王書航,王雯雯,姜 霞*,張 博,2,胡佳晨,2,趙 麗 (.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室,北京 0002；2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 50040)

蠡湖水體氮、磷時空變化及差異性分析

王書航1,王雯雯1,姜 霞1*,張 博1,2,胡佳晨1,2,趙 麗1(1.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室,北京 100012；2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

蠡湖是一個典型處于從濁水藻型向清水草型轉(zhuǎn)換過渡時期的淺水湖泊.根據(jù) 2012～2013年周年的現(xiàn)場調(diào)查資料和歷史監(jiān)測資料,分析了水體氮、磷的空間分布、變化規(guī)律及主要影響因素,并探討了水體氮、磷形態(tài)的時空差異及其相應(yīng)的控制對策.結(jié)果表明,蠡湖仍然沒有從根本上解決水體的富營養(yǎng)化問題,水體中氮、磷濃度仍處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài),各采樣點總氮(TN)濃度在0.74～4.93mg/L之間,平均值為1.35mg/L;總磷(TP)濃度在0.03～0.31mg/L之間,平均值為0.073mg/L.空間上,TN和TP濃度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖,沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢;季節(jié)上,TN、TP濃度呈現(xiàn)夏季、秋季較高,而冬季、春季低的特點;水體中氮主要以溶解態(tài)為主,DTN占TN的比例在35%～99%之間,平均為77.98%;而磷主要是以顆粒態(tài)的形態(tài)占優(yōu)勢,顆粒態(tài)磷占TP的比例在11%～90%之間,平均值為59%.多元統(tǒng)計表明,TN與DTN和總懸浮物(TSS)之間呈正相關(guān)關(guān)系,但與TSS的相關(guān)性系數(shù)較小,而TP與DTP和TSS都呈顯著正相關(guān).因此,要降低水體中氮磷濃度,可以從減少通過干濕沉降進(jìn)入湖泊水體的氮磷或者降低沉積物再懸浮、抑制底泥氮磷釋放兩個方面入手.

蠡湖；氮磷；時空變化；富營養(yǎng)化；生態(tài)修復(fù)

水體氮、磷是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中重要的生源要素,其形態(tài)和含量不僅決定了湖泊初級生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度,還是湖泊富營養(yǎng)化過程中關(guān)鍵的影響要素之一[1-4].由于湖泊水體富營養(yǎng)化是由內(nèi)源、外源污染共同決定的,外源污染得到一定程度控制后,底泥靜態(tài)釋放及風(fēng)浪、生物擾動等引起的動態(tài)釋放對水體營養(yǎng)鹽的貢獻(xiàn)還沒有定論.并且,水體氮、磷含量除了受水體輸入、轉(zhuǎn)化過程(如礦化、吸附、解吸和反硝化)的影響外,還與顆粒沉降、再懸浮以及內(nèi)源釋放等過程相互耦合,使得湖泊水體氮、磷的形態(tài)和含量存在典型的時空變化特征[5-8].

蠡湖是太湖北部的一個淺水湖灣,是典型的受人類活動影響后,由清水草型到濁水藻型,然后生態(tài)環(huán)境又逐步恢復(fù)的實例.目前,蠡湖處于從藻型濁水態(tài)向草型清水態(tài)轉(zhuǎn)換的過渡時期,并且外源除了大氣干濕沉降之外基本得到有效控制[9-10],這種特點與湖泊本身的自凈作用相耦合,使得湖泊氮、磷的時空分布既有區(qū)域淺水湖泊的普遍特征,又有其特殊性,且水質(zhì)受已開展的生態(tài)修復(fù)工程影響較大.本研究考察了蠡湖主要污染物氮、磷的時空分布特征及變化規(guī)律,分析氮、磷營養(yǎng)鹽分布的影響因素及其環(huán)境效應(yīng),以期為全面了解蠡湖的污染狀況及進(jìn)一步治理提供基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

蠡 湖 位 于 太 湖 北 部 (120.22°E～120.29°E,31.48°N～31.55°N),東 西 長 約 6km,南 北 寬0.3～1.8km,面積約8.6km2.經(jīng)梁溪河閘、五里湖閘與梅梁湖相通,通過曹王涇、長廣溪等分別與京杭大運河、貢湖相連接,湖周圍還有一些小河及斷頭浜,是一個既相對獨立又與太湖相通的水體.

