草海水体的理化性质及其污染状况检测与研究
刘国柱1 谢 峰2 涂成龙1
(1. 贵州省生物研究所 贵阳 550009; 2. 贵州省理化测试中心 贵阳 550002)
摘要:本文报道了2005年9月对草海水体理化性质及其污染状况的检测结果。水的理化性质除对常规项目测定外还测定砷、铅、镉、铬、汞、铜、锌等有害物质。测试结果表明:草海水体常规项目没有明显的变化,上述七项有害物质除镉外,砷、铅、铬、汞、铜、锌的污染等级为严重污染,有机物质污染为重污染。并讨论了水质污染对水生生物的一项和造成水质污染的原因。
关键词:草海;理化性质;污染
Investigation on the Physiochemical Properties and the Pollution of the Water of Caohai
Liu Guozhu1 Xie Feng2 Tu Chenglong1
(1. Institute of Biology, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang, 550009;
2. Guizhou Research Centre of Physical Testing and Chemical Analysis, Guiyang, 550002)
Abstrct: In this paper the results of investigation on the physiochemical properties and the pollution of the water in Caohai were reported. Besides the twenty-seven regular items, the determination on the physiochemical properties and the pollution of the water included seven toxic heavy metal ion. The Results indicated that the water were polluted severely by the arsonium, lead, chromium, mercury, copper and zine, except cadmium, although the twenty-seven regular items of the water physiochemical properties had no remarkable changed. The water was significantly polluted by organic substances also. The reason making water pollution and its effects on aquatic organisms were discussed in this paper.
Key words: Caohai;Physiochemical properties; Pollution
草海是贵州省最大的天然淡水湖泊,是云贵高原最重要的湿地生态系统和主要的候鸟越冬地和迁徙中途停歇地之一。刘国柱再1982-1983年按季度对草海较系统地全面进行水的理化性质和水体污染状况的调查和测试。近20多年来,在环境变化和人类活动日益加剧的影响下,草海的水质必然受到较大的影响,而草海自然保护区水质和污染情况和变化,未见报道,为此,我们于2005年9月对草海自然保护区的水质及污染现状进行调查,并与1983年的资料相比较,其目的是了解和探讨当前草海水质及污染现状及其变化原因,为草海自然保护区的管理决策和保护提供科学依据。
1 工作方法
样点选取:为了与二十多年前做比较,我们选在2005年9月份(第三季度)丰水期,按原来选择的9个采水样站进行采样(其中2号站因水浅未能采样暂缺),均采表面水(离水面0.5m)。
测定的项目:水温、气温、透明度、pH值、总含盐量、溶解氧及其饱和度,Cl-、So4²-、HCo3-、Co32-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、No2-N、No3-N、NH4-N、总氮、总磷、Sio2、总铁、有机耗氧量、总碱度、总硬度、水型等27个项目。采样时测定水温、气温、pH值、透明度、溶解氧。有机耗氧量和总碱度,当天在现场分析测定完毕,其余项目带回实验室处理测定,除了(K+、Na+)外均按有关规定的时间测定完毕。
测定方法:
水温,pH值,溶解氧:用快速测定仪测定。
海拔:用卫星定位仪测定
气温:用温度计直接测量
水深:用卷尺直接量取
透明度:用摄氏(Seecni)透明板测定
有机耗氧量:GB11892-89,酸性高锰酸钾法测定
碱度:盐酸滴定法测定
HCO3—,CO32—:酚酞、甲基橙指示剂的盐酸滴定法
硬度:EDTA滴定法
氯化物:硝酸银滴定法
硫酸盐:重量法
氨氮:蒸馏和滴定法
亚硝酸盐氮:N—(1—萘基)—乙二胺光度法
硝酸盐氮:紫外分光光度法
总氮:碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法
总磷:磷钼酸铵比色法
铁、钾、钠、钙、镁、锌:火焰原子吸收分光光度法
铅、镉、铬、铜:石墨炉原子吸收分光光度法
砷、汞:原子荧光分光光度法
总含盐量:用计算法;
2 测定结果
草海各样点水体理化性质的测定结果见表1、表2、表3,相隔22年后再次采水样,按原来的方案方法进行测试,测试结果列表3,从表中可以看出,草海水体常规项目没有明显的变化。从表4可以表明草海水体污染程度相当严重。以原来只有DDT有轻微的污染但没有超标,其他有害物质均未析出,故草海水体是良好的。根据2005年9月份采样对7种有害物质和三项有机物质进行测试,结果列表3,从表3中表明草海水体污染相当严重。其中七项有毒物污染等级为严重污染,有机物质污染等级为中污染。
表1 草海各样点水样分析结果
|
名称 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
