洱海流域水质时空变化特征-中国科学院水生生物研究所
洱海水体光学特性的季节变化及其影响因素分析
洱海水体光学特性的季节变化及其影响因素分析摆晓虎;曹特;倪乐意;张霄林;汤鑫【期刊名称】《水生态学杂志》【年(卷),期】2016(37)2【摘要】为了探究人类活动对洱海水体富营养化进程的影响,2014年4月、7月、11月和2015年1月在洱海全湖设置36个采样点进行采样监测,研究洱海光学衰减系数(K)、透明度(SD)、浊度(Turb)和叶绿素a(Chl-a)的季节变化规律及其相关性,并分析沉水植物分布对光学特性的影响,以期为洱海富营养化治理和控制提供基本数据支持。
结果表明,光学衰减系数的季节变化规律为春季(0.59 m-1)<冬季(0.68 m-1)<秋季(0.95 m-1)<夏季(1.05 m-1);叶绿素a含量与光学衰减系数的季节变化规律相同,为春季(5.24μg/L)<冬季(5.49μg/L)<秋季(12.33μg/L)<夏季(14.22μg/L);透明度季节变化规律为夏季(1.86 m)<秋季(2.28 m)<春季(3.00 m)<冬季(3.07 m);浊度季节变化规律是春季(32.50 mg/L)<冬季(32.52 mg/L)<秋季(32.64 mg/L)<夏季(32.70 mg/L)。
光学衰减系数与透明度、浊度和叶绿素a均呈显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.648、0.523和0.467;透明度与叶绿素a和浊度均呈显著负相关(P<0.01),相关系数分别为0.497和0.564;浊度与叶绿素a显著正相关(P<0.01),相关系数为0.241。
叶绿素a在一定程度上会影响光学衰减系数,但不是其主要影响因素。
在秋季和冬季,沉水植物区的水体光学衰减系数显著低于无沉水植物区(P<0.05),但这种差异在春季和夏季不显著(P>0.05)。
在一年中的各季节,沉水植物区与无沉水植物区的水体透明度和叶绿素a含量均无显著差异(P>0.05);沉水植物区的水体浊度显著低于无沉水植物区(P<0.01)。
洱海总有机碳的时空分布特征及其影响因素
环境科学导刊2221，44（1）CN54-1605/X ISSN1673-9655洱海总有机碳的时空分布特征及其影响因素黄明雨，窦嘉顺，杨四坤，高登成，张葵东，董琼蕃（大理州洱海湖泊研究院，云南大理671609）摘要：为研究洱海水体总有机碳（TOC）的空间分布特征，逐月调查了2218年5月—2216年2月洱海水体11个点位总有机碳含量，探讨TOC与环境因子（水温（WT）、pH值、透明度（SD）、溶解氧（DO）、COD ct、COD m/、总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH-N）、叶绿素n（Chia）、藻类细胞密度D）之间的关系。
结果表明：洱海TOC的浓度范围为3.04~10.83皿//3,年平均值为6.16±1.72m/L，夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）、春季（5—5月）TOC浓度呈现由大变小的趋势。
Pearson相关分析显示（e=132）：洱海TOC与COD Ct（e=0.913,卩<0.01）、WT（e=0.801，卩<0.01）、TP（e=0.730,p <0.01）、COD Mn（e=0.689,u<0.01）、NH3-N（e=0.615,u<0.01）、Chin（e=0.530,u<0.01）、TN （e=0.383,u<2-61）,D（e=0.341,u<2-61）之间均呈显著的正相关，与SD（=-0.654,卩<0.01）、DO（e=-0.461,p<0.01）呈显著负相关，与pH（e=0.188,p<0.05）相关性不显著。
洱海水体中的TOC含量是外源输入、内源产生、湖内迁移转化等多个过程动态平衡的结果，TOC浓度的时空分布也受到流域内降雨、农事活动、污水排放、施工、旅游活动、生物活动等的影响。
关键词：总有机碳；时空分布；影响因素；洱海中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1673-9655（2221）01-0017-080前言洱海（25°36‘~25°58'N,100°5'~100°18'E）位于云南省大理市境内，是云南省第二大淡水湖泊；形似人耳，南北长，东西窄；当水位1696m 时，湖面积252km2,南北长42.5km,平均水深10.5m,最深处达20.5m,最大湖宽84km,湖容量2&8亿m3,湖水不存在温跃层，上下温差小，冬季湖面无冰。
2015~2016年洱海水质参数季节性变化
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2017, 7(4), 297-308Published Online August 2017 in Hans. /journal/aephttps:///10.12677/aep.2017.74042The Seasonal Variations of the Water Quality of Erhai during 2015-2016Mengshu Zhu, Hucai Zhang*, Fengqin Chang, Huayong Li, Lizeng Duan, Hongwei Meng,Rongxin Bi, Zhiming LuKey Laboratory of Plateau Lake Ecology & Global Change, Yunnan Provincial Key Laboratory of Geographical Process and Environmental Change on the Plateau, College of Tourism and Geography Science, Yunnan Normal University, Kunming YunnanReceived: Jul. 12th, 2017; accepted: Jul. 29th, 2017; published: Aug. 1st, 2017AbstractAlong with the regional economic development and urban expansion in the Erhai drainage area, the water quality of Lake Erhai has been impacted strongly. To understand the water quality sta-tus and its change processes, we have monitored the lake water recently. The analyses results of the monitoring data show that the mixedness of lake water, which is