華陽(yáng)河湖群沉積物內(nèi)源磷釋放風(fēng)險(xiǎn)及控制策略

范中亞, 王文才, 蔣錦剛, 馬金玉, 王 鐘, 曾凡棠*

1.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所, 國(guó)家環(huán)境保護(hù)水環(huán)境模擬與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510655

2.中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所, 安徽 合肥 230031

淺水湖泊受風(fēng)浪擾動(dòng)下易發(fā)生沉積物再懸浮及內(nèi)源磷釋放現(xiàn)象；而在動(dòng)力擾動(dòng)較弱時(shí)，依然存在濃度梯度作用下的靜態(tài)釋放風(fēng)險(xiǎn). 沉積物再懸浮引起的水下光場(chǎng)改變與內(nèi)源磷釋放引起的水體磷濃度改變，會(huì)對(duì)湖泊初級(jí)生產(chǎn)力(水生植被、浮游藻類(lèi))的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響[1]. 因此，揭示內(nèi)源磷釋放規(guī)律、準(zhǔn)確估算內(nèi)源磷釋放規(guī)模及對(duì)其上覆水的影響，對(duì)于制定科學(xué)、有效的湖泊管理策略具有重要意義，也是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)研究的熱點(diǎn).

沉積物內(nèi)源釋放主要有靜態(tài)釋放和動(dòng)態(tài)釋放兩種模式. 靜態(tài)釋放依靠沉積物間隙水與上覆水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度差的分子擴(kuò)散作用，作為風(fēng)浪擾動(dòng)較小條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)鹽釋放的主要方式，釋放通量會(huì)受到氧化還原環(huán)境、pH、溫度以及鐵、錳含量等影響[2]；動(dòng)態(tài)釋放指受動(dòng)力擾動(dòng)時(shí)在沉積物-水界面切應(yīng)力作用下發(fā)生的沉積物再懸浮及營(yíng)養(yǎng)鹽釋放，釋放規(guī)模會(huì)受到風(fēng)浪強(qiáng)度、水深、底質(zhì)特性影響. 研究表明，太湖沉積物內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量達(dá)2×104t/a，遠(yuǎn)高于外源輸入和靜態(tài)釋放量[1]；沉積物再懸浮及營(yíng)養(yǎng)鹽釋放顯著影響了太湖富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水環(huán)境特征及水華生消過(guò)程[3]. 在湖泊沉積物再懸浮狀態(tài)下的內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放以顆粒態(tài)為主，溶解態(tài)磷占比較小[4-6]. 已有研究多以室內(nèi)或短期高頻野外原位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，難以解耦風(fēng)速風(fēng)向不穩(wěn)定下的長(zhǎng)期內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放規(guī)律和規(guī)模. 大量在線水質(zhì)觀測(cè)站的建設(shè)為研究人員利用長(zhǎng)期水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放對(duì)水體總磷的貢獻(xiàn)奠定了基礎(chǔ).

長(zhǎng)江中下游地區(qū)的湖泊約占我國(guó)淡水湖泊總面積的60%，且絕大多數(shù)為淺水湖泊[7]，基本沒(méi)有明顯的熱力學(xué)分層現(xiàn)象，湖水會(huì)經(jīng)常在垂向上發(fā)生交換作用[8]. 近年來(lái)，環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的滯后以及湖泊資源過(guò)度開(kāi)發(fā)造成大量營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入湖泊水體和蓄積在湖底沉積物之中，導(dǎo)致湖泊富營(yíng)養(yǎng)化成為長(zhǎng)江中下游湖泊面臨的主要問(wèn)題，且眾多湖泊表現(xiàn)出總磷濃度偏高的現(xiàn)象. 因此，研究這些淺水湖泊的內(nèi)源磷釋放規(guī)律、規(guī)模和影響具有十分重要的意義. 華陽(yáng)河湖群是長(zhǎng)江蓄滯洪區(qū)之一，季節(jié)性水位波動(dòng)大，湖泊總磷本底含量高[9]. 近年來(lái)，華陽(yáng)河湖群富營(yíng)養(yǎng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且湖泊總磷季節(jié)性波動(dòng)幅度較大[10-11]，總磷濃度是控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)的主要因子之一. 開(kāi)展華陽(yáng)河湖群沉積物內(nèi)源磷釋放風(fēng)險(xiǎn)研究，探討內(nèi)源釋放對(duì)湖泊水體磷的影響，以期為華陽(yáng)河湖群水環(huán)境管理提供決策依據(jù).

