四川邛海水体氮、磷浓度时空分布特征及其生态环境响应研究

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.2.86

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (2): 495-505.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.86

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四川邛海水体氮、磷浓度时空分布特征及其生态环境响应研究

时瑶¹^,²(), 张雷¹^,², 秦延文¹^,²^,^*(), 马迎群¹^,², 杨晨晨¹^,², 刘志超¹^,², 竹怀林³

1.中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京 100012
2.中国环境科学研究院水生态环境研究所, 北京 100012
3.中国环境科学研究院环境技术工程有限公司, 北京 100012

收稿日期:2022-04-15 修回日期:2022-05-23 出版日期:2023-03-25 发布日期:2023-01-05
通讯作者: 秦延文
作者简介:时瑶(1982—),女,硕士,工程师,主要从事环境科学、地球化学方面的研究工作。E-mail: shiyao0204@163.com
基金资助:
国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07206-001-03)

Temporal and spatial distribution characteristics of nitrogen and phosphorous in the water of Qionghai Lake, Sichuan Province and their response to ecological environment

SHI Yao¹^,²(), ZHANG Lei¹^,², QIN Yanwen¹^,²^,^*(), MA Yingqun¹^,², YANG Chenchen¹^,², LIU Zhichao¹^,², ZHU Huailin³

1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012,China
2. Institute of Water Ecology and Environment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China
3. Environmental Technology Engineering Co., Ltd, China Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Received:2022-04-15 Revised:2022-05-23 Online:2023-03-25 Published:2023-01-05
Contact: QIN Yanwen

摘要/Abstract

摘要：

为探究邛海水体氮、磷污染特征,以邛海为研究对象,于2020年在邛海选取11个采样断面,对邛海水体中总氮、氨氮、总磷浓度的时空分布特征分别进行研究,探讨了氮、磷浓度与叶绿素a浓度的关系,并初步评价邛海水体富营养化状况,以期为加强邛海流域富营养化防治及保障饮用水安全提供科学依据。研究结果表明:邛海水体总氮浓度范围为0.315~0.500 mg·L^-1,平均值为0.399 mg·L^-1;氨氮浓度范围为0.063~0.171 mg·L^-1,平均值为0.098 mg·L^-1,两项指标均满足地表水Ⅱ类标准。总磷浓度范围为0.019~0.035 mg·L^-1,平均值为0.023 mg·L^-1,其平均值满足地表水湖库Ⅱ类标准。氮、磷浓度存在时空差异,总氮、氨氮和总磷浓度随时间变化明显,其浓度均表现为枯水期高于丰水期。空间上,总氮、氨氮和总磷空间分布规律相似,其高浓度主要集中在邛海西北部1号(海河口)和10号(高枧湾)断面附近,总体呈现东部低、西北部高的趋势。邛海水体氮磷比值平均值大小表现为枯水期高于丰水期,枯水期主要表现为磷限制状态,丰水期主要表现为氮、磷限制状态。邛海水体氮、磷浓度与叶绿素a浓度均呈显著的正相关关系,表明氮、磷浓度的增加会促进浮游藻类的生长。邛海水体富营养化评价结果显示,邛海全湖平均营养状态指数为38.011,整体均处于中营养状态,西北部水域营养状态指数较高,东部水域营养状态指数较低。

关键词: 邛海, 氮, 磷, 时空分布, 叶绿素a, 富营养化

Abstract:

