孫 悅，李再興，張藝冉，周石磊，戰(zhàn) 江，王 函，尹 璐，郭朋朋

(河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北省污染防治生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050018)

白洋淀位于雄安新區(qū)的核心位置，在攔蓄洪水、航運(yùn)漁業(yè)和調(diào)節(jié)氣候等方面意義重大，為雄安新區(qū)的建設(shè)提供了重要的生態(tài)保障. 目前，針對(duì)白洋淀的研究主要集中在淀區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)、動(dòng)植物群落與水體富營養(yǎng)化關(guān)系調(diào)查及沉積物氮素分布與釋放通量研究等方面，例如Xu等[1]根據(jù)白洋淀水域生態(tài)健康狀況的典型特征，應(yīng)用熱力學(xué)指標(biāo)體系的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法對(duì)白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定了研究水域的健康狀況，針對(duì)人類干擾較多的水域提出了相應(yīng)的措施；李華等[2]構(gòu)建了白洋淀底棲-浮游耦合食物網(wǎng)的概念模型，探究富營養(yǎng)化對(duì)底棲、浮游食物網(wǎng)的影響，結(jié)果表明浮游植物與總氮(TN)濃度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而底棲藻類和大型沉水植物與TN、總磷(TP)濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；Zhu等[3]采集了34個(gè)沉積物樣本，應(yīng)用一維孔隙水?dāng)U散模型計(jì)算氨氮釋放通量，結(jié)果表明氨氮在沉積物中釋放的可能性較大，對(duì)于白洋淀底棲生物的影響比其他形式的氮更為顯著.

為了更好地保護(hù)白洋淀水生態(tài)系統(tǒng)，需要對(duì)白洋淀水體水質(zhì)特征及污染狀況進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià). 而現(xiàn)有研究針對(duì)白洋淀水質(zhì)的研究和評(píng)價(jià)，大多以單一或部分淀區(qū)為對(duì)象、評(píng)價(jià)方法單一且采樣時(shí)間大多集中在春、夏、秋季節(jié). 例如，Zhao等[4]雖然研究了白洋淀8個(gè)采樣點(diǎn)十年內(nèi)水質(zhì)變化，但僅采用了綜合污染指數(shù)法對(duì)理化指標(biāo)進(jìn)行處理分析，得出TN、TP是影響白洋淀富營養(yǎng)化的主要污染物；王瑜等[5]應(yīng)用修正的卡爾森營養(yǎng)指數(shù)和優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法對(duì)棗林莊、端村春、夏季水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示兩個(gè)淀區(qū)的水體處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)；Qi等[6]利用綜合污染指數(shù)對(duì)府河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示府河內(nèi)TN、TP綜合污染指數(shù)較高，說明控制府河水質(zhì)是緩解白洋淀富營養(yǎng)化程度的關(guān)鍵. 冰封期作為雄安新區(qū)-白洋淀水質(zhì)變化的一個(gè)重要時(shí)期，一方面冬季水草死亡腐爛釋放N、P等污染物且溫度降低冰體中污染物向下覆水遷移，導(dǎo)致區(qū)域水體污染物濃度升高；另一方面冰層通過隔絕大氣與水面的氧傳遞，導(dǎo)致水體溶解氧濃度下降，沉積物在厭氧條件下釋放大量內(nèi)源污染物，導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重. 然而，目前關(guān)于白洋淀冰封期水體水質(zhì)特征及污染狀況的研究卻鮮有報(bào)道. 因此，全面分析白洋淀冰封期水體水質(zhì)，并應(yīng)用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法明確水體水質(zhì)狀況變得十分必要，不僅可以填補(bǔ)冬季冰封期水體水質(zhì)數(shù)據(jù)、健全白洋淀水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；而且還為分析該時(shí)期水質(zhì)演變的微生物作用機(jī)制以及定向精準(zhǔn)治理白洋淀奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