平均 |
|
海拔(m) |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
2170 |
|
气温(℃) |
24 |
25 |
28 |
31 |
34.6 |
26 |
34 |
31 |
31 |
29.40 |
|
水温(℃) |
20.5 |
22.2 |
22.8 |
25.8 |
25.3 |
26.5 |
29.5 |
27.5 |
26.7 |
25.20 |
|
水深(m) |
1.34 |
1.65 |
1.38 |
0.82 |
1.4 |
1.65 |
0.8 |
0.65 |
0.72 |
1.1567 |
|
透明度(cm) |
60 |
120 |
123 |
|
99 |
160 |
67 |
53 |
54 |
81.8 |
|
pH |
9.62 |
9.71 |
9.76 |
9.54 |
10.2 |
9.64 |
9.74 |
9.55 |
7.71 |
9.4967 |
|
溶解氧 |
Mg/l |
5.48 |
6.07 |
6.39 |
6.98 |
10.41 |
6.5 |
8.58 |
7.75 |
4.31 |
6.9411 |
|
% |
56.3 |
61.5 |
65.7 |
70.2 |
97.3 |
67 |
86.8 |
79.6 |
42.9 |
69.7 |
|
主要阴离子 |
Cl |
5.87 |
5.67 |
5.42 |
3.51 |
4.47 |
5.38 |
5.24 |
6.95 |
7.21 |
5.5244 |
|
So42- |
62.6 |
38.2 |
23.4 |
23.0 |
43.0 |
52.6 |
68.2 |
45.0 |
89.4 |
49.4889 |
|
HCo3- |
1.59 |
4.37 |
6.18 |
6.43 |
3.00 |
4.87 |
4.75 |
3.84 |
3.59 |
4.2911 |
|
Co32- |
5.47 |
4.92 |
3.19 |
2.76 |
5.84 |
3.87 |
3.69 |
2.76 |
0.00 |
3.6111 |
|
主要阳离子 |
Ca2+ |
41.76 |
29.41 |
27.65 |
49.41 |
62.35 |
34.71 |
30.00 |
59.41 |
75.88 |
45.62 |
|
Mg2+ |
9.94 |
8.58 |
8.26 |
7.45 |
8.81 |
9.18 |
9.26 |
9.79 |
14.40 |
9.5189 |
|
K+ |
7.29 |
4.74 |
3.54 |
2.88 |
3.81 |
5.32 |
4.12 |
3.50 |
18.48 |
5.9644 |
|
Na+ |
14.23 |
9.55 |
8.33 |
8.51 |
8.02 |
8.45 |
9.70 |
6.46 |
24.78 |
10.8922 |
|
生物营养物质 |
No2-N |
0.005 |
0.004 |
0.000 |
0.004 |
0.000 |
0.000 |
0.003 |
0.001 |
0.060 |
0.0086 |
|
No3-N |
0.071 |
0.048 |
0.009 |
0.054 |
0.008 |
0.011 |
0.040 |
0.033 |
0.089 |
0.0403 |
|
NH4-N |
0.50 |
0.42 |
0.18 |
0.52 |
0.14 |
0.17 |
0.20 |
0.14 |
1.23 |
0.3889 |
|
总氮 |
0.77 |
0.76 |
0.24 |
0.85 |
0.17 |
0.19 |
0.31 |
0.26 |
1.54 |
0.5656 |
|
总磷 |
0.02 |
0.02 |
0.01 |
0.013 |
0.142 |
0.023 |
0.138 |
0.061 |
0.988 |
0.1572 |
|
SiO2 |
1.123 |
2.146 |
4.228 |
4.052 |
3.994 |
2.881 |
3.568 |
3.572 |
6.373 |
3.5486 |
|
总Fe |
0.26 |
0.36 |
0.069 |
0.07 |
0.07 |
0.17 |
0.73 |
0.05 |
1.68 |
0.5033 |
|
有机耗氧量mg/L |
4.506 |
6.272 |
6.579 |
7.731 |
7.501 |
7.501 |
7.040 |
6.871 |
7.501 |
6.8336 |
|
总碱度mg/l |
3.588 |
5.638 |
6.406 |
6.432 |
4.894 |
5.612 |
5.433 |
4.305 |
2.947 |
5.0283 |
|
总碱度毫克当量/L |
0.12 |
0.19 |
0.213 |
0.214 |
0.163 |
0.187 |
0.181 |
0.143 |
0.098 |
0.168 |
|
总硬度(德国度) |
8.193 |
6.138 |
5.816 |
8.683 |
10.820 |
7.022 |
6.381 |
10.636 |
14.028 |
8.6352 |
|
金属
离子
(微克/L) |
As |
0.10 |
0.18 |
0.12 |
0.13 |
0.06 |
0.12 |
0.16 |
0.09 |
0.19 |
0.1278 |
|
Pb |
45.91 |
11.93 |
6.45 |
3.63 |
2.21 |
3.10 |
3.51 |
2.47 |
2.14 |
9.0389 |
|
Cd |
0.0002 |
0.0003 |
0.0003 |
0.0000 |
0.0001 |
0.0008 |
0.0003 |
0.0002 |
0.0006 |
0.0003 |
|
Cr |
0.50 |
0.37 |
0.32 |
