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user: 3. 结果分析与讨论 3.1. 水质参数的变化特征 3.1.1. 水温变化特征 1) 水温垂直变化特征 从2015年10月~2016年10月水温的垂直变化(图2)中可以看出，杞麓湖各监测点水温变化与季节变化基本同步。就所监测的时间段而言，最低温度出现在1月，水温稳定在12˚C左右。进入5月各监测点水温呈现明显上升趋势，但水温在水平方向上存在不均匀性，整体趋势呈现湖心高边缘低的特点。6月杞麓湖整体平均水温最高，稳定在22˚C~25˚C之间。10月水温有所降低，稳定在20˚C左右。在垂直剖面上，由于湖水较浅，整体而言随着深度的增加水温没有明显的变化。 2) 水温与气温和降水的变化特征 杞麓湖属高原浅水湖泊，水温与气温、降水变化规律较为一致。从图3可以看出，监测时段内水温随气温变化基本同步，没有明显的滞后效应，各时期水温均略高于气温，这一点在2015年10月与2016年1月较为明显。降水集中在每年6~10月，受降水影响气温变化显著。 3.1.2. 叶绿素-a垂直变化特征 叶绿素a(Chl-a)是浮游植物生物体的重要组成成分之一，Chl-a含量的高低是评价浮游植物生物量和现存量的重要指标。从图4中可以看出，杞麓湖各监测点叶绿素浓度在10月、5月和6月含量均存在差 图2. 杞麓湖水温垂直季节变化 图3. 2015年10月至2016年10月杞麓湖降水量、气温、水温变化 异，整体上来看，叶绿素浓度在水平空间上有从湖周向湖中心递减的趋势，在5月份这一表现最为明显。1月各点无明显差异，表明湖泊在冬季完全混合。杞麓湖叶绿素浓度在水平空间上的变化与秦洁、吴献花 [ 12 ] 等对叶绿素a时空变化特征研究中所得出的结论相一致。垂直剖面上，1月、5月、6月和10月各点叶绿素a浓度均表现为随着深度的增加，叶绿素a浓度不断增高。 3.1.3. 溶解氧垂直变化特征 溶解氧是对湖泊生态系统具有重要影响的关键性因素，是水体能否保持生态平衡的重要指标，与其他参数相比，溶解氧更能反映水生生态系统中的新陈代谢情况 [ 5 ] 。从图5中溶解氧垂直变化可以看出，除6月外，杞麓湖溶解氧浓度值大小在其他季节差异不大，但垂直变化有一定区别。空间上，1月各监测点溶解氧没有明显差异，而在5月、6月、10月存在一定差异。总体而言，溶解氧浓度在5月、6月、10月均呈现湖心处高，湖滨低的特征。这一点对于理解杞麓湖溶解氧空间分布、变化及其与其它参数之间的相关关系十分重要，今后应加强这方面的监测。在垂直剖面上，1月各点溶解氧浓度仅在底层出现降低，其他时段各点总体呈随深度增加溶解氧减少的变化趋势。5月各点存在溶解氧在1米深处达到最大值的情况，然后随深度增加而减少，6月、10月各点溶解氧浓度随深度增加不断降低。整个监测时段内，6月整个水体溶解氧浓度低于其他月份。而根据2016年10月监测数据来看，该时期各点溶解氧浓度垂直上都表现为表层水体过高而后迅速降低，底层水体溶解氧浓度不到4 mg/L，这与监测时段内其他时期水体溶解氧浓度变化存在差异。 3.1.4. pH垂直变化特征 pH是控制沉积物P循环和湖泊富营养化的重要因素，水体中游离的CO 2 和 离子对pH浓度变化有很大影响。监测结果显示，杞麓湖水体pH变化范围在7.6~8.8之间，各点在不同季节pH变化各异。其中1月各点水平空间没有明显差异，而在5月、6月、10月各点差异较为明显。除去污染较为严重的测点5，整个湖区pH变化呈由东部湖区向西部递减、由湖心向湖滨下降的变化特点，这可能与湖泊西部 图4. 