目前，常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有單因子評(píng)價(jià)法[7-9]、綜合污染指數(shù)法[7,10]、主成分分析法[11-12]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[13]、水質(zhì)指數(shù)法[14]等，這些評(píng)價(jià)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，側(cè)重點(diǎn)也不同. 為明確各淀區(qū)冰封期水質(zhì)特征，根據(jù)白洋淀整體淀區(qū)的承載功能，將整個(gè)淀區(qū)分為五大功能區(qū)即原始區(qū)、旅游區(qū)、生活區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)和入淀區(qū)，并在5個(gè)特征區(qū)域內(nèi)設(shè)置25個(gè)代表性采樣點(diǎn)，研究各個(gè)淀區(qū)的水體水質(zhì)特征；并綜合單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法以及主成分分析法對(duì)該時(shí)期水體進(jìn)行分析，旨在明確冰封期淀區(qū)水污染狀況.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

白洋淀位于河北省中部，總面積達(dá)366 km2，流域面積為31200 km2，作為華北平原最大的淡水湖泊，對(duì)維護(hù)華北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)華北平原乃至京津地區(qū)氣候、補(bǔ)充地下水源、調(diào)蓄洪水以及保護(hù)生物物種多樣性等方面發(fā)揮重要作用[4,15]. 淀內(nèi)主要由大小不等的143個(gè)淀泊和3700多條溝壕組成，形成了“淀中有村，村中有淀”的獨(dú)特景象[16]，隨著雄安新區(qū)的設(shè)立，白洋淀作為新區(qū)最重要的水域之一，其內(nèi)部規(guī)劃和水環(huán)境狀況更是受到各界的關(guān)注.

1.2 研究區(qū)劃分及采樣點(diǎn)設(shè)置

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及前人研究[17-20]，根據(jù)各淀區(qū)的承載功能將白洋淀分為原始區(qū)、旅游區(qū)、生活區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、入淀區(qū)5個(gè)特征區(qū)域，每個(gè)功能區(qū)均有其各自的特征(表1)，原始區(qū)包括藻苲淀1#(S1)、藻苲淀2#(S2)、藻苲淀3#(S3)3個(gè)采樣點(diǎn)；旅游區(qū)包括燒車淀(S4)、鴛鴦島-旅游區(qū)(S5)、文化苑西門(S6)3個(gè)采樣點(diǎn)；生活區(qū)包括棗林莊(S7)、平陽淀(S8)、小麥淀(S9)、北田莊西淀(S10)、澇王淀(S11)、采蒲臺(tái)(S12)、范峪淀(S13)7個(gè)采樣點(diǎn)；養(yǎng)殖區(qū)包括前塘(S14)、后塘(S15)、端村1#(S16)、端村2#(S17)、泛魚淀(S18)、鰣鮜淀(S19)5個(gè)采樣點(diǎn)；入淀區(qū)包括白溝引河(S20)、瀑河藻苲淀入淀口(S21)、萍河藻苲淀入淀口(S22)、唐河端村入淀口(S23)、南劉莊府河入淀口(S24)、潴籠河入淀口(S25)6個(gè)采樣點(diǎn). 每個(gè)區(qū)域的采樣點(diǎn)位置見圖1，于2019年1月對(duì)25個(gè)采樣點(diǎn)的表層水樣進(jìn)行采集，由于北方冬季氣溫較低，河水凍結(jié)，現(xiàn)場(chǎng)鑿冰利用采水器進(jìn)行各采樣點(diǎn)表層水樣的采集，利用DS5水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溫度、電導(dǎo)率等基本指標(biāo).

表1 白洋淀冰封期5大功能區(qū)特征

圖1 白洋淀采樣點(diǎn)示意

1.3 測(cè)定方法

1.4 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法

將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2016進(jìn)行處理，Origin 2018軟件進(jìn)行圖形的繪制與分析，SPASS 22.0進(jìn)行主成分中成分得分系數(shù)矩陣的數(shù)值分析.