0.47 |
2.84 |
0.00 |
0.14 |
15.15 |
0.36 |
2.2389 |
|
Hg |
0.000 |
0.000 |
0.067 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.0074 |
|
Cu |
33.55 |
9.22 |
6.34 |
5.15 |
3.40 |
1.83 |
3.68 |
1.41 |
2.20 |
7.42 |
|
Zn |
3.70 |
4.20 |
5.81 |
2.36 |
2.96 |
9.01 |
5.19 |
3.97 |
9.57 |
5.1967 |
|
总含盐量mg当量/L |
3.3545 |
2.1078 |
1.69547 |
1.551 |
2.52992 |
2.9118 |
3.537 |
2.576 |
4.2461 |
2.7233 |
表2 草海各采样站离子组成状况
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
总
平均 |
% |
|
Cl- |
mg/升 |
5.87 |
5.67 |
5.42 |
3.51 |
4.47 |
5.38 |
5.24 |
6.95 |
7.21 |
5.52 |
4.35 |
|
mg当量/L |
0.16 |
0.16 |
0.15 |
0.16 |
0.13 |
0.15 |
0.15 |
0.20 |
0.20 |
0.16 |
|
So4- - |
mg/升 |
62.60 |
38.20 |
23.40 |
23.00 |
43.00 |
52.60 |
68.20 |
45.00 |
89.40 |
49.49 |
36.68 |
|
mg当量/L |
1.30 |
0.80 |
0.49 |
0.48 |
0.90 |
1.10 |
1.42 |
0.92 |
1.87 |
1.03 |
|
HCo3- |
mg/L |
1.59 |
4.37 |
6.18 |
6.43 |
3.00 |
4.87 |
4.75 |
3.84 |
3.59 |
4.29 |
3.18 |
|
mg当量/L |
0.03 |
0.07 |
0.10 |
0.11 |
0.05 |
0.08 |
0.08 |
0.06 |
0.06 |
0.07 |
|
Co3- - |
mg/L |
5.47 |
4.92 |
3.19 |
2.76 |
5.84 |
3.87 |
3.69 |
2.76 |
0.00 |
3.61 |
2.68 |
|
mg/L |
0.18 |
0.16 |
0.11 |
0.09 |
0.19 |
0.13 |
0.12 |
0.09 |
0 |
0.12 |
|
Σ- |
mg当量/L |
75.53 |
53.16 |
38.19 |
35.70 |
56.31 |
66.72 |
81.88 |
58.55 |
102.00 |
62.91 |
|
|
mg/L |
1.67 |
1.19 |
0.85 |
0.84 |
1.27 |
1.46 |
1.77 |
1.27 |
2.13 |
1.38 |
|
Ca+ + |
mg当量/L |
41.76 |
29.41 |
27.65 |
49.41 |
62.35 |
34.71 |
30.00 |
59.41 |
75.88 |
45.62 |
33.8 |
|
mg/L |
2.08 |
1.47 |
1.38 |
2.47 |
3.11 |
1.73 |
1.50 |
2.96 |
3.79 |
2.28 |
|
Mg+ + |
mg/L |
9.94 |
8.58 |
8.26 |
7.45 |
8.81 |
9.18 |
9.26 |
9.79 |
14.40 |
9.52 |
7.05 |
|
mg当量/L |
0.82 |
0.71 |
0.68 |
0.61 |
0.72 |
0.76 |
0.60 |
0.81 |
1.18 |
0.77 |
|
K+ |
mg/升 |
7.29 |
4.74 |
3.54 |
2.88 |
3.81 |
5.32 |
4.12 |
3.50 |
18.48 |
5.96 |
4.42 |
|
mg当量/L |
0.19 |
0.12 |
0.09 |
0.07 |
0.10 |
0.14 |
0.11 |
0.09 |
0.47 |
0.15 |
|
Na+ |
mg/L |
14.23 |
9.55 |
8.33 |
8.51 |
8.02 |
8.45 |
9.70 |
6.46 |
24.78 |
10.89 |
8.07 |
|
mg当量/L |
0.62 |
0.42 |
0.36 |
0.37 |
0.35 |
0.37 |
0.42 |
0.28 |
1.08 |
0.47 |
|
Σ+ |
mg/L |
73.22 |
52.28 |
47.78 |
68.25 |
82.99 |
57.66 |
53.08 |
79.16 |
133.54 |
71.99 |
|
|
mg当量/L |
3.71 |
2.72 |
2.51 |
3.52 |
4.28 |
3.00 |
2.63 |
4.14 |
6.52 |
3.67 |
|
Σ+ - |
mg/L |
148.75 |
105.44 |
85.97 |
103.95 |
139.30 |
124.30 |
134.96 |
137.71 |
233.74 |
134.90 |
0.1349 |
|
mg当量/L |
5.38 |
3.91 |
3.36 |
4.36 |
5.55 |
4.46 |
4.40 |
5.41 |
8.65 |
5.05 |
表3 1982-1983年第三季度和2005年第三季度草海水体物理化学性质状况比较
|
采样季度
项目 |
1982-1983年第三季度 |
2005年第三季度 |
|
范围 |
平均值 |
范围 |
平均值 |
|
水温(℃) |
17-17.5 |
17.2 |
20.5-29.5 |
