陳曉玲，張 媛，3，張 琍，2，陳莉瓊＊＊，陸建忠

(1:武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室，武漢 430079)

(2:江西師范大學(xué)鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022)

(3:湖北省環(huán)境監(jiān)測中心站，武漢 430072)

鄱陽湖(28°11' ～29°51'N，115°49' ～116°46'E)是中國最大的淡水湖泊，位于江西省北部，長江中下游，與贛江、撫河、信江、饒河、修水五條河流尾閭相接，調(diào)蓄后經(jīng)湖口注入長江.有研究表明，由于工農(nóng)業(yè)廢水及生活污水的大量排放[1]，鄱陽湖水環(huán)境質(zhì)量不斷下降.江西省歷年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，鄱陽湖氮、磷污染越來越嚴(yán)重，水體富營養(yǎng)化也進一步加劇[2].而氮、磷營養(yǎng)鹽是發(fā)生水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)條件，是引起富營養(yǎng)化的主要因素[3-6].因此研究鄱陽湖氮、磷特征，對于鄱陽湖水污染防治有著重要意義.

近年來，許多學(xué)者就鄱陽湖氮、磷含量特征展開了各項調(diào)查研究[7-9]表明，鄱陽湖水體氮、磷含量在不斷增加[10].胡春華等的研究表明，鄱陽湖氮、磷含量在空間分布上表現(xiàn)為由入湖口向湖區(qū)遞減，湖區(qū)向出湖口增高[11]，且鄱陽湖氮負(fù)荷較大，N/P 比值一直較高，平均為 23.28[8].王毛蘭等認(rèn)為，鄱陽湖主航道 TN、TP 含量比湖區(qū)其它地方高，且主航道以上游最高[12].區(qū)銘亮等的研究表明，Chl.a 濃度與TN、TP 濃度除9月份外，其它時間基本無顯著相關(guān)性[13].本文以2011年7月份(豐水期)鄱陽湖實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先分析了豐水期鄱陽湖水體氮、磷含量的空間分布特征及營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征;其次，對鄱陽湖主航道TN、TP 沿水流方向變化趨勢及氮、磷含量與懸浮泥沙濃度的相關(guān)性進行了分析，從而探討了影響鄱陽湖氮、磷空間分布特征的因素.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 水樣的采集

2011年 7月15-23日，在鄱陽湖分別進行了9 天共55 個站位的水質(zhì)觀測與水樣采集.此次觀測時間為豐水期，9 個航次覆蓋了整個鄱陽湖南北主湖區(qū)，觀測站位見圖1.每個站點均采集表層水樣，用以進行水體總氮(TN)、總磷(TP)和葉綠素a(Chl.a)等基本水質(zhì)參數(shù)的含量分析.

1.2 分析方法

采集的水樣經(jīng)快速定性濾紙過濾后，將濾液裝入聚乙烯瓶中并寫好標(biāo)簽，加硫酸酸化至pH值小于2，置于4℃冰箱保存，帶回實驗室進行室內(nèi)分析.

采用分光光度法進行TN、TP 濃度測定，所用儀器為全自動間斷化學(xué)分析儀(SmartChem 2000).TN 測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB/T 11894-1989):先將酸化后的水樣調(diào)節(jié)為中性，再加入純化過的堿性過硫酸鉀，在126 ～127℃下消煮30 min，自然冷卻后置于Smart-Chem 儀器上用水質(zhì)總硝酸鹽氮的方法進行測定.TP 測定采用過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法(GB/T 11894-1989):先調(diào)節(jié)水樣至中性，加入過硫酸鉀在140℃下消煮30 min，自然冷卻后置于SmartChem 儀器上采用水質(zhì)正磷酸鹽法進行測定.