杞麓湖叶绿素a垂直季节变化 图5. 杞麓湖溶解氧垂直季节变化 有主要河流淡水注入的影响有关。垂直剖面上，除1月各点pH随深度没有明显变化，其它时期水体pH均表现为随深度增加下降的特点。 3.1.5. 浊度垂直变化特征 整体上来看，杞麓湖浊度季节变化较为明显，监测时间段内，随时间、季节变化，表现为水体浊度呈不断上升趋势，这一趋势在5、6月表现较为明显。杞麓湖水体的浊度10月、1月和5月垂直剖面上变化不大，6月各点浊度随深度增加而降低。除6月外，浊度在水平空间上没有明显差异。 3.2. 讨论 杞麓湖水体污染严重，长期处于劣V类，富营养程度为中度~重度富营养 [ 14 ] 。杞麓湖处于流域最低位置，是流域一切污染物的积聚地，社会经济活动加剧了湖泊生态系统脆弱性 [ 15 ] 。杞麓湖流域有红旗河、中河、者湾河和大新河及十余条季节性河流，流域内最主要的土地利用方式是农田，多数居民沿河而居产生大量生活污水。杞麓湖流域工业企业多，主要分布在杞麓湖的南岸的秀山镇、杨广镇和北岸的纳古镇 [ 16 ] 。进入夏季，降雨量增多大量的化肥及生活污水经河流携带汇入湖中，绝大部分污染物滞留在湖内，造成湖泊生态系统循环失衡。 从监测时段内杞麓湖水温的变化特征来看，水温变化具有很强的季节性，随着季节变化也呈现出相应的变化。从图6中我们可以看出，与深水湖相比，水位很浅的杞麓湖在垂直剖面上并未出现明显水温分层现象。进入5月气温开始升高，垂直剖面上各监测点在1~2 m处水温略降低。表层水体与空气热量交换密切，温度的升高使表层水密度降低，出现微弱的重力分层，一定程度上阻碍了热量向下传递，如果出现无风、晴朗天气，水体垂直方向上就可能出现短暂的温度差异。杞麓湖湖盆西部较浅，东部较深，在浅水地区水体应更容易受风力扰动而容易发生混合，致使表层水温相比略低于湖心深水区域。根据对 图6. 杞麓湖pH垂直季节变化 杞麓湖5月的监测数据来看，水平空间上，各点温度差异基本符合这一情况，而在6月湖泊水平空间温度差异并不明显。 杞麓湖为典型高原浅水湖泊，受人类活动强烈干扰，湖泊面积不断缩小、水位断崖式下降，蓄水量减少。由于湖水不存在温度分层现象，热量在湖水中传递较为迅速，因而水温受气温变化反应敏感，温度变化不存在滞后现象，这一点与云贵高原深水湖库变化特征存在一定差异。杞麓湖流域属中亚热带半湿润季风气候，雨季降水引起的气温暂时性降低现象明显，水汽的降落、蒸发使气温短时期降低，因而监测时段内大范围降雨后出现气温低于水温的现象，这一特征在2015年10月较为显著(图7)。通海县气象站点位于县城西南端，海拔高出湖面近150 m，盆地作用及海拔高度差是湖水温度略高于气象站点温度的主要原因。进入冬季，气温的降低使湖泊所累积的热量不断散失，湖泊作为热库对调节流域气候，对维系周围地区适宜温度起到了至关重要的作用。湖泊面积的缩小，蓄水量的减弱，将使湖泊气候调节功能逐渐丧失，对当地人民的生活环境产生重要影响。 杞麓湖旱季和雨季排水主要污染物浓度差异不大 [ 17 ] ，因而温度对湖泊水生生物生长具有决定作用。从表1中5月TP、TN监测数据可以看出，这一时期杞麓湖水体TP、TN处于较高水平(尤其是TP)。N、P是浮游植物生长的必需元素，杞麓湖的主要四条入湖河流(红旗河、中河、大新河、者湾河)均为V类，TN与TP的现状年入湖量已经超出杞麓湖V类水的水环境承载能力 [ 18 ] 。杞麓湖西南部区域为流域内主要的蔬菜种植地和农庄的汇集区，湖周的村庄大多与湖滨农业排涝区相连，农业废水及生活污水直接通过汞站抽入湖泊 [ 17 ] 。