25.2 |
|
透明度(cm) |
9-100 |
97.5 |
53-160 |
81.8 |
|
PH |
7.8-8.4 |
8.0 |
7.71-10.2 |
9.5 |
|
总含盐量mg当量/L |
|
6.919 |
1.551-4.2461 |
5.05 |
|
溶解氧 |
Mg/l |
5.47-8.67 |
6.98 |
4.31-10.41 |
6.941 |
|
% |
58.94-94.34 |
75.24 |
42.9-97.3 |
69.7 |
|
主要阴离子 |
Cl |
2.000-8.540 |
5.625 |
3.51-7.21 |
5.524 |
|
So42- |
38.301-104.740 |
65.695 |
23.0-89.4 |
49.489 |
|
HCo3- |
30.782-191.330 |
107.857 |
1.59-6.43 |
4.2911 |
|
Co32- |
未检出-0.560 |
0.218 |
0.00-5.84 |
3.6121 |
|
主要阳离子
|
Ca2+ |
40.080-83.200 |
60.82 |
27.65-75.88 |
45.62 |
|
Mg2+ |
3.410-8.290 |
3.633 |
7.45-14.40 |
9.519 |
|
K+ |
1.100-5.100 |
2.200 |
2.88-18.48 |
5.964 |
|
Na+ |
2.040-6.480 |
3.483 |
6.46-24.78 |
10.892 |
|
生物
营养物质 |
No2-N |
0.009-0.018 |
0.007 |
0.00-0.086 |
0.0086 |
|
No3-N |
0.081-0.112 |
0.048 |
0.008-0.089 |
0.0403 |
|
NH4-N |
0.700-0.820 |
0.738 |
0.14-1.23 |
0.3889 |
|
总氮 |
0.960-1.672 |
1.151 |
0.24-1.54 |
0.5658 |
|
总磷 |
0.055-0.120 |
|
0.01-0.988 |
0.1572 |
|
SiO2 |
0.800-3.900 |
2.375 |
1.123-6.373 |
3.5486 |
|
总Fe |
0.007-0.008 |
0.006 |
0.07-1.68 |
0.5033 |
|
有机耗氧量mg/L |
2.480-6.00 |
4.673 |
4.506-7.731 |
6.8336 |
|
总碱度毫克当量/L |
0.830-3.540 |
2.140 |
0.098-0.214 |
0.168 |
|
总硬度(德国度) |
0.520-13.540 |
9.988 |
|
8.6352 |
3 分析和评价
3.1 水的物理性状
3.1.1水温
草海的水温各采样站有一定的差别,根据现场定测统计,其变动范围为20.5℃~29.5℃,平均为25.2℃,大气温度各采样站实测先后时间不同而有差别,为24℃~34.6℃之间,平均值29.4℃。水温一方面可控制浮游植物光合作用的酶促反应和呼吸作用的强度,直接影响浮游植物的生产过程;另一方面,水温可通过控制水体中各类营养物质(如无机盐Co2、有机物等)的溶解度或离解度分解率等理解过程,间接影响浮游植物的生产力,水温的变化会影响鱼类各种生理活动的强度。一般情况下,在一定范围内当水温上升时,会使鱼类摄食旺盛,呼吸作用增强,生长发育加速,性成熟和性腺成熟提早,一般到了晚秋,可以减少摄食,冬季几乎停食便进入冬眠。据报道四大家鱼摄食最适水温为22℃左右,在20℃~30℃之间食欲最旺盛,生长也迅速。10℃以下,33℃以上时,食欲减退或停止摄食,但是不同鱼类要求水温也不同,草海的水温较低,适合放养广温性鱼类。
3.1.2透明度
各站之间有一些差别,一般变化为53cm~160cm之间,总平均为81.78cm。其中6号站为最大(160cm),8号站为最小(53cm),透明度大小主要由水中悬浮物质含量多少决定。草海水体中悬浮物质多少是又湖岸水土流失较严重,将泥沙直接冲进草海,另一方面由于威宁城镇的工业废水、生活废水均未经处理直接排放湖中增加了水体的浑浊度,这样便引起各采样站透明度的不同。透明度是进入水体内太阳光能大小的一种量度,也是水体内能量流动的能源大小的一种量度。根据上述结果,草海水层透光性最好的为6号站,透明度为160cm,2号站、3号站为次之,分别为123cm、120cm,最差为8号站(53cm),9号站(54cm)。
3.1.3水色
草海水体常年受未经处理的工业废水和城镇生活废水严重污染,水色呈灰黑色带刺鼻恶嗅味的污染。湖中心和出口处,水受污染轻些,水质较清些。
3.2 水的化学性质
3.2.1 pH值
天然水体pH值可<2也可>11,不同水体,pH值相差极大,主要受Co3-、HCo3-对水质所构成的缓冲系统,影响水pH的动态。pH值下降时,直接使鱼的呼吸改变,因而影响血液中血红素结合氧的能力,此外,pH变动超出适应范围时影响鱼体的新陈代谢,超出极限时则会破坏皮肤粘膜和鱼鳃而直接造成危害。草海各采水站水体的pH值一般变化于7.71~10.2,平均值为9.49,属于偏碱水。只有9号站pH值为7.71,符合国家渔业用水标准规定范围(6.5~8.5),其他各站均超标。
3.2.2溶解氧(Do)
草海水体中溶氧量与不同采样站有差别,一般变化范围4.31mg/L(饱和度42.9%)~10.41mg/L(饱和度为97.30%)之间,平均值6.94mg/L(饱和度69.7%),其中溶氧量最高为5号站,10.40mg/L,最低为9号站为4.31mg/L,低于国家渔业用水标准规定的范围(5.0000mg/L)。造成各站含量大小的主要原因是城镇工业废水和生活废水排入草海各站量的多少而不同,而污染程度大小是由有机物质含量多少和总含盐量高低以及其他地理环境因素不同所引起的。总平均值为6.94mg/L(饱和度为69.7%)。根据以上结果,可以看出草海除9号站含氧量较低(4.31mg/L)外,其他站含量在5.48mg/l~10.41mg/L之间,属于富溶氧量的水体。适合养鱼用水。