affected by the strong wind and waves in the Lake Erhai, is the highest in the south of lake where with a shallow water depth, and is the lowest in central part of lake, while it shows a moderate situation in the north of the lake. As one of the typical plateau-type shallow lakes, there is no temperature stratification ob-served in Lake Erhai, but a weak mixing phenomenon between thermocline and epilimnion exist in the central and north part of the lake in July. The seasonal water temperature changes affect the distribution and content of chlorophyll-a, which is also affected by human activity induced nu-trient inputs, especially in the shallow area in south of the Lake Erhai, where is more sensitive to natural factors, such as wind velocity, direction and lake current. The dissolved oxygen (DO) con-tent is not only influenced by the algae in lake water, but also the discharge of rivers into the lake.Our monitoring data reveal a seasonal variation of the DO contents, and show a highest value in January high and a lowest value in July. At the same time, the pH value shows a distinguishable seasonal variation with a lowest value in January. As pH is very sensitive to the photosynthesis and respiration of aquatic animals and plants in the lake water, it varies from one area to another ab-ruptly in July. It has been noticed that a strong correlation exist between the chlorophyll-a content, DO and pH values in October. The seasonal change of turbidity is sensitive to water depth and zooplankton and phytoplankton amounts. The total contents of both Nitrogen (TN) and Phos-phorous (TP) reveal that Lake Erhai is approaching to the middle to middle-high eutrophication situation, and strong measurements to prevent the lake from further eutrophication is necessary.KeywordsErhai, Water Quality Parameters, Temperature, Wind-Wave Disturbance, Spatial Heterogeneity*通讯作者。
洱海湖滨带底泥氮、磷及有机质
洱海湖滨带底泥全氮、全磷及有机质空间分布特征摘要：研究了TN、TP和OM在洱海湖滨带底泥中的空间分布特征。
结果表明w（TN）、w（TP）、w（OM）均值分别为1832mg/kg、866mg/kg、17.0g/kg。
大湖湾及周边村落密集的湖滨区总氮、有机质含量较高，周边村落密集的湖滨区总磷含量较高。
洱海湖滨带沉积物污染层平均深度为14cm，湖湾及废弃鱼塘沉积物较厚，平均达107cm。
湖湾及废弃鱼塘区底泥在表层40cm范围内，总氮和有机质的累积约1.5倍、2倍，村落密集区湖滨带的沉积物在40cm范围内，总氮和有机质的累积近3.2倍和6.8倍。
关键词：洱海湖滨带底泥空间分布特征Spatial Distribution Characteristics of Organic Matters, Total Nitrogen and Total Phosphorus in Sediment of Lake Erhai's LakeshoreYin Yanzhen1,Wang Miao1,Zheng Zhao21.Danjiangkou reservoir area environmental monitoring station,Nanyang,4730002.Nanyang environmental monitoring station, Nanyang,473000Abstract:Spatial variations oftotal nitrogen(TN), total phosphorus(TP) and organic matters(OM) in sediment were investigated in lakeshore of Lake Erhai in 2009.The results showed that the surface sediments pollution are high that the mean value of w(TN),w(TP) and w(OM) (10cm)was 1832 mg/kg, 866 mg/kg and 17.0 g/kg.Sediments had high total nitrogen and organic matter concentration were mainly distributed in the large bays and the places closed tothe villages whilesediments has hightotal phosphorus concentration