Chl.a 濃度測定采用熒光法:先將一定體積的表層水樣經(jīng)孔徑為0.45 μm 的醋酸纖維濾膜過濾，再用90%的丙酮溶液進行色素萃取，最后對提取的清液重新定容后采用熒光計測定樣品溶液和經(jīng)過1%的稀鹽酸酸化后的樣品溶液的熒光值，獲取Chl.a 濃度.懸浮泥沙濃度(SSC)測定采用美國Sequoia 公司生產(chǎn)的LISST-100X.

圖1 2011年7月鄱陽湖水質(zhì)觀測站Fig.1 The stations for monitoring water quality of Lake Poyang in July，2011

2 氮、磷空間分布特征

2.1 豐水期鄱陽湖水體氮、磷空間分布特征

對鄱陽湖2011年豐水期55 個實測站點的TN、TP 含量進行分析后發(fā)現(xiàn):(1)TN、TP 平均含量分別為1.389和0.067 mg/L.目前，國際上一般認(rèn)為當(dāng)水體中TN 和TP 的濃度分別達到0.20 和0.02 mg/L 時，從營養(yǎng)鹽單因子考慮，就有可能發(fā)生藻類瘋長的“水華”現(xiàn)象[14].從本次觀測可見，當(dāng)前鄱陽湖已具備并遠遠超出了發(fā)生富營養(yǎng)化的氮、磷條件.(2)相較于前人的報告[6-9]，鄱陽湖豐水期TN、TP 濃度并沒有降低，即鄱陽湖水質(zhì)惡化的趨勢不僅沒有停止，反而有進一步惡化的可能.(3)根據(jù)國家環(huán)境保護總局頒布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 3838-2002)，鄱陽湖總體屬于IV 類水質(zhì)，某些區(qū)域甚至惡化到V 類.TP 超過IV 類地表水標(biāo)準(zhǔn)(0.1 mg/L)的站點占總站點數(shù)的12.72%，TN 超過IV 類地表水標(biāo)準(zhǔn)(1.5 mg/L)的站點占總站點數(shù)的43.64%.可見在整個鄱陽湖區(qū)，氮污染相對于磷污染要嚴(yán)重.

以實測站點數(shù)據(jù)對整個鄱陽湖區(qū)進行空間插值，得到豐水期鄱陽湖水體TN、TP 空間分布圖(圖2).從空間分布上看，TN 含量呈現(xiàn)由東向西、由南向北逐漸降低的趨勢，尤其是在饒河和信江東支入湖口一帶含量最高，與劉倩純等的研究結(jié)果相一致[15].這可能是由于鄱陽湖北部平均流速大于湖體中部區(qū)，且大于南部區(qū)，高流速有利于湖水中氮的稀釋[16].TP 含量并沒有像TN 一樣呈現(xiàn)明顯的空間遞減變化趨勢，而是在湖泊中心區(qū)域出現(xiàn)極高值或極低值，與胡春華等提取的懸浮物含量分布圖相一致[17].將TP 分布與劉子瀟在2011年豐水期提取的鄱陽湖幾個主要的采砂區(qū)相對比，可以發(fā)現(xiàn)TP 極高值所在區(qū)域均為主要采砂區(qū)[18].

圖 2 鄱陽湖 2011年 7月 TN、TP 空間分布Fig.2 Spatial distribution of TN and TP of Lake Poyang in July，2011

2.2 鄱陽湖氮、磷營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征及其與Chl.a的相關(guān)性

氮、磷比(N/P)被廣泛地作為考察營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)[19].根據(jù)Redfield 的研究[20]，若N/P 值小于16，說明污染物中氮為限制因子，磷相對充足;若大于16，說明磷為限制因子，氮相對充足[11，21].對鄱陽湖2011年豐水期各站點水樣數(shù)據(jù)進行營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析，其中41 個站點表現(xiàn)為磷限制，占總站點數(shù)的74.5%，平均N/P 為21.33.說明鄱陽湖區(qū)以磷限制為主，氮污染相對比較嚴(yán)重，與2.1 中分析結(jié)果相吻合，也與胡春華的研究結(jié)果一致[8].

