苏州太湖水体氮、磷含量及形态组成分析

杨文晶，谈剑宏，姜 宇

（江苏省水文水资源勘测局苏州分局，江苏 苏州 215011）

1 概述

太湖位于长江中下游地区，是我国第三大淡水湖[1]。近年来由于经济及人口的快速增长和城市化进程的加快，太湖的水质及富营养化问题愈发严重，对区域社会和经济的可持续发展产生了不利影响[2]。太湖水环境治理已成为该地区的重点问题[3]。

氮、磷营养元素是湖泊生态系统中极其重要的生态因子，也是引发江河湖泊等永久性湿地发生富营养化的重要因子之一，不同形态氮、磷元素的空间分布格局显著影响着湖泊湿地的诸多生态过程[4]。因此，了解太湖水体中氮、磷等生源要素的含量、形态组成和分布规律，是研究氮、磷营养元素行为微观过程的重要基础和前提，对于太湖水环境治理有重要的意义。

2 样品采集与检测

2.1 样品采集

对太湖苏州水域进行实地调查，在湖心区、胥湖和东太湖3个湖区各选了1个代表站，分别是平台山、胥湖中和东太湖（见图1），开展水质采样和监测工作。采样时间为2016年10～12月，每月利用快艇等交通工具到湖中选定点位进行采样，共计采样31次，平均每月采样10次。

图1 太湖苏州水域代表站

2.2 监测指标和主要仪器

使用有机玻璃采样器采集水样，一部分经0.45μm微孔滤膜过滤，经过滤的水样用于检测正磷酸盐、溶解态总氮和溶解态总磷；另一部分未经过滤的原水用于检测硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、总氮和总磷。

硝酸盐氮和亚硝酸盐氮分析参照《水中无机阴离子的测定离子色谱法》（SL 86-1994）的方法测定，氨氮的分析参照《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》（HJ 535-2009）的方法测定，总溶解态氮和总氮分析参照《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012），总磷、正磷酸盐和溶解态总磷分析参照《水质总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB/T 11893-1989）。

测定的仪器分别为DR5000分光光度计、ICS-2000离子色谱仪、普析TU-1900分光光度计，仪器设备均通过了苏州市计量检测中心的检定。

由于氮和磷分别以可溶无机态、可溶有机态和悬浮颗粒态赋存于水体中，其中可溶无机磷主要形态是活性磷酸盐，可溶无机氮则以硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐存在[5]。可用差减法计算悬浮颗粒氮（PN）、悬浮颗粒磷（PP）、可溶有机氮（DON）、可溶有机磷（DOP）样品的浓度。

表1 太湖苏州水域各形态氮的浓度水平单位:mg/L

3 结果与分析

3.1 氮营养盐

表1列出了全区氮元素各种形态的浓度范围和平均浓度，3种溶解态无机氮（NO3-N、NO2--N、NH3-N）浓度之和即为溶解态无机氮（DIN）的浓度。其中，总氮的浓度范围在0.63～1.81 mg/L，平均值为0.93 mg/L，参照国家《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）（下同）评价为Ⅲ类水。氨氮的浓度范围在0.04～0.08 mg/L，平均值为0.05 mg/L，保持在Ⅰ类水，NO3-N的浓度范围在0.28～0.55 mg/L，平均值为0.40 mg/L，而NO2-N均未检出，可见水体中3种溶解态无机氮中以NO3-N为主。由图2可见，2016年10～12月湖心区和东太湖的各形态氮的含量接近，胥湖各种形态氮的含量明显低于前两者。根据同一湖区不同形态氮浓度的柱状高低比例，发现对于3个湖区而言，TDN/TN以及NO3-N/DIN均超过一半，说明虽然不同湖区之间各种形态氮元素的含量有所不同，但湖区中总氮以溶解态氮为主，根据计算平均比例为77.7%，溶解态无机氮中以硝酸盐氮为主，平均占87.6%。

图2 2016年10～12月各湖区不同形态氮的浓度示意图

不同区域各种形态分配比例不一。湖心区、胥湖、东太湖（三者顺序下同）TDN/TN的值分别为79.6%、78.9%、76.3%，湖心区总氮中溶解态氮的占比最大，东太湖最小，颗粒态氮的含量可能与径流汇入和浮游生物及其碎屑有关[6]；3个区的DIN/TDN值分别为66.3%、62.3%、69.7%，胥湖最小，东太湖最大；3个区的NO3-N/DIN分别为86.5%、89.0%、87.0%，湖心区最小，胥湖最大；3个区的NH3-N/DIN分别为12.8%、10.1%、12.4%，胥湖最小，湖心区最大。

图3 不同形态氮的比例变化示意图

由于环境条件复杂多变，各种形态的浓度变化范围较大。如图3中所示，NH3-N/DIN的变化幅度较小，维持在11%上下浮动；TDN/TN、DIN/TDN在10月中旬到11月中旬的1个月内，变化幅度大，上下波动频繁，可能与这个阶段植物生长逐渐停止，并且随着冬季的到来，植物会慢慢腐败沉积于底泥当中有关。NO3-N是氮的稳定存在形式，且有不被悬浮颗粒物质吸附或包裹的保守行为[7]，因此NO3-N/DIN的变化幅度较小，在87%上下略微浮动。

