毛 亮 羅叢強(qiáng) 石彭靈 楊品紅 劉 飛 王文彬 羅玉雙

(湖南文理學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心 環(huán)洞庭湖水產(chǎn)健康養(yǎng)殖與加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 動(dòng)物學(xué)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 常德 415000)

湖泊水、沉積物氮磷的空間分析及其耦合特征研究
——以大通湖為例*

毛 亮 羅叢強(qiáng) 石彭靈 楊品紅①劉 飛 王文彬 羅玉雙

(湖南文理學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 水產(chǎn)高效健康生產(chǎn)湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心 環(huán)洞庭湖水產(chǎn)健康養(yǎng)殖與加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 動(dòng)物學(xué)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 常德 415000)

大通湖是湖南省面積最大的淡水養(yǎng)殖湖泊,冬季作為捕魚(yú)的旺季并且水位較低,水體和表面沉積物中氮、磷容易受到漁業(yè)生產(chǎn)的影響。本文從地統(tǒng)計(jì)學(xué)出發(fā),通過(guò)研究冬季大通湖水體和沉積物中有機(jī)質(zhì)(OM)、氮(N)和磷(P)的空間結(jié)構(gòu)特征及其耦合關(guān)系,探討大通湖富營(yíng)養(yǎng)化程度及其影響因素,為可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明:冬季大通湖水體中總氮(TN)、總磷(TP)濃度較高,平均值分別達(dá)到了 3.78mg/L和0.29mg/L,為劣Ⅴ類。水體中 NH+4含量相對(duì)較低,平均為0.17mg/L,屬于地表水Ⅱ類。與2011年數(shù)據(jù)比較,沉積物中TP濃度較高,平均升高到了1469mg/kg;而沉積物TN基本持平,平均為1224mg/kg;沉積物TP和水NO-3的“塊金值/基臺(tái)值”分別為43.4%和34.5%,表現(xiàn)為中等空間相關(guān)性(spatial dependence),其他N、P指標(biāo)的“塊金值/基臺(tái)值”均低于25%,表現(xiàn)為強(qiáng)烈空間相關(guān)性。冬季大通湖沉積物OM、TN和TP在空間上呈現(xiàn)出有規(guī)律的帶狀分布,而水體N、P大體上呈現(xiàn)出“品”字形的斑塊分布;水體中的氮磷比平均為13.03,比較適合浮游植物生長(zhǎng);沉積物OM只與沉積物TN和TP呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01),而積物中TN和TP與水體中的TN和TP相關(guān)性不顯著。因此,大通湖水體修復(fù)在控制外源輸入的情況下,還應(yīng)考慮綜合的生態(tài)系統(tǒng)工程措施。

氮;磷;有機(jī)質(zhì);大通湖;空間特征;相關(guān)分析

為控制農(nóng)業(yè)面源污染和保護(hù)湖泊資源,近年來(lái)許多養(yǎng)殖湖泊實(shí)行了禁用化肥的規(guī)定。在外源污染得到有效控制的情況下,內(nèi)源污染將成為影響湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的主導(dǎo)因素(鐘繼承等,2007)。碳、氮、磷作為生命體最基本的幾種元素,其含量、分布和循環(huán)影響著湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)過(guò)程。湖泊沉積物對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的影響,它既是氮、磷等元素的匯,同時(shí)也發(fā)揮著營(yíng)養(yǎng)源的作用。研究沉積物中氮、磷含量和分布對(duì)評(píng)估水體富營(yíng)養(yǎng)化潛在風(fēng)險(xiǎn)和生源要素的動(dòng)態(tài)循環(huán)具有重要意義(岳維忠等,2003)。大通湖位于洞庭湖西部,是湖南省面積最大的淡水養(yǎng)殖湖泊(82.67km2),在漁業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展,遙感和地統(tǒng)計(jì)技術(shù)被廣泛運(yùn)用于環(huán)境領(lǐng)域,為健康生產(chǎn)和污染物預(yù)警提供了直觀的科學(xué)依據(jù)(Lark,2001)。因此,研究水體和沉積物氮、磷的空間分布及其耦合特點(diǎn)對(duì)指導(dǎo)養(yǎng)殖湖泊的污染控制,解決生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展沖突具有指導(dǎo)意義。