1 材料與方法

1.1 流域概況

華陽(yáng)河湖群流域面積為 5 511.4 km2，屬于北亞熱帶濕潤(rùn)氣候，年均溫度為16.6 ℃，年降水量為 1 410 mm. 華陽(yáng)河湖群包括龍感湖、黃大湖、泊湖，其中，龍感湖、黃大湖、泊湖面積分別為420、299、180 km2，湖底高程為9.5～10.5 m，龍感湖、黃大湖、泊湖湖底高程呈逐漸下降趨勢(shì)，湖泊多年平均水位為12.93 m. 湖泊北部分布著三條主要入湖河流，其中兩條(新縣河、二郎河)匯入龍感湖，一條(涼亭河)匯入泊湖. 隨著湖區(qū)農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)業(yè)等發(fā)展，湖泊濕地面積減少了37%，水生植被覆蓋度下降明顯. 湖區(qū)大面積的圍欄養(yǎng)殖造成沉積物內(nèi)源負(fù)荷不斷增加. 2016年龍感湖、黃大湖總磷年均值分別為0.06、0.04 mg/L，季節(jié)性波動(dòng)幅度較大. 2018年龍感湖已接近中度富營(yíng)養(yǎng)化[12]. 2018年華陽(yáng)河湖群的網(wǎng)箱全部被拆除，養(yǎng)殖投餌產(chǎn)生的污染負(fù)荷不再增加，但蓄積在湖泊沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽還沒(méi)有消除，一旦發(fā)生沉積物再懸浮，水體中的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷將大幅增加.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究所用數(shù)據(jù)分為四部分： ①2014年9月實(shí)測(cè)的華陽(yáng)河湖群空間27個(gè)點(diǎn)位沉積物間隙水與上覆水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，用于計(jì)算磷的靜態(tài)釋放通量；②2018年8月(夏季)、2018年10月(秋季)、2019年1月(冬季)、2019年4月(春季)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1所示，其監(jiān)測(cè)的湖泊水質(zhì)數(shù)據(jù)用于分析水質(zhì)指標(biāo)的季節(jié)性和空間變化特征，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括懸浮物(SS)、總磷(TP)等；③2019年水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站(L4監(jiān)測(cè)點(diǎn))水質(zhì)數(shù)據(jù)，水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于龍感湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)站，包括濁度、總磷等指標(biāo)；④氣象數(shù)據(jù)主要包括逐日的風(fēng)速和風(fēng)向，來(lái)源于國(guó)家氣象數(shù)據(jù)共享平臺(tái)(http://data.cma.cn/site/index.html).

注： L1～L7為龍感湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)，H1～H11為黃大湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)，P1～P4為泊湖監(jiān)測(cè)點(diǎn).

圖1 華陽(yáng)河湖群流域監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置
Fig.1 Location map of monitoring points in Huayang Lakes

1.3 樣品采集與處理

沉積物柱狀樣采用柱狀采樣器采集，采集過(guò)程中盡量不擾動(dòng)沉積物. 柱狀沉積物現(xiàn)場(chǎng)按5 cm進(jìn)行分層并分裝于聚乙烯瓶中，同步采集上覆水儲(chǔ)存于用5%的HNO3處理過(guò)的聚乙烯瓶中. 樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步處理，取部分沉積物鮮樣用烘干法測(cè)定容重和孔隙度，剩余沉積物用離心法獲取間隙水. 上覆水和間隙水樣品經(jīng)孔徑為0.45 μm的玻璃纖維濾膜過(guò)濾，并在24 h之內(nèi)利用鉬酸銨分光光度法完成溶解性正磷酸鹽(PO43--P)、可溶性總磷酸鹽(DTP)和可溶性無(wú)機(jī)磷(DIP)的測(cè)定.