The aim of this article was to explore the characteristics of nitrogen and phosphorus pollution in the Qionghai Lake. We analyzed the temporal and spatial distribution characteristics of TN, $NH 4 +$ -N and TP concentrations of water samples from 11 lake sampling sites in 2020. The relationships between nitrogen/phosphorus and chlorophyll-a concentrations were discussed, and the eutrophication status of the Qionghai Lake was evaluated in order to strengthen the prevention and control of lake eutrophication and ensure the safety of the lake water source. The results showed that TN concentrations ranged from 0.315-0.500 mg·L^-1, with a mean value of 0.399 mg·L^-1, and $NH 4 +$ -N concentrations ranged from 0.063-0.171 mg·L^-1, with a mean value of 0.098 mg·L^-1, both meeting the standard for grade Ⅱ surface water of lake and reservoir; while TP concentrations also met the standard, with a range of 0.019-0.035 mg·L^-1 and a mean value of 0.023 mg·L^-1. Both nitrogen and phosphorus concentrations in the Qionghai Lake show temporal and spatial differences: TN, $NH 4 +$ -N and TP concentrations varied significantly with time and were higher in dry season than in wet season; they have similar spatial distribution patterns, with high concentration areas mainly observed at station 1 (Haihekou) and 10 (Gaojian Bay) in the northwestern part of the lake, and were all higher in the northwest than in the east of the lake. The average TN/TP ratio was higher in the dry season, characterized by phosphorous limitation, than in the wet season, characterized by nitrogen and phosphorus limitation. TN, TP and $NH 4 +$ -N concentrations positively correlated with Chla concentration, indicating nitrogen and phosphorous could promote the algae growth. Evaluation of eutrophication in the Qionghai Lake showed that the average trophic status index (TSI) value for the lake was 38.011; and the study area was in a mesotrophic state as a whole, with a higher TSI value for the northwest and a lower TSI value for the east.

Key words: Qionghai Lake, nitrogen, phosphorus, temporal and spatial distribution, chlorophyll-a, eutrophication

中图分类号:

X141

时瑶, 张雷, 秦延文, 马迎群, 杨晨晨, 刘志超, 竹怀林. 四川邛海水体氮、磷浓度时空分布特征及其生态环境响应研究[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 495-505.

SHI Yao, ZHANG Lei, QIN Yanwen, MA Yingqun, YANG Chenchen, LIU Zhichao, ZHU Huailin. Temporal and spatial distribution characteristics of nitrogen and phosphorous in the water of Qionghai Lake, Sichuan Province and their response to ecological environment[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(2): 495-505.

图/表 12

表1 监测断面基本情况表

Table 1 Fundamental information of the sampling sites

编号	断面名称	经度/(°)	纬度/(°)
1	海河口	102.275 6	27.860 7
2	邛海宾馆	102.273 5	27.844 4
3	二水厂取水口	102.278 8	27.830 8
4	湖心	102.323 7	27.818 7
5	青龙寺	102.338 1	27.816 8
6	官坝河入湖口影响区	102.320 0	27.832 7
7	鹅掌河入湖口影响区	102.315 8	27.806 9
8	小青河入湖口影响区	102.337 2	27.802 4
9	小渔村	102.287 8	27.840 0
10	高枧湾	102.280 0	27.857 2
11	月亮湾	102.284 0	27.846 0

图1 监测断面分布示意

Fig.1 Distribution diagram of sampling sites

表2 中国湖泊部分参数与Chla的相关系数rij和 r i j 2值

Table 2 Correlations of rij, r i j 2 between some parameters and Chla in Chinese lakes

相关系数	Chla	TP	TN	SD	COD_Mn
r_ij	1	0.84	0.82	-0.83	0.83
$r i j 2$	1	0.705 6	0.672 4	0.688 9	0.688 9

表2 中国湖泊部分参数与Chla的相关系数rij和 r i j 2值

Table 2 Correlations of rij, r i j 2 between some parameters and Chla in Chinese lakes

相关系数	Chla	TP	TN	SD	COD_Mn
r_ij	1	0.84	0.82	-0.83	0.83
$r i j 2$	1	0.705 6	0.672 4	0.688 9	0.688 9

图2 邛海水体TN、 NH 4 +-N、TP浓度随时间变化黑色圆点代表水质参数的平均值;柱子代表水质参数的主要分布范围;星号代表最高值与最低值。

Fig.2 Temporal Variations of TN, NH 4 +-N, TP concentrations in Qionghai Lake

图3 2020年西昌月降雨量

Fig.3 Monthly rainfall in Xichang in 2020

表3 中国不同湖泊水体TN、 NH 4 +-N、TP平均浓度对比

Table 3 Comparison of the average concentrations of TN, NH 4 +-N and TP in different lakes in China

