第2章湖泊水体生源要素的生物地球化学循环

2.1 湖泊水体中氮磷元素的时空分布特征

2.1.1 乌梁素海水体中氮磷元素时空分布特征

乌梁素海是一个富营养化污染程度非常严重的湖泊，富营养化的主控因素-氮、磷的浓度在湖泊的大部分区域，尤其是排干入口至古河道以北的西部湖区均超出了湖泊水库特定水质项目标准值的Ⅴ类要求。在对2006—2010年21个水样采集点的近426个水样监测数据进行统计（图2.1），营养元素氮的浓度含量在整个湖泊水域上的均值为4.4mg/L，超出了Ⅴ类标准值，最大值为27.40mg/L，是Ⅴ类标准值的14倍。磷的浓度含量在湖泊水域中有50%以上的区域超出了Ⅴ类标准，全湖均值为0.21mg/L，接近于Ⅴ类水体，最大值为3.00mg/L，超过Ⅴ类标准值的15倍。

图2.1 乌梁素海2006—2010年数据富营养化主控因素统计分析直方图

由图2.2～图2.9可以看出，从空间分布上来看，乌梁素海水体氮、磷浓度分布规律基本一致，均出现由西北向西南逐渐递减的趋势，高浓度区集中在乌梁素海入湖口附近，几乎所有的外源污染源都聚集在此，随着水流向下游流动，在湖泊的南部营养元素浓度逐渐被稀释变小。时间上，乌梁素海各监测点的总氮在不同季节［即春季（5月）、夏季（8月）、秋季（10月）、冬季（1月）］的平均浓度分别为5.99mg/L、3.01mg/L、3.18mg/L、2.17mg/L，总磷在不同季节的平均浓度分别为0.15mg/L、0.27mg/L、0.10mg/L、0.41mg/L。

春季（5月）为水生植物营养生长时期氮磷浓度相对较高，主要是因为该时期水生植物对氮磷的吸收利用处于缓慢阶段，加之该时期温度回升，风速加大，使得水体上下交换频繁，水体驱动力加强，造成底质释放氮磷的速度大于沉积速度。夏季水生植物处于生殖生长时期（8月）对氮磷等营养元素的需求利用量加大，造成该时期氮磷浓度均有不同程度的下降，但此时期氮磷浓度仍大于地表水环境质量Ⅴ类标准，可见芦苇、水草等水生植物净化水体的能力是有限的，同时表明排入乌梁素海上游水体氮磷浓度总量较大，因此，对排入水体污染物浓度总量的控制是治理乌梁素海污染现状的主要措施之一。秋季（10月）进入植物衰亡期，植物吸收利用氮磷等营养物质强度降低，该时期河套灌区进行大面积秋浇控盐，排水量加大，湖泊水位明显升高，对水中污染物质浓度起到一定的稀释作用，使得该时期总氮浓度有所下降，尤其是磷的浓度下降较大，达到地表水环境质量Ⅳ类标准。进入冰冻期（1月）后，磷浓度明显增加，分析其原因主要为冬季入湖水流不存在农田排水的补给，入湖水量和流量明显减少，冰层下水体压力的阻碍作用，水体移动十分缓慢，导致整个水体的水动力条件发生变化，使得总磷平均浓度明显增加，且高浓度的磷主要集聚在入湖口附近。

图2.2 乌梁素海春季TN等值线图

（单位：mg/L）

图2.3 乌梁素海春季TP等值线图

（单位：mg/L）

图2.4 乌梁素海夏季TN等值线图

（单位：mg/L）

图2.5 乌梁素海夏季TP等值线图

（单位：mg/L）

图2.6 乌梁素海秋季TN等值线图

（单位：mg/L）

图2.7 乌梁素海秋季TP等值线图

（单位：mg/L）

图2.8 乌梁素海冬季TN等值线图

（单位：mg/L）

图2.9 乌梁素海冬季TP等值线图

（单位：mg/L）

2.1.2 呼伦湖水体中氮磷元素时空分布特征

呼伦湖是一个历史悠久的构造湖，又是一个处在高平原上的吞吐性湖泊，曾经是全国唯一没有被污染的特大型湖泊。呼伦湖的富营养化主要是自然地理环境因素决定的，是一个天然的进程，具体程度随水量大小和气候的影响会有波动，受人类活动的影响比较小，目前属中度富营养化湖泊。

通过对呼伦湖2008—2010年12个水样采集点的61个水样监测数据进行统计（图2.10），营养元素氮的浓度含量在整个湖泊水域上的均值为2.1mg/L，达到地表水环境质量Ⅴ类标准值，最大值为5.07mg/L，是Ⅴ类标准值的2倍多，其中位于海拉尔河入口处氮的含量最高，超过了Ⅴ类水标准。磷的浓度含量在湖泊水域中有50%以上的区域超出了Ⅴ类要求，全湖均值为0.21接近于Ⅴ类水体，最大值为0.78mg/L，超过Ⅴ类标准。

采用空间插值法将2008—2010年夏季和冬季水样监测点实测的总氮、总磷浓度绘制成等值线图（图2.11～图2.14）。由图可知，呼伦湖各监测点总氮浓度在夏季和冬季的平均值分别为2.36mg/L和1.78mg/L，总磷浓度分别为0.23mg/L和0.19mg/L。从空间上分布来看海拉尔河入口处总氮的含量最高，其次在湖的周围靠近湖岸处总氮的含量相对较高；总磷浓度在西南湖区含量最高，其次在湖的中部含量也较高。从时间上来说，根据所监测数据得知在夏季呼伦湖氮磷的含量略大于冬季，但呼伦湖夏季短促，且风浪较大，冬季漫长，霜冻早，不同湖区水质变化较小，全年水质变化基本不大。