衡水湖氮磷现状分布与成因分析

□丁二峰

衡水湖湿地属典型的内陆淡水湿地，也是华北地区唯一保持沼泽、水域、滩涂、草甸等完整生态系统的浅水型湿地湖泊。2003 年经国务院批准晋升为国家级自然保护区，其在保护珍稀鸟类和生物多样性、湿地生态系统研究、蓄水防汛抗旱、调节衡水湖周边小气候等方面发挥着重要作用。由于衡水湖常年依靠调水维持湖区水位，补充水量的同时也带来了不少营养物质，改变了湖泊原生植被的生境条件，导致衡水湖生物多样性减少、富营养化情况加剧等一系列环境问题，亟需对衡水湖的营养盐现状进行分析，这对衡水湖的保护及环境整治具有重要意义。

1.研究区概况

河北衡水湖国家级自然保护区位于河北省衡水市境内，地理位置在东经115°30′～115°40′，北纬37°33′～37°40′之间，湖泊总面积75.0km2。中湖大道将整个湖泊分为东、西两个湖区。东湖又被一条人工堤分为大库和小湖两部分，大库面积32.4km2，小湖面积10.1km2，设计库 容1.23 亿m3。大库现有水域平均水深普遍在1.5m~2.0m，小湖平均水深1.0m 左右，属浅水型湖泊。西湖总面积32.5km2，设计库容0.65亿m3，目前尚未蓄水，少部分区域以农作物种植、水产养殖、部分村企用地为主，其余大部分区域被杂草覆盖。

2.数据及方法

2.1 采样点布设

在衡水湖东湖大库开阔区设3 处站点，小湖湖心设1 处站点，于2021 年5 月—11 月、2022 年4 月，每 月 月 初 进行采样监测；在大库芦苇区和蒲草区各设3 处站点，小湖南关新闸东1 处站点，于2021 年5 月—9 月，每月月初进行采样监测。具体监测站点布设见图1。

图1 衡水湖监测站点分布

2.2 监测与分析

采样方式为人工手提式有机玻璃采样器，采集各站点水面下0.5m 处水样1L，置于干净的玻璃瓶中，加入固定剂带回实验室。采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮(TN)；采用钼酸铵分光光度法测定总磷(TP)。将检测数据与《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中相应参数的分类限值进行比较，确定水质类别。

3.结果与分析

3.1 水体总氮浓度时空变化及成因分析

总氮含量是衡量水质的重要指标之一，是水中各种含氮化合物的总和。包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨以及蛋白质、氨基酸等大部分有机含氮化合物。水中各类含氮化合物的浓度受水温、pH、氧化还原电位、气压等多种条件的影响，其总含量在一定程度上可以反映水体受营养物质污染的程度以及水体的自净能力大小。

通过对衡水湖各区域水体氮的浓度分析测试，结果发现大库水体TN 浓度除7 月、10 月处于Ⅳ类水，其他月份都可达到Ⅲ类标准。从趋势上来看，大库TN 浓度呈现出波动性变化。

由于底泥有机质及氮的含量较高，在4 月—7 月之间，随着温度的升高，湖底有机质降解导致了内源氮的释放，水体中的氮含量也逐步增高。另一方面，随着水温的升高，日照的增长，湖泊中的浮游植物开始大量繁殖，由于浮游植物具有一定的固氮作用，同样能够升高水体中总氮含量值。8 月—9 月份总氮含量水平趋于稳定，在年均值附近，至10 月TN 浓度再次上升，原因分析为：10 月份衡水湖区累计降水量126mm，属降水偏多月份，而大气降水、地表径流可造成水体氮含量明显升高，天气和水文要素的改变正适合蓝藻等浮游植物的生长，加之部分水生植物开始枯萎死亡，净化作用削弱，残体开始腐烂降解，进一步导致水体中总氮浓度显著高于其他月份。