3.2.3 有机耗氧量
各站耗氧量变化于4.51mg/l~7.73mg/L,总平均为6.83mg/L,最低含量为1号站(4.51mg/L),最高含量为4号站(7.73mg/L)。草海水体有机耗氧量大小,主要决定于水生植物残体量多少和城镇生活废水污染程度大小。特别是沉积在湖底的有机物质越多,则耗氧量越大。当水温升高时,微生物活性加强,有机物质被分解的速度加快,在整个过程中耗氧速度加快,一般情况80~90%以上耗氧均由生物呼吸,有机物质分解所耗用。从以上结果可以看出草海耗氧量较高,说明草海水体中有机物质较丰富,在一定范围内有机物质能为水体提高肥力,有利于养殖,但是有机物质含量如果超过一定范围,耗氧太多,造成水中鱼类因缺氧而浮头窒息直至死亡。
3.2.4 总碱度
各站总碱度差别较大,一般变化于2.95mg/l~6.43mg/L,总平均5.03mg/L,其中9号站含量最低(2.95mg/L),4号站含量为最高(6.43mg/L)。总碱度对水体生产性能影响很大,特别对鱼产量影响更显著,一般认为总碱度1.00~3.00mg当量/L为最适范围,在这个范围内鱼的生产力随总碱度增大同步提高,当总碱度>3.505mg当量/L时,生产效果不佳,会抑制生物生长,因为水中总碱度增加到3.50当量/L时以上,成碳酸盐沉淀被除去,水体可发展成为C1Na型,即苏打水,其硬度小,pH值大于9时,对鱼类产生毒害作用,当总碱度小于1时生产效果也不好,主要表现在碱度对重金属毒性的影响,重金属及过度金属离子在碱度大的水体中,迅速形成稳定碳酸盐络合物,使游离金属离子的浓度剧降,它们对水生生物的毒性也随之下降,因此,对于用金属盐加硫酸铜防治鱼病有显著疗效。
3.2.5 Co32-、HCo3-1
Co32-、HCo3-1是淡水中含量较多的阴离子,但它们不能孤立存在,独自变化,而是参与构成水中Co2平衡系统,当Co2平衡系统受到破坏时,便引起Co2的溶解或逸散,Ca2+、Mg2+等金属离子形成碳酸盐的沉淀或溶解,PH值变化,Co32-、HCo3- 、H2Co3相互转变。从而影响水的硬度、碱度、缓冲性、有效碳、PH值以及重金属离子的毒性等。草海各站HCo3-含量有一定的差别,一般在1.29mg/L~6.43/L之间,平均值为4.29mg/L,占离子总量3.18%,其中1号站含量最低(1.59mg/L),4号站含量最高(6.43mg/L)。造成各站含量差异性的主要因素:①有机物质的分解和矿化;②生物的呼吸作用;③水生植物的光合作用;④水的蒸发和补给强度。
Co32-含量不高,一般变化于未检出-5.84mg/L,平均值为3.61mg/L占离子总量2.68%。Co32-的大小取决于PH值的大小,当pH>8.3时,水体中才存在Co32-,Co32-的盐类除钾、钠、铵盐易溶外,大都难溶于水,在天然水体中真正以自由离子存在Co32-甚少,大都成Ca2+- Co32-,Mg2+- Co32-等离子对形式存在。
3.2.6 So42
So42草海各站So42-含量较高,一般变化于23.00mg/L~89.47mg/L之间,最低含量为4号站(23.00mg/L),最高含量为9号站(89.4 mg/L)。平均值为49.49 mg/L占离子总量的36.68%。
硫是藻类必需的一种营养元素,细胞分裂时尤其需要硫,它们可以通过吸收利用So42-来满足自己对硫的全部需要,而So42-是天然水中主要阴离子之一,含量较高,一般不缺乏它。相反,So42-还原生成H2s,对水生生物有强烈毒性,危害甚大。据报道,当pH<6时,便停止生成硫化物,即使有H2s也被氧化成Sl也可生成So32-、S2o32-等。水中硫化物的生成量随有机物增加而增多,从以上结果可看出草海水中So42-含量偏高,可能由于补给草海水源来自含硫较高,煤矿坑水和城镇含硫量高的废水所造成的。这对草海水生生物很不利。同时草海每年有大量自生自灭水生植物残体积累。特别夏秋两季,水温升高,水中溶解氧降低,湖底物由于厌气性微生物活动而发生还原性反应,产生H2s,反应式:
|
So32-+有机物 |
硫酸盐细菌 |
S2-+H2o+Co2 |
|
缺氧 |
S2-+2H+=== H2s
H2s很快扩散到水中产生毒害作用,因此对草海必须采取措施
①避免含有大量So42-的水源排入草海;②适当除去水生植物残体和有机物沉积,避免产生厌气性反应;③主要通过提高水生浮游植物繁殖力,提高光合作用强度,增加水体中溶解氧的含量。
3.2.7 Cl-
Cl-离子与K+、Na+、形成氯化物,它们极易溶于水,在水中大都以游离形式存在,同时Cl-可与某些重金属离子形成络合物,使其溶解度增大。Cl-是浮游植物需要元素之一。
3.2.8 K+
K+的含量一般变化于2.88mg/l~18.48 mg/L,总平均含量为5.96 mg/l,占离子总量2.55%,K+是浮游植物中碳水化合物的合成和转移有极密的关系,K+又是浮游植物大量元素之一,主要作酶的活化剂。Na+可以代替K+,而K+在农业上为三大肥料要素之一。
3.2.9 Na+
Na+的含量一般变化于6.46 mg/L~24.78 mg/L,8号点含量最低(6.46 mg/L),9号点含量最高(24.78 mg/L),总平均为10.89 mg/L,占离子总量的4.66%,K+、Na+来源于人类活动,每天耗10克左右的食盐,这些氯化物大多随生活污水量多少,影响不一样,便出现各站K+、Na+含量多少不等,另一方面,水体蒸发量和水源补给量之间的差异,影响它们之间的浓度大小。
3.2.10 Ca2+、Mg2+
草海各站的Ca2+含量变化于27.65mg/L~75.88 mg/L,总平均含量为45.62 mg/L,占离子总量的19.25%,9号站最高(75.88 mg/L),3号站含量最低(27.65 mg/L)。
各个站Mg2+离子变化于7.45 mg/L~14.40 mg/L,总平均为9.52 mg/L,占离子总量的4.07%,最高含量为9号站(14.40 mg/L),最低含量4号站(7.45 mg/L)
