青海湖水体中磷的分布状况及特征

陈学民，王莉莉，韩冰，伏小勇

兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070

青海湖水体中磷的分布状况及特征

陈学民，王莉莉，韩冰，伏小勇

兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070

以青海湖水体11个采样点的75个水样为研究对象，测定水体总磷浓度和溶解性磷浓度，同时测定其他相关因子。结果表明:溶解性磷对总磷的贡献较低，但水中磷的形态较为复杂，溶解性磷并不是水中磷的主要形态。青海湖水中总磷浓度与pH、DO浓度、高锰酸盐指数具有显著负相关性，而与叶绿素a浓度、藻类生物量呈显著正相关;5月、7月和9月水体总磷浓度分别为0.039～0.320、0.067～0.197和0.037～0.080 mg/L;沙岛、江西沟码头采样点3个月(5月、7月和9月)间总磷浓度存在显著差异(P＜0.05);151码头、鸟岛、青海湖农场采样点9月与其他2个月(5月和7月)间总磷浓度存在显著差异(P＜0.05)，5月和7月间无显著差异;沙柳河采样点5月与其他2个月(7月和9月)间总磷浓度无显著差异，7月和9月间存在显著差异(P＜0.05);湖心3#、黑马河采样点5月与其他2个月(7月和9月)间总磷浓度存在显著差异(P＜0.05)，7月和9月间无显著差异;布哈河、湖心7#、泉吉河采样点3个月(5月、7月和9月)间总磷浓度无显著差异。

青海湖;总磷;溶解性磷;分布特征

研究认为，磷是湖泊生产力的限制性因子［1］，是影响水体富营养化的关键营养元素［2］，是水体富营养化的限制性元素之一［3］。湖水中磷的主要来源包括流域径流的输入、大气降水直接输入和沉积物向上覆水体的释放等［4］。湖泊营养物质的输入(氮磷等)主要归结于人类活动所造成的污染［5］。

青海湖地处青藏高原生态脆弱区。近年来，青海湖水位连年下降，流域面积逐渐缩小，并引发一系列的生态环境问题［6-8］。目前大多学者的研究主要集中在气候［9］、水量水位［6］、古生物［10-12］和湖泊面积变化等方面，鲜有对水质变化方面的研究。笔者通过对青海湖水质监测数据的分析，得出青海湖水中磷的分布特征及污染现状，以期为高原咸水湖泊环境保护及富营养化的防治提供依据。

1 概况与方法

1.1 概况

青海湖地处青藏高原东北部(36°15'N～38°20'N，97°50'E～101°20'E)，土地总面积29 661 km2;湖水面积4 400 km2，湖水容量7.39×1010m3;流域东西最长106 km，南北最宽63 km，周长约360 km;湖面海拔3 193.92 km;湖水最深处达26 m，平均深度21.7 m［13］。

青海湖地处东亚季风区、西北部干旱区和青藏高原高寒区的交汇地带，其气候类型为半干旱的温带大陆性气候。气温偏低，流域内年平均气温为-1.0～1.0℃，气温日差较大，垂直变化明显;四季多风，风力强劲，日照充足，太阳辐射强烈;降水稀少，流域年降水量平均值为326.8～500 mm，受地形和湖区影响，降水分布极不均匀，流域雨季为5月中旬—9月上旬，雨季降水量占全年降水量的77%～80%;常年蒸发量较大，达1 300～2 000 mm，蒸发是青海湖及其流域内水量的主要损失途径［13］。青海湖主要入湖河流有布哈河、沙柳河、泉吉河、哈尔盖河、甘子河、黑马河、吉尔孟河，多为季节性河流;布哈河入湖径流最大，约占入湖径流总量的60%［14］。