氮、磷營養(yǎng)鹽的含量變化可以影響浮游植物的豐度，而浮游植物的生長狀況又是營養(yǎng)鹽含量變動的主要條件[22].Chl.a 是浮游植物體內(nèi)的主要成分，研究其與營養(yǎng)鹽的關(guān)系對于研究湖泊富營養(yǎng)化具有重要意義[23-24].TN、TP 濃度與Chl.a 均無顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.0055(n =55)和0.0008(n =50)，說明在鄱陽湖，氮、磷不是藻類生長的限制性因素.影響藻類生長的因素包括營養(yǎng)鹽含量、光照、水溫、酸堿度及水體自身的水文條件等[25].有研究表明，過于渾濁的水體對所有藻類的生長都有抑制作用[26]，而受到“五河”來水含沙量和湖區(qū)采砂等人為因素的影響，鄱陽湖近幾年懸浮泥沙含量增加，水體渾濁度加劇[27]，加之鄱陽湖水體具有較大的流動性，這可能是抑制藻類生長的主要原因.因此，盡管目前鄱陽湖氮、磷營養(yǎng)鹽含量已遠超過富營養(yǎng)水平，藻類的含量卻沒有達到暴發(fā)大面積水華的程度.

圖3 鄱陽湖饒河口至都昌段TN、TP 含量變化趨勢Fig.3 Change trend of TN and TP from Raohe section to Duchang section in Lake Poyang

3 鄱陽湖氮、磷空間分布特征影響因子分析

3.1 水流對TN、TP含量的影響

為進一步分析 TN、TP 含量受水流的影響，選取鄱陽湖主航道饒河口至都昌段和星子至湖口段沿水流方向的站點進行分析.

3.1.1 饒河口至都昌段TN、TP 沿水流方向變化趨勢 沿饒河口至都昌段共采集了10 個站點，結(jié)果表明，TN 總體上呈鋸齒狀下降的趨勢;TP 波動比較大，最高值在上游PY2102 和PY2101 2 個站點，接著陡降至最低值，然后變化較緩(圖 3).分析其原因為:PY2101 和PY2102 在饒河入湖口，饒河是主要的糧食和漁業(yè)區(qū)，化肥、農(nóng)藥和水產(chǎn)養(yǎng)殖所投放的飼料等都會對水質(zhì)造成嚴(yán)重污染[28]，因此這2 個站點TN、TP 含量都比較高.根據(jù)劉子瀟的研究[18]，饒河口至都昌段是鄱陽湖典型的采砂區(qū)，尤其在PY2106 至PY2107 間采砂情況比較嚴(yán)重，受采砂的影響TP 濃度又逐漸升高，TN 濃度也表現(xiàn)出一定程度的波動.而都昌段城市污水徑流可能使PY2108 站點的氮、磷濃度又高于鄰近其它站點.因此，綜合分析，在鄱陽湖主航道上游，TN 含量受水流影響較大，沿水流方向呈下降趨勢;TP 含量則受懸浮泥沙影響較大，總體上無明顯變化規(guī)律.