關(guān)于大通湖的生態(tài)環(huán)境已有相關(guān)研究。盧奮英等(1964)對(duì)大通湖生物和環(huán)境因子進(jìn)行了全面的報(bào)道。李德亮等(2012)研究大通湖浮游植物和群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)透明度、總磷、水深、水溫、氧化還原電位以及電導(dǎo)率是影響大通湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要因子。此外,大通湖沉積物的研究還主要集中在有機(jī)污染物和重金屬污染方面(祝云龍等,2008;張光貴,2014)。近年來(lái),大通湖已開(kāi)始禁止投施化肥,并對(duì)湖泊底泥進(jìn)行清淤。目前,關(guān)于大通湖表面沉積物氮、磷的空間分布特性及其相關(guān)性的研究較少。冬季作為捕魚(yú)的旺季,加之大通湖正值枯水期,水體和表面沉積物中氮、磷容易受到漁業(yè)生產(chǎn)的影響。因此本文從地統(tǒng)計(jì)學(xué)出發(fā),通過(guò)研究冬季大通湖水體-沉積物中氮、磷形態(tài)的空間分布和耦合特征,探討大通湖富營(yíng)養(yǎng)化程度及其影響因素,為可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖和湖泊生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域選擇及采樣點(diǎn)的布設(shè)

大通湖(29°09'—29°15'N,112°26'—112°33'E)位于長(zhǎng)江中游南岸,湖南省益陽(yáng)市境內(nèi),面積82.67km2。南北寬 13.70km,東西長(zhǎng) 15.75km,呈三角形,湖底高程為23.8—26.0m (吳淞高程基準(zhǔn)),是洞庭湖區(qū)典型的淺水型養(yǎng)殖湖泊,也是湖南省面積最大的淡水養(yǎng)殖湖泊。研究區(qū)域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候,冬季枯水期平均水深為0.8—1.5m。大通湖周邊生態(tài)環(huán)境優(yōu)良,無(wú)工業(yè)污染源,面源和養(yǎng)殖物化產(chǎn)品是主要的潛在污染源。湖泊漁業(yè)利用以人工養(yǎng)殖為主,主要包括鳙魚(yú)、草魚(yú)和鰱魚(yú)等。依據(jù)湖泊輪廓形態(tài)特點(diǎn),在湖區(qū)均勻布設(shè) 18個(gè)采樣點(diǎn)(圖1),采集水體和表面沉積物樣品。

圖1 大通湖地理位置及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Datong Lake

1.2 樣品采集與處理

樣品于2016年12月15日一次采集獲得,用手持 GPS記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)。采樣時(shí),湖水平均深度約1m,使用2.5L采水器采集距水面0.5m處水樣,用于總氮(TN)、總磷(TP)、磷酸鹽(P)、硝態(tài)氮(N)、銨態(tài)氮(N)的測(cè)定。用 1/16彼得遜抓斗式底泥采樣器采集沉積物表層樣品。水樣立即送回實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn),沉積物經(jīng)風(fēng)干過(guò)篩后測(cè)定有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷含量,每個(gè)樣品重復(fù)三次。

水體中氮、磷的測(cè)定采用 Skalar流動(dòng)注射儀(荷蘭)分析。沉積物有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定(楊劍虹等,2008)。沉積物總氮和總磷經(jīng)高氯酸-硫酸消化后使用Skalar流動(dòng)注射儀分析檢測(cè)。

1.3 地統(tǒng)計(jì)模型

克里格插值法和半方差函數(shù)法分別用來(lái)估測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷的空間分布和變異特征。通過(guò)已知采樣點(diǎn)的理化性質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)測(cè)未采樣點(diǎn),是地統(tǒng)計(jì)學(xué)在環(huán)境科學(xué)的主要應(yīng)用?？死锔穹椒?Kriging)是以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的一種空間局部插值法,對(duì)有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法(Woodard,2000),計(jì)算公式如下:

其中,z(x)是在位置xi的估測(cè)值;z(xi)是在xi點(diǎn)的觀測(cè)值;λi是權(quán)重系數(shù);n是研究區(qū)用來(lái)估算的臨近樣本數(shù)。如果數(shù)據(jù)具有空間連續(xù)性,靠近被估算點(diǎn)的樣本將比遠(yuǎn)離的樣本具有更高的權(quán)重。