華陽(yáng)河湖群水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查于2018年8月、2018年10月、2019年1月、2019年4月在華陽(yáng)河湖群22個(gè)點(diǎn)位(見(jiàn)圖1)采集表層水樣，并在現(xiàn)場(chǎng)利用多參數(shù)水質(zhì)分析儀監(jiān)測(cè)水溫、pH、濁度和氧化還原電位.

1.4 分析方法

1.4.1靜態(tài)釋放

采用修正的Fick′s第一擴(kuò)散定律[13]對(duì)華陽(yáng)河湖群沉積物-水界面磷擴(kuò)散通量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式：

F=-φ×DS(δC/δS)

(1)

式中：F為沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽擴(kuò)散速率，F(xiàn)為正值代表營(yíng)養(yǎng)鹽通量是從沉積物向上覆水?dāng)U散，其為負(fù)值代表營(yíng)養(yǎng)鹽通量是從上覆水向沉積物擴(kuò)散，mg(d·m2)；φ為表層沉積物的孔隙度，%；δCδS為濃度梯度，mg(L·cm)；DS為沉積物中溶質(zhì)的分子擴(kuò)散系數(shù)，cm2s,由于DS是考慮了沉積物的彎曲效應(yīng)，通常通過(guò)其與孔隙度之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)[14]：

DS=φ×D0(φ<0.7)

(2)

DS=φ2×D0(φ≥0.7)

(3)

華陽(yáng)河湖群表層沉積物φ在0.37～0.53之間，取DS=φ×D0，D0為理想溶液的擴(kuò)散系數(shù)，該研究取值為5×10-6cm2s.

1.4.2風(fēng)浪引起的動(dòng)態(tài)釋放過(guò)程分析

1.4.2.1沉積物再懸浮過(guò)程內(nèi)源占比分析

研究[1-2]表明，風(fēng)浪擾動(dòng)下沉積物再懸浮會(huì)引起內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽的動(dòng)態(tài)釋放，顯著增加水體中的顆粒態(tài)磷濃度. 一次完整的沉積物再懸浮及內(nèi)源釋放過(guò)程會(huì)隨著風(fēng)浪擾動(dòng)的增強(qiáng)而增強(qiáng)，呈現(xiàn)懸浮顆粒物濃度先升后降的情況. 因此，可以將風(fēng)浪擾動(dòng)前相對(duì)平靜狀態(tài)下的總磷濃度作為背景濃度，懸浮顆粒物和總磷濃度明顯升高的時(shí)刻作為沉積物再懸浮及動(dòng)態(tài)釋放的起始時(shí)刻；風(fēng)浪擾動(dòng)后相對(duì)平靜，懸浮顆粒物、總磷濃度相對(duì)平穩(wěn)或恢復(fù)到擾動(dòng)前水平的時(shí)刻作為沉積物再懸浮及動(dòng)態(tài)釋放的結(jié)束時(shí)刻. 據(jù)此計(jì)算在一個(gè)完整的沉積物再懸浮過(guò)程中總磷動(dòng)態(tài)釋放對(duì)水體中總磷濃度的貢獻(xiàn)(內(nèi)源占比).

(4)

(5)

式中：ω(t)為t時(shí)刻內(nèi)源動(dòng)態(tài)磷釋放量占當(dāng)前時(shí)刻水體中磷濃度的權(quán)重百分比，%；cTP′為風(fēng)浪擾動(dòng)引起沉積物再懸浮前的總磷背景平均濃度，mgL；cTP(t)為t時(shí)刻水體中總磷濃度，mgL；ci為風(fēng)浪擾動(dòng)前用于計(jì)算平均背景濃度時(shí)刻的總磷濃度，mgL;i為風(fēng)浪擾動(dòng)前被選取用于計(jì)算平均背景濃度的數(shù)據(jù)序號(hào).

1.4.2.2年再懸浮動(dòng)態(tài)釋放量計(jì)算

該研究將總磷濃度、濁度值在小時(shí)尺度同步增高，且總磷濃度增高值大于某一閾值的時(shí)刻判定為再懸浮釋放狀態(tài)，即同時(shí)滿足式(6)～(9).