為方便討論,以蠡堤、寶界橋和蠡湖大橋為邊界將蠡湖劃分為4個區(qū)域(圖1).A區(qū),即退漁還湖區(qū),原有大量魚塘,污染嚴(yán)重,采用干湖清淤的方式去除底泥;B區(qū),為綜合整治前的“西蠡湖”,在B區(qū)的西北部開展了環(huán)保疏浚,在兩邊沿岸開展了水生植被重建工程;C區(qū),以寶界橋和蠡湖大橋為界,實施了沿岸整治工程,并建有長廣溪濕地;D區(qū),為蠡湖“東出口區(qū)”,沿岸居民區(qū)較多.

圖1 蠡湖采樣點分布示意Fig.1 Sampling points and location of Lihu Lake

1.2 樣品采集及處理

在蠡湖及其出/入湖河口共布置56個采樣點(圖 1),分別于 2012～2013年秋季(10月)、冬季(1月)、春季(4月)和夏季(7月)采集上覆水和沉積物樣品,并用 GPS進(jìn)行定位導(dǎo)航.用有機(jī)玻璃采水器采集表層0.5m處水樣,現(xiàn)場測試指標(biāo)包括溫度、透明度和 pH值等,同時記錄采樣點環(huán)境.水樣放入 2～8℃保溫箱中保存,并在 48h內(nèi)進(jìn)行水樣分析測試.

取適量原水經(jīng)0.45μm的混合纖維濾膜過濾,濾液用于測定溶解性總氮(DTN)、氨氮溶解性總磷(DTP)和溶解性無機(jī)磷(DIP)的濃度.取適量原水經(jīng)Whatman GF/C 膜和醋酸膜過濾,濾膜殘留物分別供懸浮物(TSS)和葉綠素的測定.同時,原水用于測試總氮(TN)和總磷(TP)濃度.

1.3 樣品的分析

1.4 數(shù)據(jù)處理

水體氮、磷歷史數(shù)據(jù)參考了相關(guān)文獻(xiàn)[9-10,13-18].所有實測指標(biāo)的分析均做3次平行,試驗結(jié)果以3次樣品分析的平均值表示(3次分析結(jié)果的誤差范圍＜5%),相關(guān)分析采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)法,不同季節(jié)氮磷時空差異顯著性檢驗采用單因素方差分析(one-way ANOVA),兩組數(shù)據(jù)顯著性差異采用獨立樣本T檢驗,空間插值采用普通克里格插值法(Kriging).試驗數(shù)據(jù)采用Excel2010、Origine8.0、suffer10.0以及 SPSS17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計檢驗、繪圖和分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 蠡湖水體氮、磷的空間分布特征

蠡湖水體中氮、磷空間分布特征明顯.各采樣點 TN 濃度在 0.74～4.93mg/L之間,平均值為1.35mg/L;TP濃度在0.03～0.31mg/L之間,平均值為0.073mg/L.總體來看,TN和TP濃度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖、沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢(圖2、圖3).

單因素方差分析(one-way ANOVA)結(jié)果表明,上覆水中TN空間分布差異性顯著(P＜0.01),其中 D 區(qū)的濃度最大,全年平均濃度為(1.62±0.78)mg/L,屬于 V 類水;其次是 C區(qū),全年均值為(1.46±0.52) mg/L,滿足IV水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);A區(qū)和B區(qū)最小,全年平均值分別為(1.15±0.21) mg/L和(1.17±0.23) mg/L,屬于IV類水質(zhì).不同季節(jié)蠡湖水體TN的空間分布特征也不相同.春季TN的高值區(qū)主要分布在威尼斯花園河、長廣溪出湖河口處,以及黿頭渚公園河以及寶界橋附近,高值區(qū)水質(zhì)處于IV類.夏季和冬季TN的高值區(qū)都主要集中在長廣溪及蠡湖東出口的罵蠡港、水居苑河、金城灣河等出湖河口處,這些區(qū)域的水質(zhì)基本處于IV～V類水質(zhì),而其他區(qū)域水質(zhì)處于III～I(xiàn)V類水質(zhì).秋季大部分區(qū)域上覆水TN濃度滿足IV～V類水質(zhì)要求.不同分區(qū)水質(zhì)差別明顯,其中在A區(qū)和B區(qū)水質(zhì)基本處于IV類,而在C區(qū)和D區(qū)水質(zhì)全部差于IV類,在個別點位水質(zhì)甚至達(dá)到了劣V類.