were mainly distributed in the places closed to villages. The results also showed that thickness of pollution sediments is thin which the mean thickness is only 14 cm. Sediments from the bay and abandoned fish pond has higher thickness pollution layer. The pollution layer reached 40cm mean value. Accumulation of total nitrogen and organic matter in 0- 40 cm depths sediments from the lake bay and abandoned fish ponds was about 1.5 times and 2 times, and it was nearly 3.2 times and 6.8 times respectively from the lakeshore surrounded by intensive villages .Keywords: Lake Erhai; Lakeshore;Sediment; Spatial distribution characteristics湖泊底泥不仅是水体营养盐的汇，一定条件下，还能再释放营养盐，从成为上覆水体富营养化的源。
洱海悬浮颗粒物时空分布特征及其环境学意义
洱海悬浮颗粒物时空分布特征及其环境学意义ZHANG Li;SHI Linglong;WANG Shengrui;ZHAO Haichao【摘要】水体ρ(SPM)(SPM表示悬浮颗粒物)是衡量水污染程度的指标之一,其在湖泊内源释放和水环境变化中扮演重要角色.通过采集不同季节、不同区域、不同水深的洱海SPM,研究其时空分布特征,并对其成因进行解析,从而阐明其对洱海水质的影响机制.结果表明:①ρ(SPM)的季节性变化趋势为夏季>秋季>冬季>春季,藻类生长是其夏季明显高于其他季节的主要原因,其空间分布规律为中部>北部≥南部,其垂向分布规律为表层>中层>底层.②水体ρ(SPM)与水中溶解性有机物浓度间的关系表明,上覆水中SPM的迁移转化是影响上覆水溶解性有机物的重要因素.③DON(溶解性有机氮)的Kd(分配系数)(lg Kd为6.12±0.47)高于TDN(溶解性总氮)(lg Kd为5.70±0.48),表明DON比TDN具有更高的颗粒反应性,DON可以很大程度上被浮游植物吸收利用,产生更高的ρ(SPM),使得湖泊存在富营养化的风险.研究显示,洱海水体ρ(SPM)受入湖河流和湿沉降的影响较小,受内源代谢影响较大,较高水温、较高pH(8.98)、较低ρ(DO)均是导致藻源性ρ(SPM)增大的原因.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2019(032)005【总页数】8页(P787-794)【关键词】悬浮颗粒物;时空分布;湖泊富营养化;氮【作者】ZHANG Li;SHI Linglong;WANG Shengrui;ZHAO Haichao【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】X524水体ρ(SPM)(SPM表示悬浮颗粒物)是衡量水污染程度的指标之一，在湖泊内源释放和水环境变化中扮演重要的角色[1-2]. 水体SPM具有十分广阔的微界面，可与营养盐相互作用并成为其载体，从而在很大程度上决定营养盐在水环境中的迁移转化和循环归宿[3-4]. 湖泊生态系统条件较为复杂，不同季节、不同区域水体理化条件差异较大，SPM的分布、形态、结构组成也不尽相同. 颗粒物的形态结构直接影响着其对污染物的吸附解吸、迁移输送等过程[5]，SPM组成成分已逐渐成为国内外研究热点. 国外学者分别对科威特海湾[6]、英吉利海峡[7]、莱茵河[8]、黑海[9]等地的SPM组成成分进行了研究，国内学者也分别对长江口[10]、太湖[11]、武汉东湖[12]等地的SPM组成特征进行了详细探索，发现SPM是一种非常复杂的非均质有机-无机复合体. 有机组分主要包括浮游动植物、微生物、活体和死亡生物体及其生物体碎屑、粪便等代谢物质，分析其组成成分主要为DOC (溶解性有机碳)、DON (可溶性有机氮)、碳水化合物、蛋白质、类脂物、核酸和ATP等；无机组分包括来自大陆的矿物碎屑、泥沙等. 毕玲玲[13]发现，SPM分布受水体环境因子的影响，即有机颗粒物分布与水体温度、pH之间具有明显的正相关关系，活体颗粒分布与温度、ρ(PO43--P)具有一定的正相关性. 综上，SPM组成差异较大且受环境因素影响较为明显. 目前，国内外更多地研究河流和海水中的SPM[14-15]，针对湖泊生态系统SPM的研究也多集中在颗粒物碳氮同位素以及颗粒物对重金属和有机污染物的吸附解析、迁移输送方面[14,16-17]，而相关颗粒物分布特征及其影响因素的研究尚缺乏深入探讨.洱海是云贵高原湖区第二大湖泊，水质较好，全年平均水质为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅱ～Ⅲ类，但在局部湖区时有藻类水华发生. 尤其是2003年发生的大面积水华，使得洱海水体浮游生物量达到最大值〔ρ(Chla)达22.8 μgL〕，之后虽ρ(TP)呈下降趋势，但ρ(TN)上升趋势仍较为明显[18-20]，氮逐渐成为水体营养水平的主要控制因子. 随着外源污染的综合治理，洱海内源释放对水体富营养化的贡献逐渐增大. SPM是湖泊生态系统重要组成部分，是水体氮、微生物蓄积库及栖息地，在湖泊内氮循环过程中扮演着重要的角色，对湖泊水体氮质量浓度变化有重要影响. 因此，该研究选择SPM为研究对象，针对颗粒物时空分布特征，对其成因进行解析，并阐明其对洱海水质的影响机制，这也是深入理解湖泊系统氮循环过程、进一步揭示湖泊富营养化内在机理、提出可行性治理策略的关键环节.1 材料与方法1.1 研究区域及样品采集洱海水下地形和污染特征地区分布差异性明显，洱海北部和南部水深较浅，有少量的植被分布，中部湖区水深较大，基本无水生植物生长. 最大水深(中部)为21.3 m (平均为10.6 m). 根据洱海水下地形和区域污染特征，该研究分别于2013年4月、7月和10月及2014年1月采集SPM样品，分别代表春季、夏季、秋季、冬季，沿水流方向由北向南选取了6个有代表性采样点作为研究对象(见图1). 其中，1号采样点(沙泙湾、罗时江入湖河口，泥沙量较大)与2号采样点(北部峡口处，水流较急)位于北部；3号采样点(水深最深处)与4号采样点(由于受到中南部湖底地形抬高形成环流)位于中部；5号采样点(水深较浅，原来水生植物茂盛现在已经退化)与6号采样点(南部出水口)位于南部.