半方差函數(shù)γ(h)用來(lái)描述水體和沉積物氮磷的空間連續(xù)變異特征。其計(jì)算公式如下:

其中,z(xi)和z(xi+h)是空間位置點(diǎn)xi和xi+h給定的氮磷參數(shù)值,N(h)是對(duì)應(yīng)距離h的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)目。

半方差本質(zhì)上是給定距離的數(shù)據(jù)對(duì)的平均方差。理論上,半方差隨著分隔距離的增加而增加,最后到達(dá)一個(gè)定值,這個(gè)常數(shù)叫做基臺(tái)值?；_(tái)值代表了不再具有空間相關(guān)性時(shí)的分隔距離上的最大樣本方差。當(dāng)半方差達(dá)到基臺(tái)值時(shí)的滯后距稱為變程。變程代表著最大的空間相關(guān)距離。當(dāng)滯后距為0時(shí)的半方差稱為塊金值。塊金值表示在現(xiàn)有采樣尺度下的隨機(jī)性變化。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性描述分析和皮爾遜相關(guān)分析(Pearson,雙尾),用K-S法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。

半方差函數(shù)由 GS+軟件計(jì)算。根據(jù)殘差平方和(RSS)和決定系數(shù)(R2)選擇最優(yōu)擬合模型。水體和沉積物氮磷指標(biāo)的預(yù)測(cè)圖用克里格(Kriging)插值法,由ArcGIS10.0軟件完成運(yùn)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 大通湖水體和沉積物氮磷含量的統(tǒng)計(jì)分析

冬季大通湖水體和沉積物氮、磷和有機(jī)質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表1。采樣點(diǎn)沉積物中有機(jī)質(zhì)含量在31.1—59.3g/kg,平均值為43.3g/kg。沉積物 TN含量在829—1687mg/kg,平均值為1224mg/kg。沉積物 TP含量較高,平均值為1469mg/kg,最高達(dá)到了1785mg/kg。水體中TN和TP平均值分別為3.78mg/L和0.29mg/L,均為劣 V類。而水體中無(wú)機(jī)氮主要以N為主,約為水體總氮的 41.8%。N含量相對(duì)較低,平均為0.17mg/L,屬于地表水Ⅱ類。水體中的氮磷比平均為13.03,而表面沉積物中的氮磷比平均為0.833。數(shù)據(jù)的分散度可以用變異系數(shù)CV來(lái)表示。水N的變異系數(shù)最大(58.8%),說(shuō)明各采樣點(diǎn) N離散程度較高。沉積物和水體中的 TN、TP、P變異系數(shù)在15.6—24.9之間。水 N的變異系數(shù)最低(8.2%),說(shuō)明各采樣點(diǎn)的離散程度較小。單樣本 K-S檢驗(yàn)表明所有數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布(P＞0.05)。

水體和沉積物N、P的相關(guān)系數(shù)矩陣見(jiàn)表2。本研究中沉積物 OM 與沉積物 TN和TP呈極顯著(P＜0.01)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.608和0.670。除沉積物 TN與水 N達(dá)到了顯著水平(P＜0.05)外,沉積物與水體中的其他N、P均未呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系。水體中TN與TP呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01),水P與水TP呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。

表1 水體和沉積物各指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical description of the water and sediment properties

表2 水體和沉積物各指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)矩陣Tab.2 Matrix of the Pearson correlation coefficients of water and sediment properties

2.2 大通湖水體和沉積物氮、磷半方差函數(shù)

半方差函數(shù)(Semivariance)可以用球面模型、指數(shù)模型、線性模型和高斯模型來(lái)擬合(Ouyangetal,2013)。根據(jù)殘差平方和RSS和決定系數(shù)R2,除沉積物TN使用球面模型擬合外,其余指標(biāo)均用高斯模型擬合。8個(gè)指標(biāo)的最佳擬合模型和參數(shù)見(jiàn)表3和圖2。