本文選用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)(K)法、主成分分析法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，單因子評(píng)價(jià)法是最基本的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，通過將某一指標(biāo)作為分析變量，可以簡單直觀的對(duì)25個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行定量分析；綜合污染指數(shù)(K)法通過較簡單的數(shù)值分析可以對(duì)比不同河段水體的水質(zhì)污染程度；主成分分析法較為復(fù)雜，但是能夠?qū)?個(gè)淀區(qū)的整體情況進(jìn)行定性分析，3種評(píng)價(jià)方法相結(jié)合可以客觀準(zhǔn)確的對(duì)白洋淀冰封期水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.4.1 單因子評(píng)價(jià)法 單因子評(píng)價(jià)法采用一票否決原則，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的檢測(cè)濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，將最差指標(biāo)的水質(zhì)類別作為評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行后續(xù)分析. 在所有參評(píng)水質(zhì)指標(biāo)中，如有一項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，則所屬水域不符合相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[22].

1.4.2 綜合污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)(K)法是我國第一個(gè)綜合表示水質(zhì)污染情況及綜合評(píng)價(jià)水污染的方法，它用一種簡單的，可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的數(shù)值來評(píng)價(jià)水質(zhì)污染情況. 在空間上可以對(duì)比不同河段水體的水質(zhì)污染程度，便于分級(jí)分類；在時(shí)間上可以表示一個(gè)河段，一個(gè)地區(qū)水質(zhì)污染的總的變化趨勢(shì)，其表達(dá)式是[23]：

K=∑Ci·Ck/Coi

(1)

式中，Ci指各類污染物的實(shí)測(cè)濃度(mg/L)；Coi指各類污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值；Ck指地表水各類污染物的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)值，此值為0.1. 綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)包括6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：K≤0.1的水體屬于一般或未受污染水體、0.15.0時(shí)屬于嚴(yán)重污染水體.

1.4.3 主成分分析法 主成分分析法實(shí)際是利用降維的思想，通過全面分析各項(xiàng)指標(biāo)所攜帶的信息，篩選出比原始指標(biāo)少，但能解釋大部分資料的綜合性指標(biāo)[11,24].

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)因子特征

2.1.1 理化和營養(yǎng)鹽指標(biāo) 圖2顯示了白洋淀冰封期各采樣點(diǎn)的基本水質(zhì)指標(biāo)情況，白洋淀冰封期各采樣點(diǎn)的水溫在1.76～5.84℃間，各淀區(qū)水體間溫差波動(dòng)較??；由圖2b可知，DO濃度在各個(gè)采樣點(diǎn)之間相差較大，其中原始區(qū)的S2采樣點(diǎn)DO濃度為9.82 mg/L，高于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類限值(7.5 mg/L)，可能是原始區(qū)靠近入淀區(qū)河流，冬季入淀區(qū)河流流動(dòng)頻繁，水體中DO濃度較多，導(dǎo)致匯入S2中的DO濃度較高；位于生活區(qū)的S8采樣點(diǎn)DO濃度最低，為0.53 mg/L，可能是冰封期河流結(jié)冰，一方面水體流動(dòng)緩慢，另一方面冰面阻隔了大氣與水體中氧的傳質(zhì)，使得淀區(qū)中DO濃度降低. 氨氮濃度范圍為0.09～0.74 mg/L，水中氨氮的來源主要為生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物，其中S20白溝引河采樣點(diǎn)氨氮濃度最高，為0.74 mg/L，S20位于入淀區(qū)的位置，一方面楊靜等[25]通過對(duì)白洋淀流域養(yǎng)分流失研究發(fā)現(xiàn)隨著白洋淀周邊城市化進(jìn)程的加快，會(huì)導(dǎo)致河流受到的污染更為嚴(yán)重，白溝引河周邊分布較多居民，隨著冰封期水面結(jié)冰，水體中匯入的生活垃圾等外源污染物擴(kuò)散緩慢，逐漸沉降至下覆水中，造成所在區(qū)域水體中氨氮濃度較高；其次該采樣點(diǎn)隨著時(shí)間的積累沉積了大量水生植物的腐敗物，導(dǎo)致內(nèi)源污染物大量釋放；再次是上游入淀區(qū)河流的氨氮濃度較高，雖已進(jìn)入冰封期，但該采樣點(diǎn)仍與上游河流進(jìn)行水質(zhì)交流，導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重. 圖2d顯示各功能區(qū)的TN濃度變化波動(dòng)較大，入淀區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)的TN濃度均較高，S24的TN濃度高達(dá)8.13 mg/L，污染最為嚴(yán)重，S24采樣點(diǎn)作為承接保定市廢水的河流，水質(zhì)呈現(xiàn)出中度富營養(yǎng)狀態(tài)，在不具備富營養(yǎng)化條件的冰封期，TN濃度依舊最高，一方面是冰體中污染物逐漸向下覆水遷移，另一方面可能是內(nèi)源釋放造成水質(zhì)污染嚴(yán)重，這也將導(dǎo)致融冰期含氮污染物擴(kuò)散加快，水質(zhì)富營養(yǎng)化更加嚴(yán)重.