对杞麓湖而言，夏季降雨量增加，大量的化肥经雨水冲刷随农田径流进入到杞麓湖中使水中N、P浓度不断增加。藻类生长的适宜水温条件为20˚C~30˚C，合适的水温促进藻类生长，为夏季蓝藻爆发创造了有利条件 [ 19 ] 。在图8蓝绿藻细胞密度变化中可以看出，藻类在6月大量繁殖。这与夏季到来温度升高、降水增加、农业排放集中相对应。 图7. 杞麓湖浊度垂直季节变化 Table 1 Vertical monitoring datas of TP， TN in Lake Qilu May 29， 201 采样点 TP (mg/L) 0 m 1 m 2 m 3 m 4 m 1 0.615 0.519 0.688 0.572 0.645 3 0.552 0.630 0.654 0.611 0.526 4 0.547 0.517 0.610 0.549 - 采样点 TN (mg/L) 0 m 1 m 2 m 3 m 4 m 1 2.81 2.89 3.16 2.85 2.80 3 2.65 2.85 2.78 2.77 2.76 4 2.90 2.89 2.59 2.86 - 表1. 2016年5月29日杞麓湖TP、TN垂直监测数据 叶绿素a是浮游植物生物体的重要组成成分之一，在淡水湖泊中，影响Chl-a含量因素众多，如气象条件、水动力条件及营养盐等 [ 15 ] 。从四个月的监测结果来看，2015年10月、2016年10月各点差异不大、垂直变化趋势基本相同；1月由于湖泊完全混合，浓度基本一致；5月点1和点4叶绿素浓度变化较大整体偏高，点1、点4靠近湖滨带是污染物的主要汇集区，N、P和有机物等含量高会促进水生植物的快速生长，同时在适温范围内随着水温的升高，浮游植物的光合作用加强也会加速其生长使叶绿素a浓度升高。垂直剖面上，在监测时间段内整体上各监测点在0~1 m处叶绿素a浓度都有增加的趋势，这可能是由于光照强烈抑制表层水体浮游植物的生长。6月各点差异相对较小，不同区域叶绿素浓度垂直变化较一致，除点4外，各点温度与叶绿素a浓度变化呈显著负相关(α < 0.01)，点4相关性较小(α = 0.1)也呈负相关关系，过高的温度或太阳辐射会使植物光合作用减弱，从而对浮游植物的生长繁殖产生抑制作用，这是夏季表层水体叶绿素a浓度随深度增加而增加的另一个原因。 水体溶解氧是水质重要指标之一，也是水体净化的重要因素之一。溶解氧高有利于水体中各类污染物的降解从而使水体较快得以净化，反之溶解氧低水体中污染物降解较慢。水体中的溶解氧主要来自水生植物的光合作用，其次是空气的溶氧。上层水体浮游植物光合作用以及水–气界面氧交换导致上层水体溶解氧含量升高，气压的变化也会导致氧气的溶解度高低变化。蓝藻大量暴发会消耗大量溶解氧，使水体透明度降低，某些藻类甚至产生有毒有害物质，影响其他水生生物的生长和繁殖，破坏水域生态系统的动态平衡 [ 20 ] 。在藻类大量繁殖的季节，水体表层因水生植物光合作用所产生的溶解氧过饱和，而深层水因藻类死亡好氧所致的缺氧状态是富营养化湖泊的典型征兆 [ 21 ] 。从图5可以看出整体上五个月份各点溶解氧随深度的增加有降低的趋势。1月处于冬季，太阳辐射量减弱，气温低，湖水上下层充分混合，溶解氧含量普遍较高。5月进入雨季，在温度升高与降水集中的条件下，藻类大量繁殖会遮盖在水体表面，降低了水气间的交换能力，同时阻碍了光线向下传播，影响水下植物光合作用。随着深度的增加藻类光合作用减弱，氧气浓度逐渐降低 [ 22 ] 。此外，底泥和悬浮物的好氧过程有机物降解和生物呼吸会也会导致底层水体溶解氧大量消耗。