半方差函數(shù)的特征可以通過(guò)“變程”、“基臺(tái)值”和“塊金值”來(lái)反映。變程可以用來(lái)指示最大空間相關(guān)距離。本研究中各指標(biāo)的變程呈現(xiàn)不同變化,沉積物OM、TN和TP的變程較為接近,在6.8—12.0km之間,這個(gè)距離剛好覆蓋大半個(gè)大通湖。水 TN、TP、P的變程較接近,在1.28—1.60km。說(shuō)明水體TN、TP的空間變異比沉積物N、P要?jiǎng)×?。而N的變程達(dá)到了 21km,說(shuō)明其在整個(gè)大通湖區(qū)域具有空間相關(guān)性,因此受到外界因素的影響較小?！皦K金值/基臺(tái)值”可以作為判斷水體和沉積物氮、磷指標(biāo)空間相關(guān)性強(qiáng)弱的依據(jù)。當(dāng)“塊金值/基臺(tái)值”超過(guò)75%,采樣點(diǎn)的該指標(biāo)被認(rèn)為具有弱空間相關(guān)性,可以認(rèn)為受隨機(jī)因素影響較大;如果在25%—75%之間,具有中等空間相關(guān)性,受隨機(jī)因素和自然因素的共同影響;小于25%則認(rèn)為具有強(qiáng)烈空間相關(guān)性,隨機(jī)因素的影響較小(Cambardellaetal,1994)。本研究中,沉積物TP和水N的“塊金值/基臺(tái)值”分別為43.4%和34.5%,表現(xiàn)為中度空間相關(guān)性。其他N、P指標(biāo)均低于25%,表現(xiàn)為強(qiáng)烈空間相關(guān)性。因此從半方差函數(shù)來(lái)看,在當(dāng)前采樣尺度下的沉積物TP和水N受外界隨機(jī)因素影響較大。

表3 大通湖水體和沉積物氮磷半方差函數(shù)的特征參數(shù)Tab.3 Semivariance model parameters of water and sediment properties

圖2 有機(jī)質(zhì)和各形態(tài)氮、磷的半方差函數(shù)圖Fig.2 Semivariance models of water and sediment properties

2.3 大通湖水體和沉積物氮、磷空間分布

Arcgis軟件中進(jìn)行克里格插值,得到沉積物和水體的空間分布圖(圖3)?？傮w來(lái)看,水體和沉積物氮、磷呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。沉積物中OM、TN和TP的空間分布比較相似,大體上表現(xiàn)為從北往南、從東往西逐漸增加的趨勢(shì)。沉積物OM的最大值(59g/kg)出現(xiàn)在大通湖的正南方和西南方,而沉積物TN和TP的最大值均出現(xiàn)在西南方。水體N、P空間變化較為復(fù)雜,總體上呈現(xiàn)出從中部往四周減小或增大的斑塊變化。其中水體TN和N呈現(xiàn)出中部低,四周高的趨勢(shì),而 TP和TN的變化趨勢(shì)相反,呈現(xiàn)出中間高、四周低的趨勢(shì)。這些結(jié)果表明沉積物中N、P空間分布相對(duì)比較穩(wěn)定,而水體中TN、TP、N、P相對(duì)來(lái)說(shuō)容易受到外界因素的影響。