ΔcTP(Δt)=cTP(t)-cTP(t-Δt)>0

(6)

ΔcTP(2Δt)=cTP(t)-cTP(t-2Δt)>cthr

(7)

ΔTurb(Δt)=Turb(t)-Turb(t-Δt)>0

(8)

ΔTurb(2Δt)=Turb(t)-Turb(t-2Δt)>0

(9)

式中：ΔcTP(Δt)為總磷濃度增高值，mgL；cTP(t-Δt)為前一時(shí)刻的總磷濃度，mgL；ΔcTP(2Δt)為間隔兩個(gè)時(shí)刻的總磷濃度增高值，mgL；cTP(t-2Δt)為前兩個(gè)時(shí)刻的總磷濃度，mgL;Turb(t)為t時(shí)刻的濁度，NTU；ΔTurb(Δt)為間隔一個(gè)時(shí)刻的水體濁度增高值，NTU；Turb(t-Δt)為前一時(shí)刻的水體濁度值；ΔTurb(2Δt)為間隔兩個(gè)時(shí)刻的水體濁度增高值，NTU；Turb(t-2Δt)為前兩個(gè)時(shí)刻的水體濁度值,NTU;cthr為總磷變化閾值，mgL，將其設(shè)定為0～0.05區(qū)間，按照0.001間隔分別計(jì)算.

在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)年再懸浮量計(jì)算可根據(jù)再懸浮狀態(tài)下總磷濃度相比前一采測(cè)時(shí)刻的增量與單位面積上水體體積的乘積累加，計(jì)算公式：

(10)

式中：PRRA為每m2沉積物每年總磷釋放量，g(m2·a)；m為一年中所有處于再懸浮釋放狀態(tài)的事件數(shù)量；ΔcTP(Δtj)為第j個(gè)再懸浮狀態(tài)下相比前一時(shí)刻的總磷濃度增量，mgL；d(tj)為第j個(gè)再懸浮狀態(tài)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的水深，m.

2 結(jié)果與分析

2.1 湖泊水體磷分布

由圖2可見(jiàn)：華陽(yáng)河湖群總磷濃度季節(jié)性變化較大，表現(xiàn)為秋季<夏季<春季<冬季，變化范圍為0.014～0.297 mg/L，龍感湖與黃大湖總磷濃度空間變幅大于泊湖. 夏季與秋季總磷濃度較低，夏季總磷濃度在0.023～0.110 mg/L之間，平均值為0.058 mg/L，龍感湖、黃大湖和泊湖秋季總磷濃度平均值分別為0.048、0.022和0.022 mg/L；冬季與春季總磷濃度較高，龍感湖、黃大湖和泊湖冬季總磷濃度平均值分別為0.183、0.164和0.087 mg/L,春季龍感湖、黃大湖和泊湖平均值分別為0.081、0.089和0.078 mg/L.

2.2 靜態(tài)釋放量估算

圖2 華陽(yáng)河湖群總磷濃度季節(jié)性分布特征Fig.2 Seasonal distribution of total phosphorus in Huayang Lakes

基于4次現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：華陽(yáng)河湖群沉積物間隙水中可溶性總磷(DTP)濃度在0.04～0.19 mg/L之間，平均值為0.10 mg/L；間隙水無(wú)機(jī)磷(DIP)濃度在0.008～0.059 mg/L之間，平均值為0.02 mg/L. 華陽(yáng)河湖群沉積物中的可溶性磷濃度高于上覆水的1～3倍，這也為沉積物中的磷釋放到上覆水提供了必要條件.

