衡水湖氮磷現(xiàn)狀分布與成因分析

□丁二峰

衡水湖濕地屬典型的內(nèi)陸淡水濕地，也是華北地區(qū)唯一保持沼澤、水域、灘涂、草甸等完整生態(tài)系統(tǒng)的淺水型濕地湖泊。2003 年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，其在保護(hù)珍稀鳥(niǎo)類和生物多樣性、濕地生態(tài)系統(tǒng)研究、蓄水防汛抗旱、調(diào)節(jié)衡水湖周邊小氣候等方面發(fā)揮著重要作用。由于衡水湖常年依靠調(diào)水維持湖區(qū)水位，補(bǔ)充水量的同時(shí)也帶來(lái)了不少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，改變了湖泊原生植被的生境條件，導(dǎo)致衡水湖生物多樣性減少、富營(yíng)養(yǎng)化情況加劇等一系列環(huán)境問(wèn)題，亟需對(duì)衡水湖的營(yíng)養(yǎng)鹽現(xiàn)狀進(jìn)行分析，這對(duì)衡水湖的保護(hù)及環(huán)境整治具有重要意義。

1.研究區(qū)概況

河北衡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于河北省衡水市境內(nèi)，地理位置在東經(jīng)115°30′～115°40′，北緯37°33′～37°40′之間，湖泊總面積75.0km2。中湖大道將整個(gè)湖泊分為東、西兩個(gè)湖區(qū)。東湖又被一條人工堤分為大庫(kù)和小湖兩部分，大庫(kù)面積32.4km2，小湖面積10.1km2，設(shè)計(jì)庫(kù) 容1.23 億m3。大庫(kù)現(xiàn)有水域平均水深普遍在1.5m~2.0m，小湖平均水深1.0m 左右，屬淺水型湖泊。西湖總面積32.5km2，設(shè)計(jì)庫(kù)容0.65億m3，目前尚未蓄水，少部分區(qū)域以農(nóng)作物種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、部分村企用地為主，其余大部分區(qū)域被雜草覆蓋。

2.數(shù)據(jù)及方法

2.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

在衡水湖東湖大庫(kù)開(kāi)闊區(qū)設(shè)3 處站點(diǎn)，小湖湖心設(shè)1 處站點(diǎn)，于2021 年5 月—11 月、2022 年4 月，每 月 月 初 進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)；在大庫(kù)蘆葦區(qū)和蒲草區(qū)各設(shè)3 處站點(diǎn)，小湖南關(guān)新閘東1 處站點(diǎn)，于2021 年5 月—9 月，每月月初進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)圖1。

圖1 衡水湖監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布

2.2 監(jiān)測(cè)與分析

采樣方式為人工手提式有機(jī)玻璃采樣器，采集各站點(diǎn)水面下0.5m 處水樣1L，置于干凈的玻璃瓶中，加入固定劑帶回實(shí)驗(yàn)室。采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮(TN)；采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷(TP)。將檢測(cè)數(shù)據(jù)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中相應(yīng)參數(shù)的分類限值進(jìn)行比較，確定水質(zhì)類別。

3.結(jié)果與分析

3.1 水體總氮濃度時(shí)空變化及成因分析

總氮含量是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是水中各種含氮化合物的總和。包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、無(wú)機(jī)銨鹽、溶解態(tài)氨以及蛋白質(zhì)、氨基酸等大部分有機(jī)含氮化合物。水中各類含氮化合物的濃度受水溫、pH、氧化還原電位、氣壓等多種條件的影響，其總含量在一定程度上可以反映水體受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的程度以及水體的自凈能力大小。

通過(guò)對(duì)衡水湖各區(qū)域水體氮的濃度分析測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大庫(kù)水體TN 濃度除7 月、10 月處于Ⅳ類水，其他月份都可達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。從趨勢(shì)上來(lái)看，大庫(kù)TN 濃度呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化。

由于底泥有機(jī)質(zhì)及氮的含量較高，在4 月—7 月之間，隨著溫度的升高，湖底有機(jī)質(zhì)降解導(dǎo)致了內(nèi)源氮的釋放，水體中的氮含量也逐步增高。另一方面，隨著水溫的升高，日照的增長(zhǎng)，湖泊中的浮游植物開(kāi)始大量繁殖，由于浮游植物具有一定的固氮作用，同樣能夠升高水體中總氮含量值。8 月—9 月份總氮含量水平趨于穩(wěn)定，在年均值附近，至10 月TN 濃度再次上升，原因分析為：10 月份衡水湖區(qū)累計(jì)降水量126mm，屬降水偏多月份，而大氣降水、地表徑流可造成水體氮含量明顯升高，天氣和水文要素的改變正適合藍(lán)藻等浮游植物的生長(zhǎng)，加之部分水生植物開(kāi)始枯萎死亡，凈化作用削弱，殘?bào)w開(kāi)始腐爛降解，進(jìn)一步導(dǎo)致水體中總氮濃度顯著高于其他月份。

