張志強

(衡水學院生命科學系，河北 衡水 053000)

近年來，隨著人類活動的加劇及氣候的變化，對河流、湖泊等水環(huán)境造成了嚴重的影響，其中最為突出的影響就是富營養(yǎng)化[1]。富營養(yǎng)化本是河流、湖泊自然演化過程中的一種自然現(xiàn)象，但是因為人類活動造成大量污染物質的流入，超過了河流、湖泊自身的自凈能力，從而大大地加速了富營養(yǎng)化的進度[2]。富營養(yǎng)化會造成藻類的過度繁殖、水體溶解氧下降、動植物的大量死亡。而氮和磷含量超標是水體富營養(yǎng)化的直接威脅因子[3]。水體中氮磷等營養(yǎng)物物質會沉積到水體底部，從而使沉積物成為氮磷等營養(yǎng)物質的儲存庫[4]。當沉積物受到風浪擾動、溫度急劇變化或者厭氧的情況下，就會加速向水體中釋放營養(yǎng)物質，從而對水體形成“二次污染”[5]。

目前，衡水湖的水位較淺，平均水深約為2～3m。衡水湖周邊河流眾多，但是沒有常年注水的徑流，每年只能依靠引用黃河水或者岳城水庫的水向衡水湖注水。常年引水帶來的大量營養(yǎng)物質沉積到衡水湖湖底，成為衡水湖“二次污染”的來源。一旦水位下降、水溫升高、溶解氧下降等情況發(fā)生，沉積物中各種物質的含量就會造成湖水水質下降。因此，為了治理和恢復衡水湖的水生態(tài)健康，除了對外源治理，還需要考慮湖泊內(nèi)源的治理。本次研究衡水湖上覆水水質因子與沉積物理化特性的相關性，對衡水湖水體保護具有重要意義。

1 研究區(qū)域概述

衡水湖位于河北省衡水市，是華北平原上第1個國家級濕地自然保護區(qū)，同時也是華北地區(qū)珍稀鳥類和濕地生物多樣性保護的重要基地。衡水湖由東湖和西湖2個湖區(qū)組成，湖面面積約75km2，總庫容達1.88億m3。東湖被一條人工隔堤分為大庫和小庫2部分，其中大庫面積32.36km2，庫容9100萬m3，小庫面積10.14km2，庫容3200萬m3。衡水湖補水來源以引水為主，并以黃河水為主要來源。

2 材料與方法

2.1 采樣點布設

根據(jù)衡水湖的生態(tài)分布特征，按一定規(guī)則劃分網(wǎng)格進行采樣點布設，將衡水湖劃分為深水區(qū)、沉水植物區(qū)和挺水植物區(qū)。其中，沉水植物區(qū)設計2個采樣點(H1、H2)，挺水植物區(qū)設計3個采樣點(H3、H4、H5)，深水區(qū)設計4個采樣點(H6、H7、H8、H9)。具體采樣見圖1。

圖1 衡水湖采樣位點分布圖

2.2 樣品采集與預處理

2022年8—10月對衡水湖進行樣品的采集，采集頻率為每月2次。

2.2.1 水樣的采集

用有機玻璃取水器在水面以下50cm處采集水樣1000mL，裝入提前清洗過的樣品瓶中，加入硫酸，酸化至pH<2，在4℃的冰箱中保存待測。

2.2.2 沉積物的采集

選取抓斗式采泥器采取表層沉積物。樣品裝入干凈的聚乙烯袋，排出袋中空氣封口標記，保存于保溫箱中，立即帶回實驗室。將沉積物樣品運回實驗室后，用冷干機進行冷干，剔除雜物，研磨過100目篩后裝瓶密封，低溫(4℃)保存待用。

2.3 測定指標及方法

對上覆水的水溫、pH、DO、NH4+-N、TN、TP、COD、TOC等指標進行檢測。其中，pH值采用玻璃電極法測定；DO采用便攜式溶氧儀法測定；NH4+-N采用納氏試劑分光法測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；TP采用鉬酸銨分光光度法測定；COD采用重鉻酸鹽滴定法測定；TOC采用燃燒氧化-非分散紅外法測定。