1.2 采样布点及采样时间

青海湖属于内陆湖泊，主要靠径流补给蒸发损耗。依据HJ/T 91—2002《地表水和污水检测技术规范》和《水和废水监测分析方法》(4版)，按照水体类别和功能选取11个点设置采样点［15-16］。在布哈河(5#)、沙柳河(9#)、泉吉河(10#)、黑马河(11#)入湖口500～1 000 m各设1个采样点，在湖心区设2个采样点(3#和7#)，在151码头(1#)、江西沟码头(4#)、鸟岛(6#)、青海湖农场(8#)、沙岛(2#)各设1个采样点，青海湖采样点分布如图1所示。

图1 青海湖采样点示意Fig.1 Location of sampling sites in Qinghai Lake

采样点上的取样原则:水深≤5 m，在水面下0.5 m处设1个取样点;5 m＜水深≤10 m，在水面下0.5 m及湖底以上0.5 m处各设1个取样点;水深＞10 m，在水面下0.5 m处，湖底以上0.5 m处和1/2水深处各设1个取样点。

青海湖每年1—3月约有90 d的冰封期，从青海省环境监测中心站2004—2006年对青海湖水质监测的结果看，青海湖水质全年变化较小，因此将采样时间选定在最易受外源影响的5月、7月和9月。

1.3 样品的采集与测定

2009年9月、2010年5月和2010年7月，于11个采样点分别取样，共计75个样品。样品加硫酸酸化，低温冷冻保存，并于24 h内分析样品的各项水质指标。总磷浓度采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定［16］;溶解性磷酸盐浓度采用钼锑抗分光光度法测定［16］;高锰酸盐指数采用碱性法测定［16］;藻类生物量采用长条计数法测定［16］;叶绿素a浓度采用荆红卫等［17］提出的测定方法;采样同时分别测定水温(水银精确温度计，刻度范围0～50℃)、电导率(便携式电导率仪，雷磁DDS-307)、溶解氧(便携式溶氧仪，雷磁JPSJ-605)及pH(便携式pH计，雷磁PHS-3C)。测定所用药剂均为分析纯。

1.4 数据分析方法

用SPSS 14.0软件对水中总磷浓度和溶解性磷浓度进行回归分析与线性拟合，各水质指标间相关性用Statistica 7.0统计软件计算。对各取样点进行单因素方差分析(ANOVA)，利用最小显著性差异(LSD)多重比较法在95%的置信区间进行分析。

2 结果与讨论

2.1 理化参数

青海湖水体各项水质指标与水深关系见图2。

图2 青海湖各项水质指标与水深关系Fig.2 Relationship between various water quality indexes and depth in Qinghai Lake

由图2可见，5月和7月水温随水深增加而降低，9月随水深增加无明显变化;5月、7月和9月水体DO浓度均为自水面向下逐渐降低;电导率随水深增加逐渐增大，其中5月相对最高、7月次之、9月相对最低;pH为9.05～9.20，各月间无显著变化规律。高锰酸盐指数5月较高(大于4 mg/L)、7月和9月较低(2～4 mg/L);叶绿素a浓度较小，5月相对最高、7月稍高、9月相对最低。图3为青海湖水藻类生物量与水深的关系。由图3可知，藻类生物量为7月显著高于5月，且随水深增加逐渐增大。

2.2 溶解性磷对总磷的贡献分析

图3 青海湖藻类生物量与水深关系Fig.3 Relationship between algal biomoss and depth in Qinghai Lake

总磷浓度与溶解性磷浓度的线性关系如图4所示。从图4可以看出，青海湖水中总磷浓度与溶解性磷浓度间不具有显著的线性关系(R2=0.081，P＜0.001)。溶解性磷浓度对总磷浓度的贡献较低，说明水中磷的形态较为复杂，溶解性磷并不是水中磷的主要形态。

图4 青海湖总磷浓度与溶解性磷浓度的关系Fig.4 Linear relationship between TP and solubility phosphorus content in Qinghai Lake