上覆水中 TP的空間分布特征與 TN相似,也呈顯著差異(P＜0.01).A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)和D區(qū)TP的年平均濃度分別為(0.046±0.013), (0.067±0.026),(0.082±0.048),(0.095±0.072) mg/L,除 A 區(qū)滿足III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其余區(qū)域都屬于IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).同時,不同季節(jié)蠡湖水體 TP的空間分布特征也不相同(圖3).春季TP的高值區(qū)主要集中在 C區(qū)人口比較密集的威尼斯花園、長廣溪公園以及D區(qū)的東出口處,尤其是D區(qū),TP平均濃度達(dá)到 0.09mg/L,顯著高于水質(zhì)較好的 A區(qū)(0.04mg/L),而罵蠡港、曹王涇附近水體已達(dá)到Ⅴ類水質(zhì).夏季水體中TP的分布趨勢為:C區(qū)＞B區(qū)＞D區(qū)＞A區(qū),高值區(qū)集中在C區(qū)的威尼斯花園和B區(qū)的寶界村、黿頭渚公園附近.可能因為夏季蠡湖流域盛行東南風(fēng),強(qiáng)度較大,湖底的底泥在風(fēng)浪的擾動下極易懸浮起來,加之夏季水體中浮游藻類仍維持在一個較高水平,從而導(dǎo)致B區(qū)靠西岸的TP濃度較其他季節(jié)高.秋季水體中TP濃度整體較高,除了退漁還湖區(qū)滿足 III類標(biāo)準(zhǔn)外,其余區(qū)域都處于 IV～V類,尤其在懸浮物較高的 D區(qū),TP平均濃度達(dá)到了0.181mg/L,且部分區(qū)域已超過0.20mg/L,為劣V類水體(圖3c).冬季TP濃度整體較低,且空間差異性不顯著(P＞0.05),平均濃度為 0.04mg/L,除個別位于入湖河口處點位的TP濃度稍高外,其余點位TP濃度基本滿足III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(圖3d).

上覆水中TN、TP濃度在C區(qū)和D區(qū)顯著高于A區(qū)和B區(qū),這種空間分布與蠡湖綜合整治的程度較為一致,說明恢復(fù)水生植被、清淤及流域治理措施效果顯著.C區(qū)和D區(qū)周邊多住宅區(qū)和生活區(qū),尤其是在東出口區(qū)域,環(huán)湖住宅區(qū)密布,許多住宅區(qū)甚至臨湖而建,其居民的生活直接影響蠡湖水質(zhì),而在A區(qū)和B區(qū),已開展的底泥環(huán)保疏浚工程、退漁環(huán)湖工程以及水生植被修復(fù)工程在很大程度上清除了蠡湖氮、磷污染負(fù)荷,有效地減少了內(nèi)源釋放.同時,水生植被也在一定程度上吸收氮、磷,降低了水體中的氮、磷濃度.

圖2 蠡湖上覆水TN在春季、夏季、秋季和冬季的空間分布特征Fig.2 Spatial distribution of total nitrogen in spring,summer,autumn and winter in Lihu Lake

2.2 蠡湖水體氮、磷的季節(jié)變化特征

蠡湖水體中 TN、TP季節(jié)性差異顯著(P＜0.01),其中TN的季節(jié)變化趨勢為:秋季＞冬季＞夏季＞春季,且秋季的濃度顯著高于其他季節(jié)(P＜0.01);TP的季節(jié)變化趨勢為:秋季＞夏季＞春季＞冬季,秋季的濃度也顯著高于其他季節(jié)(P＜0.01),見圖 4(a)、4(b).