3.1.2 星子至湖口段TN、TP 含量沿水流方向變化趨勢 考慮到采樣時間和天氣環(huán)境等外界因素的影響，對星子至湖口段取同一天采集的6 個站點進行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，TN 含量呈明顯上升趨勢，TP 含量變化比較平緩，但在出湖口陡增.從TN 含量的分析來看，由星子至湖口段為鄱陽湖入江水道最北面的一段，TN 含量從PY1505 站點開始呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢(圖4).星子至湖口采砂中間(主要是星子縣海會鎮(zhèn))有一較大工業(yè)園地帶，且湖口地區(qū)又是個主要的棉花產(chǎn)區(qū)，面源污染的影響可能是此段TN 含量不斷上升的主要原因.因此，此段TN含量的增加除了受南部湖區(qū)來水的影響外，還受陸源輸入影響.而由鄱陽湖外業(yè)觀測記錄可知，6 個站點均在同一環(huán)境下測量，但站點PY1506 底質(zhì)為泥，PY1505 底質(zhì)為草，其余 4 個站點底質(zhì)為沙，且PY1506 站點靠近岸邊，都可能是導(dǎo)致該點TN 含量趨勢不一致的原因.從TP 含量分析來看，在湖口處，TP 含量瞬間增高，表明長江水體的TP 含量要遠高于鄱陽湖輸入的TP 含量.從同步觀測的總懸浮泥沙含量也可以看出，長江中心PY1501 的懸浮泥沙含量為65 mg/L，是鄱陽湖出湖口PY1502 與長江交界處(32 mg/L)的2 倍，懸浮泥沙含量急劇增高.而TP 多數(shù)是由泥沙攜帶運移，所以在星子至湖口段變化比較平穩(wěn).因此，在鄱陽湖入江水道，TN 含量可能由于受陸源污染的影響，呈明顯上升的趨勢;TP 含量則主要受懸浮泥沙影響，呈先穩(wěn)定后上升的趨勢.

綜合分析表明，在鄱陽湖上游主航道TN含量受水流作用明顯，在饒河口至都昌段呈下降趨勢.在入江水道，則主要受陸源污染的影響，由星子至湖口段呈明顯遞增的趨勢.而TP含量在整個主航道，受水流作用影響不顯著，受懸浮泥沙影響較大，總體上無明顯變化規(guī)律.

3.2 泥沙對TN、TP含量的影響

大量研究表明，泥沙對營養(yǎng)性污染物氮、磷都具有吸附作用，與水流共同成為污染物質(zhì)的主要載體，改變污染物質(zhì)在水體中的存在形態(tài)和遷移過程[29].將 TN、TP 含量分別與懸浮泥沙濃度(SSC)做相關(guān)性分析，均達到了顯著正相關(guān)(圖 5)，TN 與 SSC 雙側(cè) Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.467(P =0.006)，TP 與 SSC 雙側(cè) Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.440(P =0.010)，說明鄱陽湖N、P含量在很大程度上是受懸浮泥沙影響.而鄱陽湖采砂情況嚴(yán)重，采砂引起底質(zhì)的再懸浮，因此鄱陽湖嚴(yán)重的采砂活動也是影響氮、磷含量的重要因素.

圖4 鄱陽湖星子至湖口段TN、TP 變化趨勢Fig.4 Change trend of TN and TP from Xingzi section to Hukou section in Lake Poyang

圖5 氮、磷與懸浮泥沙濃度相關(guān)性分析Fig.5 The correlation between nitrogen，phosphorus and suspended sediment concentrations

[1]夏黎莉，周文斌.鄱陽湖水體氮、磷污染特征及控制對策.江西化工，2007，(1):105-107.

[2]余進祥，劉婭菲，鐘曉蘭等.鄱陽湖水體富營養(yǎng)化評價方法及主導(dǎo)因子研究.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，21(4):125-128.

[3]Correll DL.The role of phosphorus in the eutrophication receiving waters:a review.J Environ Qual，1998，27:261-266.

[4]Daniel TC，Sharpley AN，Lemunyon JL.Agricultural phosphorus and eutrophication.a symposium overview.J Environ Qual.1998，27:251-257.

[5]Camargo JA，Alonso A.Ecological and toxicological effects of inorganic nitrogen in aquatic ecosystems:A global assessment.Environment International，2006，32(6):831-849.

[6]王毛蘭，胡春華，周文斌.豐水期鄱陽湖氮、磷含量變化及來源分析.長江流域資源與環(huán)境，2008，17(1):138-142.

[7]夏黎莉，周文斌.鄱陽湖水體氮、磷污染特征及控制對策.江西化工，2007，(1):105-107.

[8]胡春華.鄱陽湖水環(huán)境特征及演化趨勢研究[學(xué)位論文].南昌:南昌大學(xué)，2010.