2.3 总磷影响因素分析

对青海湖水体的各项水质指标进行Pearson相关系数分析(表1)。从表1可以看出，青海湖水体中总磷浓度与叶绿素a浓度在0.05水平上呈显著正相关，而与藻类生物量在0.001水平上呈显著正相关。叶绿素a浓度可反映浮游植物数量，藻类生物量则反映浮游生物的数量。研究表明，藻类的生命活动与磷有非常密切的关系［18］，磷在湖水中主要受生物过程的影响，对湖水中浮游植物的影响较大。藻类对沉积物中磷的释放有促进作用，藻类生长的越多，磷释放的越多;反之，沉积物中磷的释放又进一步促进藻类的生长，二者相互促进［19］。另外，微生物活动有利于沉积物中的磷向水体释放［20］。总磷浓度与pH、高锰酸盐指数呈显著负相关(P＜0.001)，藻类生物量与pH、高锰酸盐指数也呈显著负相关(P＜0.001)，说明随着pH、高锰酸盐指数的升高，藻类生物量会降低，同时总磷浓度也会降低［19］。总磷与DO浓度在0.05水平上呈显著负相关，DO浓度越高，总磷浓度越低，说明好氧会抑制磷的释放［21］。

表1 青海湖水体指标Pearson相关系数Table 1 Pearson index of water indicators in Qinghai Lake

2.4 磷的时空分布特征及污染现状

2.4.1 水中总磷浓度时间分布特征

以各采样点水样各月总磷浓度平均值进行分析，并根据其差异性分类，结果如表2所示。由表2可知，5月水体总磷浓度为0.039～0.320 mg/L，均值为0.142 mg/L。分析得出，各采样点水体总磷浓度在0.05水平上存在显著差异性。其中鸟岛、青海湖农场和沙柳河采样点总磷浓度相对较高，分别为均值的2.25、1.82和1.43倍。沙岛采样点总磷浓度最低，为均值的27%。从采样点水体总磷浓度的分布来看，湖心3#的变异最为剧烈，变异系数为61.5%;沙柳河、黑马河、青海湖农场、江西沟码头、布哈河、151码头、湖心7#、泉吉河的变异次之，变异系数分别为 49.3%、45.5%、42.2%、34.4%、31.9%、25.6%、14.9%、10.9%;鸟岛和沙岛变异程度较小，变异系数在10%以下。

表2 青海湖水体总磷浓度Table 2 The content of TP in Qinghai Lake mg/L

7月水体总磷浓度为0.067～0.197 mg/L，均值为0.106 mg/L，各采样点水体总磷浓度在0.05水平上无差异性。

9月水中总磷浓度为0.037～0.080 mg/L，均值为0.049 mg/L。仅布哈河与其他采样点在0.05水平上存在显著差异，其余各采样点间无差异。布哈河表层湖水总磷浓度显著高于其余采样点，为平均浓度的2.37倍，结合《青海湖水环境质量检测报告(2004—2006年度)》监测数据可知，布哈河水温与青海湖水温相近，汇入湖中的河水无较大的搅动循环，布哈河入流可能是造成9月布哈河入湖口表层湖水磷浓度高于其他采样点的原因。

2.4.2 水中总磷浓度空间分布特征

将各采样点按3个月(5月、7月和9月)间总磷浓度的差异性分为五类:Ⅰ类采样点，3个月间总磷浓度在0.05水平上无显著差异;Ⅱ类采样点，5月与7月和9月间总磷浓度在0.05水平上存在显著差异，7月与9月间无显著差异;Ⅲ类采样点，7月和9月间总磷浓度在0.05水平上存在显著差异，5月与7月和9月间无显著差异;Ⅳ类采样点，9月与5月和7月间总磷浓度在0.05水平上存在显著差异，5月和7月间无显著差异;Ⅴ类采样点，3个月(5月、7月和9月)间总磷浓度在0.05水平上存在显著差异。由表2可知，Ⅰ类采样点包括布哈河、湖心7#、泉吉河，Ⅱ类采样点包括湖心3#、黑马河，Ⅲ类采样点包括沙柳河，Ⅳ类采样点包括151码头、鸟岛、青海湖农场，Ⅴ类采样点包括沙岛、江西沟码头。