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可知雖已進(jìn)入冰封期，但6條入淀區(qū)河流仍與上游河流存在水質(zhì)流動(dòng)，由于白洋淀地勢(shì)平緩，冰封期水體流動(dòng)更加緩慢，因此外界河流匯入的污染物幾乎匯聚在各入淀區(qū)河流，從而導(dǎo)致冰封期的6條入淀區(qū)河流污染顯著；TP濃度變化范圍在0.04～1.62 mg/L之間，與TN濃度呈現(xiàn)出的結(jié)果類似. 通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及對(duì)冰封期各采樣點(diǎn)理化和營養(yǎng)鹽指標(biāo)分析可知，白洋淀地勢(shì)平緩且冰封期各淀區(qū)水質(zhì)流動(dòng)緩慢，從而導(dǎo)致外源污染物幾乎匯聚在各入淀區(qū)河流，入淀區(qū)高濃度的氮、磷濃度在融冰期隨著河水流動(dòng)速度的加快，可能導(dǎo)致白洋淀大面積水域受到污染，因此應(yīng)加緊對(duì)入淀區(qū)河流的治理.

2.1.2 有機(jī)污染指標(biāo) 高錳酸鹽指數(shù)常被作為地表水體受有機(jī)污染物和還原性無機(jī)物質(zhì)污染程度的綜合指標(biāo)，圖2f顯示高錳酸鹽指數(shù)的變化范圍在4.74～8.76 mg/L之間，80%的采樣點(diǎn)高于6 mg/L(Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，位于養(yǎng)殖區(qū)的S15采樣點(diǎn)高錳酸鹽指數(shù)值最高，為8.76 mg/L，可能是養(yǎng)殖區(qū)水域大面積發(fā)展魚蝦，歷史上剩余餌料堆積沉入底層[4, 26]，隨著冰封期的來臨，水體中DO濃度下降，導(dǎo)致沉積物中的污染物質(zhì)在厭氧的條件下釋放到上覆水中，使得冰封期水體污染嚴(yán)重.

圖2 白洋淀采樣點(diǎn)水質(zhì)基本指標(biāo)

2.1.3 水質(zhì)特征分析 綜合圖2可知，白洋淀冰封期水體溫度波動(dòng)較小，DO濃度顯示冰封期原始區(qū)和入淀區(qū)較高，入淀區(qū)NH3-N濃度較高，高錳酸鹽指數(shù)在各采樣點(diǎn)間相差較小，各采樣點(diǎn)的TN和TP濃度變化幅度較大且大多數(shù)采樣點(diǎn)的TN、TP濃度較高，超過了Ⅴ類水體的限值，這與陽小蘭等[27]得出的TN、TP是白洋淀的主要污染物的結(jié)論相一致. Liu等[28]通過研究白洋淀浮游植物的結(jié)構(gòu)變化與理化因子的關(guān)系發(fā)現(xiàn)白洋淀的理化因子指標(biāo)呈季節(jié)性變化，氮、磷濃度在冬季呈升高趨勢(shì)，與本文對(duì)白洋淀冰封期水體氮、磷濃度呈較高趨勢(shì)的結(jié)果一致.