華陽(yáng)河湖群表層沉積物磷擴(kuò)散速率在 0.025 3～0.064 8 mg/(d·m2)之間，日釋放通量為(0.035 4±0.025 9)t(見(jiàn)表1). 總體上，表層沉積物中的磷有從沉積物向上覆水釋放的可能性，即表層沉積物表現(xiàn)為磷的“源”. 各湖區(qū)磷擴(kuò)散通量平均值大小順序?yàn)辄S大湖>泊湖>龍感湖，其中黃大湖的日釋放通量約為龍感湖和泊湖的2.4倍. 磷擴(kuò)散速率的最大值和最小值分別出現(xiàn)在黃大湖和龍感湖，磷擴(kuò)散速率相對(duì)較高的地區(qū)主要集中在黃大湖西北部. 經(jīng)估算，華陽(yáng)河湖群磷的年靜態(tài)釋放通量約為12.92 t.

2.3 動(dòng)態(tài)釋放量計(jì)算

表1 黃大湖、龍感湖、泊湖沉積物-水界面磷擴(kuò)散速率及日釋放通量

2.3.1風(fēng)速、風(fēng)向、濁度與總磷的關(guān)系

圖3為2019年9月15日—12月30日風(fēng)速、風(fēng)向、濁度和總磷濃度變化的時(shí)間序列圖. 由圖3可見(jiàn)：濁度與總磷濃度存在明顯的同步性，總磷濃度隨濁度同步變化；觀測(cè)期濁度有幾個(gè)明顯的先升后降的過(guò)程，風(fēng)速同樣呈先升后降的特征，且風(fēng)向相對(duì)穩(wěn)定為(東北風(fēng)). 在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的風(fēng)向下，濁度和總磷濃度隨風(fēng)速的增加而略有滯后的上升；風(fēng)速減小后，濁度與總磷濃度會(huì)隨之下降，表現(xiàn)出明顯的再懸浮及磷的釋放過(guò)程.

注： Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示4個(gè)典型再懸浮過(guò)程.

圖3 華陽(yáng)河湖群風(fēng)速、風(fēng)向、濁度與總磷濃度隨時(shí)間變化
Fig.3 Temporal variety of wind speed, wind direction, turbidity and total phosphorus in Huayang Lakes

圖4為華陽(yáng)河湖群4個(gè)典型再懸浮過(guò)程中風(fēng)速、風(fēng)向頻率及風(fēng)速與總磷濃度的關(guān)系. 由圖4可見(jiàn)：4個(gè)再懸浮過(guò)程中，風(fēng)向主要集中在45°方向，風(fēng)速與總磷濃度變化存在時(shí)間滯后性，相關(guān)系數(shù)峰值滯后時(shí)間為10～40 h，滯后時(shí)長(zhǎng)主要受風(fēng)向、湖泊水位等影響；另外，4個(gè)典型再懸浮過(guò)程時(shí)段內(nèi)濁度與總磷濃度的相關(guān)系數(shù)為0.939(P<0.01).

圖4 華陽(yáng)河湖群風(fēng)速、風(fēng)向及風(fēng)速與總磷濃度的關(guān)系Fig.4 Wind speed, wind direction and correlation between wind speed and total phophorus in Huayang Lakes

圖5 典型再懸浮過(guò)程總磷濃度及再懸浮磷對(duì)總磷貢獻(xiàn)隨時(shí)間變化Fig.5 Temporal variety of total phosphorus and contribution of internal phosphorous release during typical resuspension process

2.3.2再懸浮過(guò)程中磷的釋放動(dòng)態(tài)過(guò)程

圖5為4個(gè)典型再懸浮過(guò)程中水體總磷濃度及內(nèi)源釋放貢獻(xiàn)率的變化過(guò)程. 由圖5可見(jiàn)：再懸浮期間內(nèi)源釋放的總磷濃度最高可占水體總磷濃度的75%左右，后期逐漸沉降后出現(xiàn)貢獻(xiàn)率為負(fù)的現(xiàn)象. 典型再懸浮過(guò)程Ⅰ和Ⅱ是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的再懸浮及磷釋放過(guò)程，呈總磷濃度先升后降的單峰特征，在兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的再懸浮過(guò)程后期，總磷貢獻(xiàn)率為負(fù)的情況不明顯；典型再懸浮過(guò)程Ⅲ和Ⅳ是兩個(gè)相對(duì)連續(xù)的再懸浮及磷釋放過(guò)程，總磷濃度變化規(guī)律復(fù)雜，在第2個(gè)再懸浮過(guò)程后期，總磷濃度均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，且總磷貢獻(xiàn)率為負(fù)的情況較明顯.

