一、水生态环境评估

鄱阳湖区水体溶解氧现状及环境影响因素分析

李艳红，成静清，夏丽丽，李荣昉

江西省水利科学研究院

根据2007—2011年对鄱阳湖表层水体的监测数据，对鄱阳湖进行了溶解氧的现状分析以及年内变化趋势分析，同时也对溶解氧及其相关因素进行了较详细的分析。结果表明：鄱阳湖溶解氧含量介于5.2～11.91mg/L之间，按照溶氧的水质标准，鄱阳湖主要为Ⅰ、Ⅱ类水，少部分地区水质在Ⅲ类水或Ⅲ类以下。鄱阳湖区溶解氧在时间上基本上是按丰水期、平水期、枯水期逐渐增加，其中枯水期溶解氧含量相对偏高。进一步进行相关性分析，溶解氧与水温呈显著的相关，与pH有协同作用；溶解氧与总氮总磷呈负相关，其中与总磷的相关性更显著，与硝氮呈正相关，与氨氮呈显著负相关；营养盐的增加会削弱水温对溶解氧的作用，大水面作用是鄱阳湖溶解氧的主要来源。

关键词:溶解氧-相关性-鄱阳湖-环境因素

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）是溶解在水中的分子态氧，常温下水中溶解氧的量大约为8～14mg/L，在淡水生态系统和水环境生物地球化学循环中具有重要意义^［1］。水体中的溶解氧主要来自大气中的氧，溶解氧是维持水生生物生存的必备条件，并参与部分物质转化，是衡量水质的重要指标^［2］。有关研究表明：在比较清洁的河流和湖泊中，溶解氧一般在7.5mg/L以上；当溶解氧在5mg/L以下时，各种浮游生物不能生存，大多数鱼类则要求溶解氧在4mg/L以上；好氧微生物生存的先决条件是DO应保持在2～5mg/L之间；当溶解氧在2mg/L以下时，通常称该水体低氧或缺氧（Hypoxia），溶解氧为0mg/L时，被称为无氧（Anoxia）^［3-4］。

随着河流、湖泊等水体污染问题的日益突出，国内主要河流和湖泊水体相继开展了对溶解氧的监测 ^［5-6］。鄱阳湖是中国最大的淡水湖，位于江西境内，汇集赣江、修水、鄱江（饶河）、信江、抚河等水经湖口注入长江。近年来，随着我省工业化、城市化快速发展，鄱阳湖与其密切相关的区域面临严重的水生态安全的威胁，水质持续下降，水质日渐营养化^［7］。作为维持水体生态环境动态平衡的重要环境因子^［8］DO的研究显得至关重要。本文针对鄱阳湖由中营养向富营养转化的环境现状，通过对鄱阳湖水体中2007年以来的DO浓度及营养盐含量数据的统计，分析DO与生态环境因素及营养盐转化的相关性，探讨影响鄱阳湖水体溶解氧浓度的主要生态环境因素，对鄱阳湖水环境的保护起一定的作用。

^[1]

1 材料与方法

1.1 数据收集及样点分布

年度数据收集为2007—2011年对鄱阳湖表层水体溶解氧的监测数据，实验采样点位如图1所示。在鄱阳湖区，根据水体经纬度及区域环境条件，因丰枯水期鄱阳湖的水淹没区不一样，故布点有所差异，枯水期布点30个，丰水期增设13个。

图1 丰、枯水期布点图

1.2 样品测定方法

水样的测定按照国家标准方法^［9］测定水质，pH、DO在现场用HACH便携式现场分析仪进行测定，水温用酒精温度计按《水和废水监测分析方法》进行测量。氨氮（-N）采用纳氏试剂分光光度法测定，硝酸盐氮）采用酚二磺酸分光光度法测定，总氮（TN）采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定。总磷（TP）的测定方法钼酸铵分光光度法（GB/T 11893—1989），采用重量法测定悬浮物SS（GB/T 11901—89），所有样品均测定3次，取其平均值作为测试的最后结果。

