当前世界环境

介绍

水是生态系统的重要非生物因素，被广泛认为是地球表面最有价值的自然资源(Gadiga和Garandi, 2018)。湖泊提供各种生态服务，包括供水和许多水生动植物的栖息地(Ondiba)et al .,2018)。水质指的是水是否适合用于家庭、农业、工业和自然保护

(Angweyaet al .,2005)。它受到自然和人为因素的综合影响(Mouriet al .,2011)。农业、城市定居、森林砍伐和娱乐等人为因素对全球许多淡水湖的水质产生了负面影响(Dennis, 2009)。

负面影响包括沉积、水污染、栖息地破坏、湖泊表面积和深度的下降以及水生生物的减少(Tayloret al .,2010)。由于河流和湖泊的沉积作用，东非湖泊的富营养化已经加剧(Olago和Odada, 2007)。沉降减少了光线进入水中的可能性(Chaudhry和Malik, 2017)。沉淀物的增加增加了进入水体的营养物质。过多的养分输入是湖泊富营养化的主要原因(Banaszuk and Wysocka, 2005)。营养物的富集还会影响浮游植物和其他水生被子植物的组成和生产力，从而改变生态系统的功能和结构(Manoharet al .,河流、湖泊和河口的资源价值降低(Pathak and Pathak, 2012)。

长期以来，巴林戈一直被认为是人类滥用土地资源和管理不善的一个例子(Olago和Mavuti, 2017)。巴林戈不断增长的人口对土地造成了压力，促使人们使用化肥来满足日益增加的粮食需求(Ontumbi)et al .,2015)。Baringo湖集水区海拔相对较高，地表疏松的细土极易受到地表水和风蚀的影响(Ouma and Mwamburi, 2014)。这导致了无数的生态破坏，包括鱼类产量下降、淤积、水质恶化、频繁的藻华沉积、土地利用变化和不受控制的水资源抽取，这些都对其生物多样性产生了负面影响，并增加了邻近湖泊社区的贫困水平et al .,2003)。最重要的湖沼学挑战是它的极度浑浊，平均读数为9.5厘米(穆里)et al .,2011)。先前对Baringo湖流域的一项研究表明，盐度增加、低氧浓度和高浊度表明了高营养状况(Ouma和Mwamburi, 2014)。

水质差对动植物的健康产生负面影响。水体中的高营养含量会导致藻华和缺氧或缺氧条件的发展，从而威胁到鱼类和其他水生物种的生命(Segor)et al .,2012)。由于淤积增加，巴林哥湖的河床几乎没有无脊椎动物(Aloo, 2006)。先前的研究表明，蓝藻毒素的浓度很高，超过了世界卫生组织1.0 μg l的上限⁻¹巴林戈湖(Kotut)的饮用水et al .,2006)。饮用水中高浓度的硝酸盐危害健康，据信会导致孕妇流产和幼儿血液中毒，从而导致死亡(Weselak)et al .,2007)。

巴林林湖流域的大部分支流将悬浮物排入湖中，从而增加了有机质含量。河流是一条管道，污染物通过它从陆地排入水源et al .,2009)。河流从源头携带悬浮或溶解形式的元素，并根据其物理化学性质在不同地点依次沉积(Raj和Azeez, 2009)。

水资源管理是一项基本需要，安全用水必须被视为一项基本人权。因此，有必要拯救巴林哥湖集水区，使其不致进一步恶化，以避免这些威胁造成的灾难性后果，并使非洲水资源的全部潜力能够如新的《2025年非洲水远景》所设想的那样随时得到释放。水安全是联合国17个可持续发展目标之一(目标6)，旨在确保到2030年人人享有水和卫生设施并对其进行可持续管理(目标6)et al .,2016)。

因此，为了实现肯尼亚2030年愿景的目标，非常有必要了解2016年《水法》所支持的水资源管理中水资源恶化的空间模式。

因此，本研究旨在检查水质的空间格局，并确定污染物的主要来源。这将根据污染物的位置和来源来指导管理项目的优先次序。该空间变异性分析结果为政府制定基于证据的水资源管理战略和环境政策提供了有价值的信息。