3.2 磷营养盐

活性磷酸盐（PO43-）又可以看作水样中溶解态无机磷酸盐的主要组成成分，同时过滤后的水样测定的总磷含量可以认为是总溶解态磷酸盐（TDP）的含量，而水样中的总溶解态有机磷（DOP）则可以从TDP与PO43-之差得到[8]。未过滤的水样测定的TP浓度减去TDP后可得到总颗粒态磷酸盐（TPP）浓度。表2是2016年10～12月全区各形态磷的含量。

其中，总磷的浓度范围在0.035～0.116 mg/L，平均值为0.068 mg/L，参照国家《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）（下同）评价为Ⅳ类水。TDP的浓度范围在0.017～0.058 mg/L，平均值为0.036mg/L；TPP的浓度范围在0.004～0.066 mg/L，平均值为0.032mg/L；PO43-的浓度范围在0.013～0.024mg/L，平均值为0.024mg/L；DOP的浓度范围在0.003～0.026mg/L，平均值为0.011mg/L。如图4所示，从湖泊水体的空间分布上来看，氮、磷浓度分布规律基本一致，3个湖区中，湖心区和东太湖的磷元素含量接近，胥湖各种形态磷的含量明显低于前两者。

表2 太湖苏州水域各形态磷的浓度水平 单位:mg/L

湖心区、胥湖、东太湖（三者顺序下同）TDP/TP的值分别为53.3%、64.1%、52.3%，东太湖总磷中溶解态磷的占比最小，与氮元素的规律相同，胥湖最大；3个湖区中，PO43-/TDP的值分别为65.7%、75.5%、67.1%，湖心区最小，胥湖最大。可见，胥湖虽然各形态磷的含量均最低，但其溶解态磷和无机磷酸盐的比例却最高。结合各分区的占比数据，可知全区水体中总磷以溶解态磷为主，占比为54.6%，略大于颗粒态磷，同时小于TDN/TN；溶解态磷中以溶解态无机磷为主，占67.2%。

图4 2016年10～12月各湖区不同形态磷的浓度示意图

由图5可见，TDP/TP、PO43-/TDP也是在10月中旬到11月中旬的这个阶段，呈现出变化幅度大、波动频繁的特点，与氮元素的变化规律一致。11月中旬之后，比例的变化幅度降低，最终TDP/TP经历3个月的往复升降后和监测起始点的值相比相差不大，而PO43-/TDP在反复变化的过程中实现了一定程度的上涨。

4 结论

（1）2016年10～12月，苏州太湖水域总氮评价为Ⅲ类水，氨氮保持在Ⅰ类水，亚硝酸盐氮均未检出，总磷评价为Ⅳ类水。从湖泊水体的空间分布上来看，湖心区、胥湖、东太湖3个湖区中，胥湖各种形态的氮、磷含量均最小，湖心区和东太湖的各项浓度值接近。

（2）苏州太湖水域中总氮以溶解态氮为主，根据计算平均比例为77.7%，溶解态无机氮中以硝酸盐氮为主，平均占87.6%。全区水体中总磷以溶解态磷为主，占比为54.6%，略大于颗粒态磷，比总氮中溶解态氮的占比低了23.1%；溶解态磷中以溶解态无机磷为主，占67.2%。

（3）不同区域各种形态分配比例不一。湖心区总氮中溶解态氮的占比最大，同时氨氮占溶解态无机氮的占比也最大。胥湖溶解态氮中溶解态无机氮的占比最小，同时氨氮占溶解态无机氮的占比也最小，但其硝酸盐氮占溶解态无机氮的占比最大；该区水体中总磷中溶解态磷的占比和溶解态磷中无机磷酸盐的比例均为3区最高。东太湖总氮中溶解态氮的占比以及总磷中溶解态磷的占比均为3个区中最小，说明其水体中颗粒态氮、磷的比例相对更高[9]。

（4）由于环境条件复杂多变，各种形态的浓度变化范围较大。全区NH3-N/DIN和NO3-N/DIN的变化幅度小，分别在11%和87%上下浮动。TDN/TN、DIN/TDN、TDP/TP、PO43-/TDP都表现为在10月中旬到11月中旬的1个月内，变化幅度大，上下波动频繁，这可能与这个阶段植物生长逐渐停止，并且随着冬季的到来，植物会慢慢腐败沉积于底泥导致营养元素发生转化等自然因素有关[10]。

参考文献：

[1]毛伟新，徐枫，等.太湖水质及富营养化变化趋势分析 [J].水资源保护，2009，29（1）:48-51.

[2]金相灿，刘鸿亮，等.中国湖泊富营养化[M].北京：中国环境科学出版社，1990.

[3]胡雅杰，马静，等.基于多种方法的太湖综合水质评价比较[J].水利水运工程学报，2015（5）: 67-74.

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[5]孟伟，秦延文，等.长江口水体中氮、磷含量及其化学耗氧量的分析 [J].环境科学，2004，25（6）:65-68.

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[10]秦伯强，胡维平，等.太湖沉积物悬浮的动力机制及内源释放的概念性模式[J].科学通报，2003，48（17）:1822-1831.