图1 洱海采样点分布Fig.1 Sampling position in Erhai Lake该研究分别于2013年4月、7月和10月及2014年1月采集水样，每个采样点在0.5 m以下每隔2 m采一层水样. 根据洱海入湖河流特征，主要入湖河流选取北部永安江、弥苴河、罗时江，中部苍山十八溪，南部波罗江和玉龙河等河流，每个采样月份的12日于入湖河口采集水样. 湿沉降采用自制开放式采雨器(SCJ-302基础型，青岛鲁海光电科技有限公司)，采样点位于大理市大理镇才村，周边以农业和旅游业为主，又与洱海相距甚近，对洱海的水质变化有直接影响，2013年4月—2014年1月每次降雨后采集雨水样品[21].所采集的水样和湿沉降样品过0.45 μm滤膜(Whatman GFF)，滤膜于-20 ℃下避光保存用于测量SPM质量，滤液装入聚乙烯瓶中冷藏，用于测定水体理化指标. 其中，试验用玻璃器皿用酸进行预处理，滤膜用超纯水清洗.1.2 理化指标测定ρ(SPM)测定采用GB 17378—2007《海洋监测规范》中的重量法测定；ρ(TN)和ρ(TDN)采用GB 11894—1989《碱性过硫酸钾氧化法》测定[22]；ρ(NH4+-N)采用纳氏试剂光度法测定；ρ(NO3--N)采用HJT 346—2007《盐酸-氨基磺酸紫外分光光度法》测定；ρ(DON)使用差减法测定，为ρ(TDN)与ρ(NH4+-N)和ρ(NO3--N)的差值；ρ(Chla)采用丙酮提取，紫外分光比色的方法测定[23]；ρ(DOC)通过TOC分析仪(Shimadzu TOC-5000,日本)测定；温度、pH和ρ(DO)采用YSI 600XL多参数分析仪(美国YSI公司)在现场测量. 每个样品测定3个平行样，取平均值.2 结果与讨论2.1 洱海水体ρ(SPM)时空变化特征2.1.1 季节性变化特征由图2可见，洱海水体ρ(SPM)季节性变化较为明显，全湖ρ(SPM)平均值季节性变化总趋势为夏季〔(5.408±0.861)mgL〕>秋季〔(4.919±0.728)mgL〕>冬季〔(3.267±0.471)mgL〕>春季〔(2.107±0.318)mgL〕. 洱海北部和中部ρ(SPM)季节性变化与全湖平均质量浓度季节性变化特征保持一致，即夏季ρ(SP M)明显高于其他季节. 洱海夏季水温〔(23.5±0.12)℃〕较高且稳定，光照时间和强度较其他季节有所增加. 洱海浮游植物丰度主要受微囊藻群体的影响，夏季微囊藻属最大相对丰度超过90%，并且伴有较高浮游动物密度. 因此，浮游植物(尤其是优势种微囊藻)的大量繁殖是洱海夏季ρ(SPM) 增大的主要原因. 南部与全湖不一致的地方在于秋季ρ(SPM)(5.239 mgL)较高，主要是因为在整体水流向南以及风力作用的双重影响下，夏季北部和中部生成的大量藻类汇集南部湖区，直接表现为秋季南部湖区ρ(Chla)明显增加，即水体ρ(SPM)遵循与ρ(Chla)相同的变化规律. 综上，洱海ρ(SPM)季节性变化特征受浮游植物生长的影响较大.浮游植物和水生植物大量死亡而产生的残体是秋季洱海SPM的主要来源. 冬季较低的水温使浮游植物和水生动植物活动较弱，并且使SPM溶解度降低，大粒径悬浮颗粒物在重力作用下有利于其向湖底沉积. 洱海属于兼有大陆性和海洋性一些特点的低纬度高原季风气候，冬季受大陆冷气团侵袭，盛行西南风且强度较大，其北部(平均值为3.96 m)和南部(平均值为7.35 m)水深较浅，湖底沉积物在风浪的搅动下易悬浮起来. 因此，冬季ρ(SPM)低值出现在中部湖区，为(3.13±1.10)mgL(见图2).洱海北部、中部、南部3个湖区之间ρ(SPM)不存在明显差异，说明外源河流带来的颗粒物负荷对其影响较小. 因此该研究认为，洱海ρ(SPM)的季节性变化主要受浮游植物生长影响，其次受外源污染物输入和风浪扰动的影响.图2 洱海各采样点ρ(SPM)季节性变化及上覆水ρ(Chla)变化Fig.2 Seasonal changes of suspended particle concentration at various sites in Erhai Lake and changes in Chla content in overlying water2.1.2 空间分布特征洱海全湖各采样点ρ(SPM)变化范围在0.7～15.2 mgL之间，平均值为3.93 mgL，总体呈南部、北部湖区小于中部湖区的分布趋势. 春季藻类还没有大量生长，是各采样点间水体ρ(SPM)差异较小的主要原因，其低值区主要分布在洱海北部湖区，这主要是因为北部水深较浅且分布有水生植物，水生植物对水体起着过滤、净化和抑制底泥上浮的作用[24]，有效降低了水体中ρ(SPM). 夏季降雨量增加，北部入湖河流携带大量泥沙，使北部湖区ρ(SPM)增加约65%. 倪兆奎等[25]通过稳定氮同位素示踪其来源，发现夏季北部入湖河流水体SPM中的氮主要来自土壤流失. ρ(SPM)最高值(6.56 mgL)出现在洱海中部(受外源污染较少)，但蛋白质类物质比北部和南部地区更多，主要来源于水体微生物活动和沉积物释放，尤其是在微生物活动和沉积物释放强度较大的夏季[26]. 南部湖区悬浮颗粒物主要源于该区域藻类残体. 2003年前南部湖区有丰富沉水植物，之后由于沉水植物退化，大量残体沉积，同时南部湖区水深较浅，易受水体扰动的影响[27]，使得在南部水深较浅处和出水口附近均有大量藻类残体和絮状悬浮物，水体SD(透明度)较低(<1.3 m). 2.1.3 垂向分布特征洱海ρ(SPM)垂向分布随着水体深度的增加总体呈下降趋势，即表层>中层>底层. 垂向分布规律与鄱阳湖刚好相反[28]，主要原因在于鄱阳湖是以吞吐流为主的高动态多泥沙的湖泊，重力作用下颗粒物向底部沉积；而洱海水动力较弱，SPM主要是浮游生物及水生植物残体，多集中在湖泊表层水体. 由图3可见，北部湖区ρ(SPM)峰值出现在2～4 m处，因为受入湖河流的影响，颗粒物主要以无机矿物为主. 中部湖区ρ(SPM)峰值在8 m处，中部湖区水深较深，受外源污染较小，其颗粒物的分布主要受内源影响. 洱海南部风浪较大，水体水深较浅，受沉积物再悬浮的影响，其最高值出现在底部. 因此，总体来看，垂向ρ(SPM)峰值由北向南呈下降趋势，说明洱海水体ρ(SPM) 由北向南由受外源影响到受内源影响再到受沉积物再悬浮影响.图3 洱海水体ρ(SPM)垂向分布Fig.3 Vertical distribution of suspended particulate concentration in Erhai Lake从分层特征来看，春季ρ(SPM)最低且垂向波动最小，主要是因为春季水温较低且水生动植物生长繁殖活动较弱. 夏季、秋季水温升高，ρ(SPM)垂向分布规律基本呈现先增后减的总体趋势. 此外，洱海藻类群落结构的垂直分布受光强差异的影响[29]，其种群数量随深度而明显下降. 冬季水温分层明显，致使北部和中部冬季SPM的分层也比其他3个季节明显.2.2 ρ(SPM)时空变化的成因分析2.2.1 外源输入对ρ(SPM)的影响洱海上覆水中ρ(SPM)分布一定程度上受其来源的影响，主要为外源性输入和内源代谢的共同作用. 