材料与方法

研究区域

巴林哥湖是肯尼亚裂谷底部的两个淡水湖之一。巴林哥湖是国际公认的重要世界拉姆萨尔湿地。它位于东非大裂谷的东部地带(北纬00°30′和北纬00°45′，东经36°00′和东经36°10′)，海拔约970米。它的表面积为130平方公里，海拔约为1100平方公里。它的总面积为6820公里²．该湖的集水区包括茂山和图根山。Perkerra和Molo是流入湖泊的常年河流，而季节性河流包括Endau, Chemeron Ol Arabel, Makutan和Tangulbei。它没有可见的出口，据信在北部的卡佩多有地下渗漏，水以间歇泉和温泉的形式流出，流入图尔卡纳湖。该地区的年降雨量从450毫米到900毫米不等。它的特点是年蒸发率非常高，从1,650毫米到2,300毫米不等。10 - 11月为短雨，4 - 8月为长雨(小田县)et al .,2006)

数字1:巴林哥湖集水区… 点击此处查看图

人口密度

根据2009年进行的人口和住房普查，巴林戈县的人口规模为555,561人，其中男性279,081人，女性276,480人(肯尼亚国家统计局，2010年)，该县的年增长率为3.3%，高于3%的全国平均水平(Sergon, 2018)。

社会经济活动

研究区居住着三个主要民族，即东部的Turgens，北部的Pokots，南部和东部的Ilchamus/ njempps。所有群体都是农牧民。居住在该地区北部的Pokot人严重依赖牲畜饲养，特别是山羊，而njempps人主要是渔民。特尔根人定居在潮湿的山上，那里有很好的雨养农业条件，大多数情况下他们是农学家。Perkerra灌溉计划提高了园艺产量，带动了Marigat镇的发展。此外，大规模的剑麻种植导致在流域建立了剑麻产业。该社区严重依赖木炭燃烧作为主要的社会经济活动之一，养蜂和酿造当地白酒是另一种收入来源。位于mogolgoto的Goldox公司是最近一批大规模生产出口到中国的驴肉的公司之一。

巴林哥湖集水区也是国际旅游胜地，旅游业已成为集水区重要的经济活动之一。它是大约500种鸟类的家园，包括鹦鹉，丛林伯乐，鹈鹕，鸬鹚，锤头警察，编织者，苍鹭和几内亚鸡(Chogeet al .,2002)。我n addition ,it is a home for seven species of fresh water fish, and mammals hippopotamus and reptiles (Mathea, 2009).The lake has seven major islands namely Ruko, Rongena, Linage, Samatian, Olkokwa, Parmalok and the Devil’s Island. The largest being Ol-Kokwa Island which has an extinct volcanic center and has several hot springs. Ruko Island on the other hand is a park having a variety of wildlife such as zebra and giraffe.

该湖还为七种淡水鱼提供了宝贵的栖息地。湖泊渔业对当地社会经济发展具有重要意义。此外，该地区是许多动物的栖息地，包括河马、鳄鱼和许多其他哺乳动物、两栖动物、爬行动物和无脊椎动物群落。

水污染的原因和影响

图1:帕玛洛克岛上的种植 点击此处查看车牌

图2:Kampi ya Samaki海滩的水下小屋。 点击此处查看车牌

图3:萨马田岛板块排出的污水 点击此处查看车牌

图4:湖中的水藻和水葫芦。 点击此处查看车牌

图5:在Kampi ya Samaki海滩洗车 点击此处查看车牌

板6:水浊度增加 点击此处查看车牌

抽样

在人类活动频繁的地区选取了10个水质采样点。重要的是要设计涵盖广泛的决定因素代表集水区的水质采样(郑et al .,2015)。采样地点为:莫洛河入口(站点1)、佩克拉河入口(站点2)、恩道河入口(站点3)、萨马田岛(站点4)、Ol-Kokwa岛(站点5)、Parmalock岛(站点6)、Kampi ya Samaki(站点7)、恩道河(站点8)、佩克拉河(站点9)和莫洛河(站点10)。每个采样站采集10个样本。采样时间为2018年旱季(1月)、雨季初(4月)、雨季中期(8月)和雨季末(10月)。然而，恩道河是一条季节性河流，在8月份雨水充沛的时候采样一次，而不是在河流完全干燥的时候采样。采样的水质参数包括水温、pH、总溶解固形物、电导率、盐度、总氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、总磷酸盐和正磷酸盐。