小湖水體氮濃度總體上顯著高于大庫(kù)，基本處于Ⅳ類、V 類甚至劣V 類。從總氮變化趨勢(shì)形態(tài)上看，小湖與大庫(kù)的變化趨勢(shì)相似，也呈現(xiàn)出夏秋季節(jié)含量高，冬春季節(jié)含量低的趨勢(shì)，說(shuō)明小湖總氮濃度也主要受到內(nèi)源釋放及浮游植物生長(zhǎng)變化特性的影響。小湖平均水深比大庫(kù)區(qū)更淺，受水動(dòng)力作用影響大，可忽略上下層水質(zhì)的差異。與大庫(kù)相比，小湖7 月—10 月的總氮含量相對(duì)變化更為緩慢，而且濃度值相對(duì)較高，可能由于小湖水體含鹽量高，與大庫(kù)相比水體總的離子強(qiáng)度高，對(duì)部分離子濃度變化有更好的緩沖作用所致。

3.2 水體總磷濃度時(shí)空變化及成因分析

天然水體中的磷含量不高，因此磷是湖泊中主要限制性營(yíng)養(yǎng)元素之一。當(dāng)過(guò)多的磷排入水體將引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使藻類旺盛生長(zhǎng)，從而破壞水體中的氧氣平衡，導(dǎo)致水質(zhì)的惡化；同時(shí)藻類的死亡將釋放藻毒素等，將引起水體的進(jìn)一步污染。

監(jiān)測(cè)表明：衡水湖大庫(kù)水體TP 濃度在夏季處于Ⅲ至Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)限值附近，其他季節(jié)符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。從變化趨勢(shì)上看，6 月～9 月份水體TP 濃度要高于其他月份，其原因可能是夏季水溫較高，各種水生植物、動(dòng)物新陳代謝快，底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽分加速釋放等。此外，衡水湖的水源幾乎全部依賴外部調(diào)水，統(tǒng)計(jì)近幾年的引黃水質(zhì)資料，總磷含量均值在0.13mg/L 左右，雖能滿足地表水河流Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)（0.2mg/L），但能不滿足湖庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)（0.05mg/L），會(huì)造成湖區(qū)總磷含量累積升高，因此外源輸入也可能是水體磷濃度升高的另一原因。在其他月份，大庫(kù)春秋季TP 含量均能符合Ⅲ類水要求，甚至能夠降到很低的水平（小于0.01mg/L）。在這期間受生物活動(dòng)、水文條件動(dòng)植物的新陳代謝較慢，死亡的浮游植物或水生植物、部分顆粒態(tài)磷及難溶態(tài)磷會(huì)逐漸下沉至水體底部，開(kāi)始新一輪的磷循環(huán)。

從區(qū)域變化看，濕地區(qū)域（蘆葦區(qū)、蒲草區(qū)）水體TP 濃度要略高于開(kāi)闊水域。開(kāi)闊區(qū)TP 均值0.055mg/L，濕地區(qū)TP 均值0.072mg/L。與總氮濃度變化原因相似，濕地區(qū)域內(nèi)源較高可能導(dǎo)致內(nèi)源釋放加劇，水體磷濃度含量較高。由于水生植物的衰老退化，其對(duì)水質(zhì)的凈化作用明顯降低，由此導(dǎo)致濕地區(qū)域大量通過(guò)內(nèi)源釋放出的磷無(wú)法被濕地植物快速吸收而溶解到水中，因此濕地區(qū)域水體TP 濃度顯著高于開(kāi)闊水域。

小湖水體磷濃度變化趨勢(shì)與大庫(kù)總體相近，且小湖水體磷濃度顯著高于大庫(kù)，大部分時(shí)間水體TP 處于Ⅴ類或劣Ⅴ類，在2021 年—2022 年整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)TP 均值為0.17mg/L，約為大庫(kù)的2 倍。與大庫(kù)不同的是小湖TP 含量最大值出現(xiàn)在7 月份。從季節(jié)變化上看，小湖水體夏季磷濃度的上升比大庫(kù)更加劇烈，7 月份的小湖已處于較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，水體磷濃度高，適合藻類大量生長(zhǎng)，主要原因可能為內(nèi)源釋放所致。小湖與大庫(kù)有所不同的是，小湖水體磷濃度超出了調(diào)水河道水體磷濃度，而其他外源輸入又較少，因此，內(nèi)源釋放應(yīng)是小湖水體磷濃度升高，尤其是夏季磷濃度升高的主要因素。

4.結(jié)論

一是衡水湖濕地水質(zhì)受總氮和總磷影響較大，其濃度呈現(xiàn)出夏秋季節(jié)含量高，冬春季節(jié)含量低的趨勢(shì)。大庫(kù)和小湖水體的營(yíng)養(yǎng)鹽成份主要受到引調(diào)水水質(zhì)、內(nèi)源釋放及浮游植物生長(zhǎng)變化特性的影響。

二是從空間上看大庫(kù)水質(zhì)比小湖要好，開(kāi)闊區(qū)域水質(zhì)比濕地區(qū)域要好，蘆葦區(qū)與蒲草區(qū)的水質(zhì)沒(méi)有明顯差別。

三是衡水湖水質(zhì)受外來(lái)水質(zhì)影響較大，引調(diào)水的同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)鹽和部分生物會(huì)隨之而來(lái)，改變了濕地原有植被的生境條件，也對(duì)衡水湖水環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。如何在衡水湖保護(hù)過(guò)程中，科學(xué)、合理的調(diào)節(jié)水位、水量、水質(zhì)及水生態(tài)環(huán)境，是需要解決的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題?！?/p>