對沉積物中pH、NH4+-N、TN、TP、TOC等指標進行檢測。其中，pH值采用玻璃電極法測定；NH4+-N采用納氏試劑分光法測定；TN采用凱氏定氮法測定；TP采用SMT法提取加鉬酸銨分光光度法測定；TOC采用燃燒氧化-非分散紅外法測定。

3 實驗結果

3.1 上覆水水質因子測定結果

衡水湖上覆水各指標統(tǒng)計情況見表1。由表1可知，衡水湖pH值變化范圍為7.96～8.67，平均值為8.33，水體成弱堿性；不同生態(tài)區(qū)平均pH值相差不大，排布情況表現(xiàn)為深水區(qū)>挺水植物區(qū)>沉水植物區(qū)。衡水湖溶解氧的變化范圍為4～8.9mg·L-1，平均值為6.65mg·L-1；不同生態(tài)區(qū)的溶解氧存在一定的差異，其中，挺水植物區(qū)溶解氧平均含量最高，為7.2mg·L-1，沉水植物區(qū)溶解氧平均含量最低，為6.05mg·L-1。衡水湖總氮含量變化范圍為0.73～1.79mg·L-1，平均值為1.22mg·L-1；不同生態(tài)區(qū)平均總氮含量相差不大，排布情況表現(xiàn)為沉水植物區(qū)>深水區(qū)>挺水植物區(qū)。衡水湖總磷含量變化范圍為0.064～0.14mg·L-1，平均值為0.092mg·L-1；不同生態(tài)區(qū)的總磷含量存在一定的差異，其中沉水植物區(qū)和深水區(qū)的總磷含量明顯高于挺水植物區(qū)。衡水湖TOC含量變化范圍為12.64～17.92mg·L-1，平均值為14.87mg·L-1；不同生態(tài)區(qū)平均TOC含量相差不大，排布情況表現(xiàn)為挺水植物區(qū)>深水區(qū)>沉水植物區(qū)。衡水湖氨氮含量變化范圍為0.092～0.407mg·L-1，平均值為0.196mg·L-1；其中，挺水植物區(qū)的氨氮平均含量為0.147mg·L-1，沉水植物區(qū)氨氮平均含量為0.167mg·L-1，深水區(qū)氨氮平均含量為0.241mg·L-1，深水區(qū)氨氮平均含量高于沉水植物區(qū)和挺水植物區(qū)。衡水湖COD含量變化范圍為14.9～30.56mg·L-1，平均值為21.12mg·L-1；不同生態(tài)區(qū)平均COD含量相差不大，排布情況表現(xiàn)為沉水植物區(qū)>深水區(qū)>沉水植物區(qū)。

表1 衡水湖上覆水水質指標統(tǒng)計表

3.2 沉積物理化性質測定結果

衡水湖沉積物測定結果見表2。衡水湖沉積物pH值變化范圍為7.46～7.85，平均值為7.66；其中，挺水植物區(qū)pH值為7.65，沉水植物區(qū)pH值為7.66，深水區(qū)pH值為7.67，不同生態(tài)區(qū)pH值無明顯差異。衡水湖沉積物中總氮含量為443.1～2422.1mg·kg-1，總氮平均值為1345.3mg·kg-1；挺水植物區(qū)和深水區(qū)的總氮含量均高于1300mg·kg-1，而沉水植物區(qū)的總氮含量低于1000mg·kg-1。尹德超等研究發(fā)現(xiàn)白洋淀表層沉積物底泥層TN含量均值為2859.91mg·kg-1，與同為華北平原的白洋淀相比，衡水湖沉積物中總氮含量明顯偏低[6]。相關資料顯示，武漢黃家湖、貴州百花湖、大慶大通湖泊總氮平均值在800mg·kg-1左右，大通湖甚至達到1.2g·kg-1[7-9]，相對來說衡水湖沉積物中總氮含量偏高。衡水湖沉積物中總磷平均含量為495.92mg·kg-1，其中，沉水植物區(qū)總磷平均含量最低，為400.2mg·kg-1，而挺水植物區(qū)和深水區(qū)總磷平均含量分別為520.9mg·kg-1和533.34mg·kg-1，兩者之前差異不大。相關資料顯示，長沙市梅溪湖表層沉積物中總磷含量為512.60±281.39mg·kg-1，衡水湖沉積物中總磷含量與其相差不大[10]。衡水湖沉積物中TOC含量介于9.63～21.62g·kg-1，平均含量為14.92g·kg-1；其中，挺水植物區(qū)的TOC平均含量為14.38g·kg-1，沉水植物區(qū)的TOC平均含量為17.36g·kg-1，而深水區(qū)的TOC平均含量最低，為13.9g·kg-1。衡水湖沉積物中氨氮含量介于52.2～451.2mg·kg-1，平均值為243.31mg·kg-1，不同生態(tài)區(qū)氨氮含量排序為深水區(qū)>沉水植物區(qū)>挺水植物區(qū)。