抽样程序

使用美国HACH万用表(型号:sension™+ EC71)原位测量物理参数:温度、电导率、盐度和总溶解固体。根据APHA 2005对土壤中氮(TN)和总磷(TP)浓度进行了分析。总氮(TN)用未过滤的水样进行分析，通过浓硫酸消解(通过高压灭菌程序)将有机氮转化为铵态氮(NH)₄-N)，随后进行TN分析，如NH所述₄- n。采用镉还原法和抗坏血酸法(HACH DR2800分光光度计)测定硝酸盐和亚硝酸盐浓度。以硝普苷为催化剂，采用次氯酸苯酚法测定铵。用5%硫酸氢钾(K)热氧化未过滤水样，分析了总磷₂年代₂O₈)在蒸馏水中。管(样品，标准品和空白品)蒸压30分钟。它们进一步冷却到室温，管帽稍微松动。然后用上述方法测定无机磷酸盐的总磷浓度。磷酸磷(PO)₄-P)用抗坏血酸法测定。采用Microsoft office excel和SPSS统计软件包计算测定的理化参数的均值和标准差(mean±SD)。理化参数方差分析采用单因素方差分析，p< 0.05为显著水平。

结果与讨论

通过测定水温、pH值、电导率、总溶解固形物、盐度、总氮、硝酸盐、亚硝酸盐、总磷酸盐和正磷酸盐来测定水质。除硝酸盐和正磷酸盐外，巴林哥湖及其集水区各理化参数均存在显著的空间差异(P < 0.05)。巴林哥湖流域理化参数空间分布的均值(±标准差)汇总如表1所示。

表格1:理化参数的空间平均变异。 按此查看表格

图2全氮、硝态氮的空间分异3.、TP、OP和盐度。 点击此处查看图

图3:pH和温度的空间变化。 点击此处查看图

图4:EC和TDS的空间分异。 点击此处查看图

图5:温度的空间分布 点击此处查看图

图6:PH的空间分布 点击此处查看图

图7:EC的空间分布 点击此处查看图

图8 TDS的空间分布 点击此处查看图

图9:盐度的空间分布 点击此处查看图

图10:总氮的空间分布 点击此处查看图

图11:NO的空间分布3. 点击此处查看图

图12:NH的空间分布3. 点击此处查看图

图13:总磷酸盐分布 点击此处查看图

图14:正磷酸盐的分布 点击此处查看图

Molo河和Kampi ya Samaki河的平均温度值分别为(24.08±2.96°C)至(31.55±1.05°C)，图3。考虑到该集水区位于肯尼亚半干旱地区，本研究中水的温度变化可能与强烈的太阳辐射有关。此外，降雨等其他气候因素也可能影响温度的变化。平均水温在世界卫生组织要求的(25°C -32°C)标准之内。然而，在撒马田岛录得的水温超过规定的限度。Molo河的低水温归因于高海拔和森林覆盖，这与Kibichii(2007)的发现一致，他观察到树冠覆盖保护河水免受太阳辐射，从而改善了水温。水温高可归因于岛上旅游旅馆排放的废水。图5。先前对同一湖泊的研究报告了高温(Omondi，et al .,2011)。水温变化是由热排放、农业径流、河流调节、工业废水、家庭排放和全球变暖造成的(Dallas, 2017)。藻类的开花通常发生在23°C和28°C的温度范围内et al .,在安大略省的圣乔治湖，蓝藻只有在温度超过21°C时才会大量繁殖(Christian and Hartmann, 1988)。温度超出最佳范围可能会影响水生生物的生命周期(Dallas, 2017)。根据Ouma和Mwamburi(2014)的研究，较高的温度对巴林哥湖的叶绿素-a浓度有贡献。在中国的安察尔湖、胡沙尔萨尔湖和达尔湖也记录到了类似的结果et al .,2013)。

一般来说，该湖及其支流的pH值都很高。Molo河和Olkokwa岛的平均pH值分别为(7.55±0.45)~(8.54±0.39)，图3。在Endau河入口、Perkerra河入口和Molo河入口记录的高pH值可能归因于附近园艺和剑麻农场的肥料以及灌溉方案(图6)。在Ol-Kokwa岛和Samatian岛，高pH值可归因于缺乏任何表面出口和高浓度的碳酸盐盐，通常是碳酸钠。Molo河的低pH值可归因于mogogo镇的排放，洗车和废水中的有机物分解会导致酸化，如图5所示。6.5-8.0的pH范围有利于不同水生生物的繁盛et al .,2014)。当pH值超过这个范围时，水生生物多样性可能会由于生理压力而减少(波曼et al .,2008)。

