青海湖水體中磷的分布狀況及特征

陳學民，王莉莉，韓冰，伏小勇

蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅蘭州 730070

青海湖水體中磷的分布狀況及特征

陳學民，王莉莉，韓冰，伏小勇

蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅蘭州 730070

以青海湖水體11個采樣點的75個水樣為研究對象，測定水體總磷濃度和溶解性磷濃度，同時測定其他相關因子。結果表明:溶解性磷對總磷的貢獻較低，但水中磷的形態較為復雜，溶解性磷并不是水中磷的主要形態。青海湖水中總磷濃度與pH、DO濃度、高錳酸鹽指數具有顯著負相關性，而與葉綠素a濃度、藻類生物量呈顯著正相關;5月、7月和9月水體總磷濃度分別為0.039～0.320、0.067～0.197和0.037～0.080 mg/L;沙島、江西溝碼頭采樣點3個月(5月、7月和9月)間總磷濃度存在顯著差異(P＜0.05);151碼頭、鳥島、青海湖農場采樣點9月與其他2個月(5月和7月)間總磷濃度存在顯著差異(P＜0.05)，5月和7月間無顯著差異;沙柳河采樣點5月與其他2個月(7月和9月)間總磷濃度無顯著差異，7月和9月間存在顯著差異(P＜0.05);湖心3#、黑馬河采樣點5月與其他2個月(7月和9月)間總磷濃度存在顯著差異(P＜0.05)，7月和9月間無顯著差異;布哈河、湖心7#、泉吉河采樣點3個月(5月、7月和9月)間總磷濃度無顯著差異。

青海湖;總磷;溶解性磷;分布特征

研究認為，磷是湖泊生產力的限制性因子［1］，是影響水體富營養化的關鍵營養元素［2］，是水體富營養化的限制性元素之一［3］。湖水中磷的主要來源包括流域徑流的輸入、大氣降水直接輸入和沉積物向上覆水體的釋放等［4］。湖泊營養物質的輸入(氮磷等)主要歸結于人類活動所造成的污染［5］。

青海湖地處青藏高原生態脆弱區。近年來，青海湖水位連年下降，流域面積逐漸縮小，并引發一系列的生態環境問題［6-8］。目前大多學者的研究主要集中在氣候［9］、水量水位［6］、古生物［10-12］和湖泊面積變化等方面，鮮有對水質變化方面的研究。筆者通過對青海湖水質監測數據的分析，得出青海湖水中磷的分布特征及污染現狀，以期為高原咸水湖泊環境保護及富營養化的防治提供依據。

1 概況與方法

1.1 概況

青海湖地處青藏高原東北部(36°15'N～38°20'N，97°50'E～101°20'E)，土地總面積29 661 km2;湖水面積4 400 km2，湖水容量7.39×1010m3;流域東西最長106 km，南北最寬63 km，周長約360 km;湖面海拔3 193.92 km;湖水最深處達26 m，平均深度21.7 m［13］。

青海湖地處東亞季風區、西北部干旱區和青藏高原高寒區的交匯地帶，其氣候類型為半干旱的溫帶大陸性氣候。氣溫偏低，流域內年平均氣溫為-1.0～1.0℃，氣溫日差較大，垂直變化明顯;四季多風，風力強勁，日照充足，太陽輻射強烈;降水稀少，流域年降水量平均值為326.8～500 mm，受地形和湖區影響，降水分布極不均勻，流域雨季為5月中旬—9月上旬，雨季降水量占全年降水量的77%～80%;常年蒸發量較大，達1 300～2 000 mm，蒸發是青海湖及其流域內水量的主要損失途徑［13］。青海湖主要入湖河流有布哈河、沙柳河、泉吉河、哈爾蓋河、甘子河、黑馬河、吉爾孟河，多為季節性河流;布哈河入湖徑流最大，約占入湖徑流總量的60%［14］。