2 结果与讨论

2.1 溶解氧现状以及年内变化趋势

鄱阳湖近5年同一水期，溶解氧最高值为2011年的枯水期，达11.91mg/L；最低值为2009年的丰水期，为5.2mg/L。2009年丰水期气温偏高，很多地方遭特大暴雨袭击，引发洪涝灾害，造起水体混浊，从而造成了5.2mg/L的谷值。除却个别月份，总的来说DO值5年内的相对值还是比较稳定的，不同断面的DO浓度变化不大，但在同一年内由于溶解氧的主要影响因素是温度和光照，故随季节变化很明显，除2010年溶解氧变化为枯水期（10.91mg/L）→丰水期（7.75mg/L）→平水期（7.19mg/L），其余均从枯水期→平水期→丰水期呈递减趋势，其中2007年和2009年最具代表性，分别是11.44mg/L、8.62mg/L、7.37mg/L和11.47mg/L、7.48mg/L、6.08mg/L；2008年、2011年平水期与丰水期差距不大，如图2所示。这与鄱阳湖的“丰水一片，枯水一线”的地理水文特征^［10］有很大的关系；与冬季相对较低的温度以及较短较弱的光照时间关系也很大。

图2 鄱阳湖5年各水期溶解氧水平

取2007—2011年五年数据平均值进行溶解氧的年内变化分析，由图3可知，鄱阳湖的DO浓度年内变化表现出夏季低，冬季高的特点，呈现先下降后上升的趋势。从1—5月，由于温度回升幅度较大，溶解氧从11.88mg/L几乎呈线性降至7.18mg/L，下降趋势很明显，直至夏季开始稳定；5—8月保持在较低的水平，在7.18～6.99mg/L之间变化，变化幅度较小；在9月达到了谷值，为5.4mg/L；从9月开始曲线则在逐步上升。

图3 年内溶解氧年内趋势变化

2.2 溶解氧与环境因素的相关性分析

水体中溶解氧的变化受温度、pH值、高锰酸盐、悬浮物、营养物质、生物量、水体分层、波浪以及水底地形等多种因素影响 ^［11-12］。现取该江段几种主要监测水质指标（pH、水温、TN、SS、TP、、），用SPSS软件进行相关性分析，整理得到溶解氧与各环境因子相关性系数表（见表1）

表1 溶解氧与各环境因子相关性系数表

① 表示在0.05的水平上呈显著相关。

② 表示在0.01的水平上呈显著相关。

由表1可知，溶解氧和水体的pH值总体上呈明显的正相关。溶解氧与pH的相关性与丰枯水期无关，两者相关性一致。经近5年来月平均值数据查证，当DO处于低谷为5.4mg/L时，pH为6.64；而当DO达到最高峰11.88mg/L时，pH也随之达到最高点7.73。这是因为水中溶解氧的大小会影响水的氧化还原性及氧化还原反应的方向，O₂与H⁺反应生成水，使H⁺的浓度或活度减小，pH值升高。这表明DO影响pH，而DO的变化与水生植物光合作用产氧和各种水生生物呼吸作用密切相关；反过来，pH值过高，对植物的光合作用有抑制作用^［13］。王庆安等人指出水体中DO和pH的变化不仅是相关的，而且是协同的，是其各种内在因素相互作用的必然反映^［14］。

溶解氧与水温呈显著的负相关。鄱阳湖区四季分明，年内气温的变化明显，由图3可知鄱阳湖区溶解氧季节性差异较大。溶解氧在低温的枯水期均比温度稍高的丰水期、平水期高。在温度较高溶解氧较小时，水温与溶解氧的相关性更为显著，枯水期为-0.781，而在温度较高的丰水期则达到了-0.813。水温对表层水体DO浓度的影响表现为^［15］：①温度决定了氧在水中的溶解度；②水体温度分层现象的存在阻碍了上、下水层的交换，也就影响了表层以下水体的DO浓度；③温度是影响藻类生长的关键因子，从而影响溶氧量。

