李紅悅　李興 管超 周炎廣

摘要 [目的]研究烏梁素海水質變化特征和污染物濃度的時空分布。[方法]利用2014—2016年烏梁素海12個采樣點的實測數(shù)據(jù)，選取TN、NH3-N、TP、COD這4項污染指標，分析其水質變化特征和污染物濃度的時空分布。[結果]近3年來烏梁素海的水質逐年改善，由于蘆葦?shù)戎参镂者^濾及沿途污染物的物理沉降等，由西北部入湖地區(qū)各點向湖心和西南部出湖地區(qū)的污染物濃度降低；污染物濃度隨時間變化明顯，TN、NH3-N、TP、COD濃度整體體現(xiàn)出1月（枯水期）濃度較高，5月（平水期）最低，9月（豐水期）污染物濃度普遍重新回升。污染物濃度與氣溫和蒸發(fā)量無顯著相關，與降水量相關，且湖泊水質主要與農田退水有關。[結論]該研究為烏梁素海水污染治理和環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

關鍵詞 污染物濃度；水質；時空變化；烏梁素海

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2018）14-0082-04

Variation Characteristics of Water Quality in Wuliangsuhai Lake

LI Hongyue1，2，LI Xing2，GUAN Chao1 et al （1.Faculty of Geographical Science， Beijing Normal University， Beijing 100875；2.Inner Mongolia Engineering Research Center for Watersaving Agriculture， Inner Mongolia Normal University， Hohhot，Inner Mongolia 010022）

Abstract [Objective] The research aimed to study the change characteristics of water quality and the spatiotemporal distribution of pollutant concentrations in the Wuliangsuhai Lake.[Method]Based on the measured data from 12 sampling sites of Wuliangsuhai Lake from 2014 to 2016， four pollution indicators were selected including TN， NH3-N， TP and COD to analyze the water quality characteristics of Wuliangsuhai Lake and the spatiotemporal distribution of pollutant concentration.[Result]In the past three years， the water quality of Wuliangsuhai Lake had been improving year by year.Due to the absorption and filtration of plants such as reeds and the physical settlement of pollutants along the way， the concentrations of pollutants from the northwestern lake into the lake and the southwestern part of the lake had decreased； The concentrations changed significantly with time.The concentrations of TN， NH3-N， TP and COD showed a higher concentration in January （dry season） and the lowest in May （flat water period）.The concentration of pollutants in September （flooded season） generally recovered.There was no significant correlation between pollutant concentration and temperature and evaporation， and it was related to precipitation.The quality of lake water was mainly related to farmland water withdrawal.[Conclusion]The study provided scientific basis for Wuliangsu seawater pollution control and environmental management.

Key words Pollutant concentration；Water quality；Spatiotemporal change；Wuliangsuhai Lake

湖泊水質變化問題是湖泊學研究的重要內容[1]。黃河流域最大的淡水湖泊——烏梁素海，蒙古語意為“楊樹之海”，具有調節(jié)和改善周圍環(huán)境的功能，也兼具防止沙漠東進的屏障功能。該區(qū)域在維護湖泊流域地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡方面起著重大作用[2]。目前，由于人類對水資源的濫采濫用和過度開發(fā)給環(huán)境和生態(tài)帶來嚴重危害，每年排入烏梁素海的水質污染物數(shù)量極大，使得水體出現(xiàn)水位下降、湖泊面積萎縮[3]、水體富營養(yǎng)化[4-5]、湖泊鹽化沼澤化等復合污染[6-7]。雷宏軍等[8]應用綜合營養(yǎng)指數(shù)法對烏梁素海的營養(yǎng)化程度進行評價，發(fā)現(xiàn)當前水質情況不容樂觀，處于中度富營養(yǎng)水平。因此，十分有必要對這類特殊湖泊生態(tài)系統(tǒng)開展環(huán)境指標及更新水質評價的研究，同時對湖泊的生態(tài)保護也具有重要意義。目前，針對烏梁素海地區(qū)已積累了諸多研究成果，分別有烏梁素海污染源[9-10]、污染物類型[11-12]、水生植物對水質的影響[13-14]以及用多種分析方法對烏梁素海的水質進行評價[15-17]。