3 结论

(1)青海湖水体中总磷浓度与溶解性磷浓度间不具有显著的线性关系(R2=0.081，P＜0.001)，表明溶解性磷对总磷的贡献较低，水中磷的形态较为复杂，溶解性磷并不是水中磷的主要形态。

(2)青海湖水体中总磷浓度与pH、DO浓度、高锰酸盐指数呈显著负相关，而与叶绿素a浓度、藻类生物量呈显著正相关。

(3)5月水体总磷浓度为0.039～0.320 mg/L，各采样点水体总磷浓度在0.05水平上存在显著差异;7月水体总磷浓度为0.067～0.197 mg/L，各采样点水体总磷浓度在0.05水平上无显著差异;9月水中总磷浓度为0.037～0.080 mg/L，仅布哈河入湖口表层湖水总磷浓度与其他样点相比存在显著差异(P＜0.05)，其余各采样点间无显著差异。

(4)布哈河、湖心7#、泉吉河采样点3个月(5月、7月和9月)间总磷浓度无显著差异，湖心3#、黑马河样点5月与其他2个月(7月和9月)间总磷浓度存在显著差异(P＜0.05)，7月和9月间无显著差异;沙柳河采样点5月与其他2个月(7月和9月)间总磷浓度无显著差异，7月和9月间存在显著差异(P＜0.05);151码头、鸟岛、青海湖农场采样点9月与其他2个月(5月和7月)间总磷浓度存在显著差异(P＜0.05)，5月和7月间无显著差异;沙岛、江西沟码头采样点3个月间总磷浓度存在显著差异(P ＜0.05)。

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Phosphorus Distribution Status and Characteristic in Qinghai Lake

CHEN Xue-min，WANG Li-li，HAN Bing，FU Xiao-yong
School of Environmental and Municipal Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China

Seventy-five samples by eleven vertical lines in Qinghai Lake were established to measure the total phosphorus(TP)，soluble phosphorus concentration in the water body and other relevant water quality factors.The results showed that the soluble phosphorus was not the primary forms of phosphorus among complex forms of total phosphorus in the lake.The concentration of TP displayed a significant negative correlation with pH，dissolved oxygen(DO)and permanganate index，while showing a significant positive correlation with chlorophyll-a and algal biomass.The range of TP concentration in the lake was from 0.039 to 0.320 mg/L in May，from 0.067 to 0.197 mg/L in July，and from 0.037 to 0.080 mg/L in September，respectively.There was a significant difference in TP concentration in May，July and September(P ＜0.05)in Sand Island and Jiangxigou Terminal sampling sites.The TP concentration in September showed a significant difference(P＜0.05)from that in May and July in 151 Terminal，Birds Island and Qinghai Lake Farm sampling sites.The TP concentration in May and July displayed no significant difference.In Shaliu River sampling site，the concentration of TP had no significant difference in May，July and September，but the TP concentration in July and September had a significant difference(P ＜ 0.05).Moreover，for Lake Center 3#and Heima River sampling sites，the concentration of TP existed a significant difference in May，July and September(P ＜ 0.05)，and the TP concentration in July and September had no significant difference.Furthermore，no significant difference of TP concentration was found in May，July and September in Buha River，Lake Center 7#and Quanji River sampling sites.

Qinghai Lake;TP;soluble phosphorus;distribution characteristic

X524

A

10.3969/j.issn.1674-991X.2012.04.045

1674-991X(2012)04-0290-06

2011-12-21

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07106-001-001)

陈学民(1960—)，女，教授，主要从事水污染控制工程、废水处理与资源化理论与技术研究，xueminch@sina.com