宣鹏里，许其功，魏自民*，毛玉梅，赵国鹏，李玉华，熊善高

（1.东北农业大学生命科学学院，哈尔滨 150030；2.中国环境科学研究院，北京 100012）

近年来，由于湖库周边人类活动的增多，致使湖库发生富营养化的几率越来越高，并带来一系列问题，如环境恶化、经济损失等[1－2]。我国的东部和南部地区为富营养化较重的地区，常暴发蓝藻水华等[3]，国外对此也有报道[4]。东北地区由于气温等环境因素限制了藻类在湖库中的暴发[5]，水华现象相对较轻。氮素是湖库发生富营养化的关键限制性因子之一，同时也是影响水体初级生产力的重要因素[6]，其中可溶性氮是生物利用氮的最直接形式，如大型水生植物直接吸收硝态氮，藻类直接利用氨态氮[7]，微生物将可溶性有机氮矿化为氨态氮等。目前文献报道多针对我国东部、南部富营养化湖库水体中的总氮、氨态氮和硝态氮分布规律进行研究[8－10]，而对东北典型湖库可溶性总氮及赋存形态的湖库间差异的研究鲜有报道。本研究通过对东北典型湖库水体中可溶性总氮及其组分分异规律进行分析，以期为预防和控制东北湖库富营养化提供科学依据。

1 样品的采集及分析方法

1.1 采样点及采样方法

2010年10月份对东北典型湖库的水样进行采集，湖库的基本信息见表1。首先利用GPS导航系统进行定位，用有机玻璃采水器对水样进行采集，装入聚乙烯塑料瓶，现场加入固定剂后冷藏，及时带回实验室分析。

表1 湖库的基本信息Table 1 Basic information of lakes and reservoirs

图1 湖库分布Fig.1 Distribution of lakes and reservoirs

1.2 分析指标及方法

1.2.1 测定方法

采集的样品可溶性总氮TDN经0.45 μm醋酸纤维素滤膜过滤后，采用过硫酸钾氧化紫外分光光度计法测定；氨态氮NH4+－N和硝态氮NO3－－N测定之前水样因浑浊或有机质显颜色而干扰测定结果，经絮凝沉淀将其除去，NH4+－N采用纳氏试剂光度法测定，NO3－－N采用紫外分光光度法测定；水体中可溶性无机氮DIN 为 NH4+－N 与NO3－－N 之和；可溶性有机氮DON为TDN与DIN的差值[11－12]。

1.2.2 数据及分析方法

对每个湖库进行样品采集时，设立多个采样点（五大连池6个、兴凯湖6个、镜泊湖6个、红旗泡8个、连环湖5个、桃山水库8个、大伙房水库5个、松花湖7个），样品检测后各湖库均取平均值进行比较。利用统计分析软件SPSS 18.0对湖库水体 TDN、NH4+－N、NO3－－N、DIN、DON 五项指标的相关性进行分析。

2 结果与分析

2.1 可溶性总氮及各赋存形态含量在不同湖库水体间的差异

2.1.1 可溶性总氮在不同湖库水体间的分布

由图2可知，各湖泊间TDN含量差异较明显。大伙房水库和松花湖的TDN含量最高，分别为2.66和2.40 mg·L－1，其次为镜泊湖（1.66 mg·L－1），而TDN含量最低的红旗泡（0.35 mg·L－1）仅有大伙房水库含量的13.2%。这可能由于大伙房水库和松花湖在采样时由于多日连续降大到暴雨，形成的地表径流携带大量氮素汇入湖中，导致氮水平偏高。

图2 可溶性总氮在不同湖库水体间的分布Fig.2 TDN of different lakes and reservoirs

2.1.2 无机态氮和硝态氮在不同湖库水体间的分布

结合DIN与NO3－－N（见图3）可知，两者在各湖库之间的差异变化极为相似，DIN含量较高者NO3－－N含量也相对较高。DIN的两个最高值比较接近，分别是大伙房水库的2.54 mg·L－1和松花湖的2.37 mg·L－1；处于中间水平的为连环湖的0.70 mg·L－1和镜泊湖的0.83 mg·L－1；其余4个湖库在0.17～0.39 mg·L－1范围内变化。同时各湖库水体NO3－－N变化差异十分明显，最低值五大连池仅为0.10 mg·L－1，最高值大伙房水库为2.50 mg·L－1，两者间相差25.0倍，但多数湖库NO3－－N水平较低，在0.10～0.70 mg·L－1范围之内。其中五大连池、兴凯湖、红旗泡、连环湖、桃山水库浅水部分水域有大面积的沉水植物及浮叶植物分布，这些水生植物从环境介质中吸收营养盐合成自身物质，尤其是优先吸收NO3－－N，可能是这些湖库NO3－－N含量较低直接原因。

图3 无机态氮和硝态氮在不同湖库水体间的分布Fig.3 DIN and NO3 --N of different lakes and reservoirs

2.1.3 可溶性有机态氮和氨态氮在不同湖库水体间的分布

前人研究表明，沉积物中的氮素主要是有机态氮，同时有机态氮矿化的第一产物是NH4+－N[13]，沉积物中氮主要以NH4+－N的形式释放到水体中[7]，水体中微生物也将有机态氮矿化为NH4+－N，故将水体TDN组成成分中的DON和NH4+－N分为一组进行比较。