表2展示了白洋淀與新三湖(白洋淀、洱海、丹江口)；老三湖(太湖、巢湖、滇池)；北方湖泊(烏梁素海、呼倫湖、博斯騰湖)以及北歐湖泊(維納恩湖)的水質(zhì)狀況對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)逐一對(duì)比可知[29-37]，在新三湖中，白洋淀的TN、TP濃度波動(dòng)最大且較高，洱海與丹江口水質(zhì)較好，而白洋淀則呈現(xiàn)出N、P污染嚴(yán)重；通過與老三湖的對(duì)比可知，除巢湖的TN濃度高于白洋淀外，太湖、滇池的TN濃度均低于白洋淀，TP濃度呈現(xiàn)出白洋淀最高的狀態(tài)；與北方的3條典型湖泊及北歐最大湖泊維納恩湖相比，博斯騰湖與維納恩湖的N、P濃度低于白洋淀，烏梁素海和呼倫湖的TN濃度高于白洋淀，但TP濃度白洋淀最高；若不加緊對(duì)水體中N、P污染物的治理，在融冰期隨著水體流動(dòng)加快，污染物擴(kuò)散速度增加，可能導(dǎo)致整個(gè)淀區(qū)水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，通過與新三湖、老三湖、北方湖泊與北歐湖泊的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，白洋淀的N、P污染更為明顯，水體富營養(yǎng)化的原因主要是N、P濃度超標(biāo)[38]，白洋淀冰封期水質(zhì)中較高的N、P污染物，在融冰期隨著水體流動(dòng)加快會(huì)大面積擴(kuò)散污染淀區(qū)水質(zhì)，因此對(duì)水質(zhì)治理時(shí)，白洋淀的N、P污染物去除應(yīng)引起重視.

表2 白洋淀主要污染指標(biāo)與其他湖泊比較

表3是保定市生態(tài)環(huán)境保護(hù)局公布的2017-2019年白洋淀四季的監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)指標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測(cè)的王家寨、棗林莊、端村和鴣丁村4個(gè)點(diǎn)位反映，現(xiàn)有觀測(cè)的4個(gè)淀區(qū)水質(zhì)基本都處于Ⅳ類～Ⅴ類水質(zhì)間，但也出現(xiàn)了劣Ⅴ類水質(zhì)，整體上水質(zhì)處于較差的狀態(tài). 根據(jù)季節(jié)分析，同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同季節(jié)的水質(zhì)狀況存在波動(dòng)，原因可能是春、夏、秋季節(jié)水質(zhì)流動(dòng)頻繁且人類活動(dòng)干預(yù)較多，水質(zhì)中污染物擴(kuò)散較快；而冬季結(jié)冰，沉積物在厭氧狀態(tài)釋放大量污染物，造成小范圍內(nèi)水質(zhì)污染，在融冰期，隨著水體的流動(dòng)，污染物開始擴(kuò)散，造成第二年水質(zhì)較差. 然而，環(huán)保局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)僅為TP和有機(jī)物且監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)較少未能全面分析整個(gè)白洋淀的特征. 尤其是，冬季冰封期近3年未進(jìn)行采樣分析，對(duì)認(rèn)識(shí)冰封期水體演變特征影響很大. 因此，本研究在白洋淀冰封期開展全方位的水體污染特征及水質(zhì)狀況分析，為以后各淀區(qū)水體的靶向治理提供依據(jù).

2.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1 單因子評(píng)價(jià) 根據(jù)水質(zhì)基本指標(biāo)分析可知白洋淀冰封期TN、TP超標(biāo)嚴(yán)重，因此單因子評(píng)價(jià)法選擇TN、TP作為定類項(xiàng)目，表4是運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)白洋淀冰封期水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，TN、TP作為定類項(xiàng)目時(shí)，Ⅳ類水占比最高，均為40%. 并且水質(zhì)中出現(xiàn)了劣Ⅴ類，占到了25個(gè)采樣點(diǎn)的24%，入淀區(qū)河流占到了一半，可能是入淀區(qū)河流不僅要承擔(dān)白洋淀自身的內(nèi)源污染物，還要接納外界河流匯入的外源污染物，因此，入淀區(qū)河流水質(zhì)較差. 綜合看單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示出白洋淀冰封期水質(zhì)呈現(xiàn)出較差的狀態(tài)且入淀區(qū)河流的水質(zhì)污染較嚴(yán)重，這與張鐵堅(jiān)等[39]對(duì)于入淀區(qū)河流的研究結(jié)果相一致.