上覆水中TN濃度在春季、夏季、秋季和冬季 分 別 為 (1.09±0.36),(1.19±0.22),(1.66±0.34),(1.26±0.24)mg/L,其中秋季TN濃度較高,屬于V類水體;而冬季和春季TN濃度較低,滿足III～I(xiàn)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),尤其是春季的A區(qū)和B區(qū),平均濃度僅為1.00,0.90mg/L,符合地表水質(zhì)III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(圖4a).這可能是因為A區(qū)和B區(qū)已開展的退漁環(huán)湖工程和生態(tài)修復(fù)工程清除了湖底表層大量的浮泥,有效地降低了底泥再懸浮產(chǎn)生的懸浮物的量;并且在渤公島附近區(qū)域,已初步建立起了一個水生植物較為完整的生態(tài)系統(tǒng).春季,菹草已成為絕對優(yōu)勢種,且有自然恢復(fù)的跡象,沉水植物對水體起著過濾、消浪、和抑制底泥再懸浮的作用,因此春季氮的濃度相對較低.夏季,蠡湖周邊的園林、綠地建設(shè)需要施用大量的有機(jī)肥料、尿素、復(fù)合肥以及各種殺蟲劑,這些所施用的化肥、農(nóng)藥等將有一部分會隨著降水、地表徑流等進(jìn)入蠡湖;加之夏季高溫導(dǎo)致沉積物中的氮礦化速率加快,在風(fēng)浪的擾動下導(dǎo)致水體中TN濃度升高.秋季,浮游植物和水生植物大量死亡產(chǎn)生的殘體開始腐解而產(chǎn)生絮狀懸浮物,同時由于水生植物過濾、消浪、抑制底泥上浮的作用的消失,導(dǎo)致水體中氮磷含量持續(xù)升高.冬季,水體中魚類活動減弱,另外較低的水溫使水體中懸浮顆粒物的溶解度降低,有利于水體中懸浮顆粒物沉積,進(jìn)而水體中TN濃度降低.

圖3 蠡湖上覆水TP在春季、夏季、秋季和冬季的空間分布特征Fig.3 Spatial distribution of total phosphorus in spring,summer,autumn and winter in Lihu Lake

圖4 蠡湖水體中氮、磷濃度的季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of nitrogen and phosphorus concentrations in Lihu Lake

從氮的形態(tài)來看,其主要以溶解態(tài)形式存在,DTN占 TN的比例在 35%～99%之間,平均值為 77.98%,尤其在春季,水體中溶解態(tài)氮較其他季節(jié)相比最小,僅為0.89mg/L,并且硝氮為水體中氮的主要形態(tài),占TN的比例為47%.但在秋季,顆粒態(tài)氮為水體中氮的主要形態(tài),濃度為0.683mg/L,占TN的比例為41%,這與蠡湖仍然處于藻型生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)相呼應(yīng).這可能是因為春季藻類生長優(yōu)先利用氨氮,同時釋放氧氣,有利于硝氮的生成,并且近岸菹草的生長吸收了大量的溶解性氮、磷,導(dǎo)致水體中 DTN含量最低;而到了秋季,浮游藻類和水生植物死亡的殘體,在風(fēng)浪的擾動下產(chǎn)生大量懸浮物,進(jìn)而導(dǎo)致水體中氮、磷,尤其是顆粒態(tài)氮、磷濃度升高.

蠡湖水體中不同磷形態(tài)的季節(jié)變化如圖 4所示,與氮相似,上覆水中磷濃度季節(jié)性顯著差異(P＜0.01),TP濃度在春季、夏季、秋季和冬季分別 為 (0.055±0.021),(0.069±0.017),(0.121±0.055),(0.040±0.009)mg/L,其中秋季水體中磷濃度顯著高于其他季節(jié)(P＜0.01),這可能是因為在秋季藻類大量死亡,釋放出一定量的磷,同時,水體中磷的利用量減少,加之在風(fēng)力擾動下的底泥再懸浮增加了磷的內(nèi)源釋放量,這也導(dǎo)致了水體中顆粒態(tài)磷濃度較高.顆粒態(tài)磷隨季節(jié)的變化呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢,在秋季達(dá)到最大濃度((0.074±0.040)mg/L),并且與氮不同的是,顆粒態(tài)磷占總磷的比例全年均較高,春季、夏季、秋季、冬季分別為 60%、64%、61%、和 50%,這與蠡湖懸浮物濃度居高不下有關(guān),這也從一個側(cè)面說明了蠡湖上覆水中磷的主要來源可能是沉積物的再懸浮和藻類自身的磷.

2.3 蠡湖水體中氮、磷的年際變化特征

水體中TN、TP是影響蠡湖營養(yǎng)水平的主要因子,近 20年來一直維持在較高的濃度水平,且隨時間變化的總體趨勢為先升高后穩(wěn)定最后下降(圖5).