1.2 采樣布點及采樣時間

青海湖屬于內陸湖泊，主要靠徑流補給蒸發損耗。依據HJ/T 91—2002《地表水和污水檢測技術規范》和《水和廢水監測分析方法》(4版)，按照水體類別和功能選取11個點設置采樣點［15-16］。在布哈河(5#)、沙柳河(9#)、泉吉河(10#)、黑馬河(11#)入湖口500～1 000 m各設1個采樣點，在湖心區設2個采樣點(3#和7#)，在151碼頭(1#)、江西溝碼頭(4#)、鳥島(6#)、青海湖農場(8#)、沙島(2#)各設1個采樣點，青海湖采樣點分布如圖1所示。

圖1 青海湖采樣點示意Fig.1 Location of sampling sites in Qinghai Lake

采樣點上的取樣原則:水深≤5 m，在水面下0.5 m處設1個取樣點;5 m＜水深≤10 m，在水面下0.5 m及湖底以上0.5 m處各設1個取樣點;水深＞10 m，在水面下0.5 m處，湖底以上0.5 m處和1/2水深處各設1個取樣點。

青海湖每年1—3月約有90 d的冰封期，從青海省環境監測中心站2004—2006年對青海湖水質監測的結果看，青海湖水質全年變化較小，因此將采樣時間選定在最易受外源影響的5月、7月和9月。

1.3 樣品的采集與測定

2009年9月、2010年5月和2010年7月，于11個采樣點分別取樣，共計75個樣品。樣品加硫酸酸化，低溫冷凍保存，并于24 h內分析樣品的各項水質指標。總磷濃度采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定［16］;溶解性磷酸鹽濃度采用鉬銻抗分光光度法測定［16］;高錳酸鹽指數采用堿性法測定［16］;藻類生物量采用長條計數法測定［16］;葉綠素a濃度采用荊紅衛等［17］提出的測定方法;采樣同時分別測定水溫(水銀精確溫度計，刻度范圍0～50℃)、電導率(便攜式電導率儀，雷磁DDS-307)、溶解氧(便攜式溶氧儀，雷磁JPSJ-605)及pH(便攜式pH計，雷磁PHS-3C)。測定所用藥劑均為分析純。

1.4 數據分析方法

用SPSS 14.0軟件對水中總磷濃度和溶解性磷濃度進行回歸分析與線性擬合，各水質指標間相關性用Statistica 7.0統計軟件計算。對各取樣點進行單因素方差分析(ANOVA)，利用最小顯著性差異(LSD)多重比較法在95%的置信區間進行分析。

2 結果與討論

2.1 理化參數

青海湖水體各項水質指標與水深關系見圖2。

圖2 青海湖各項水質指標與水深關系Fig.2 Relationship between various water quality indexes and depth in Qinghai Lake

由圖2可見，5月和7月水溫隨水深增加而降低，9月隨水深增加無明顯變化;5月、7月和9月水體DO濃度均為自水面向下逐漸降低;電導率隨水深增加逐漸增大，其中5月相對最高、7月次之、9月相對最低;pH為9.05～9.20，各月間無顯著變化規律。高錳酸鹽指數5月較高(大于4 mg/L)、7月和9月較低(2～4 mg/L);葉綠素a濃度較小，5月相對最高、7月稍高、9月相對最低。圖3為青海湖水藻類生物量與水深的關系。由圖3可知，藻類生物量為7月顯著高于5月，且隨水深增加逐漸增大。

2.2 溶解性磷對總磷的貢獻分析

圖3 青海湖藻類生物量與水深關系Fig.3 Relationship between algal biomoss and depth in Qinghai Lake

總磷濃度與溶解性磷濃度的線性關系如圖4所示。從圖4可以看出，青海湖水中總磷濃度與溶解性磷濃度間不具有顯著的線性關系(R2=0.081，P＜0.001)。溶解性磷濃度對總磷濃度的貢獻較低，說明水中磷的形態較為復雜，溶解性磷并不是水中磷的主要形態。