表3 白洋淀2017-2019年國控監(jiān)測(cè)指標(biāo)

表4 白洋淀采樣點(diǎn)水質(zhì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)以上分析結(jié)果，可以得出在用單因子評(píng)價(jià)方法對(duì)白洋淀水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，TN和TP是白洋淀冰封期水質(zhì)的限制因子且入淀區(qū)河流水質(zhì)最差.

2.2.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià) 對(duì)白洋淀冰封期25個(gè)采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖3a，原始區(qū)、旅游區(qū)、生活區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、入淀區(qū)的綜合污染指數(shù)范圍分別是0.38～0.66、0.46～0.63、0.25～0.42、0.26～1.05、0.29～1.77，數(shù)據(jù)顯示16個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)級(jí)別呈輕度污染，5個(gè)采樣點(diǎn)水質(zhì)呈中度污染，S14、S20、S22、S24這4個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)到了重度污染級(jí)別. S14后塘采樣點(diǎn)是白洋淀的魚蝦養(yǎng)殖區(qū)，以前飼養(yǎng)方式都是將含有大量氮磷營養(yǎng)物的餌料投入水中，剩余的餌料則是直接沉入水中，雖然現(xiàn)在已經(jīng)禁止了這種投喂方法，但到了冬季冰封期，沉積物釋放大量內(nèi)源污染物，造成水體污染嚴(yán)重，這與王亞瓊等[40]對(duì)于白洋淀養(yǎng)殖區(qū)水體污染的研究結(jié)果一致；其余3個(gè)采樣點(diǎn)均屬于入淀區(qū)河流，S20、S22采樣點(diǎn)不僅承接自身水體，還接納上游河流水質(zhì)，水質(zhì)較差. S24南劉莊府河流經(jīng)保定市區(qū)，研究表明府河水質(zhì)主要是受保定市生產(chǎn)生活污水影響較大[41]，隨著保定市生活污水的排入，導(dǎo)致府河水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，進(jìn)而污染其他淀區(qū)河流水質(zhì)，對(duì)白洋淀整體水質(zhì)造成巨大威脅.

原始區(qū)、旅游區(qū)、生活區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、入淀區(qū)5個(gè)功能區(qū)的綜合污染指數(shù)平均值分別為0.52±0.02、0.57±0.01、0.32±0.01、0.52±0.08、0.85±0.13(圖3b)，表明入淀區(qū)河流的綜合污染指數(shù)平均值最大且方差最大，說明入淀區(qū)河流不僅水質(zhì)較差且內(nèi)部6條河流的綜合污染指數(shù)波動(dòng)較大，白洋淀入淀區(qū)呈現(xiàn)出的水質(zhì)較差的原因與蠡河入湖區(qū)水質(zhì)類似[42]，作為與外界河流進(jìn)行水質(zhì)流動(dòng)的入淀區(qū)河流，匯入的外源污染物較多，超出水體自凈能力，造成自身河流水質(zhì)較差，進(jìn)而對(duì)內(nèi)部河流水質(zhì)產(chǎn)生威脅；原始區(qū)、旅游區(qū)水質(zhì)次之；養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)較差，雖然現(xiàn)在禁止向水中投放餌料，但往年水體中殘留的餌料污染仍較為嚴(yán)重，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[43]，滇池水體中氮素濃度升高的一個(gè)主要原因是剩余飼料沉入水體釋放出大量含氮污染物，由此可知往年堆積的飼料對(duì)于水質(zhì)仍然是較大的威脅，需要重點(diǎn)關(guān)注，生活區(qū)的水質(zhì)最好，且內(nèi)部采樣點(diǎn)呈現(xiàn)出綜合污染指數(shù)值接近，均處于輕度污染水體.