2.3.3全年再懸浮磷釋放量計(jì)算

由圖6(a)可見(jiàn)，單位面積沉積物全年內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量隨總磷濃度變化閾值的增大而減小，當(dāng)總磷濃度變化閾值介于0～0.05 mgL時(shí)，內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量在 12.558 4～18.735 5 g(m2·a)之間. 研究[15]發(fā)現(xiàn)，華陽(yáng)河湖群各湖區(qū)沉積物均以細(xì)顆粒泥沙為主，各湖區(qū)表層沉積物全磷含量總體差別較小，采用龍感湖在線站再懸浮結(jié)果對(duì)全湖進(jìn)行估算有一定的參考，按899 km2的湖泊面積估算，華陽(yáng)河湖群磷的年再懸浮動(dòng)態(tài)釋放量約為1.129×104～1.684×104t. 由圖6(b)可見(jiàn)，總磷濃度變化閾值為0.02 mgL時(shí)，春季和冬季(枯水期)內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量占比明顯高于夏季和秋季(豐水期)，春季與冬季內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放占全年內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量的84.3%，與全湖現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的總磷濃度季節(jié)性變化基本一致.

注： 圖(b)中為總磷濃度變化閾值為0.2 mgL時(shí)的情況.

圖6 單位面積沉積物內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量及占比
Fig.6 Annual internal phosphorus release per unit area from sediment

3 討論

3.1 沉積物內(nèi)源釋放對(duì)湖泊水質(zhì)的影響

華陽(yáng)河湖群表層沉積物磷擴(kuò)散速率在 0.025 3～0.064 8 mg/(d·m2)之間，日釋放通量為(0.035 4±0.025 9)t，年釋放通量約為12.92 t，與長(zhǎng)江流域其他淺水湖泊單位面積磷靜態(tài)釋放通量相比[2,16]，磷靜態(tài)釋放量呈太湖>華陽(yáng)河湖群>巢湖的特征，太湖和巢湖都是富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊，而華陽(yáng)河湖群也面臨富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì). 由此可見(jiàn)，華陽(yáng)河湖群內(nèi)源靜態(tài)釋放量不容忽視，是淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制要考慮的因素之一.

圖3中顯示在東北風(fēng)條件下，華陽(yáng)河湖群懸浮物濃度、總磷濃度的變化滯后于風(fēng)速的變化，懸浮物與總磷濃度存在明顯的正相關(guān). 風(fēng)強(qiáng)迫作用下的波切應(yīng)力是淺水湖泊沉積物再懸浮的主要驅(qū)動(dòng)力[17-18]；野外觀測(cè)研究[4,6,19]發(fā)現(xiàn)，水體中懸浮物及總磷濃度受風(fēng)浪引起的沉積物再懸浮影響波動(dòng)明顯，再懸浮過(guò)程中主要是顆粒態(tài)磷濃度的變化；室內(nèi)波浪水槽模擬結(jié)果[20-21]顯示，沉積物再懸浮過(guò)程水體中溶解態(tài)磷變化不顯著. 濁度與懸浮顆粒物濃度通常具有較好的線性回歸關(guān)系[22]，龍感湖風(fēng)速、風(fēng)向與濁度和總磷濃度的關(guān)系也反映了風(fēng)浪對(duì)沉積物再懸浮及磷釋放的影響. 4個(gè)典型再懸浮過(guò)程中內(nèi)源磷釋放量對(duì)水體總磷濃度貢獻(xiàn)率較高，最高達(dá)75%；而再懸浮后期會(huì)出現(xiàn)貢獻(xiàn)率為負(fù)的現(xiàn)象，水體中總磷濃度比背景磷濃度低，并逐漸下降. 該研究計(jì)算的華陽(yáng)河湖群總磷釋放量為1.129×104～1.684×104t，與秦伯強(qiáng)等[2]對(duì)太湖全年總磷釋放量估算結(jié)果(2.1×104t)在一個(gè)數(shù)量級(jí)，也表明華陽(yáng)河湖群沉積物再懸浮引起的總磷釋放是引起湖泊水體總磷濃度變化的主導(dǎo)因素. 由于未考慮各湖區(qū)動(dòng)力條件不同引起的沉積物再懸浮及總磷動(dòng)態(tài)釋放時(shí)空變異性，全湖總磷釋放量的計(jì)算結(jié)果存在一定的偏差，但基本能反映沉積物再懸浮下總磷動(dòng)態(tài)釋放量的量級(jí)，且遠(yuǎn)高于其靜態(tài)釋放量.