小湖水体氮浓度总体上显著高于大库，基本处于Ⅳ类、V 类甚至劣V 类。从总氮变化趋势形态上看，小湖与大库的变化趋势相似，也呈现出夏秋季节含量高，冬春季节含量低的趋势，说明小湖总氮浓度也主要受到内源释放及浮游植物生长变化特性的影响。小湖平均水深比大库区更浅，受水动力作用影响大，可忽略上下层水质的差异。与大库相比，小湖7 月—10 月的总氮含量相对变化更为缓慢，而且浓度值相对较高，可能由于小湖水体含盐量高，与大库相比水体总的离子强度高，对部分离子浓度变化有更好的缓冲作用所致。

3.2 水体总磷浓度时空变化及成因分析

天然水体中的磷含量不高，因此磷是湖泊中主要限制性营养元素之一。当过多的磷排入水体将引起水体的富营养化，使藻类旺盛生长，从而破坏水体中的氧气平衡，导致水质的恶化；同时藻类的死亡将释放藻毒素等，将引起水体的进一步污染。

监测表明：衡水湖大库水体TP 浓度在夏季处于Ⅲ至Ⅳ类水标准限值附近，其他季节符合Ⅲ类水标准。从变化趋势上看，6 月～9 月份水体TP 浓度要高于其他月份，其原因可能是夏季水温较高，各种水生植物、动物新陈代谢快，底泥中的营养盐分加速释放等。此外，衡水湖的水源几乎全部依赖外部调水，统计近几年的引黄水质资料，总磷含量均值在0.13mg/L 左右，虽能满足地表水河流Ⅲ类水标准（0.2mg/L），但能不满足湖库标准（0.05mg/L），会造成湖区总磷含量累积升高，因此外源输入也可能是水体磷浓度升高的另一原因。在其他月份，大库春秋季TP 含量均能符合Ⅲ类水要求，甚至能够降到很低的水平（小于0.01mg/L）。在这期间受生物活动、水文条件动植物的新陈代谢较慢，死亡的浮游植物或水生植物、部分颗粒态磷及难溶态磷会逐渐下沉至水体底部，开始新一轮的磷循环。

从区域变化看，湿地区域（芦苇区、蒲草区）水体TP 浓度要略高于开阔水域。开阔区TP 均值0.055mg/L，湿地区TP 均值0.072mg/L。与总氮浓度变化原因相似，湿地区域内源较高可能导致内源释放加剧，水体磷浓度含量较高。由于水生植物的衰老退化，其对水质的净化作用明显降低，由此导致湿地区域大量通过内源释放出的磷无法被湿地植物快速吸收而溶解到水中，因此湿地区域水体TP 浓度显著高于开阔水域。

小湖水体磷浓度变化趋势与大库总体相近，且小湖水体磷浓度显著高于大库，大部分时间水体TP 处于Ⅴ类或劣Ⅴ类，在2021 年—2022 年整个监测周期内TP 均值为0.17mg/L，约为大库的2 倍。与大库不同的是小湖TP 含量最大值出现在7 月份。从季节变化上看，小湖水体夏季磷浓度的上升比大库更加剧烈，7 月份的小湖已处于较为严重的富营养状态，水体磷浓度高，适合藻类大量生长，主要原因可能为内源释放所致。小湖与大库有所不同的是，小湖水体磷浓度超出了调水河道水体磷浓度，而其他外源输入又较少，因此，内源释放应是小湖水体磷浓度升高，尤其是夏季磷浓度升高的主要因素。

4.结论

一是衡水湖湿地水质受总氮和总磷影响较大，其浓度呈现出夏秋季节含量高，冬春季节含量低的趋势。大库和小湖水体的营养盐成份主要受到引调水水质、内源释放及浮游植物生长变化特性的影响。

二是从空间上看大库水质比小湖要好，开阔区域水质比湿地区域要好，芦苇区与蒲草区的水质没有明显差别。

三是衡水湖水质受外来水质影响较大，引调水的同时，营养盐和部分生物会随之而来，改变了湿地原有植被的生境条件，也对衡水湖水环境质量产生了一定的影响。如何在衡水湖保护过程中，科学、合理的调节水位、水量、水质及水生态环境，是需要解决的重点难点问题。□