湖泊名称	TN浓度/ (mg·L^-1)	$NH 4 +$ -N浓度/ (mg·L^-1)	TP浓度/ (mg·L^-1)	文献
洞庭湖	1.83	0.26	0.081	[25]
太湖	1.80	—	0.06	[26]
鄱阳湖	1.23	—	0.062	[27]
汉丰湖	1.519	0.09	0.176	[28]
岱海	3.93	0.21	0.111	[29]
洱海	0.62	—	0.03	[30]
滇池	2.37	0.38	0.29	[31]
邛海	0.399	0.098	0.023	本研究

表3 中国不同湖泊水体TN、 NH 4 +-N、TP平均浓度对比

Table 3 Comparison of the average concentrations of TN, NH 4 +-N and TP in different lakes in China

湖泊名称	TN浓度/ (mg·L^-1)	$NH 4 +$ -N浓度/ (mg·L^-1)	TP浓度/ (mg·L^-1)	文献
洞庭湖	1.83	0.26	0.081	[25]
太湖	1.80	—	0.06	[26]
鄱阳湖	1.23	—	0.062	[27]
汉丰湖	1.519	0.09	0.176	[28]
岱海	3.93	0.21	0.111	[29]
洱海	0.62	—	0.03	[30]
滇池	2.37	0.38	0.29	[31]
邛海	0.399	0.098	0.023	本研究

图4 邛海水体TN、 NH 4 +-N和TP浓度空间分布 TN、 NH 4 +-N和TP浓度单位:mg·L-1。

Fig.4 Spatial distribution of TN、 NH 4 +-N and TP concentrations in water of Qionghai Lake

图5 邛海水体TN/TP值变化特征

Fig.5 Variation characteristics of TN/TP ratio in Qionghai Lake

表4 邛海水体氮、磷浓度与Chla浓度相关性分析

Table 4 Pearson coefficients between TN, NH 4 +-N, TP and Chla in Qionghai Lake

水期	指标	Chla	TN	$NH 4 +$ -N	TP
枯水期	Chla	1
	TN	0.741^**	1
	$NH 4 +$ -N	0.688^*	0.494	1
	TP	0.960^**	0.700^*	0.634^*	1
丰水期	Chla	1
	TN	0.910^**	1
	$NH 4 +$ -N	0.926^**	0.962^**	1
	TP	0.988^*	0.955^**	0.955^**	1

表4 邛海水体氮、磷浓度与Chla浓度相关性分析

Table 4 Pearson coefficients between TN, NH 4 +-N, TP and Chla in Qionghai Lake

水期	指标	Chla	TN	$NH 4 +$ -N	TP
枯水期	Chla	1
	TN	0.741^**	1
	$NH 4 +$ -N	0.688^*	0.494	1
	TP	0.960^**	0.700^*	0.634^*	1
丰水期	Chla	1
	TN	0.910^**	1
	$NH 4 +$ -N	0.926^**	0.962^**	1
	TP	0.988^*	0.955^**	0.955^**	1

图6 枯水期Chla与TN、 NH 4 +-N和TP回归分析

Fig.6 Regression models between Chla concentration and TN, NH 4 +-N,TP during dry periods

图7 丰水期Chla与TN、 NH 4 +-N和TP回归分析

Fig.7 Regression models between Chla concentration and TN, NH 4 +-N,TP during wet periods

表5 邛海水体富营养状况指数变化

Table 5 Changes of eutrophication index in Qionghai Lake

断面编号	营养状态指数值	富营养化状态	断面编号	营养状态指数值	富营养化状态
1	46.230	中营养	7	36.221	中营养
2	38.530	中营养	8	34.847	中营养
3	34.838	中营养	9	36.809	中营养
4	33.761	中营养	10	49.036	中营养
5	33.836	中营养	11	37.633	中营养
6	36.383	中营养

参考文献 39

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四川邛海水体氮、磷浓度时空分布特征及其生态环境响应研究

Temporal and spatial distribution characteristics of nitrogen and phosphorous in the water of Qionghai Lake, Sichuan Province and their response to ecological environment

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