Ca2+是天然水体含量最多的阳离子,它和Mg2+构成天然水硬度主要成分。在天然水中,Ca2+、Mg2+大部分都以自由离子存在,当Ca2+变成CaCo3沉淀的可能性最大,因此,Ca2+的浓度通常都由Co32-浓度来决定,因而也是由Co2平衡系统决定。水体的pH值与碱度高,Co32-浓度大时,则Ca2+的平衡浓度小,相反,水的PH与碱度低,Co32-浓度小时,则Ca2+的平衡浓度大,各个水体由PH、碱度、Co2含量互不相同,流域区及湖底的土壤类型,地质特点也不一样,因此,钙硬度和镁硬度相差可以很大。Ca2+ 、Mg2+硬度对水生生物,特别是对养殖生产的影响主要有二个方面:
(1)作为营养元素,Ca2+ 、Mg2+都是生命活动过程中必需元素,它们不仅是生物体液和骨骼结构的组分,还参与体内新陈代谢的调节。是叶绿素的组分。各种藻类均需要Mg2+,缺少它,浮游植物就不能合成叶绿素,Mg2+不足,则RNA净合成停止,氮代谢混乱,细胞内积累碳水化合物及不稳定的磷酯,在细胞代谢过程中,具有使多种激酶的活性积极起来的功能,同时也可能催化磷酸形成二磷酸糖,还可以催化磷酸从这个碳原子转移到另一个碳原子,此外Mg2+也参加柠檬酸循环酶的活化作用。由此可见,镁离子在植物(包括浮游植物)的碳水化合物的代谢中占有重要地位。
Ca2+对水生植物的蛋白质的合成与代谢,碳水化合物的转化,细胞的穿透性,以及氮磷的吸收转化等均有重要的影响。Ca2+是水体浮游植物初级生产不可缺少的因子。Ca2+与细胞分裂正常过程有关,钙能减低原生质胶体的分散度,使原生质粘性加强,并能减少透性。
(2)作为水质,底质改良剂的主要作用,有调节并帮助稳定水质及底质的PH值,促进有机物絮凝、聚沉,促进固氮作用及有益微生物活动,加快有机矿化加速,植物营养物质的循环再生,Ca2+浓度增大时,可使生物减少从环境中吸收重金属,从而降低它们的毒性。
水中Ca2+、Mg2+含量较多,作为营养物质,生物对它们吸收利用相对少。
一般水体不缺Ca2+、Mg2+,因此,Ca2+、Mg2+更重要的作用是用作水质、底质的改良剂。
3.2.11 总硬度
草海各站的总硬度(德国度)变化于5.816°~14.020°,总平均8.653°,按天然水硬度分类标准,草海水体应属中等软水,根据上述结果,草海水体总硬度偏高,在养殖用水适合标准范围之内。
3.2.12 生物营养物质,包括总氮(无机氮:No2-N、No3-N、NH4-N和有机氮),总磷、,总铁,Sio2等
(1)在淡水水体中,氮和磷的盐类是对水生植物的数量影响最大的盐类,氮素是植物制造蛋白质不可缺乏的原料,磷是 的原料,这些物质在中的数量,常常是决定植物能否大量繁殖的重要因素,浮游植物繁殖所需的适宜含氮量,一般认为在0.3mg/L。对磷的要求为0.018~0.098mg/L(相当于0.012~0.065mgPo4-P/L)草海水体中的总氮和磷平均含量都超过这个适宜范围之内。
(2)硅是构成硅藻类细胞的主要成分,对于水体中的生物总产量甚为重要。硅藻类对水中硅的最低需要量。有人认为0.13mg/L为最底限度,低于这个量,硅藻便不能繁殖,另一些人认为最低量为2mg/L。草海各站的水体中硅的含量为1.123mg/L~6.373mg/L,总平均为3.549mg/L,1号站含量最低(1.123mg/L),9号站含量最高(6.373mg/L),草海水中硅的含量除1号站外,其他各站均超过上述数值。
(3)铁是藻类重要微量元素,能促进叶绿素正常生成。又是动物血红素主要成分。铁是细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化 酶等成分。故在呼吸过程中起重要作用。铁对于藻类生长最适浓度为0.14mg/L~1.47mg/L。草海水体除了4号站,5号站外,其他各站水体含铁量均适合这个范围。各站水体中铁含量变化于0.07mg/L~1.68mg/L,最低含量为4号站、5号站均为0.07mg/L,9号站最高含量(1.68mg/L)总平均值为0.50mg/L。总的来看草海水铁的含量除了个别站含量较低外,其他各站含铁量较高,有利于浮游植物光合作用。同时对消除水体中硫化氢等有害物质和气体的毒性大大增强。
3.2.13 天然水体分类
天然水体中主要离子数量多少是水体分类的依据之一,按主要离子总量多少分类,根据测定结果列表2,从表2看出草海水体离子总量为0.1349%,应属于淡水范围(水中离子总量小于1.0‰应属于淡水),从表2可看出草海水中离子当量数:Hco3-<Ca2++Mg2+> Hco3+So42-,阳离子数量顺序排到为Ca2+>Mg2+>K++Na+,阴离子数量顺序排列为So42-> Cl-> Co32->HCo3-。因此,根据O.A.列金分类发,草海水体应属于(碳酸水钙组第Ⅱ型,总硬度8.6352德国度,矿化度为0.134‰。除了2号站、3号站、6号站、7号站、8号站属于软水外,其他各站应属于中等软水。从整体来说草海应属于中等软水。
3.3 水质污染状况
水质的好坏直接关系到水生生物种群和数量的变动,特别对国家Ⅰ级保护珍稀鸟类如黑颈鹤类等候鸟栖息地起着极为重要的作用。
3.3.1有害物质和有机物的测试
为了探讨草海水体污染情况,搞清草海水体中有害物质的含量,于2005年9月对9个采样点采水样分析测定溶氧量、有机耗氧量、氨氮、铬、砷、汞、铜、铅、锌、镉等。检测结果列表4。
草海水体溶解氧除9号站(4.31mg/L)达地表水Ⅳ类标准和1号站(5.48mg/L)达地表水Ⅲ类标准外,其他各站溶解氧变化6.07~10.41mg/L,均大于6mg/L,超过地表水II类标准。
表4 草海水体污染状况
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
总
平均 |
|
mg/升 |
溶解氧 |
5.48 |
6.07 |
6.39 |
6.98 |
10.41 |
6.5 |
8.58 |
7.75 |
4.31 |
6.94 |
|
有机氧
耗量 |
4.51 |
6.27 |
6.58 |
7.73 |
7.50 |
7.50 |
7.04 |
6.87 |