20世紀(jì)50～60年代,蠡湖水體透明度高,水質(zhì)較好,植被覆蓋度幾乎達(dá)到 100%[13].1949～1951年水質(zhì)監(jiān)測資料表明,水體中氮、磷含量較低,氨氮、硝氮和無機(jī)磷分別為0.12,0.38,0.0097mg/L,而透明度年均值可達(dá) 1.44m,水體為中營養(yǎng)狀態(tài),符合飲用水源標(biāo)準(zhǔn)[13].自20世紀(jì)70年代開始,圍湖養(yǎng)魚和外源污染不斷排入,致使蠡湖水體中TN、TP濃度開始升高.1980～1981年調(diào)查數(shù)據(jù)表明,蠡湖水體中 TN、TP分別為 0.85mg/L和0.016mg/L,仍處于III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);而后隨著污染的加劇加速了水體富營養(yǎng)化的發(fā)展,到了80年代中后期,水體中TN、TP急劇升高,尤其是 TN,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[13](圖5).隨后TN、TP一直維持在較高的濃度水平,呈重度富營養(yǎng)狀態(tài),是太湖水環(huán)境惡化的重災(zāi)區(qū).2003年開始,隨著蠡湖綜合整治工程的實施,水體中氮、磷濃度開始下降,尤其是2010年以后,水體中TN、TP濃度分別在1.27mg/L和0.068mg/L左右波動,基本維持在IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(圖5).因此,若要進(jìn)一步改善水質(zhì),實現(xiàn)蠡湖 III類水質(zhì)目標(biāo),就要進(jìn)一步開展水環(huán)境的深度治理及湖泊生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與調(diào)控,促使蠡湖的水生態(tài)系統(tǒng)朝著穩(wěn)定的草型生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變.

圖5 蠡湖水體TN、TP的年際變化Fig.5 Interannual variability of TN,TP in Lihu Lake

3 討論

蠡湖是太湖西北部一個小型淺水湖灣,是無錫市主要的風(fēng)景游覽區(qū)和原來重要的水源地,其水生態(tài)環(huán)境變化是太湖水環(huán)境治理的縮影.從本次監(jiān)測的數(shù)據(jù)看,蠡湖水體中 TN、TP濃度較過去顯著降低,且從整體而言,西蠡湖的水質(zhì)優(yōu)于東蠡湖,尤其是退漁還湖區(qū)(A 區(qū)),基本處于 III～I(xiàn)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),而且水體營養(yǎng)狀況總體呈現(xiàn)出由重度富營養(yǎng)化向輕度富營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變的趨勢.同時應(yīng)該看到,蠡湖目前正處于從藻型濁水態(tài)向草型清水態(tài)轉(zhuǎn)換的過渡時期,部分湖區(qū)(C區(qū)和 D區(qū))的水體 TN、TP依然處于 IV～V類水平,而且水體TN、TP年內(nèi)均有周期性變化,在冬季和春季水質(zhì)較好,但夏季和秋季水質(zhì)較差,尤其是秋季,水體基本處于 IV～V 類水平.加之蠡湖水體透明度和懸浮物等感官指標(biāo)沒有顯著改善,目前仍呈現(xiàn)出典型的藻型生態(tài)系統(tǒng)特征[9],因此可以看出,蠡湖水體的富營養(yǎng)化問題仍然沒有從根本上得到解決,水體中氮、磷濃度仍處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài).