3 討論

3.1 大通湖運(yùn)營(yíng)狀況以及水體和沉積物中氮、磷歷史對(duì)比

20 世紀(jì) 50年代初,由于圍墾,大通湖從洞庭湖隔離開(kāi)。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始,盧奮英等就對(duì)大通湖生物和環(huán)境因子進(jìn)行了報(bào)道,當(dāng)時(shí)沉積物中有機(jī)碳含量很低,平均為0.1% (盧奮英等,1964)。此后的 50年,大通湖漁業(yè)生產(chǎn)方式經(jīng)歷了由自然增殖到人放天養(yǎng)再到人工養(yǎng)殖的發(fā)展歷程(李德亮等,2012)。由于水產(chǎn)品價(jià)格上升,大通湖水產(chǎn)品的捕撈強(qiáng)度也呈逐年上升趨勢(shì)。同時(shí)由于大量的人工施肥,大通湖水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)由中營(yíng)養(yǎng)向富營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)變(金宏等,2005;李德亮等,2011)。2016年以來(lái),為控制湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化已禁止向大通湖投施化肥,以控制外源污染物的輸入。盡管外源污染得到了有效控制,但由于養(yǎng)殖歷史長(zhǎng),養(yǎng)殖強(qiáng)度大,大通湖水體和表面沉積物中N、P含量均較高,其中P的污染程度更令人堪憂。與黎睿等(2015)報(bào)道的長(zhǎng)江中下游與云南高原湖泊沉積物磷含量相比,大通湖表面沉積物 TP(平均1469mg/kg)已經(jīng)到了中度污染水平,僅次于滇池(平均2000mg/kg)。王健等(2014)研究東部淺水湖泊沉積物總氮總磷基準(zhǔn)閾值也發(fā)現(xiàn),大通湖受磷污染程度高于氮。大通湖水體中TN和TP含量處于地表水劣Ⅴ類。與大通湖 2011—2012年數(shù)據(jù)相比(楊品紅等,2013),本研究中沉積物TN基本持平,TP升高了2—3倍,而水體中同一季節(jié)的TN和TP也升高了1—2倍。這可能與N、P各自的生物地球循環(huán)特點(diǎn)有關(guān),N的循環(huán)途徑比P復(fù)雜,而P則容易發(fā)生積累,特別是在水域相對(duì)封閉和大量施用化肥的情況下。水體中的氮磷比平均為13.03,根據(jù)氮磷限制假說(shuō),當(dāng)?shù)妆任挥?10—20時(shí),比較適合浮游植物生長(zhǎng)(楊品紅等,2016)。

3.2 大通湖氮、磷空間分布特征及其成因

通常情況下,沉積物分布受到湖泊形成方式、自然條件以及外營(yíng)力作用的影響(王益民等,2014)。大通湖是沖刷形成的湖泊,沉積物分布容易沿沖刷方向形成帶狀分布。此外冬季湖水較淺(約1m),風(fēng)力擾動(dòng)的影響較大。大通湖沉積物OM、TN和TP在空間上呈現(xiàn)出有規(guī)律的帶狀分布。大體上表現(xiàn)為從東向西、從北往南逐級(jí)遞增的趨勢(shì)。這可能與冬季湖水較淺,且刮東北風(fēng)有關(guān)。大通湖被人為地用攔網(wǎng)成“品”字形分割為大西湖、蜜蜂夾湖和尼古湖。而水體N、P也大體上呈現(xiàn)出“品”字形的斑塊分布,加上冬季捕魚(yú)活動(dòng)劇烈,水體比沉積物更容易受到擾動(dòng),空間變異更大,這一點(diǎn)也可以從沉積物氮磷各自半方差函數(shù)中的“變程”和“基臺(tái)值/塊金值”比較得出。因此冬季漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)水體N、P的空間分布有著重要的影響。

3.3 沉積物與水體中氮、磷的相關(guān)性及其污染控制

圖3 大通湖沉積物和水體中有機(jī)質(zhì)、氮和磷的空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of organic matter,nitrogen and phosphorus in Datong Lake

通過(guò)皮爾遜相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),大通湖冬季沉積物OM只與沉積物TN和TP呈極顯著正相關(guān),說(shuō)明沉積物中氮、磷可能主要來(lái)自湖泊沉積物有機(jī)質(zhì)的礦化。而沉積物 TN和TP之間并沒(méi)有顯著相關(guān)性,表明沉積物中N、P的來(lái)源由也存在一定差異。此外沉積物中TN和TP與水體中的TN和TP也沒(méi)有顯著相關(guān)性。說(shuō)明內(nèi)源沉積物N、P的釋放并不是完全由初始濃度決定,還與其他環(huán)境因子密切相關(guān)。這也一定程度上說(shuō)明了單純依靠控制外源輸入,并不一定能達(dá)到恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的目的。由于大通湖與周邊河流主要以閘控的方式隔絕,水體的交換較少,其污染物主要是通過(guò)各種途徑匯入的氮、磷,以及沉積物中氮、磷的釋放。所以,大氣干濕沉降以及內(nèi)源的釋放是大通湖水體中氮、磷的主要來(lái)源。從國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的富營(yíng)養(yǎng)化水體的工程治理來(lái)看,以外源污染治理為主的措施對(duì)于淺水湖泊并不理想(秦伯強(qiáng),2002)。Smith(1982)的研究也表明富營(yíng)養(yǎng)化水體中單純削減污染負(fù)荷未必能控制水華的發(fā)生,而更多的氮磷的輸入也并不一定引起相應(yīng)藻類的更大增殖。李德亮等(2012)認(rèn)為由于每年大規(guī)模放養(yǎng)濾食性魚(yú)類,雖然大通湖水體TN、TP已具備微囊藻水華發(fā)生的營(yíng)養(yǎng)條件,但大通湖藻類總細(xì)胞密度偏低,并且沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)典型的水華表征。因此,湖泊污染的治理應(yīng)該運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理,使湖泊生態(tài)系統(tǒng)處于能量、物質(zhì)相對(duì)平衡的狀態(tài),通過(guò)外源控制和生物控制等多種方法綜合治理才能從根本上治理湖泊污染問(wèn)題。