圖3 白洋淀采樣點(diǎn)綜合污染指數(shù)

2.2.3 主成分分析評(píng)價(jià) 白洋淀冰封期25個(gè)采樣點(diǎn)的理化參數(shù)主成分分析見圖4a，不僅不同功能區(qū)的水質(zhì)存在一定差異，即使相同功能區(qū)水質(zhì)存在的差異也很明顯. 入淀區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)差異最為明顯，彼此間偏離較大，出現(xiàn)這種情況的原因可能是每條入淀區(qū)河流承接的上游水系不同，各項(xiàng)水質(zhì)因子濃度存在差異，因此水質(zhì)差異較為明顯；養(yǎng)殖區(qū)、原始區(qū)、旅游區(qū)3個(gè)功能區(qū)的水質(zhì)根據(jù)圖形顯示偏離較小，證明各功能區(qū)內(nèi)部水質(zhì)的影響因子偏差不大，生活區(qū)各采樣點(diǎn)間距離最小，證明內(nèi)部水質(zhì)差異不大. 與第一主成分高度相關(guān)的理化指標(biāo)是TN，因子負(fù)載達(dá)到了0.44，與第二主成分高度相關(guān)的理化指標(biāo)是TP，因子負(fù)載達(dá)到了0.55，通過這兩個(gè)數(shù)值也可以反映出白洋淀冰封期水質(zhì)主要受到了TN和TP的影響，較高的N、P值也將成為白洋淀水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)，這一結(jié)果與王亞瓊等[40]對(duì)于入淀區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)水體受N、P影響較大的污染結(jié)果相一致.

根據(jù)成分得分系數(shù)矩陣等相關(guān)方程和公式得出25個(gè)采樣點(diǎn)的主成分綜合得分，見圖4b，即能定量描述各采樣點(diǎn)水質(zhì)的污染程度，綜合得分越高，水質(zhì)越差. 水質(zhì)較差的采樣點(diǎn)為S22和S24，水質(zhì)較好的采樣點(diǎn)為S8；S22和S24采樣點(diǎn)分別為瀑河藻苲淀入淀口和南劉莊府河入淀口，這2條入淀河流都屬于大清河南支河流，瀑河藻苲淀入淀口位于白洋淀的西部，為季節(jié)性泄洪河道，南劉莊府河入淀口是上游保定市排放生活污水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污水的排泄通道，受人類活動(dòng)影響較頻繁，匯入的外源污染物較多，致使水質(zhì)較差. S8平陽淀位于整個(gè)淀區(qū)的東部，遠(yuǎn)離入淀區(qū)河流的污染，淀區(qū)水體受到的污染較小，因此水質(zhì)較好.

圖4 白洋淀冰封期采樣點(diǎn)主成分分析

從5個(gè)功能分區(qū)分析，入淀區(qū)水質(zhì)最差，生活區(qū)的水質(zhì)較好. 通過數(shù)據(jù)分析可知，白洋淀各淀區(qū)水質(zhì)存在一定差異，一方面與水體在淀區(qū)的遷移流向有關(guān)，另一方面與淀區(qū)及淀區(qū)周邊的污染物排放有關(guān)，白洋淀是封閉性湖泊，淀區(qū)地勢(shì)起伏不大，淀區(qū)內(nèi)水體流動(dòng)不明顯. 因此位于西部的入淀區(qū)河流在接納外源和內(nèi)源污染物時(shí)，自凈能力較弱，水質(zhì)相較其他功能區(qū)較差，位于中部和東部的生活區(qū)因遠(yuǎn)離入淀區(qū)河流的污染以及政府對(duì)于白洋淀水體的治理，水質(zhì)相對(duì)較好.

通過3種評(píng)價(jià)方法對(duì)于白洋淀冰封期水質(zhì)狀況的評(píng)價(jià)可知，雖然3種評(píng)價(jià)方法分析角度不同，但均表現(xiàn)出冰封期入淀區(qū)水質(zhì)最差，雖然處于冰封期，但依舊與外界河流存在水體流動(dòng)，匯入其中的外源污染物可能較多. 入淀區(qū)作為承接白洋淀與外界水系的紐帶，其水質(zhì)對(duì)白洋淀水環(huán)境影響較大，因此在對(duì)白洋淀水質(zhì)進(jìn)行治理時(shí)，入淀區(qū)水質(zhì)的治理應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注，只有有效改善入淀區(qū)河流的水質(zhì)，才是凈化白洋淀水體的關(guān)鍵.