季節(jié)性沉積物內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放對(duì)比顯示，春、冬兩季(枯水期)沉積物內(nèi)源磷釋放量遠(yuǎn)高于夏、秋兩季(豐水期)，枯水期較低的水深會(huì)加重內(nèi)源磷釋放對(duì)水體總磷的影響，全湖不同季節(jié)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果也證實(shí)了春、冬兩季水體總磷濃度明顯高于夏、秋兩季. 4個(gè)典型沉積物再懸浮及內(nèi)源磷釋放過(guò)程分析結(jié)果顯示，沉積物內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放對(duì)上覆水體風(fēng)浪期的短期總磷濃度具有決定性的影響，因此風(fēng)浪剛結(jié)束的冬季全湖采樣監(jiān)測(cè)的總磷濃度明顯高于其他季節(jié). 研究[6,20,23]表明，風(fēng)速、風(fēng)向(風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度)、水深、沉積物特性都會(huì)對(duì)沉積物再懸浮強(qiáng)度造成影響；另外，由于不同點(diǎn)位受到的擾動(dòng)強(qiáng)度不同，也造成空間湖泊總磷濃度在冬季和春季的空間差異性更明顯，在風(fēng)浪擾動(dòng)較小的夏季和秋季，湖泊總磷濃度空間差異相對(duì)較小，這時(shí)總磷濃度變化主要受控于入湖河流及浮游植物等初級(jí)生產(chǎn)力的影響.

3.2 華陽(yáng)河湖群水質(zhì)保護(hù)策略分析

華陽(yáng)河湖群主要的水質(zhì)問(wèn)題是季節(jié)性總磷濃度偏高. 由于華陽(yáng)河湖群屬于長(zhǎng)江古河道，湖泊沉積物本底含量高[9]；另外，冬季與春季湖泊水體總磷濃度普遍高于夏季，與吳奇麗等[10-11]研究結(jié)論一致. 因此，華陽(yáng)河湖群水質(zhì)保護(hù)核心之一是控制湖泊水體總磷濃度波動(dòng)，特別是解決春季與冬季水體總磷濃度偏高的問(wèn)題.

湖泊總磷濃度控制分外源與內(nèi)源污染源控制. 外源主要來(lái)自入湖河流及沿岸面源，雨季的外源輸入磷通量高于旱季，然而湖泊水體卻表現(xiàn)為旱季總磷濃度高于雨季，這表明華陽(yáng)河湖群低水位季節(jié)總磷濃度波動(dòng)主要受內(nèi)源釋放影響. 湖泊內(nèi)源污染控制要結(jié)合湖泊面積、水文、水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平、沉積物內(nèi)源釋放特征等，科學(xué)制定綜合治理措施. 華陽(yáng)河湖群內(nèi)源控制措施又分兩種，分別為拆除湖泊圍欄網(wǎng)和控制湖泊生態(tài)水位. 自2018年以來(lái)，宿松縣拆除湖泊圍欄網(wǎng)并禁止投餌，切斷了每年大量外源性餌料的投放以及魚(yú)類(lèi)排泄物和殘留物；同時(shí)，調(diào)整實(shí)施華陽(yáng)河湖群生態(tài)水位管理辦法，將10月—翌年2月水位普遍提升0.5 m，旨在抑制沉積物再懸浮，減少內(nèi)源引起的磷濃度波動(dòng). 經(jīng)兩項(xiàng)措施的實(shí)施，短期內(nèi)緩解了枯水期華陽(yáng)河湖群總磷濃度偏高的問(wèn)題. 然而，并不能夸大水位控制在內(nèi)源污染控制中的作用. 研究[24-25]表明，打破通江湖泊原有的水文規(guī)律維持高水位將破壞水生植物的生境，特別是春季大部分水生植被萌芽期需要低水位條件. 受1998年洪水影響，長(zhǎng)江中下游大部分淺水湖泊水生植物消亡，造成了湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽含量升高[26-27].