圖4 青海湖總磷濃度與溶解性磷濃度的關系Fig.4 Linear relationship between TP and solubility phosphorus content in Qinghai Lake

2.3 總磷影響因素分析

對青海湖水體的各項水質指標進行Pearson相關系數分析(表1)。從表1可以看出，青海湖水體中總磷濃度與葉綠素a濃度在0.05水平上呈顯著正相關，而與藻類生物量在0.001水平上呈顯著正相關。葉綠素a濃度可反映浮游植物數量，藻類生物量則反映浮游生物的數量。研究表明，藻類的生命活動與磷有非常密切的關系［18］，磷在湖水中主要受生物過程的影響，對湖水中浮游植物的影響較大。藻類對沉積物中磷的釋放有促進作用，藻類生長的越多，磷釋放的越多;反之，沉積物中磷的釋放又進一步促進藻類的生長，二者相互促進［19］。另外，微生物活動有利于沉積物中的磷向水體釋放［20］。總磷濃度與pH、高錳酸鹽指數呈顯著負相關(P＜0.001)，藻類生物量與pH、高錳酸鹽指數也呈顯著負相關(P＜0.001)，說明隨著pH、高錳酸鹽指數的升高，藻類生物量會降低，同時總磷濃度也會降低［19］。總磷與DO濃度在0.05水平上呈顯著負相關，DO濃度越高，總磷濃度越低，說明好氧會抑制磷的釋放［21］。

表1 青海湖水體指標Pearson相關系數Table 1 Pearson index of water indicators in Qinghai Lake

2.4 磷的時空分布特征及污染現狀

2.4.1 水中總磷濃度時間分布特征

以各采樣點水樣各月總磷濃度平均值進行分析，并根據其差異性分類，結果如表2所示。由表2可知，5月水體總磷濃度為0.039～0.320 mg/L，均值為0.142 mg/L。分析得出，各采樣點水體總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異性。其中鳥島、青海湖農場和沙柳河采樣點總磷濃度相對較高，分別為均值的2.25、1.82和1.43倍。沙島采樣點總磷濃度最低，為均值的27%。從采樣點水體總磷濃度的分布來看，湖心3#的變異最為劇烈，變異系數為61.5%;沙柳河、黑馬河、青海湖農場、江西溝碼頭、布哈河、151碼頭、湖心7#、泉吉河的變異次之，變異系數分別為 49.3%、45.5%、42.2%、34.4%、31.9%、25.6%、14.9%、10.9%;鳥島和沙島變異程度較小，變異系數在10%以下。

表2 青海湖水體總磷濃度Table 2 The content of TP in Qinghai Lake mg/L

7月水體總磷濃度為0.067～0.197 mg/L，均值為0.106 mg/L，各采樣點水體總磷濃度在0.05水平上無差異性。

9月水中總磷濃度為0.037～0.080 mg/L，均值為0.049 mg/L。僅布哈河與其他采樣點在0.05水平上存在顯著差異，其余各采樣點間無差異。布哈河表層湖水總磷濃度顯著高于其余采樣點，為平均濃度的2.37倍，結合《青海湖水環境質量檢測報告(2004—2006年度)》監測數據可知，布哈河水溫與青海湖水溫相近，匯入湖中的河水無較大的攪動循環，布哈河入流可能是造成9月布哈河入湖口表層湖水磷濃度高于其他采樣點的原因。

2.4.2 水中總磷濃度空間分布特征

將各采樣點按3個月(5月、7月和9月)間總磷濃度的差異性分為五類:Ⅰ類采樣點，3個月間總磷濃度在0.05水平上無顯著差異;Ⅱ類采樣點，5月與7月和9月間總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異，7月與9月間無顯著差異;Ⅲ類采樣點，7月和9月間總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異，5月與7月和9月間無顯著差異;Ⅳ類采樣點，9月與5月和7月間總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異，5月和7月間無顯著差異;Ⅴ類采樣點，3個月(5月、7月和9月)間總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異。由表2可知，Ⅰ類采樣點包括布哈河、湖心7#、泉吉河，Ⅱ類采樣點包括湖心3#、黑馬河，Ⅲ類采樣點包括沙柳河，Ⅳ類采樣點包括151碼頭、鳥島、青海湖農場，Ⅴ類采樣點包括沙島、江西溝碼頭。