2.2.4 3種評(píng)價(jià)方法的對(duì)比 運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、主成分分析法3種評(píng)價(jià)方法對(duì)白洋淀水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià). 單因子評(píng)價(jià)法簡單直觀，能夠?qū)Π籽蟮硭|(zhì)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，利用數(shù)據(jù)判定各采樣點(diǎn)的水質(zhì)等級(jí)，得出TN、TP是白洋淀水質(zhì)的限制因子，但單因子評(píng)價(jià)法不能對(duì)同一等級(jí)的水質(zhì)斷面進(jìn)行更詳細(xì)的優(yōu)劣排序. 綜合污染指數(shù)法和主成分分析計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，能對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定量分析，對(duì)各采樣點(diǎn)的水質(zhì)情況進(jìn)行優(yōu)劣排序，對(duì)5個(gè)功能區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行整體分析，通過這兩種方法的分析，25個(gè)采樣點(diǎn)中，S22和S24的水質(zhì)是最差的，S8平陽淀因遠(yuǎn)離入淀區(qū)河流的影響，水質(zhì)較好. 按功能區(qū)分析，入淀區(qū)河流不僅要承載白洋淀自身水質(zhì)的污染源，還要承載外界河流匯入的污染物質(zhì)，因此水質(zhì)最差；養(yǎng)殖區(qū)、生活區(qū)和旅游區(qū)的水質(zhì)由于受到人類活動(dòng)和淀區(qū)自身水生植物腐爛產(chǎn)生的污染物質(zhì)的影響，水質(zhì)次之；原始區(qū)因?qū)儆谖撮_發(fā)區(qū)域，人類活動(dòng)干預(yù)較少，因此水質(zhì)較好.

3種評(píng)價(jià)方法中，雖然各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但主成分分析法主要是根據(jù)方差累計(jì)貢獻(xiàn)率作為因子權(quán)重進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理較復(fù)雜，但得出的結(jié)果相對(duì)客觀準(zhǔn)確，與前2種方法相比，對(duì)于白洋淀冰封期水質(zhì)評(píng)價(jià)得出的結(jié)果參考價(jià)值更大. 運(yùn)用這3種評(píng)價(jià)方法可以從不同角度評(píng)價(jià)白洋淀各淀區(qū)水質(zhì)的污染狀況，故運(yùn)用多種評(píng)價(jià)方法能更客觀全面的反映白洋淀冰封期水質(zhì)狀況與污染特征.

3 結(jié)論

1)白洋淀冰封期水體溫度在1.76～5.84℃，溫差波動(dòng)較?。桓鞯韰^(qū)水質(zhì)的DO濃度變化幅度較大，原始區(qū)內(nèi)DO濃度較高；入淀區(qū)河流的NH3-N濃度較高；25個(gè)采樣點(diǎn)中TN、TP濃度變化幅度較大且較高；25個(gè)采樣點(diǎn)的高錳酸鹽指數(shù)較為接近，但養(yǎng)殖區(qū)的高錳酸鹽指數(shù)較大.

2)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，TN參與評(píng)價(jià)時(shí)，Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)占到了總采樣點(diǎn)的8%和24%；TP參與評(píng)價(jià)時(shí)，Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)占到了總采樣點(diǎn)的20%和24%，白洋淀冰封期水質(zhì)總體呈現(xiàn)出較差的狀態(tài).

3)綜合污染指數(shù)法顯示白洋淀冰封期各采樣斷面水質(zhì)的污染程度集中在輕度污染-重度污染間，生活區(qū)水質(zhì)最好，入淀區(qū)河流的水質(zhì)最差且每條河流受到的污染源相差較大，在對(duì)白洋淀水質(zhì)進(jìn)行治理時(shí)，入淀區(qū)河流水質(zhì)將成為治理重點(diǎn).

4)主成分分析結(jié)果顯示入淀區(qū)河流水質(zhì)差異性最為明顯，與綜合污染指數(shù)得出的結(jié)果一致，各功能區(qū)水質(zhì)主要受TN、TP兩個(gè)指標(biāo)的影響較大，較高的N、P濃度可能會(huì)引起水體的富營養(yǎng)化，因此應(yīng)加緊對(duì)白洋淀水體中N、P污染物的去除.