低氧的环境在一定程度上会促进P的释放，进一步促进藻类的生长 [ 23 ] 。6月整个水体溶解氧浓度水平低，在底层局部水体出现厌氧环境，这在湖滨处表现更为明显，笔者认为有机污染物的分解和底泥扩散消耗水体溶解氧是造成该现象的主要原因，藻类活动对水生植物光合作用的影响也是导致6月底层局部水体出现厌氧环境的另一因素。有机物的分解和水生植物光合作用的减弱以及水体的不完全混合，是造成2015年10月水体溶解氧分布特征的主要原因，从2016年10月溶解氧特征来看，该时段溶解氧浓度表现为典型的表层水体过饱和而底层水体处于厌氧的状态。由此可以判断 图8. 杞麓湖藻蓝蛋白密度季节变化 自2015年10月至2016年10月为期一年监测时段内，由溶解氧所表征的湖泊水体水质处于不断恶化的状况。 pH主要是与藻类生长过程中的光合作用以及有机物的有氧分解相关，与溶解氧关系密切。藻类光合作用会消耗水中CO 2 使pH升高，水体pH > 8时会促进蓝藻的生长，杞麓湖是典型的蓝-绿藻型湖泊，优势类群为蓝藻门 [ 24 ] [ 25 ] 。从图6中可以看出5月各监测点pH值差异较大，东部湖区高于西南部湖区，可能是由于5月西岸、南岸农业生产区向湖泊中排放的污染物增多，有机污染物的分解使湖区水体pH降低。杞麓湖湖水pH值在监测的时段内均呈现碱性，水体表层各监测点pH均达到8以上。垂直剖面上，各监测点pH随着深度的增加逐渐降低，这与水生生物死亡后沉底腐烂分解有关。在监测时段内，水体pH与溶解氧浓度具有较高相关性(α < 0.1)，在5月、6月呈显著正相关(α < 0.01)。张军莉等 [ 17 ] 研究表明，除富营养化之外，有机污染也是造成杞麓湖水质恶化的重要因素。大量有机污染物的输入、沉淀以及分解是导致杞麓湖底层水体溶解氧大量消耗、pH降低的主要原因，表层水体则受藻类光合作用pH处于较高的水平，这一现象在2016年5月、6月、10月监测数据中表现更为明显。与2015年10月监测数据对比可以看出，2016年10月湖泊表层水体pH高于前一年水平，而随着水深增加pH降低幅度也较为明显，说明藻类活动强度、有机物的分解不断增加，水质变差，除此之外，底泥中P的释放与底泥中有机物的分解会随温度的升高加速，温度变化对水体pH也有一定影响。 浊度是对水中含有悬浮及胶体状态颗粒导致水体产生浑浊的现象的描述。对于杞麓湖而言，水体中浊度的变化与水中藻类的数量和收纳的污染物含量有密切关系。从4个月的监测数据来看随着气温的回升浊度开始变大，浊度变化较大在6月，杞麓湖各监测点浊度差异较明显且随着深度的增加浊度差异变小。藻类爆发与农业污染的加剧是浊度变化的主要原因，除此之外，湖水扰动底泥的释放也可能致使水体浊度增加。 王庭键 [ 26 ] 等研究表明，好氧环境会抑制磷的释放，而在厌氧环境下则会促进底泥中磷的释放。吴献花 [ 27 ] 等通过对杞麓湖表层底泥营养盐分析得出，杞麓湖表层底质污染严重，全部为严重污染状态，冬季高于夏季。由于温度低、溶解氧浓度较高、藻类、浮游植物等生物活性低，加之人类活动相较夏季有所减弱，冬季营养盐更易于沉积而不易扩散，外源输入的污染物更多沉积于湖底，因而底质污染较夏季严重，而水质好于夏季。夏季低溶解氧、水生生物及人类活动等因素，外源输入增大同时又会促进底泥的释放，使水体浊度上升。根据表1数据得出，各点TN平均浓度约为2.83 mg/L、TP平均浓度约为0.60 mg/L，氮磷比为4.7:1，各点表层、底层水体氮磷浓度没有明显差异，较大值多出现在中层水体，说明底泥释放对湖泊营养盐浓度产生一定作用，但不是影响湖水TN、TP浓度变化的关键因子。