烏梁素海是一個極具代表性的濕地生態(tài)系統(tǒng)，它是河套排灌系統(tǒng)承接水體與排水的唯一通道[18]。它不同于我國一般的湖泊，湖水變化主要受河套灌區(qū)水流的進退制約。昆茲威克斯等[19]分析指出氣候因素對河流水質的影響不可忽視。在前期對烏梁素海的相關研究中主要考慮了非氣象要素的原因[20]，而關于氣象要素是否影響水質污染的研究微乎其微。筆者利用2014—2016年烏梁素海12個采樣點的實測數(shù)據(jù)，選取TN、NH3-N、TP、COD這4項污染指標，就實測數(shù)據(jù)的濃度變化進行時空角度的說明，分析其水質變化特征和污染物濃度的時空分布，并研究氣溫、降水和蒸發(fā)等氣象要素對烏梁素海污染物濃度的影響，以期為烏梁素海水污染治理和環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況 烏梁素海流域系黃河改道而形成的河跡湖[21]，地處荒漠草原地帶，位于內蒙古巴彥淖爾市烏拉特前旗中部，地理坐標為108°43′～108°57′E、40°36′～41°03′N。烏梁素海屬溫帶大陸性干旱氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱少雨。根據(jù)臨河氣象觀測站多年（2007—2016年）觀測數(shù)據(jù)，年均氣溫為7.3 ℃，年降水量為224 mm，年蒸發(fā)量1 502 mm，年均風速為3.5 m/s（圖1）。該湖冰封期約5個月，每年10月末至11月初為結冰期，冰厚在0.6～1.0 m，次年3月末至4月初為解冰期[22]。

1.2 樣品采集與分析方法

按照我國水環(huán)境及濕地生態(tài)系統(tǒng)調查規(guī)范，并根據(jù)烏梁素海水動力和環(huán)境特征、污染源的分布及該地區(qū)蘆葦生長分布狀況，

應用2 km×2 km 的網(wǎng)格在空間上對烏梁素海進行剖分，獲得交點后以梅花形布置取樣監(jiān)測點12 處（圖2）。監(jiān)測點主要包括進水區(qū)（J11）、出水區(qū)（K2）、北部明水區(qū)（L15）、南部明水區(qū)（B1）、蘆葦區(qū)（N13）和旅游區(qū)（Q10）等典型區(qū)域，可反映出研究區(qū)整體水質情況。

取樣時間為每月中旬，頻率為每月1次，每次取樣點位置利用全球GPS 定位，利用水質專門取樣裝置，采集水深0.5 m 處的水質樣品，水樣經采集后用聚乙烯取樣瓶密封，在2～5 ℃條件下保存，并在48 h內進行水質化驗，水質監(jiān)測項目包括總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、生化需氧量（COD），采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定TN，采用納氏試劑比色法測定NH3-N，采用鉬酸銨分光光度法測定TP，采用重鉻酸鉀法測定COD。為保證水質數(shù)據(jù)的準確性，每個樣品做2個平行樣，取均值作為該采樣地點某監(jiān)測指標濃度。根據(jù)該區(qū)氣候特征，以1月代表枯水期、5月代表平水期和9月代表豐水期，選取這12個采樣點2014—2016年中1、5、9月的水質指標為基礎數(shù)據(jù)，對烏梁素海的污染指標濃度進行時空分析。

2 結果與分析

2.1 污染物濃度描述統(tǒng)計

由表1可知，2014—2016年TN平均質量濃度最大值、最小值分別為12.31、0.37 mg/L，均出現(xiàn)在2014年，3年內濃度呈緩慢下降的趨勢；NH3-N平均質量濃度最大值與最小值均出現(xiàn)在2014年，分別為8.60、0.01 mg/L，3年平均質量濃度分別為0.91、0.74、0.72 mg/L，2014—2016年呈現(xiàn)出遞減趨勢，3年濃度均為Ⅲ類標準；TP作為評價水體富營養(yǎng)化程度的另外一個重要指標，2014—2016年平均質量濃度最大值為3.26 mg/L（2014年），最小值

為0.01 mg/L（2016年），2014年平均濃度達到Ⅴ類標準，之后濃度呈下降趨勢，2015—2016年水質狀況轉為Ⅳ類標準，水質得到明顯的改善；COD作為反映水體中需氧有機污染物含量的環(huán)境指標，2014—2016年COD平均質量濃度最大值、最小值均出現(xiàn)在2015年，分別為352.27、5.19 mg/L，指標標準差3年均較大，表明具有明顯的時間變化和空間差異。COD 3年的平均濃度均高于Ⅴ類標準限值，在2016年COD含量已達到Ⅴ類標準的2～3倍，為劣Ⅴ類。由此可知，近年來烏梁素海的水環(huán)境污染形勢仍十分嚴峻，但總體上呈現(xiàn)不同程度的改善。