Molo河和Samatian岛的电导率平均值分别为(433.5±148.98µS/cm)至(486.25±61.02µS/cm)。电导率值略低于世界卫生组织对天然水600µS/cm的限值。这可能是由于萨马蒂安岛旅游旅馆向湖中排放的家庭污水造成的。农业地表径流增加离子浓度(图7)。此外，巴林哥湖流域的溪流流经粘土壤土，其导电性相对较高(Ochuka)et al .,2019)。人类活动，如农用化学品的利用、废物处理和农业活动，与内罗毕河、尼扬多集水区和胡沙尔萨尔湖的高EC有关et al .,Basin and Raburu, 1998;许多et al .,1994)。

Parmalock岛和River Perkerra的TDS平均值分别为(245±42.37mg/L)至(321±78.98 mg/L)，图8。TDS值在肯尼亚国家环境管理局(NEMA)可接受的1200毫克/升限值和世界卫生组织允许的1000毫克/升限值之内。集水区的高TDS值可归因于地表径流、岩石风化、农业径流、家庭废物排放和动物浇水。这与最近在同一湖(Ndiba)内进行的研究一致et al .,2018)。淤积影响了巴林戈湖的水质，每年雨季约有400吨淤泥沉积在湖中，使湖泊的外观变得泥泞和棕色(Josephine, 2014)。高浓度的TDS清楚地反映了有害污染物，例如工业和农业废水中的污染物(Benham)et al .,2011)。巴林哥湖的悬浮固体是由于湖水透明度降低造成的。与浑浊的湖泊相比，清澈的湖泊具有动植物多样性高的特点(Ndungu, 2014)。更高浓度的TDS通过提高盐度和改变离子组成产生毒性(Manoj和Padhy, 2015)。高TDS会影响水的味道、气味、颜色和硬度。TDS低于600毫克/升的水的适口性被认为是合适的(世卫组织，2011年)。然而，极低的TDS会降低饮用水的味道。

莫洛河的盐度平均浓度为(0.05±0.1 ppt)，岛屿和河口的盐度最高为(0.15±0.06 ppt)。Olkokwa岛和Molo河的TN平均浓度分别为(1.75±0.96mg/l) ~(6±0.52mg/l)。盐度的浓度可归因于工业废水的排放和污水的排放。Begum和Harikrishna(2008年)报告说，由于工业废水处理效率低下，高韦里河溪流中的盐度浓度很高。高盐度改变生物多样性结构，影响特定生长发育阶段的生物(Weber-Scannell and Duffy,2007)。

Molo河和Perkerra河的高TN可归因于农场和Perkerra灌溉计划以及周围花卉农场的径流。图10。一个similar result showed that rose flower greenhouses situated near Chepsit River contributes to run offs into streams in Lake Baringo catchment. Rivers are the main pathways for lake water pollution as the streams offload into the lake. The mean TN concentrations decreased from the river as it flows into the lake. For instance the TN concentration of river Molo decreased from (6±0.52mg/l) to (2.5±1mg/l) as it enters the lake and river Perkerra TN total mean concentration decreased from (5.5±3.7mg/l) to (2.5±0.58mg/l) as it enters the lake. This is consistent with a study in Dongting Lake Allinson et al., (2000). High concentration of total nitrogen load in lake Chivero resulted from the buildup of organic material and increased bacterial activity (Rommenset al .,2003)。

全氮浓度沿河流较高，岛屿和入海口较低。营养的增加加强了生物过程，导致水生食物网结构和组成的突然波动(史密斯)et al .,2006)。在丹麦湖区(s ø undergaard)也有类似的观察et al .,2009)。

Kampi ya samaki河和Perkerra河的硝酸盐平均浓度分别为(0.5±1mg/L)至(3.5±1mg/L)(图11)。Perkerra河中检测到的高硝酸盐可归因于Perkerra灌溉计划使用的肥料被淋滤并侵蚀到溪流中。此外，它也可能是由于细菌在氮循环中将氨氧化成亚硝酸盐，然后又氧化成硝酸盐而产生的。牲畜在被浇水时将粪便排入河水中，增加了养分负荷，从而导致恶臭，从而造成污染。巴林哥湖的高硝酸盐浓度也可能是由于湖泊内部的营养物负荷造成的。巴林哥湖是一个浅湖，经常通过风浪向水中释放营养物来分布沉积物。(Boqianget al .,2006)认为，内部养分负荷在浅湖比深湖更普遍。Recent studies in Lake Baringo reflected the presence of algae at river Molo inlet due to rich inflow of nutrients into the lake from the catchment areas (Ndibaet al .,2018)。藻华是湖泊生态系统对富营养化的极端反应。硝酸盐的存在源于河流农业灌溉园艺农场(Maghanga)地表径流的污染et al .,2013;Barrado and Deba, 1998)。然而，岛上的硝酸盐浓度相对较低。从河流流入到中部地区，浓度下降。所有取样地点的硝酸盐水平均符合世卫组织和肯尼亚标准局的硝酸盐水质标准(10毫克/升)。在本研究中，硝酸盐浓度高于磷酸盐。这与在Nwaja溪地表水中记录的磷酸盐浓度高于硝酸盐(Adeola)的研究结果不一致et al .,2015)。