7.50 |
6.83 |
|
氨氮 |
0.50 |
0.42 |
0.18 |
0.52 |
0.14 |
0.17 |
0.20 |
0.14 |
1.23 |
0.39 |
|
As |
0.10 |
0.18 |
0.12 |
0.13 |
0.06 |
0.12 |
0.16 |
0.09 |
0.19 |
0.13 |
|
Pb |
45.91 |
11.93 |
6.45 |
3.63 |
2.21 |
3.10 |
3.51 |
2.47 |
2.14 |
9.04 |
|
Cd |
0.0002 |
0.0003 |
0.0003 |
0.0000 |
0.0001 |
0.0008 |
0.0003 |
0.0002 |
0.0006 |
0.0003 |
|
Cr |
0.50 |
0.37 |
0.32 |
0.47 |
2.84 |
0.00 |
0.14 |
15.15 |
0.36 |
2.2389 |
|
Hg |
0.000 |
0.000 |
0.067 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.0074 |
|
Cu |
33.55 |
9.22 |
6.34 |
5.15 |
3.40 |
1.83 |
3.68 |
1.41 |
2.20 |
7.42 |
|
Zn |
3.70 |
4.20 |
5.81 |
2.36 |
2.96 |
9.01 |
5.19 |
3.97 |
9.57 |
5.197 |
有机耗氧量变化于4.51mg/L~7.73mg/L,最低含量为1号站(4.506mg/L),最高含量为4号站,其含量为7.73mg/L,平均值 为6.83mg/L。除1号站为达到地表水Ⅳ类标准外(≤6mg/L),其他各站均超标(>6mg/L),说明草海有机物质污染较严重。
氨氮9号站含量最高(1.23mg/L),超过地表水II类标准(≤0.5mg/L)2.4倍,4号站接近地表水II类标准,其他各站均达到地表水II类标准。
草海各站水体中砷的含量为0.06~0.19mg/L之间,平均值0.128mg/L,检出率100%,5号站含量最低为0.06mg/L,9号站含量最高0.19mg/L,整个均超过地表水Ⅲ类标准和渔业水质标准(≤0.05mg/L)。
草海水体各站含铅量为2.04mg/L~45.94mg/L之间,其中1号站含量最高(45.94mg/L)9号站最低(2.14mg/L),各站点的含铅量均超过地表水V类标准(≤0.1mg/L)和渔业水质标准(≤0.05mg/L),说明草海水体铅污染严重。
草海水体镉的含量0.0000~0.0008mg/L,平均为0.0003mg/L,均达到地表水I类标准(0.001mg/L)和渔业水质标准(0.005mg/L)。镉的含量符合渔业养殖用水范围之内。
草海水体铬的含量在0.00~15.15mg/L之间,总平均含量为2.2389mg/L,8号站最高,含量为15.15mg/L。除6号站未检出外,其余各站点均超地表水V类标准和渔业水质标准(0.1 mg/L),草海水体铬污染严重。
草海水体含汞变化0.000~0.067mg/L,总平均为0.0074mg/L,除3号站水体含汞量0.067mg/L,超过渔业水质标准(≤0.0005mg/L)外,其他站均未检出。
各站铜的含量1.41mg/L~33.55mg/L之间,其中以1号站含量最高(33.55 mg/L),超渔业水质标准(≤0.01 mg/L)3 355倍,,8号站最低含量(1.41 mg/L)超标141倍,总平均值7.42 mg/L,超标742倍,说明草海水体铜污染严重。
草海各站含锌的变化于2.36 ~9.57 mg/L之间,4号站为最低含量2.36 mg/L,超渔业用水质标准标(≤0.1 mg/L)23.6倍,9号站为最高含量9.57 mg/L,超标95.7倍,总平均5.197 mg/L,超标51.97倍。
3.4 水质污染对渔业资源和其他生物的影响
3.4.1草海渔业资源破坏
目前草海水域鱼获量下降,鱼类死亡时有发生,是多种原因造成的。但大量未经处理的工业废水和生活污水排入草海,造成草海水体污染,造成渔业资源衰退的重要原因之一。
3.4.2 水质污染影响鱼类的生长发育
水质受污染后,在低浓度时,毒物被鱼体吸收,使鱼的生长受阻,发育滞缓,个体变小。有的鱼类,受到污染后的影响通过遗传,在下一代甚至几代后才显示出来。
3.4.3 水质污染使水生生物的种群和数量发生变动
对毒物敏感的种类种群缩减或消亡,耐受毒物强的种类种群相对稳定。但毒物被植物吸收积累在体内形成残毒的水生植物被鱼类、鸟类特别是鹤类等动物食后,把残毒积累在这些动物体内,轻者生长发育受阻,发生畸形,重者中毒死亡。有些鸟类对有毒的物质敏感性强,接触到受污染的水或吃物,便迁徙到无污染的地方聚居过冬,使黑颈鹤到草海过冬的数量年年在递减,其中草海水质受污染也是主要原因之一。
3.4.4 有毒物质的污染,将直接对人们的生活产生影响
水质污染,有毒物质在鱼体内蓄积,引起鱼类慢性中毒,影响鱼类活力下降,鱼肉变味,不能食用。如果用污染的水质灌溉农作物,同样也会使农作物产品产生残毒,人和牲畜吃有残毒的农产品后引起慢性中毒。
3.5 水质污染状况的评价
3.5.1 评价标准
对水环境的评价标准见表5
表5 水综合污染指数法污染等级划分标准 单位:mg/L
|
|
渔业用水标准 |
地表水标准II类 |
|
溶解氧 |
5 |
6 |
|
有机氧耗量 |
5 |
3 |
|
氨氮 |
|
0.5 |
|
砷A |
0.05 |
0.05 |
|
铅Pb |
0.05 |
0.01 |
|
镉Cd |
0.005 |
0.005 |
|
铬Cr |
0.1 |
0.05 |
|
汞Hg |
0.0005 |
0.00005 |
|
铜Cu |
0.01 |
1.0 |
|
锌Zn |
0.1 |
1.0 |
3.5.2 评价方法
3.5.2.1综合污染指数法
采用均值型指数,水质评价其污染程度时采用此法。
数学表达式:
式中P:综合污染指数;