外源性来源主要包括入湖河流带入水体的细颗粒泥沙和腐屑、湿沉降及风力作用带来的颗粒；内源性来源主要包括浮游动植物及其残体和风浪作用下底泥再悬浮. 由于采样点布设均是在湖泊主航道上，风力作用输入的颗粒物可以忽略不计. 因此，入湖河流ρ(SPM)与上覆水ρ(SPM)相当，并不会对上覆水ρ(SPM)产生影响. 此外，洱海入湖泥沙下沉速率较快，水体颗粒物主要为浮游动植物及代谢生成的小颗粒有机物质，表明洱海入湖河流携带颗粒物不是洱海SPM 的主要贡献源. 湿沉降ρ(SPM)平均值依次为冬季(4.7 mgL)>春季(1.67 mgL)>秋季(0.90 mgL)>夏季(0.41 mgL)(见表1)，除冬季外，其湿沉降ρ(SPM)均远低于洱海上覆水，且冬季降雨较少，经湖泊对其稀释作用之后，对洱海整体影响较小. 因此，表明外源输入对洱海ρ(SPM)影响较小.表1 洱海主要入湖河流和湿沉降中ρ(SPM)Table 1 Suspended particle concentration in rivers and wet depositions in Erhai Basin项目ρ(SPM)∕(mg∕L)春季夏季秋季冬季北部2.006.505.702.25入湖河流中部1.555.105.102.05南部1.755.804.103.45湿沉降1.170.410.904.702.2.2 ρ(SPM)时空变化特征的环境影响机制由于洱海SPM主要为内源产生，与藻类繁殖代谢有较大关系，受上覆水环境条件影响较大，因此对主要环境因子进行分析，建立其与洱海ρ(SPM)的关系是有效改善洱海水质、揭示其富营养化机制需要回答的关键问题.水温是湖泊上覆水重要因子，也是影响藻类生长繁殖的关键性因素. Patra等[30]对印度Chilika热带浅层泻湖研究表明，水温与ρ(SPM)呈正相关. 洱海藻类细胞密度随水深增加而降低，使藻细胞密度呈下降趋势. 由表2可见，洱海水温从春季到夏季增高了5.7 ℃，ρ(SPM)增大了3.31 mgL；从秋季到冬季，水温下降了8.5 ℃，ρ(SPM)降低了1.63 mgL，表明洱海ρ(SPM)在洱海中的季节性变化受水温调节，且SPM组成主要是藻类等浮游植物. 夏季持续高温还会加速地层水中有机质氧化分解，底层水ρ(DO)快速下降，最终导致界面处呈现缺氧区，促进沉积物-水界面氮循环，致使水中营养盐质量浓度升高，支撑部分湖区藻类出现暴发性增长，这也进一步证明了夏季ρ(SPM)峰值出现在洱海中部且ρ(DO)(5.8 mgL)较低的水深较深处.该研究中洱海ρ(DO)最低值〔(5.60±0.62)mgL〕出现在中部湖区，由于其水深较深，水体SD(<1.3 m)较低，光强削弱，用于光合作用的ρ(DO)减少，浮游植物和沉水植物死亡产生絮状悬浮物，导致水体中ρ(SPM)增加. 再者，颗粒物表面附着的微生物对有机物质的分解作用也会消耗水体中的部分DO，给藻类的生长环境带来不利影响. 秋季水体ρ(DO)〔(4.39～7.31)mgL〕普遍较低，已接近浮游藻类生存的下限〔ρ(DO)为5 mgL〕，其大量死亡产生的残体是秋季ρ(SPM)较大的主要原因.研究[31]表明，淡水中微囊藻最适pH为9.0，微囊藻密度变化是pH和Chla相互作用的结果，二者互为因果关系. 洱海藻类以微囊藻为优势种，夏季pH(平均值为8.98)最接近该最适值. 由于夏季藻类的光合作用耗损了水体自由态的CO2，从而使上覆水酸碱平衡系统被打破，当秋季pH下降0.5时，ρ(SPM)降低了11%. 2.3 洱海SPM环境学意义水体ρ(SPM)不仅与营养盐水平呈正相关，也与水体ρ(TN)呈正相关，是反映水体营养状态的一个参考指标. 以寡营养为主的美国和阿根廷65个湖泊中，ρ(SPM)平均值仅为1.00 mgL[32]；以富营养为主的欧洲86个浅水湖泊，ρ(SPM)平均值为7.3 mgL[32]；而丹麦15个高度富营养化的浅水湖泊ρ(SPM)平均值更高，达22 mgL[32]. 该研究中洱海水体中ρ(SPM)年均值为3.92 mgL，小于欧洲86个富营养型湖泊，但是夏季洱海中部ρ(SPM)接近7.3 mgL，说明洱海局部富营养化已经形成. 作为云贵高原典型农业区湖泊之一，外源氮主要来自北部和西部地区的农业、水产养殖和牲畜，尤其是20世纪70年代后期广泛使用人造氮肥，使洱海氮污染较为严重，成为藻类和细菌主要的营养源，湖泊生态系统和水质发生明显恶化[25]. 上覆水中SPM迁移转化是影响溶解性有机物重要因素, 水体颗粒物沉积过程中不断吸附和释放溶解性有机物，洱海水体ρ(SPM)与溶解性有机物间相关分析如表3所示. 从表3可以看出，秋季受外源和藻源双重影响，ρ(SPM)与ρ(DON)呈显著正相关，表明秋季洱海水体ρ(SPM)对溶解性有机物影响较大，随ρ(SPM)的增加ρ(DON)呈增加趋势. 垂向分布中，ρ(SPM)与ρ(DOP)呈极显著正相关(秋季)，与ρ(DOC)夏季呈显著正相关，与秋季呈显著负相关. 秋季洱海水体ρ(SPM)主要来源于藻类残体，对ρ(DOP)具有较强吸附作用. 随着SPM沉积，ρ(DOP)呈下降趋势. ρ(DOC)主要来源于颗粒物降解和浮游生物代谢，夏季ρ(SPM)主要来源于外源；另外，随外源污染物输入增加，洱海浮游生物活性增强，促进ρ(DOC)增加，秋季ρ(SPM)主要来源于藻类残体，对ρ(DOC)具有较强吸附作用. 因此，随ρ(SPM)的增加，ρ(DOC) 呈下降趋势.表2 洱海上覆水理化参数Table 2 Physical and chemical parameters in overlying water of Erhai Lake项目北部中部南部平均值±标准差范围平均值±标准差范围平均值±标准差范围春季1.99±0.171.70～2.202.44±0.9913.35～5.351.93±0.281.45～2.40ρ(SPM)∕(mg∕L)夏季6.12±1.613.15～9.905.62±0.963.80～7.004.69±0.962.90～6.00秋季4.48±1.003.46～6.204.97±0.673.50～6.705.21±0.663.95～6.25冬季3.53±1.031.50～5.153.14 ±1.101.45～6.453.25±0.212.80～3.65春季17.61±0.4317.10～18.5017.40±0.5016.70～18.7017.47±0.3517.00～18.20水温∕℃夏季23.10±0.4422.50～23.8023.66±0.3923.20～24.5022.30±0.3221.80～22.80秋季20.06±0.2319.80～20.6020.07±0.2119.80～20.7019.74±0.3419.30～20.50冬季1.93±0.3011.50～12.5011.64±0.2111.40～12.2010.65±0.759.60～11.60春季2.80±0.202.60～3.004.00±0.103.90～4.103.10±0.103.00～3.20SD∕m夏季2.25±0.052.20～2.302.10±0.102.00～2.202.20±0.102.10～2.30秋季1.35±0.051.30～1.401.38±0.081.30～1.451.65±0.151.50～1.80冬季2.05±0.251.80～2.303.15±0.252.90～3.402.100±0.002.10～2.10春季8.58±0.148.28～8.688.61±0.237.90～8.788.53±0.238.02～8.76pH夏季8.92±0.138.66～9.048.99±0.048.92～9.078.94±0.048.87～8.98秋季8.36±0.058.32～8.508.49±0.068.43～8.708.59±0.048.53～8.64冬季9.07±0.078.97～9.209.05±0.098.91～9.249.21±0.069.11～9.29春季6.99±0.685.65～8.007.12±0.825.44～8.267.82±0.167.47～8.00ρ(DO)∕(mg∕L)夏季6.97±0.845.49～8.297.56±0.407.05～8.396.83±0.725.50～8.08秋季6.69±0.356.09～7.315.60±0.624.39～6.536.54±0.286.02～6.94冬季8.11±0.167.92～8.448.28±0.108.06～8.448.69±0.188.39～9.01春季5.59±1.752.70～8.214.54±2.180.48～7.731.61±1.010.48～2.70ρ(Chla)∕(mg∕L)夏季19.70±0.339.78～31.3919.63±5.847.11～28.9310.83±2.677.01～14.70秋季13.94±1.6410.51～15.7516.65±4.099.21～26.3713.44±2.008.86～16.23冬季7.08±2.034.19～10.156.80±2.132.68～10.998.46±1.575.95～11.57表3 洱海上覆水不同季节ρ(SPM)与ρ(溶解性有机物)间的相关性分析Table 3Correlation analysis of particulate matter and dissolved organic matter in different seasons of the overlying water项目ρ(DOP)ρ(DON)ρ(DOC)春季夏季秋季冬季春季夏季秋季冬季春季夏季秋季冬季ρ(SPM)1)0.231 30.251 8-0.006 9 -0.182 0-0.531 90.014 40.777 0∗-0.592 5-0.442 4-0.022 5-0.511 50.220 6ρ(SPM)2)-0.288 20.066 10.722 0∗∗-0.033 8-0.058 7-0.171 20.314 80.113 70.121 90.646 4∗-0.575 5∗-0.258 4注： 1) 为区域分布； 2) 为垂向分布.为了进一步理解颗粒物对湖泊水体氮循环的影响，该研究探究了氮在水体溶解相和颗粒相之间的分配机制. Kd(分配系数)〔见式(1)〕已被广泛用于量化氮在溶解相和颗粒相之间的分配规律及其在水生系统中的反应性[33].Kd=Cp(Cd×W)(1)式中： Cp为ρ(颗粒态氮)，mgL；Cd为ρ(DON)、ρ(DIN)或ρ(TDN)，mgL；W 为ρ(SPM)，mgL；Kd为分配系数，Lmg.该研究中，DON的lg Kd(6.12±0.47)高于TDN的lg Kd(5.70±0.48)，表明与DIN相比，DON具有更高的颗粒反应性. lg Kd和ρ(SP M)之间存在显著相关性，DIN、DON和TDN的lg Kd分别随着ρ(SPM)增加而降低. 与DIN相比，DON 的lg Kd和ρ(SPM)之间的相关性更显著(P<0.001)，表明DON的颗粒反应性更大. 因此，颗粒物-水界面DON的分配和丰度方面在很大程度影响SPM(胶体和颗粒表面、浮游植物细胞)以及颗粒-颗粒相互作用过程(如凝结、絮凝和沉淀). 生物过程和微生物降解可能是调节DON丰度和分布的主要因素，同时，DON也可能积极参与颗粒和浮游植物细胞表面的吸附、解吸和分配，用于进一步的生物利用和转化，当DIN在天然水中受到限制，特别是在ρ(NH4-N)通常低于常规检测限的湖泊水域时，DON可以很大程度上被浮游植物吸收利用，产生更高的ρ(SPM)，使得湖泊存在富营养化的风险.3 结论a) ρ(SPM)空间分布规律为中部>北部≥南部，垂向分布规律为表层>中层>底层.夏季、秋季ρ(SPM)较高，主要受藻类生长影响；北部主要受入湖河流影响，中部湖区水体微生物活动和沉积物释放使其ρ(SPM)整体偏高，南部易受扰动及人类活动影响，在秋季出现峰值.b) 洱海水体ρ(SPM)受河流携带和湿沉降的影响较小，更多受内源代谢影响. 较高水温、较高pH、较低ρ(DO)均是导致藻源性ρ(SPM)增大的原因.c) DON的lg Kd(6.12±0.47)高于TDN的lg Kd(5.70±0.48)，表明与TDN相比，DON具有更高的颗粒反应性，当ρ(TDN)相对较低时，DON可以很大程度上被浮游植物吸收利用，产生更高的ρ(SPM)，对湖泊富营养化存在风险.参考文献( References)：【相关文献】[1] 秦伯强,范成新.大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模型探讨[J].中国环境科学,2002,22(2):150-153.QIN Boqiang,FAN Chengxin.Conceptual model of nutrient release from endogenouslarge-scale shallow lakes[J].China Environmental Science,2002,22(2):150-153.[2] TENGBERG A,ALMROTH E,HALL P.Resuspension and its effects on organic carbon recycling and nutrient exchange in coastal sediments:in situ measurements using new experimental technology[J].Journal of Experimental Marine Biology andEcology,2003,285:119-142.[3] 侯秀富,郭沛涌,张华想,等.水体SPM对斜生栅藻生理生化及光合活性的影响[J].环境科学学报,2013,33(5):1446-1457.HOU Xiufu,GUO Peiyong,ZHANG Huaxiang,et al.Effects of suspended particulate matteron physiological,biochemical and photosynthetic activities of Scenedesmusobliquus[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2013,33(5):1446-1457.