研究区域的氨浓度很低，一些采样点的记录值低于可检测限度。平均值为(0±0.00mg/L) ~(0.25±0.5mg/L)。Perkerra河、Molo河和Parma锁岛的平均值为(0.25±0.5mg/L)。图12。其余取样的平均值低于可检测限度。在这三个地点记录到的氨的存在可能是由于动物浇水和废水排放过程中分解的动物粪便的输入。根据Varolet al .,(2011)，废水排放导致氨的高值。氨的存在表明来自有机废物的污染，如肥料径流、污水废物和肥料。(Varolet al .,2011)。

Perkerra河的平均磷酸盐浓度最高(2±1.16mg/L)，而Kampi ya Samaki海滩、Olkokwa岛和Samatian岛的平均磷酸盐浓度最低(0.5±0.57mg/L)。磷酸盐值在(0.5±0.57mg/L)至(2±1.16mg/L)之间。磷酸盐含量最高的是Perkerra河。较高的磷酸盐含量来自家庭废物和工业废物。周围的居民直接在湖中洗澡，甚至在湖中洗衣服。除此之外，洗车过程中使用的肥皂被排入溪流，导致磷酸盐增加。磷酸盐也可以从释放磷酸盐矿物的岩石风化中自然产生。Danhaet al .,(2014)报告说，在Charter Estates排放点，洗湾污水排放出高浓度的磷酸盐，导致藻类和杂草猖獗生长。研究区域的磷酸盐浓度在世界卫生组织建议的天然水5mg/L的限制范围内。无论氮是否存在，磷仍然是浮游植物发育的关键决定因素(Wang and Wang, 2009)。Perkerra河的正磷酸盐平均浓度最高(0.5±1mg/L)，其次是Molo河和Perkerra河(0.25±0.5mg/L)。图14。其他采样站记录的平均值低于可检测限度。在Parmalock岛和Perkerra河，OP的平均浓度分别为(0.18±0.06mg/L)至(0.74±0.73mg/L)。

结论与建议

本研究中水质参数的空间变化表明，巴林戈湖流域容易受到人为因素的污染，如Perkerra的灌溉计划、mogogo的大规模剑麻种植园、流域北部密集的畜牧业活动、木炭燃烧、屠宰场管理不善、废物倾倒、工业活动和城市发展。这些因素是相互交织的，例如，为木炭燃烧而砍伐森林使土壤结构松动，使其容易受到土壤侵蚀。由于地表径流，污染物被排入水体，从而导致富营养化和洪水。因此，我们向相关利益攸关方提出以下建议。

1. 肯尼亚政府应执行禁止在河岸土地上耕种的立法，以帮助减少土壤侵蚀和河流和巴林戈湖的淤积。
2. 巴林戈县政府应引入其他收入来源，以减少对作为主要生计来源的木炭燃烧的依赖。这将减少土壤侵蚀和沉积。
3. 畜牧和渔业部(MoALF)和农业部应倡导可持续农业做法，以保护集水区的水质。
4. 巴林戈县政府、水资源管理协会、国家环境管理协会和环境保护署应对直接向巴林戈湖排放污水的旅游旅馆经营者进行处罚，并重新安置驴屠宰场。
5. 埃尔达玛峡谷水和卫生公司应确保市政污水在排放到水体之前经过处理。

鸣谢

我们感谢纳库鲁水和卫生服务公司(NAWASSCO)实验室对这些参数的分析。同时也感谢那些审阅本文的人。

资金

这项研究得到了非洲联盟委员会通过旗舰机构泛非大学(PAU)的研究资助。

利益冲突

作者没有任何利益冲突。

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