2.2 污染物濃度空間變化特征

由圖3可知，TN、NH3-N、TP在排水入口處（J11）明顯達到峰值，3種污染物濃度空間分布特征基本一致，COD濃度在全湖分布都較高，表現(xiàn)為不同程度的波動變化。入水口處（J11）位于水渠總排干尾端，是河套灌區(qū)的農田退水以及工業(yè)廢水和生活污水排入烏梁素海的入口，農田退水卷積大量的未經充分利用的TN、NH3-N、TP等營養(yǎng)元素通過總排干排入烏梁素海，大量的營養(yǎng)鹽排入使入水口處濃度最高。烏梁素海的南北狹長分布使得湖水由北向南流動途中，途經蘆葦覆蓋密集的水域（N13、O10、Q8），對污染物濃度的吸收過濾及沿途污染物的物理沉降共同作用使得污染物濃度呈不同程度降低，可見湖中心處蘆葦區(qū)生長的蘆葦?shù)却笮屯λ参飳ζ渲車乃|有明顯的改善作用，這與白妙馨等[23]對于水生植物凈化水體潛力研究結果是一致的。在旅游區(qū)（Q10）各項指標濃度均有不同幅度回升，也可看出人類活動對污染物濃度的影響是不可忽視的，河口處污染物濃度顯著降低，表現(xiàn)出湖河口處（K2）濃度均呈偏小狀態(tài)，可知西北入湖處水質劣于湖心及西南出湖口處。

2.2 污染物濃度時間變化特征

從圖4可看出，除2014年的TP濃度，TN、NH3-N、TP、COD這4種污染物濃度整體體

現(xiàn)出枯水期濃度最高、平水期最低，而豐水期污染物濃度普遍重新回升，可知平水期水質優(yōu)于豐水期和枯水期。另外，烏梁素海的水質對于氣溫、蒸發(fā)量這2種響應機制無顯著相關規(guī)律性。烏梁素海污染物濃度是由降水量和農業(yè)面源污染共同作用決定。

究其原因是1月為冬季，湖泊水體已至結冰期，降水量達全年最低，湖泊水位下降，水環(huán)境容量相比其他時期極大縮減，污染物易于累積，并且水體中的微生物和水生生物在冬季的低氣溫條件下不適宜進行大量生長繁殖活動，使得水體自凈能力大幅下降，故各指標濃度都呈現(xiàn)較高水平；而5月天氣轉暖，適宜的生物環(huán)境為烏梁素海水域中水生植物生長、發(fā)育、繁殖提供有利條件，有機營養(yǎng)元素被各種水生植物充分利用，加之外來的排污量較少，使營養(yǎng)鹽濃度逐漸減小，水質較之前有了明顯的改觀，經過與1月份相比的冰雪消融，降水逐漸增加，對污染物濃度稀釋作用增強，使得5月份濃度明顯降低；在9月份河套灌區(qū)農耕作業(yè)時進行秋灌，將大量未被利用充分的營養(yǎng)鹽和污染物沖刷進入烏梁素海，同時秋季多風、風速大，沉積在淺水湖泊底泥中的營養(yǎng)物質得以攪動并釋放，使污染物濃度重新呈回升趨勢。與此同時污染物濃度隨著降水量的增加而呈降低趨勢，這也充分說明降水量影響污染物濃度的遷移和稀釋。

3 結論

（1）通過與國家現(xiàn)行地表水環(huán)境現(xiàn)行標準比較，可知2014—2016年烏梁素海的水質逐年改善。

（2）烏梁素海污染物濃度隨時空變化明顯，在空間分布上，污染物濃度與入水口、出水口的相對位置具有很大的相關性，烏梁素海西北部入湖地區(qū)各點的水質劣于湖心和西南部出湖地區(qū)。時間上，TN、NH3-N、TP、COD濃度整體體現(xiàn)出1月（枯水期）濃度最高，5月（平水期）最低，而9月（豐水期）污染物濃度普遍重新回升，可知水質平水期>豐水期>枯水期。

（3）在選取的3項氣象要素中，烏梁素海污染物濃度與氣溫和蒸發(fā)量無顯著相關，與降水量相關。

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