[4] XIA X H,LIU T.Dissolved organic nitrogen transformation in river water:effects of suspended sediment and organic nitrogen concentration[J].Journal ofHydrology,2013,484:96-104.[5] FÖRSTNER U.Traceability of sediment analysis[J].Trends in AnalyticalChemistry,2014,23:217-236.[6] GHADBANA A,SMAMKAA E.Sources,distribution and composition of the suspended sediments,Kuwait Bay,Nohrtern Aibaina Gulf[J].Journal of Arid Environments,2005,60:647-666.[7] VELEGRAKISA F,MICHEL D,COLLINSM B,et al.Sources,sinks and resuspension of suspended particulate matter in the eastern English Channel[J].Continental Shelf Research,1999,19:1933-1957.[8] LARTIGESB S,DENEUX MS,VILLEMIN G,et position,structure and size distribution of suspended particulates from the Rhine river[J].Water Research,2001,35:808-816. 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基于GIS的洱海流域氮素时空分异特征及源结构解析
基于GIS的洱海流域氮素时空分异特征及源结构解析基于GIS的洱海流域氮素时空分异特征及源结构解析洱海是我国云南省的一座大型淡水湖泊，位于滇池和昆明湖之间，是中国南方地区最大的高原湖泊。
然而，由于农业生产、工业活动和城市化的快速发展，洱海流域的环境问题日益凸显，其中氮素污染是其面临的主要问题之一。
因此，对洱海流域的氮素时空分异特征及源结构进行解析，对于科学制定环境保护政策和水资源管理具有重要意义。
首先，我们需要通过GIS技术对洱海流域的氮素污染进行空间分布分析。
通过收集相关数据，包括地表水和地下水的氮素浓度、土壤中的氮素含量、降雨和气温等气候数据，我们可以利用GIS软件对这些数据进行可视化处理，揭示氮素污染的空间分布规律。
例如，可以在地图上标注洱海周边农田、城市和工业区的氮素污染情况，并查看这些污染源与洱海的距离，以及其对洱海水质的影响。
其次，我们需要进行洱海流域的氮素污染的时间分析。
通过收集不同时段的氮素浓度数据，了解氮素污染的季节性变化情况，例如农田农药的使用量和降雨量可能对氮素浓度有显著影响。
同时，我们还可以利用GIS软件分析氮素浓度与其他因素（如降雨量、土地利用类型等）之间的相关性，进一步研究影响氮素污染的主要因素。
在解析洱海流域氮素污染时，我们还需要对其源结构进行研究。
通过采集不同污染源的数据，包括城市生活废水、农田排水和工业废水等，我们可以利用GIS技术模拟这些污染源的扩散过程，评估其对洱海氮素污染的贡献程度。
同时，还可以利用GIS软件对不同污染源进行空间分析，研究其分布特征和与洱海的距离，为制定针对性的污染治理措施提供科学依据。
最后，我们需要将上述的分析结果进行综合，帮助制定环境保护政策和水资源管理措施。
通过将洱海流域的氮素污染情况与水生态环境指标、水资源利用情况等进行关联分析，可以为保护洱海的生态环境和实现水资源可持续利用提供建议和方案。
此外，还可以结合洱海流域的社会经济发展情况，综合考虑各方面因素，制定可行的环境保护政策。
洱海水环境历史变化规律探讨
ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ
１９９２—２００４年，洱海水质良好，污 染 物 浓 度 较低。２００２—２０１１年，总 氮、总 磷 指 标 值 升 高 较 快，高锰酸盐指数也迅速升高；第三阶段，总氮波 动性较大，总体处于Ⅲ类，总磷从 ２００３年后缓慢 下降，２０１１年 后， 总 氮、 总 磷 和 高 锰 酸 盐 指 数 等 污染物浓度有所下降，特别是总磷由 ＩＩＩ类水质标 准迅速下降至 ＩＩ类标准。
总体处于 ＩＩ类水平；２０００—２００７年，ＴＰ值升高使 总体处于 ＩＩＩ类水质水平；２００８年至今，ＴＰ值增 长趋势放缓，呈波动性稳定状态。
环境科学导刊 ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ ２０１８，３７（４）
ＣＮ５３－１２０５／Ｘ ＩＳＳＮ１６７３－９６５５
洱海水环境历史变化规律探讨
郭宏龙 （云南湖柏环保科技有限公司，云南 昆明 ６５０２２８）
摘 要：洱海营养状态一直保持在中营养程度，有逐渐过渡到初级富营养湖泊的趋势，总氮和有机物 的迅速增加是洱海富营养化的主要原因。总氮含量以每年 ００１ｍｇ／Ｌ的速度迅速增长；高锰酸盐指数以每 年 ００２ｍｇ／Ｌ的速度增长；总磷含量虽然变化不大，年平均浓度约 ００２ｍｇ／Ｌ，但仍为富营养化的限制指 标。如果总磷含量开始增加，在总氮和有机物含量高值背景下，富营养化将随总磷含量的增大迅速上升， 水质恶化不可挽回。
洱海位于中国云南省大理白族自治州，经纬度
洱海水动力特性与入湖污染物迁移扩散规律研究
剑川
鹤
庆
洪源县
宾 川
大理市 巍山 图 1 洱海流域水系及水质监测站点示意图
祥 云
弥渡
3 数据来源和研究方法
3.1 数据来源 水质数据主要来自大理白族自治州环境监测站、大理市环境监测站 2016、2018 年湖 区 17 个水质监测站点逐月水质监测资料和 2016、2018 年洱海主要入湖河流逐月水质监测资料，水质 指 标 主 要 包 括 化 学 需 氧 量（COD）、 高 锰 酸 盐 指 数（CODMn）、 总 磷（TP）、 总 氮（TN）、 氨 氮（NH3-N）、 透 明 度 和 叶 绿 素 等 。 水 量 数 据 主 要 来 自 于 大 理 白 族 自 治 州 水 文 水 资 源 局 编 制《洱 海 水 资 源 监 测 评 价 年
洱海水动力特性与入湖污染物迁移扩散规律研究
马 巍 1，周 云 2，苏建广 2，蒋汝成 2，胡新启 1
（1. 中国水利水电科学研究院 水生态环境所，北京 100038；2. 云南省水利水电勘测设计研究院 规划分院，云南 昆明 650021）
摘要：洱海是大理白族人民的母亲湖，具有浅水湖泊的水流特点。受风生湖流形态、环流结构及其空间分布差异
2 研究区概况
