成 库后干流雍水的影响, 这些支流的河口和库湾将形 成持续时间不等的缓流区甚至死水区。由于三峡成 库后过流断面积增大 , 流速降低, 水流中携带的泥沙 大量沉积 , 水质变清, 水体透明度增大, 加之库区冬 季气温升高、 雾日减少、 日照增长等 , 为藻类的生长 繁殖提供了有利条件 , 更增加了在上述区域爆发 水 华 的可能性。三峡一期蓄水完成后, 在大宁河、 香 溪河、 神女溪等支流河口已经发现了 水华 现象, 说 明三峡库区的富营养化控制和藻类 水华 防治问题 已经迫在眉睫。
基金项目 : 重庆市科技攻关项目 ( 6756) ; 国家自然科学基金重大项目 ( 30490230) 作者简介 : 李崇明 ( 1964~ ) , 男, 四川省广元人 , 博士后研究人员 , 副研究员 , 主要从事水环境保护研究 . E -mail Chongming - Li@ 163. com
收稿日期 : 2006 -09 -30; 修回日期 : 2006 - 11 -30
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研究地点
涉及三峡水库回水区的 16 条一级支流和重庆
市 ( 三峡水库影响区) 的 35 座大中型水库。
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材料与方法
2. 1 研究区域和采样站点布置 2001 年 11 月 ~ 2 003 年 3 月 , 在 三峡 库区 江段
[ 1] 8 3
国内外相关研究表明 , 富营养化水体中叶绿素 a 浓度与总磷, 以及与透明度都存在 一定关系[ 1, 2] , 并且, 通过研究局部区域富营养化水体的叶绿素 a 浓度与总磷、 透明度的关系 , 可以预测特征相同或相 近水体的富营 养化趋势[ 3, 4] 。有鉴于此 , 作者根据 对三峡库区江段 16 条一级支流 , 以及重庆市 35 座 大中型水库的调查资料 , 分析不同水流条件下, 水体 叶绿素 a 浓度与总磷及透明度关系, 然后利用 1998 年枯水期 , 在三峡库区江段流域面积大于 100 km 2 的 40 条支流河口实测的总磷浓度, 对未来三峡水库 可能发生藻类 水华 的区域, 以及 水华 发生的频 率和程度等进行预测和界定。目的是为三峡水库水 环境管理及水污染防治提供理论依据。
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长江流域资源与环境
第 16 卷
流域面积大于 100 km 2 的 16 条一级支流, 以及库容 量大于 0. 1 10 m 的 35 座大中型水库设置采样点
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水中 直至刚好不能分 辨黑、 白 涂面, 记录 到达的深 度, 然后缓慢提升至刚好能分辨黑、 白涂面, 记录所 处的深度, 取 2 个记录的平均值为测量点的透明度 ( m) 。 2. 3 数据处理 在 16 条一级支流的 39 个断面 , 以及 35 座大中 型水库的调查 中, 共获得 74 组叶 绿素 a、 T P 和 SD 数据。将所有数据按河流和水库分组, 采用 SPSS 统 计软件进行数据分析。所有数据取常用对数后, 用 最小二乘法进行线性回归 , 拟合线性方程, 分析叶绿 素 a 浓度与 T P, 以及叶绿素 a 浓度与 SD 的关系。 以 1998 年调查获得的三峡库区江段 40 条支流 河口的 T P 为依据[ 6] , 用 所建立的水库 环境条件下 水体叶绿素 a 浓度与 T P 的关系 , 分析、 预测水流情 况改变后 , 这些河口水域的富营养化表征的变化 , 以 及爆发 水华 的风险。