4 結(jié)論

(3)沉積物OM、TN和TP在空間上呈現(xiàn)出從東向西、從北往南逐級(jí)遞增的帶狀分布。水體N、P大體上呈現(xiàn)出“品”字形的斑塊分布。

(4)沉積物OM只與沉積物TN和TP呈極顯著正相關(guān),而積物中TN和TP與水體中的TN和TP相關(guān)性不顯著,說(shuō)明冬季大通湖內(nèi)源氮磷濃度不能實(shí)時(shí)影響到水體濃度變化,氮、磷的釋放是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。

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SPATIAL ANALYSIS AND COUPLING CHARACTERISTICS OF NITROGEN AND PHOSPHORUS IN WATER AND SEDIMENT——A CASE STUDY IN DATONG LAKE

MAO Liang, LUO Cong-Qiang, SHI Peng-Ling, YANG Pin-Hong, LIU Fei,WANG Wen-Bin, LUO Yu-Shuang
(Collaborative Innovation Center for Efficient and Health Production of Fisheries in Hunan Province,Key Laboratory of Health Aquaculture and Product Processing in Dongting Lake Area of Hunan Province,Zoology Key Laboratory of Hunan Higher Education,College of Life and Environment Sciences,Hunan University of Arts and Science,Changde415000,China)

Datong lake is the largest freshwater lake for aquaculture in Hunan province.Nitrogen and phosphorus in water and surface sediment can be easily affected during the fishing season in winter because of lower water stage and more human activities.In order to explore the influence factors and eutrophication of Datong lake in winter,geostatistical analysis was carried out to study the spatial characteristics and coupling relationship of organic matter,nitrogen and phosphorus in water and sediment.The results showed that concentration of total N and total T in water reached very high levels (3.78mg/L and 0.29mg/L),which exceed the Ⅴ class of surface water quality standard.The concentration of Nwas only about 0.17mg/L,which belonged to the Ⅱclass of surface water quality standard.Compare with the data of 2011,TP in sediment reached a high level with 1469mg/kg,but TN was still maintained at a steady level with 1224mg/kg.The value of nugget/sill was 43.4% and 34.5% for sediment TN and water N,which indicated a moderately spatial dependent.However,nugget/sill was less than 25% for the other N and P,which indicated a highly spatial dependent.OM,TN and TP in sediment showed an ascending tendency from northeast to southwest.Furthermore,N and P in water showed a patchy distribution.The average value of nitrogen/phosphorus ratio in water was 13.03,which was suitable for phytoplankton growth.OM was significantly correlated with TN and TP in sediment (P＜0.01).But TN and TP in sediment had no significant correlation with them in water.Therefore,aim to restore the lake environment,we should not only control the input of pollutant but also apply ecological measures.

nitrogen;phosphorus;organic matter;Datong lake;spatial characteristics;correlation analysis

S932

10.11693/hyhz20170400104

* “2011計(jì)劃”湖南省水產(chǎn)健康生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目,2014—2018;湖南省水產(chǎn)院士工作站項(xiàng)目,2013;國(guó)家淡水漁業(yè)工程技術(shù)研究中心湖南中心項(xiàng)目,2013;教育部農(nóng)科教合作人才培養(yǎng)基地項(xiàng)目,2014;湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目,2011—2014;湖南省動(dòng)物學(xué)重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科項(xiàng)目資助,2011—2015;湖南省重點(diǎn)科技研發(fā)項(xiàng)目,2016NK2131號(hào);湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目,2016A148號(hào)。毛 亮,博士,E-mail:lightxiaofang@163.com

① 通訊作者:楊品紅,教授,E-mail:yph588@163.com

2017-04-28,收修改稿日期:2017-06-30