結(jié)合蠡湖水體氮、磷及其形態(tài)的時空差異性可以看出,盡管TN和TP在空間分布上具有一致性,但各形態(tài)氮、磷的空間分布具有一定的差異,反映出二者之間的控制因素并不相同.蠡湖水體中的氮主要以溶解態(tài)形式存在,DTN占 TN的比例在35%～99%之間,平均為77.98%,除了秋季 (60.52%)外,其它季節(jié)都超過80%,且TN和DTN兩者之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(圖 6a).雖然 TN 與懸浮物(SS)也呈正相關(guān)(刪除3個極端遠(yuǎn)離95%置信區(qū)間點數(shù)據(jù)),但相比于DTN,TN與懸SS的相關(guān)系數(shù)要小得多(圖 6a、6c).蠡湖水體中磷主要是以顆粒態(tài)的形態(tài)占優(yōu)勢,顆粒態(tài)磷占TP的比例在11%～90%之間,平均值為59%,顆粒態(tài)磷除了在冬季占TP的比例為 50%外,其余季節(jié)均在 60%以上.相關(guān)性分析表明,TP與 DTP和懸浮物都顯著正相關(guān)(P＜0.01),而且相關(guān)性系數(shù)都較大(圖 6b、6d),說明懸浮顆粒物吸附態(tài)的磷及浮游生物態(tài)的磷是蠡湖水體磷的主要貢獻(xiàn)者,其次是各種途徑進(jìn)入水體的 DTP,此結(jié)果與高光等[19]對太湖水體中 TP主要由顆粒態(tài)磷組成相似.這或許是近年來蠡湖水體中 TP濃度沒有像TN濃度那樣急劇降低的一個重要原因.對于蠡湖而言,盡管近年來的外源截污工程削減了外源性磷的輸入,但由于蠡湖目前仍處于藻型生態(tài)類型,浮游植物的生物量仍維持在一定的水平,加之風(fēng)浪的擾動使得水體中的懸浮物濃度較高而透明度較低,進(jìn)而導(dǎo)致水體中TP維持在較高水平.而在太湖流域,由于地表水(入湖河流)、地下水、大氣降水中溶解態(tài)氮的本底比較高[20-21],加之湖體內(nèi)的反硝化作用,使得切斷外源的輸入對TN的控制效果比較明顯.

目前對于蠡湖而言,影響其水質(zhì)的污染物主要是通過各種途徑進(jìn)入湖體的氮、磷,以及沉積物中各種形態(tài)氮、磷的釋放.由于蠡湖與周邊河流基本上以閘控的方式隔絕,與周邊水體之間基本上已沒有水量的交換.因此,蠡湖水體中氮、磷主要來源于湖體本身的內(nèi)源及通過大氣干濕沉降進(jìn)入湖體的外源污染.先前的研究表明,通過大氣干濕沉降輸入的TN年沉降量為11.0t/a,TP為0.2t/a;而沉積物氮的釋放通量約 20～30t/a,磷約1～2t/a.兩者之和占蠡湖水體氮、磷污染負(fù)荷的90%以上[20,22].氮的干濕沉降主要以 DTN 為主,比例為 91.4%,而磷的沉降中 DTP的比例較低,平均為 65.1%[23],這也與蠡湖水體中 TN以溶解態(tài)為主,而 TP的顆粒態(tài)比例較大相吻合,也從另一個側(cè)面反映了沉積物再懸浮和釋放對蠡湖水體中氮、磷的貢獻(xiàn).

圖6 蠡湖水體TN、TP與DTN、DTP和TSS的相關(guān)關(guān)系Fig.6 Relationship between TN、TP and DTN, DTP, TSS of water in Lihu Lake

綜合蠡湖水體氮、磷及其形態(tài)的空間分布、季節(jié)變化及與懸浮物相關(guān)分析,可以看出,要改善蠡湖水質(zhì)、降低水體中氮、磷濃度,在繼續(xù)通過采取各種外源控制措施的同時,可以從減少通過干濕沉積進(jìn)入湖泊水體的氮、磷,或者降低沉積物再懸浮、抑制底泥氮、磷釋放兩個方面入手,主要包括:1)利用湖濱帶中的各種生物吸附、攔截、凈化通過地表徑流攜帶的干濕沉降污染物;2)對污染嚴(yán)重的底泥進(jìn)行改性或者環(huán)保疏浚,達(dá)到控制內(nèi)源釋放的目的;3)恢復(fù)以沉水植被為主的生態(tài)系統(tǒng),以抑制、減少底泥再懸浮和氮、磷營養(yǎng)鹽的釋放.本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),蠡湖退漁還湖區(qū)(A區(qū))經(jīng)過綜合治理后,已經(jīng)出現(xiàn)了相當(dāng)面積的沉水植物,而有沉水植物分布的區(qū)域氮、磷濃度顯著低于其他區(qū)域.主要因為沉水植物的出現(xiàn)不但可以通過植株對無機(jī)懸浮顆粒物的阻擋、沉降及吸附作用減少水體的無機(jī)懸浮顆粒物,而且會與浮游植物競爭營養(yǎng)鹽和光能,因而進(jìn)一步抑制藻類的生長,起到改善水質(zhì)的效果.因此,沉水植物的恢復(fù)與重建是蠡湖從藻型濁水態(tài)向草型清水態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵.