度的相关性 在 16 条支流的 39 个断面中 , 叶绿素 a 的平均 值为 5. 105 mg/ m 3 ( 0. 570~ 30. 950) 、 T P 为 0. 124 mg/ L( 0. 010~ 0. 521) 、 SD 为 1. 259 cm ( 0. 400~ 2. 500) , 其中仅有 3 条支流的 5 个断面叶绿素 a 浓 度超 过 10 mg/ m 3 , 所对应 的 T P 平 均值 为 0. 210 mg/ L( 0. 035~ 0. 460) ; 在 39 座水库中, 叶绿素 a 的 平均值为 14. 750 m g/ m ( 1. 593~ 52. 300) 、 TP 为 0. 102 mg/ L ( 0. 002 ~ 0. 598 ) 、 SD 为 1. 313 cm ( 0. 480~ 3. 200) , 其中 17 座水库的叶绿素 a 浓度超 过 10 mg/ m 3 , 所对应的 T P 平均 值为 0. 168 mg / L ( 0. 022~ 0. 598) 。分析表明水库环境的叶绿素 a 浓 度与 T P, 以及叶绿素 a 浓度与 SD 表现出较好的对 应关系, 而河流环境则不然( 图 1 、 2) 。
流条件下 , 水体叶绿素 a 浓度与总磷和透明度的关系。结果发现 , 在水库环境中 , 水体叶绿素 a 的浓度与总磷以及与透 明度都具有较好的相关性 , 但在河流条件下则没有明显的关系。由于三峡库区江段大多数支流的营养水平已达到富营 养化状况 , 当三峡水库建成、 水流条件发生变化后 , 在支流河口等水域存在爆发 水华 的风险。为此, 我们根据 1998 年 枯水期 , 在三峡库区长江江段流域面积大于 100 km 2 的 40 条支流河口实测的总磷浓度 , 利用所建立的水库环境中总磷 与叶绿素 a 浓度的关系 , 对三峡成库后在局部水域爆发 水华 的可能性和程度进行了分析 , 并提出了相应的对策。 关键词 : 三峡水库 ; 叶绿素 a; 总 磷 ; 水华 文献标识码 : A
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讨论
4. 1 不同流态水体叶绿素 a 浓度和 T P 的关系 世界经合组织 ( OECD) 根据叶绿素 a 浓度, 把 水体划分为贫营 养型 ( [ Chlorophyll a] < 3. 0 mg/ m )、 中 营 养型 ( [ Chlorophyll a] = 3. 0 ~ 11 mg/ m3 ) 、 富营养型 ( [ Chlo rophy ll a] = 11~ 78 mg/ m 3 ) 和重富营养型( [ Chlor ophy ll a] 78 mg/ m 3 ) 4 个类 型[ 7 ] 。叶绿素 a 浓度的高低反映了水体中藻类生物 量的大小, 故上述标准实质上是以藻类 水华 表征 的出现与否以及严重程度所建立的标准。另外, 由 于藻类的生长依赖于水体中营养物质 ( 如 T P、 T N) 的供应能力 , 同时藻类的繁盛又导致水体的透明度 降低, 故早在 1977 年 , Carlson 就根据叶绿素 a 、 TP 和 SD 的综合测算, 提出了划分水体营养状况的指 数 T SI( 又称 Carlson 指数 ) [ 8] 。尽管 Carlson 指数 目前仍被广泛应用于水体富营养化的评价中 , 但它 没有反映水体中叶绿素 a、 T P 和 SD 这三者之间的 关系, 因而对水体富营养化表征 ( 如藻类生长和 水 华 ) 的发展无法进行预测, 其应用范围受到限制。 水华 作为水体富营养化的灾难性表征 , 其发 生的背景十分复杂, 但水体的营养物质浓度无疑是 重要的内在原因。因此 , 许多学者致力于探讨富营 养化水体藻类生物量( 以叶绿素 a 含量为指标 ) 与其 它因素之间的关系 , 以期获得对藻类 水华 发生和 发展规律的认识。金相灿等对中国 14 个湖泊的调 查发现 , 叶绿素 a、 T P 和 SD 三者的自然对数之间存 在线性关系 , 国外的一系列研究也表明, 不仅在温 带和亚热带地区的湖泊和 水库中, 叶 绿素 a 和 T P 的季或年平均 浓度之间 具有正相 关性[ 10~ 11] , 而且 这二者的关系在世界范围内的湖泊和水库中具有普