悬浮物是指悬浮于水体中的泥沙、有机物和微生物等难溶于水的胶体或固体微粒，是水体的重要参数，也是环境监测的一项重要指标^［16］。悬浮物与溶解氧呈负相关，相关系数为-0.289。悬浮物是造成水浑浊的主要原因，水浑浊后干扰浮游植物进行光合作用，且水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。因此溶解氧随悬浮物的增大而减小。

本研究结果（表1）表明：DO与氨氮的相关系数为-0.555，与硝氮的相关系数为0.364，氨氮在0.05水平上呈显著相关。郑爱榕等人^［17］在大亚湾海域的研究表明，在水体中溶解氧含量高的情况下，水体中氨氮向硝氮转化，硝氮含量也同步提高；而在缺氧条件下，即水体中溶解氧含量低时，硝态氮向氨态氮转化，水体中氨态氮含量提高。这与本研究结果一致。

TN和TP是水生生物主要的营养元素，为反映水体营养状况的重要指标。溶解氧与总氮总磷呈负相关，近几年总磷相关性较总氮更为显著，在丰水期几乎没有相关性，而在枯水期相关性则较高，尤其是总磷，达到-0.555，呈显著负相关。由于磷与生物生长密切相关，氮磷含量高，水中绿色植物光合作用旺盛，水中的溶解氧得到了充分的补充。且在氧充足的状态下，沉积物也可释放正磷酸盐；这是由于有机物的矿化会消耗大量的氧从而降低了表层沉积物的氧化还原电位，因而上覆水层溶解氧丰富时，沉积物可以释放大量磷酸盐^［18］。故从理论上说，溶解氧与总磷有很大的关系。而以上分析丰枯水期DO与水温的相关性不同的原因则是在枯水期氮磷等营养盐值相对升高，对溶解氧相关性明显增大不少，因此削弱了水温对溶解氧的影响。

2.3 溶解氧影响因素分析

鄱阳湖水体中DO的主要来源是大气中氧的溶解，还有水体生物（主要是浮游植物）在光合作用时产生的氧气。鄱阳湖溶解氧的饱和度很大，溶解氧含量较高，全湖多年平均值为8.2mg/L，大部分区域高于我国湖泊Ⅰ级清洁水（8.0mg/L）的标准，完全可以满足鱼类呼吸的需要，也有利于有机物矿化营养盐的再生。除丰水期某些地方之外，饱和度很高，在枯水期过饱和现象很明显，相关部门应给予足够的重视，以避免因溶解氧过高，引起鱼类的气泡病。以下对一些自然影响因素进行简要分析。

鄱阳湖水是由五大河系流入的，流动性好。在有水流动的情况下，空气中的氧气不断溶入水中，超过饱和度的溶氧也会逸入大气中，因而在水面上溶氧量较大。“无风三尺浪”，鄱阳湖的风浪较大，水面波动激烈，加上湖面宽阔与大气接触充分，使得溶氧过程加快，所以水中溶氧量常接近于饱和状态。

浮游植物作为水体的初级生产者，Karlia等研究表明：水体中溶解氧的76.9%来源于浮游生物光合作用，在溶解氧消耗中有57.5%被浮游生物自身利用^［19］。在藻类丰富的水体，其溶解氧（DO）浓度因植物的光合作用和各种水生生物的呼吸作用随光照强度变化而呈一定规律的周期性变化^［20］，甚至可达空气氧饱和度的3倍^［21］。沉水植物的光合作用和水生植物分布广泛是鄱阳湖溶氧量较大的重要原因，鄱阳湖区域广阔，以及湖口、河湾处水草丛生，水生物繁茂，光合作用产氧能力较强，促成这些地区溶氧量接近于饱和。