4 結(jié)論

4.1 蠡湖水體TN濃度在0.74～4.93mg/L之間,平均值為1.35mg/L;TP濃度在0.03～0.31mg/L之間,平均值為0.073mg/L.總體來看,TN和TP濃度自東向西依次遞減,呈現(xiàn)東蠡湖高于西蠡湖,沿岸區(qū)高于湖心區(qū)的趨勢.

4.2 蠡湖水體中TN、TP季節(jié)性差異顯著,其中TN濃度在春季、夏季、秋季和冬季分別為(1.09±0.36),(1.19±0.22),(1.66±0.34),(1.26±0.24)mg/L,秋季的濃度顯著高于其他季節(jié);TP濃度在春季、夏季、秋季和冬季分別為(0.055±0.021),(0.069±0.017),(0.121±0.055),(0.040±0.009)mg/L,秋 季 的濃度也顯著高于其他季節(jié).

4.3 水體中TN、TP近20年來一直維持在較高的濃度水平上,總體趨勢為先升高后穩(wěn)定最后下降.2003年開始,隨著蠡湖綜合整治工程的實施,水體中氮、磷濃度開始下降,尤其是2010年以后,水體中TN、TP濃度分別在1.27,0.068mg/L左右波動,基本維持在IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

4.4 水體中氮主要以溶解態(tài)為主,DTN占TN的比例在 35%～99%之間,平均值為 77.98%;而磷主要是以顆粒態(tài)的形態(tài)占優(yōu)勢,顆粒態(tài)磷占 TP的比例在 11%～90%之間,平均值為 59%.多元回歸分析表明,TN與DTN和TSS之間呈正相關(guān)關(guān)系,但與 TSS的相關(guān)性系數(shù)較小,而 TP與 DTP和TSS都呈顯著正相關(guān).

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Spatial-temporal dynamic changes of nitrogen and phosphorus and difference analysis in water body of Lihu Lake.

WANG Shu-hang1, WANG Wen-wen1, JIANG Xia1﹡, ZHANG Bo1,2, HU Jia-chen1,2, ZHAO Li1
(1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012,China；2.Forestry Institute, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China). China Environmental Science,2014,34(5)：1268～1276

Lihu Lake is a typical shallow lake in the transitional period from unshiftable state of algae-dominated turbid water to unshiftable state of macrophytes-dominated clear water. The distribution characteristics, change rule and key impacting factors of nitrogen and phosphorus in overlying water were discussed by the field survey data investigation from 2012-2013 and the historical monitoring date collection. And the spatial-temporal difference of nitrogen and phosphorus forms in overlying water and the corresponding control measures were also studied on focus. The eutrophication of Lihu Lake was still not fundamentally solved, and the concentration of nitrogen and phosphorus in overlying was still in an unstable state. The concentration of nitrogen and phosphorus was in the range of 0.74～4.93mg/L and 0.03～0.31mg/L, with the mean value of 1.35 and 0.073mg/L, in respectively. Concentrations of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) decreased from the east district of Lihu Lake to the west, and lakeside areas was higher than lake center. Concentrations of TN and TP were higher in summer and autumn, but lower in winter and spring. Dissolved nitrogen was the main nitrogen state in water, accounting for 35%～99% of TN, with the mean value of 77.98%.While phosphorus mainly existed in particulate state, and particulate phosphorus accounted for 11%～90% of TP, and the mean value was 59%. Results of multivariate statistics analysis showed that TN was positively correlated with DTN and TSS, but with smaller correlation coefficient with TSS. However, TP was significantly positive with both DTP and TSS. Therefore, two methods should be used to reduce the concentration of nitrogen and phosphorus in water body, one is cutting down the dry and wet deposition into lake, and the other is reducing sediment resuspension and restraining the release of nitrogen and phosphorus from sediments.

Lihu Lake；nitrogen and phosphorus；spatial-temporal changes；eutrophication；ecological restoration

2013-08-23

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07101-013)

* 責(zé)任作者, 研究員, jiangxia@craes.org.cn

X524

A

1000-6923(2014)05-1268-09

王書航(1985-),男,安徽阜陽人,工程師,碩士,主要從事湖泊水環(huán)境治理方面的研究.發(fā)表論文20篇.