[9]王毛蘭，周文斌，胡春華.鄱陽湖區(qū)水體氮、磷污染狀況分析.湖泊科學(xué)，2008，20(3):334-338.

[10]胡春華，施 偉，胡龍飛等.鄱陽湖水利樞紐工程對湖區(qū)氮、磷營養(yǎng)鹽影響的模擬研究.長江流域資源與環(huán)境，2012，21(6):749-755.

[11]胡春華，周文斌，王毛蘭等.鄱陽湖氮、磷營養(yǎng)鹽變化特征及潛在性富營養(yǎng)化評價.湖泊科學(xué)，2010，22(5):723-728.

[12]王毛蘭.鄱陽湖流域氮、磷時空分布及其地球化學(xué)模擬[學(xué)位論文].南昌:南昌大學(xué)，2007.

[13]區(qū)銘亮，周文斌，胡春華.鄱陽湖葉綠素a 空間分布及與氮、磷質(zhì)量濃度關(guān)系.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，12(6):162-166.

[14]黃玉瑤.內(nèi)陸水體污染生態(tài)學(xué)研究.北京:科學(xué)出版社，2001:37.

[15]劉倩純，胡 維，葛 剛等.鄱陽湖枯水期水體營養(yǎng)濃度及重金屬含量分布研究.長江流域資源與環(huán)境，2012，21(10):1230-1235.

[16]顧 平，萬金保.鄱陽湖水文特征及其對水質(zhì)的影響研究.環(huán)境污染與防治，2011，33(3):15-20.

[17]胡春華，周文斌，盧 林.基于GIS 平臺的鄱陽湖采砂區(qū)域規(guī)劃研究.人民長江，2011，42(4):8-11.

[18]劉子瀟.鄱陽湖采砂活動遙感監(jiān)測研究[學(xué)位論文].武漢:武漢大學(xué)，2012.

[19]彭云輝，孫麗華，陳浩如等.大亞灣海區(qū)營養(yǎng)鹽的變化及富營養(yǎng)化研究.海洋通報，2002，21(3):44-48.

[20]Redfield AC.The biological control of chemical factors in the environment.Am Sci，1958，46(3):205-221.

[21]曲麗梅，姚 德，叢巫福.遼東灣氮、磷營養(yǎng)鹽變化特征及潛在性富營養(yǎng)評價.環(huán)境科學(xué)，2006，27(2):263-267.

[22]吳阿娜，朱夢杰，湯 琳等.淀山湖藍藻水華高發(fā)期葉綠素a 動態(tài)及相關(guān)環(huán)境因子分析.湖泊科學(xué)，2011，23(1):67-72.

[23]楊清心.太湖水華成因及控制途徑初探.湖泊科學(xué)，1996，8(1):67-74.

[24]楊志巖，李暢游，張 生等.內(nèi)蒙古烏梁素海葉綠素a 濃度時空分布及其與氮、磷濃度關(guān)系.湖泊科學(xué)，2009，21(3):429-433.

[25]王利利.水動力條件下藻類生長相關(guān)影響因素研究[學(xué)位論文].重慶:重慶大學(xué)，2006.

[26]Froeyshov O.The bacitracins:properties，biosynthesis and fermentation.In:Vandamme EF ed.Biotechnology of industrial antibiotics.Marcel Dekker，Inc Basel，1984:655-694.

[27]江 輝.鄱陽湖透明度遙感反演及其時空變化研究.中國農(nóng)村水利水電，2012，(1):30-33.

[28]胡綿好，袁菊紅，盧福財?shù)?鄱陽湖典型區(qū)段水體氮、磷等污染發(fā)生頻率與成因特征研究.水資源與水工程學(xué)報，2012，23(1):14-17.

[29]李 燦.三峽庫區(qū)重慶段泥沙對富營養(yǎng)化影響研究[學(xué)位論文].重慶:重慶大學(xué)，2005.