表2 衡水湖沉積物主要化學指標統(tǒng)計表

3.3 上覆水水質因子與沉積物理化特性相關性分析

采用Spearman相關系數(shù)法對衡水湖上覆水水質因子與沉積物理化特性進行相關性分析，計算結果用秩相關系數(shù)rs進行表示，其中rs介于-1～1，rs<0為負相關，rs>0為正相關，絕對值越大，相關性越強[11]。衡水湖上覆水水質因子與沉積物理化特性相關性分析結果見表3，由表3可知，水體總磷與沉積物總磷呈極顯著正相關，水體總磷與沉積物總氮呈顯著正相關；水體總氮與沉積物總氮呈極顯著正相關；水體溶解氧與沉積物總氮呈極顯著負相關，水體溶解氧與沉積物氨氮呈顯著正相關；水體pH與沉積物pH呈極顯著正相關，水體pH與沉積物氨氮呈顯著正相關；水體TOC與沉積物TOC呈極顯著正相關；水體氨氮與沉積物氨氮呈顯著相關。衡水湖水體中溶解氧與沉積物總氮、沉積物總磷呈負相關，說明高溶解氧有利于抑制沉積物中氮、磷等營養(yǎng)物質的釋放。衡水湖水體中總氮與沉積物中總氮呈極顯著正相關，水體中總磷與沉積物中總磷呈極顯著正相關，說明衡水湖沉積物中營養(yǎng)鹽的釋放成為衡水湖污染的主要來源，因此在有效控制外源的情況下，加強對內(nèi)源污染的防控。

表3 衡水湖上覆水水質因子與沉積物理化特性相關性分析

4 結果與建議

對衡水湖上覆水進行檢測，結果顯示，衡水湖pH值變化范圍為7.96～8.67；溶解氧變化范圍為4～8.9mg·L-1；總氮含量變化范圍為0.73～1.79mg·L-1；總磷含量變化范圍為0.064～0.14mg·L-1；TOC含量變化范圍為12.64～17.92mg·L-1，平均值為14.87mg·L-1；氨氮含量變化范圍為0.092～0.407mg·L-1，平均值為0.196mg·L-1；COD含量變化范圍為14.9～30.56mg·L-1，平均值為21.12mg·L-1。

衡水湖沉積物中pH平均值為7.66，沉積物中總氮平均值為1345.3mg·kg-1，沉積物中總磷平均含量為495.92mg·kg-1，沉積物中TOC平均含量為14.92g·kg-1，沉積物中氨氮平均值為243.31mg·kg-1。

衡水湖水體中總氮與沉積物中總氮呈極顯著正相關，水體中總磷與沉積物中總磷呈極顯著正相關，水體pH與沉積物pH呈極顯著正相關，水體中TOC與沉積物中TOC存在極顯著正相關，說明衡水湖沉積物中營養(yǎng)鹽的釋放成為衡水湖污染的主要來源，因此需加強對內(nèi)源污染的防控。