n:水参加评价的因子数;
Pi:第i种污染物的污染指数;
Ci:第i种污染物实测浓度;
Si:第i种污染物的标准浓度。
污染等级划分标准见表6
表6 水综合污染指数法污染等级划分标准
|
污染等级划分标准(P) |
污染等级 |
七项毒物污染 |
P综合污染指数 |
污染等级 |
|
渔业用水标准 |
地表水标准II类 |
|
≤0.23 |
清洁 |
砷As |
2.556 |
2.556 |
重污染 |
|
≤0.4 |
尚清洁 |
铅Pb |
180.778 |
903.89 |
重污染 |
|
≤0.7 |
微污染 |
镉Cd |
0.06 |
0.06 |
清洁 |
|
<1.0 |
轻污染 |
铬Cr |
22.389 |
44.778 |
重污染 |
|
≤1.5 |
中污染 |
汞Hg |
14.8 |
148.0 |
重污染 |
|
>1.5 |
重污染 |
铜Cu |
742.0 |
7.42 |
重污染 |
|
|
|
锌Zn |
51.967 |
5.1967 |
重污染 |
3.5.2.2 分值法
水质有机污染采用此法评价。分值的评分标准见表7
表7 评分标准单位 mg/L
|
水质分级 |
溶 解 氧 |
有机耗氧量 |
氨 氮 |
|
浓度 |
分数 |
浓度 |
分数 |
浓度 |
分数 |
|
1 |
≥7.5 |
5.0 |
≤3.0 |
5.0 |
≤0.3 |
5.0 |
|
2 |
≥4.0 |
4.5 |
≤5.0 |
4.5 |
≤0.5 |
4.5 |
|
3 |
≥3.0 |
4.0 |
≤6.0 |
4.0 |
≤0.7 |
4.0 |
|
4 |
≥2.0 |
3.0 |
<7.0 |
3.0 |
≤1.0 |
3.0 |
|
5 |
<2.0 |
1.0 |
>7.0 |
1.0 |
>1.0 |
1.0 |
|
分值的计算: |
溶解氧分数+有机耗氧量分数+氨氮分数 |
|
3 |
分值法污染等级划分标准见表8
表8 分值法污染等级划分标准
|
分 值 |
≥5.0 |
≥4.5 |
>4.0 |
≥3.0 |
<1.0 |
|
污染等级 |
清洁 |
轻污染 |
中污染 |
重污染 |
严重污染 |
3.5.3 水体污染状况评价结果见表9
表9 草海水体污染评价结果
|
七项毒物污染 |
有机物污染 |
|
综合污染指数 |
污染等级 |
分值 |
污染等级 |
|
144.94(渔业)/188.84(地表II类) |
严重污染 |
4 |
重污染 |
结果表明七项毒物评价水质污染为严重污染,有机物污染为重污染。
3.5.4污染原因和趋势
与1983年相比,草海水体属良好水体,因那时刚完成第一期蓄水工程,威宁县城尚未扩展至草海边,工业“三废”、生活废水直接排入草海的量少,加上草海植物丰富,自尽能力强。目前草海水体主要受砷、铅、铬、汞、铜、锌等重金属污染,均属严重污染。其污染源来自城镇工业废水、废气、废渣、生活废水以及草海周围有蕴藏极为丰富的有色金属矿藏,随着采矿和冶炼工业如炼锌工业的发展,为草海提供更大的污染源。。同时草海植物特别维管束植物受人为过度采集,使草海水体丧失自净能力。如果不加强对工业“三废”、生活废水的管理和综合治理,以及加强对草海水生植物特别是维管束植物的保护,还会使草海水体的污染状况回升,水质再度下降和恶化。
4 结论
经过分析测定结果可看出草海水体理化性质具有以下特点:
4.1 水体中含盐量0.134‰,故属淡水湖泊,水质类型属于碳酸钙组类第Ⅱ型水,按硬度分类标准,草海水体应属于中等软水。水体中的PH值偏高,变化于7.71-10.2,平均值9.49°,属于碱性水超标国家渔业用水标准规定范围(6.5-8.5)。水体中总含盐量、碱度、硬度低于地面水标准,主要阴离子(Cl-、HCo3-、Co3-)、主要阳离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)均适合淡水鱼生长,特别是钙离子含量较高,其平均为45.62mg/l,这对水生植物的蛋白质合成与代谢,碳水化合物的转化,细胞的穿透性以及氮磷的吸收转化等均有重要的影响,特别作为水质、底质改良集有着重要的意义。
4.2 So32-含量偏高,平均含量为49.49mg/l,要特别注意避免厌气性微生物活动发生还原性反应产生H2S污染水体。
4.3 水体的理化性质随着不同的采样站有着明显的变化。
4.4 生物营养物质含量高低随着不同的采样站差别较大,主要受水生植物生长期和生长量。生活废水排入量多少、水温高低等因素的影响。
4.5 由于人为过度采集水生植物,使丰茂的水生植物,特别是维管束植物毁于一旦,使失去对水体中有害物质的净化能力,使二十年前良好的水体变为严重污染的草海水体。
4.6 根据检测结果表明七项有害金属(As、Pb、Cd、Cr、Hg、Ca、Zn)除镉外,其余六种金属砷、铅、铜、铬、锌、汞对草海水质造成严重污染。有机物质含量属于重污染。
4.7 建议有关部门采取各项有效措施,综合治理,防止受有害物质的污染,加强水环境的管理,维护生态平衡,合理开发利用草海资源。
致谢:李若贤、李青、夏远平等同志参加水质现场分析采样,特此致谢
参考文献:
中国科学院水生生物研究所编辑 1981年3月水生生物学集刊7(3)P305 科学出版社
中国科学院兰州地质所等 1979年3月青海湖综合考察报告 科学出版社
饶钦止等编著 1964年湖泊调查基本知识P314-315 科学出版社
湛江水产专科学校主编 1979年3月淡水养殖化学P11-46、36-135 农业出版社
潘瑞炽等编著 1957年植物生理学P92-95 人民教育出版社
贵州科学院生物研究所 1986年12月 草海科学考察报告 贵州人民出版社
陆奎贤主编 1990年7月珠江水系渔业资源 广东科技出版社
刘国柱 1986 草海水体的理化性质及其污染状况的调查与研究 草海科学考察报告,PP:45-63 贵州人民出版社
国家环保局,1989 中华人民共和国国家标准《渔业水质标准》 GB11607-89
国家环保局,2002 中华人民共和国国家标准《国家地表水环境质量标准》GB3838-2002