3 結論

(1)青海湖水體中總磷濃度與溶解性磷濃度間不具有顯著的線性關系(R2=0.081，P＜0.001)，表明溶解性磷對總磷的貢獻較低，水中磷的形態較為復雜，溶解性磷并不是水中磷的主要形態。

(2)青海湖水體中總磷濃度與pH、DO濃度、高錳酸鹽指數呈顯著負相關，而與葉綠素a濃度、藻類生物量呈顯著正相關。

(3)5月水體總磷濃度為0.039～0.320 mg/L，各采樣點水體總磷濃度在0.05水平上存在顯著差異;7月水體總磷濃度為0.067～0.197 mg/L，各采樣點水體總磷濃度在0.05水平上無顯著差異;9月水中總磷濃度為0.037～0.080 mg/L，僅布哈河入湖口表層湖水總磷濃度與其他樣點相比存在顯著差異(P＜0.05)，其余各采樣點間無顯著差異。

(4)布哈河、湖心7#、泉吉河采樣點3個月(5月、7月和9月)間總磷濃度無顯著差異，湖心3#、黑馬河樣點5月與其他2個月(7月和9月)間總磷濃度存在顯著差異(P＜0.05)，7月和9月間無顯著差異;沙柳河采樣點5月與其他2個月(7月和9月)間總磷濃度無顯著差異，7月和9月間存在顯著差異(P＜0.05);151碼頭、鳥島、青海湖農場采樣點9月與其他2個月(5月和7月)間總磷濃度存在顯著差異(P＜0.05)，5月和7月間無顯著差異;沙島、江西溝碼頭采樣點3個月間總磷濃度存在顯著差異(P ＜0.05)。

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Phosphorus Distribution Status and Characteristic in Qinghai Lake

CHEN Xue-min，WANG Li-li，HAN Bing，FU Xiao-yong
School of Environmental and Municipal Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China

Seventy-five samples by eleven vertical lines in Qinghai Lake were established to measure the total phosphorus(TP)，soluble phosphorus concentration in the water body and other relevant water quality factors.The results showed that the soluble phosphorus was not the primary forms of phosphorus among complex forms of total phosphorus in the lake.The concentration of TP displayed a significant negative correlation with pH，dissolved oxygen(DO)and permanganate index，while showing a significant positive correlation with chlorophyll-a and algal biomass.The range of TP concentration in the lake was from 0.039 to 0.320 mg/L in May，from 0.067 to 0.197 mg/L in July，and from 0.037 to 0.080 mg/L in September，respectively.There was a significant difference in TP concentration in May，July and September(P ＜0.05)in Sand Island and Jiangxigou Terminal sampling sites.The TP concentration in September showed a significant difference(P＜0.05)from that in May and July in 151 Terminal，Birds Island and Qinghai Lake Farm sampling sites.The TP concentration in May and July displayed no significant difference.In Shaliu River sampling site，the concentration of TP had no significant difference in May，July and September，but the TP concentration in July and September had a significant difference(P ＜ 0.05).Moreover，for Lake Center 3#and Heima River sampling sites，the concentration of TP existed a significant difference in May，July and September(P ＜ 0.05)，and the TP concentration in July and September had no significant difference.Furthermore，no significant difference of TP concentration was found in May，July and September in Buha River，Lake Center 7#and Quanji River sampling sites.

Qinghai Lake;TP;soluble phosphorus;distribution characteristic

X524

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2012.04.045

1674-991X(2012)04-0290-06

2011-12-21

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07106-001-001)

陳學民(1960—)，女，教授，主要從事水污染控制工程、廢水處理與資源化理論與技術研究，xueminch@sina.com