洞庭湖湖体溶解氧的变化特征及其对水稻覆盖程度变化的影响

彭美龄 金琳 姚一飞 李婉雪 代秦

摘 要：2013—2018年，每周对洞庭湖的2个湖体断面进行水质监测，采集酸碱度（pH）、溶解氧（DO）、高锰酸钾指数（CODMn）、氨氮含量指标（NH3-N）等4个水环境质量指标，进行相关性和回归分析，得出DO与其他3个水质指标之间的相关关系。并通过GIS绘制洞庭湖植被覆盖特征的遥感图像，研究洞庭湖水体DO值水平与附近植被覆盖度之间的关系。结果表明：（1）洞庭湖湖体溶解氧（DO）夏季（6—8月份）含量低，冬季（11月至次年1月份）含量高，季节性变化十分明显;（2）从空间上来看，西洞庭湖溶解氧含量整体上大于东洞庭湖，不同地域溶解氧的水平差异较大;（3）洞庭湖水体中的溶解氧含量在一定范围内与pH值正相关，与氨氮含量呈明显正相关，与高锰酸钾指数无相关关系;（4）水体中的溶解氧对水稻生产有影响且两者之间不是单一的正相关关系，当溶解氧为9.8mg/L左右时，稻田覆盖率是最高的。

关键词：溶解氧;洞庭湖;水污染;植被覆盖度;遥感

中图分类号 X171  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）20-0134-06

Variation Characteristics of Dissolved Oxygen in Dongting Lake and Its Effect on Rice Coverage

PENG Meiling1 et al.

（1Northwest A & F University， Yangling 712100， China）

Abstract： From 2013 to 2018， the water quality of two lake sections in Dongting Lake was monitored weekly. The correlation and regression analysis of four water environmental quality indexes：pH， DO， CODMn and NH3-N were carried out， and the correlation between DO and the other three water quality indexes was obtained. The remote sensing images of vegetation coverage characteristics of Dongting Lake were drawn by GIS to study the coupling law between DO value level of Dongting Lake water body and nearby vegetation coverage rate. The result showed that：（1） The content of dissolved oxygen in Dongting Lake is low in summer （June–August） and high in winter （November–January of the next year）， and the seasonal variation is very obvious. （2） In terms of space， the dissolved oxygen content in West Dongting Lake is generally higher than that in East Dongting Lake， and the dissolved oxygen levels in different regions are quite different. （3） The dissolved oxygen content in Dongting Lake water was positively correlated with pH value in a certain range， and was significantly positively correlated with ammonia nitrogen content， and had no correlation with potassium permanganate index. （4） Dissolved oxygen in water has an impact on rice production and there is not a single positive correlation between them. When dissolved oxygen is about 9.8mg/L， the rice field coverage is the highest.

Key words： Dissolved oxygen; Dongting Lake;Water pollution;Vegetation coverage; Remote sensing

1 研究背景

洞庭湖是长江中游很重要的一个吞吐湖泊。作为中国第二大淡水湖，其湖区横跨湖南、湖北2省，位于荆江南岸，地理坐标为27°39′N～29°51′N、111°19′E～113°34′E，北连长江、南接湘江、资江、沅江、酆水四水，是一个过水性季节型湖泊。近年来，洞庭湖流域人口迅速增加，周边工农业、水产养殖业与时俱进的发展，长江上游大型水利工程不断地兴建，洞庭湖生态环境遭到了严重的破坏[1-4]，洞庭湖水體水质整体呈现恶化的趋势[5]，湖水污染愈发严重，水中DO值整体含量也随之产生变化。

溶解氧是水体通过和空气中的氧（O2）交换或者经过各种化学反应后溶解于水中的氧气[6]。DO值是洞庭湖水体中的主要水质指标之一，也是水体中动植物赖以生存的氧的来源。当溶解氧含量低于一定数值，就不再符合人类健康饮用水的标准，甚至会造成水中鱼类窒息死亡。当水中有各种还原性质的污染物时，DO含量就会降低[7]，而温度、含盐量和水深的增加也会导致DO的减少[8]。游健永[9]在叶绿素a与水质因子的多元分析中得出，溶解氧与水温有显著负相关关系;溶解氧与水中浮游生物的生长繁殖有着紧密关系[10]。已有研究[1]指出，在洪水期间，水中DO含量较低的原因主要是：许多动植物残骸随着洪水的冲刷留在了水中，然后通过氧化分解消耗大量的溶解氧，但人们对于洞庭湖溶解氧与水中其他成分之间的关系还有待探索。韩沁哲[11]等在洞庭湖区植被覆盖度下降的成因分析指出，近年来洞庭湖植被覆盖下降区集中在水田、人口密集区和湿地。洞庭湖流域盛产水稻，利用遥感数据得到洞庭湖水稻的分布规律，并将DO与洞庭湖中其他水质因子含量的时空变化规律进行相关性分析，从而能够得到DO变化的主要影响因素及其变化对洞庭湖植被覆盖度的影响。