蠡湖水体氮_磷时空变化及差异性分析

研究区域 蠡 湖 位 于 太 湖 北 部 (120.22E~120.29E, 31.48N~31.55N), 东 西 长 约 6km, 南 北 宽 0.3~1.8km,面积约 8.6km2.经梁溪河闸、 五里湖闸 与梅梁湖相通,通过曹王泾、长广溪等分别与京 杭大运河、贡湖相连接,湖周围还有一些小河及 断头浜,是一个既相对独立又与太湖相通的水体. 为方便讨论,以蠡堤、宝界桥和蠡湖大桥为 边界将蠡湖划分为 4 个区域(图 1).A 区,即退渔还 湖区 , 原有大量鱼塘 , 污染严重 , 采用干湖清淤的 方式去除底泥;B 区,为综合整治前的“西蠡湖”,在 B 区的西北部开展了环保疏浚,在两边沿岸开展 了水生植被重建工程;C 区,以宝界桥和蠡湖大桥 为界,实施了沿岸整治工程,并建有长广溪湿地;D
摘要：蠡湖是一个典型处于从浊水藻型向清水草型转换过渡时期的浅水湖泊.根据 2012~2013 年周年的现场调查资料和历史监测资料,分 析了水体氮、磷的空间分布、变化规律及主要影响因素,并探讨了水体氮、磷形态的时空差异及其相应的控制对策.结果表明,蠡湖仍然没 有从根本上解决水体的富营养化问题,水体中氮、 磷浓度仍处于一种不稳定的状态,各采样点总氮(TN)浓度在 0.74~4.93mg/L 之间,平均值为 1.35mg/L;总磷(TP)浓度在 0.03~0.31mg/L 之间,平均值为 0.073mg/L.空间上,TN 和 TP 浓度自东向西依次递减,呈现东蠡湖高于西蠡湖,沿岸 区高于湖心区的趋势;季节上,TN、TP 浓度呈现夏季、秋季较高,而冬季、春季低的特点;水体中氮主要以溶解态为主,DTN 占 TN 的比例在 35%~99%之间,平均为 77.98%;而磷主要是以颗粒态的形态占优势,颗粒态磷占 TP 的比例在 11%~90%之间,平均值为 59%.多元统计表明,TN 与 DTN 和总悬浮物(TSS)之间呈正相关关系,但与 TSS 的相关性系数较小,而 TP 与 DTP 和 TSS 都呈显著正相关.因此,要降低水体中氮磷浓 度,可以从减少通过干湿沉降进入湖泊水体的氮磷或者降低沉积物再悬浮、抑制底泥氮磷释放两个方面入手. 关键词：蠡湖；氮磷；时空变化；富营养化；生态修复 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2014)05-1268-09
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 Abstract： 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. Key words：Lihu Lake；nitrogen and phosphorus；spatial-temporal changes；eutrophication；ecological restoration
收稿日期：2013-08-23 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07101-013) * 责任作者, 研究员, jiangxia@craes.org.cn
5期
王书航等：蠡湖水体氮、磷时空变化及差异性分析
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水体氮、 磷是湖泊生态系统中重要的生源要 素,其形态和含量不仅决定了湖泊初级生产力和 生态系统的稳定程度,还是湖泊富营养化过程中 关键的影响要素之一 [1 4]. 由于湖泊水体富营养 化是由内源、外源污染共同决定的,外源污染得 到一定程度控制后,底泥静态释放及风浪、生物 扰动等引起的动态释放对水体营养盐的贡献还 没有定论.并且,水体氮、 磷含量除了受水体输入、 转化过程(如矿化、吸附、解吸和反硝化)的影响 外,还与颗粒沉降、再悬浮以及内源释放等过程 相互耦合,使得湖泊水体氮、磷的形态和含量存 在典型的时空变化特征[5 8]. 蠡湖是太湖北部的一个浅水湖湾,是典型的受 人类活动影响后,由清水草型到浊水藻型,然后生 态环境又逐步恢复的实例.目前,蠡湖处于从藻型 浊水态向草型清水态转换的过渡时期,并且外源除 了大气干湿沉降之外基本得到有效控制[9 10],这种 特点与湖泊本身的自净作用相耦合,使得湖泊氮、 磷的时空分布既有区域浅水湖泊的普遍特征,又有 其特殊性,且水质受已开展的生态修复工程影响较 大.本研究考察了蠡湖主要污染物氮、磷的时空分 布特征及变化规律,分析氮、磷营养盐分布的影响 因素及其环境效应,以期为全面了解蠡湖的污染状 况及进一步治理提供基础资料. 1 1.1 材料与方法
区,为蠡湖“东出口区”,沿岸居民区较多.
梁溪河连通河道 退渔还湖区 犊山闸 A区 蠡堤 B区 环保疏浚区 D区 曹王泾 宝界桥 C区 蠡湖大桥 生态重建区 骂蠡港 N
环保疏浚区
km 0 0.5 1 2 长广溪
采样点 出/入湖河流 退渔还湖区 生态重建区
图1 Fig.1
蠡湖采样点分布示意
Sampling points and location of Lihu Lake
样品采集及处理 在蠡湖及其出/入湖河口共布置 56 个采样点 (图 1),分别于 2012~2013 年秋季(10 月)、冬季(1 月)、春季(4 月)和夏季(7 月)采集上覆水和沉积 物样品,并用 GPS 进行定位导航.用有机玻璃采 水器采集表层 0.5m 处水样,现场测试指标包括温 度、透明度和 pH 值等,同时记录采样点环境.水 样放入 2~8℃保温箱中保存,并在 48h 内进行水 样分析测试. 取适量原水经 0.45μm 的混合纤维滤膜过滤, 滤 液 用 于 测 定 溶 解 性 总 氮 (DTN) 、 氨 氮 (NH4+-N)、硝氮(NO3 -N)、溶解性总磷(DTP)和 溶 解 性 无 机 磷 (DIP) 的 浓 度 . 取 适 量 原 水 经 Whatman GF/C 膜和醋酸膜过滤,滤膜残留物分 别供悬浮物 (TSS) 和叶绿素的测定 . 同时 , 原水用 于测试总氮(TN)和总磷(TP)浓度. 1.3 样品的分析 TN、DTN 测定采用碱性过硫酸钾氧化-分 光光度法;NO3 -N 测定用紫外吸收法; NH4+-N 测定用纳氏试剂光度法;由于 NO2 -N 极低,此研 究 不 予 以 计 算 , 故 溶 解 性 有 机 氮 ρ(DON)= ρ(DTN)-ρ(NH4+-N)-ρ(NO3 -N);颗粒态氮 ρ(PN)= ρ(TN)-ρ(DTN);TP 测定采用过硫酸钾消解－钼锑 1.2
中国Fra Baidu bibliotek境科学
2014,34(5)：1268~1276
China
Environmental
Science
蠡湖水体氮、磷时空变化及差异性分析
王书航 1,王雯雯 1,姜 霞 1*,张 博 1,2,胡佳晨 1,2,赵 丽 1 (1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家
重点实验室,北京 100012；2.东北林业大学林学院,黑龙江 哈尔滨 150040)