對(duì)于華陽(yáng)河湖群這樣的淺水湖泊，實(shí)施湖泊生態(tài)恢復(fù)工程，恢復(fù)20年前的草型湖泊生態(tài)系統(tǒng)非常重要. 事實(shí)證明，在沉水植物為主的草型湖泊生態(tài)系統(tǒng)，水體營(yíng)養(yǎng)鹽普遍較低，也不易發(fā)生水華，東太湖、梁子湖等以沉水植物為優(yōu)勢(shì)的草型生態(tài)系統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)明顯較低[28-29]. 在淺水湖泊，水生植物在吸收水體與沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的同時(shí)，還有削減風(fēng)浪、固結(jié)沉積物、抑制沉積物再懸浮過(guò)程及釋放營(yíng)養(yǎng)鹽的重要作用. 大面積湖區(qū)水生植物種植的成功與否受水文規(guī)律、營(yíng)養(yǎng)鹽、風(fēng)浪擾動(dòng)、透明度、沉積物底質(zhì)等影響. 近年來(lái)，在太湖、梁子湖等湖泊實(shí)施了水生植被恢復(fù)工程，但效果不一，究其原因是水生植被生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程與相關(guān)限制性因素的關(guān)系不夠明確[30]. 華陽(yáng)河湖群有顯明的通江湖泊水位變化規(guī)律，其水生植被恢復(fù)模式、試驗(yàn)區(qū)域等需要進(jìn)一步評(píng)估.

外源污染控制始終是華陽(yáng)河湖群區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理的主要策略. 第二次全國(guó)污染源普查數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)源磷貢獻(xiàn)率最大. 在嚴(yán)格控制流域內(nèi)農(nóng)藥、化肥等施用量同時(shí)，也需掌握流域尺度營(yíng)養(yǎng)鹽輸移和生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，以及研究實(shí)施入湖河流及面源污染控制措施，特別是磷的顆粒態(tài)的特性. 無(wú)論是自然湖濱緩沖帶，還是人工濕地等，都可有效攔截顆粒態(tài)磷進(jìn)入湖泊. 華陽(yáng)河湖群有廣袤的湖濱帶，充分利用湖濱帶攔截雨季懸浮物入湖將會(huì)有較好的效果.

4 結(jié)論

a) 華陽(yáng)河湖群沉積物內(nèi)源磷靜態(tài)年釋放量為12.92 t，動(dòng)態(tài)磷年釋放量為1.129×104～1.684×104t，靜態(tài)釋放量約占動(dòng)態(tài)釋放量的0.1%；再懸浮期間內(nèi)源磷釋放占水體總磷比例可達(dá)75%；沉積物內(nèi)源磷靜態(tài)釋放對(duì)短期水體總磷影響相對(duì)較小.

b) 春季和冬季(枯水期)沉積物內(nèi)源磷動(dòng)態(tài)釋放量占全年釋放量的比例在80%左右，是造成湖泊總磷濃度季節(jié)性差異的主要原因，總磷濃度的空間差異性可能與入湖河流分布及湖底地形變化有關(guān).

c) 嚴(yán)格控制入湖營(yíng)養(yǎng)鹽通量的同時(shí)，恢復(fù)草型湖泊生態(tài)系統(tǒng)以控制內(nèi)源磷釋放是華陽(yáng)河湖群水環(huán)境質(zhì)量改善的重要措施之一.

d) 該研究主要是對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的解耦分析，但是未對(duì)區(qū)域風(fēng)速、風(fēng)向、地形、波流作用、沉積物再懸浮與磷釋放機(jī)制做出定量分析，因此還有待開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究.