洱海地处云南省大理白族自治州中心地带，隶属澜沧江流域一级支流黑惠江的支流，是大理市 和 周 边 城 乡 居 民 生 产 生 活 用 水 的 供 给 源 地 。 洱 海 形 似 耳 状 ， 略 呈 狭 长 形 ， 南 北 长 42.5 km， 东 西 宽
收稿日期：2020-04-08；网络首发时间：2021-03-27 网 络 首 发 地 址 ： https：///kcm s/detail/11.5020.T V .20210325.1006.004.htm 基 金 项 目 ： 国 家 重 点 研 发 计 划（2 017Y F C 0505305） 作 者 简 介 ： 马 巍（1 976-）， 博 士 ， 正 高 级 工 程 师 ， 主 要 从 事 水 环 境 模 拟 、 水 生 态 修 复 与 调 控 研 究 。 E - m ail： 79658466@
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洱海流域水质时空变化特征
任 泽1，2 ，杨顺益1，2 ，汪兴中1，2 ，唐 涛1 ，蔡庆华1① （ 1. 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家
重点实验室，湖北 武汉 430072； 2. 中国科学院研究生院，北京 100049）
Spatial and Temporal Variation of Water Quality of Erhai Basin． REN Ze1，2 ，YANG Shun-yi1，2 ，WANG Xingzhong1，2 ，TANG Tao1 ，CAI Qing-hua1 （ 1． State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology，Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430072，China； 2． Graduate University of the Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China） Abstract： Based on the water quality survey of the Erhai basin in 2009，covering 62 sampling points，cluster analysis was done of the data for characterization of the spatial and temporal variation of water quality of the Erhai basin． Spatially，the sampling points were divided into 4 groups，that are，Group A1 ，source streams in the interference-free Cangshan forest； Group A2 ，upper and middle reaches of the streams and lakes in the farming areas and towns that are subjected to some extent of human interference； Group A3 ，lower reaches of the streams running through the farming areas and towns that are subjected to severe human interference； and Group A4 ，offshore of the Erhai Lake that is most seriously interfered by mankind． Discriminatory analysis （ DA） was used to identify significant indexes，and to reflect results of the spatial cluster analysis，and the results of the analysis show that the clustering reached 95. 2% in accuracy． By means of principal component analysis （ PCA） ，four groups of principal components were identified． Principal Component Group 1 included alkalinity，Ca2 + ，Mg2 + and hardness； Group 2，TP； Group 3，TN and NO3－ -N； and Group 4，DOC and TOC． Spatial differences were significant between these groups． On a time scale，Alk was higher in the wet season than in the dry season and Ca2 + the other way round． TP did not vary much，while TN in Group A1 and Group A3 was higher in the wet season than in the dry season． Key words： Erhai basin； spatial and temporal variations of water quality； principal component analysis； cluster analysis； discriminatory analysis
摘要： 依据 2009 年洱海流域 62 个样点的水质调查数据，应用聚类分析对洱海流域水质时空变化特征进行分析， 将样点在空间上分为 4 组，分别为无干扰的苍山林区源头溪流（ A1 ） 、受到一定程度人类干扰的流经农业区和城镇 区溪流的中上游段及湖泊（ A2 ） 、干扰较严重的流经农业区和城镇区溪流的下游段（ A3 ） 以及干扰最为严重的洱海 岸边带（ A4 ） ，判别分析结果表明聚类准确率达 95. 2% 。应用主成分分析方法得到影响洱海流域水质的 4 个主成 分为： 第 1 主成分，Alk、Ca2 + 、Mg2 + 、HS； 第 2 主成分，TP； 第 3 主成分，TN 和 NO3－ 显。在时间尺度上，Alk 表现为丰水期高于枯水期； Ca2 + 表现为枯水期高于丰水期； TP 没有表 现出明显的季节性变化规律； TN 在 A1 和 A3 组表现为丰水期高于枯水期。 关键词： 洱海流域； 水质时空变化； 主成分分析； 聚类分析； 判别分析 中图分类号： X131； Q178 文献标志码： A 文章编号： 1673 － 4831（ 2011） 04 － 0014 － 07