图4 有机态氮和氨态氮在不同湖库水体间的分布Fig.4 DON and NH4 +-N of different lakes and reservoirs

由图4可知，NH4+－N与DON各湖库之间的差异相似，均为大伙房水库和松花湖含量最低。DON在各湖库之间含量均有明显分异，已达27.7倍，最低值松花湖仅为0.03 mg·L－1，镜泊湖含量最高，达到0.83 mg·L－1。NH4+－N浓度在湖库之间最大相差约 7 倍，大部分在 0.05～0.15 mg·L－1的范围波动，连环湖的NH4+－N含量最大（0.21 mg·L－1）。造成这种分布规律的原因主要是连环湖和兴凯湖平均采样深度最浅，分别为0.9和2.3 m，且在风力作用下水体剧烈扰动，致使沉积物中DON及吸附态的NH4+－N释放加剧；相反大伙房水库和松花湖两者深度都超过20.0 m，水体扰动对沉积物影响很小且水样清澈，沉积物中DON及吸附态的NH4+－N释放并不明显；镜泊湖虽平均深度较大（17.1 m），但可观测到DON值较高，可能与采样时水体十分浑浊导致沉积物中DON的释放有关。

2.2 湖库水体可溶性总氮组份比例差异性分析

结合图5，对比镜泊湖、大伙房水库和松花湖三个深水湖库，大伙房水库和松花湖NO3－－N是DIN和TDN的主要组成部分，其中NO3－－N占TDN的比例分别为94.0%、97.5%，NO3－－N含量占DIN的比例分别为98.9%、98.5%。镜泊湖虽然也是深水湖，但TDN的主要组成部分是DON，其次为NH4+－N，DON、NH4+－N的所占TDN比例较前两个湖库均有很大提高。镜泊湖的DON为49.9%，分别是大伙房水库的11.0倍和松花湖的35.7倍，同时NH4+－N占TDN的6.8%，分别是大伙房水库的3.1倍和松花湖的4.2倍。

图5 湖库水体可溶性总氮各组分组成比例差异Fig.5 Proportion of TDN of different lakes and reservoirs

除此三者之外，五大连池、兴凯湖、红旗泡水体中TDN的主要组成部分为DON，所占TDN比例均超过50.0%，最高的五大连池已达到60.7%；DIN的比例为NO3－－N与NH4+－N之和，在39.3%～49.0%范围内变化，差距并不大；三者NH4+－N的比例浮动范围在14.4%～21.5%，较深水湖库（松花湖、大伙房水库）提高了约10倍以上。对比8个湖库，桃山水库NH4+－N含量最高，达到22.9%。

结合湖库地理位置来看（见表1），TDN组分中以DON和NH4+－N为主的六个湖库（五大连池、兴凯湖、镜泊湖、桃山水库、连环湖、红旗泡）均位于黑龙江省境内，且DON与NH4+－N的比例之和均超过50.0%，而以NO3－－N为主的大伙房水库和松花湖分别位于辽宁省和吉林省境内。

2.3 湖库水体可溶性总氮及各赋存形态相关性

利用 SPSS 18.0 对湖库水体 TDN、NH4+－N、NO3－－N、DIN、DON五项指标的50组数值Pearson相关系数的双侧显著性检验分析结果如下：

表2结果表明，①结合TDN、DIN与NO3－－N三者比较，TDN与DIN呈现极显著正相关（r=0.961，P＜0.01，n=50），说明水体中的DIN是TDN变化的主要因素；DIN与NO3－－N相关性在这三者中最显著，在P＜0.01的水平上达到了最高的r=0.997，这两者呈极显著的正相关关系，表示NO3－－N与DIN在水体中含量变化趋势近似相同，这与图3中两者相比较的结果一致；同时TDN与NO3－－N又呈极显著正相关关系（r=0.951，P＜0.01，r=50）。综合此三项结果可以初步判断NO3－－N是水体可溶性总氮的最主要因素。②DIN与NH4+－N、DON均在P＜0.01水平呈极显著性负相关，相关系数分别为r=－0.42和r=－0.39，进一步证明DIN与NO3－－N是TDN的决定性因素。③NH4+－N与DON呈显著正相关，说明水体中DON能被较好地矿化为无机的NH4+－N；NH4+－N 与 NO3－－N 之间呈显著负相关（r=－0.486，P＜0.01，r=50），表明NO3－－N与NH4+－N在湖库中分布趋势大体相反。④TDN与NH4+－N在P＜0.05水平上为较显著负相关。⑤TDN与DON未呈现显著相关性。

2.4 湖库水体富营养化的控制

综合分析结果可以看出，东北典型湖库水体处于富营养化状态，为使水体恢复较好水质，应降低湖库营养盐的输入量，对湖库周边生态功能等进行规划并采取相应的措施。例如种殖业中合理施用化肥及农药、更新耕种方式；养殖业中尤其是水生养殖捕捞量的控制，以防止食物链的失衡；生活污水尽量集中并采用无动力处理技术进行处理，垃圾无害化处理；工业污染的治理；保护天然水源涵养林，以防止植被类型退化，群落结构简单，导致生态功能下降，水土流失等。造成东北湖库水质和生态环境问题的机制仍需要进一步的理论研究。

表2 各赋存形态可溶性总氮之间的相关性Table 2 Correlation of different forms of TDN

3 结论

a.三个深水湖库（镜泊湖、大伙房水库和松花湖）TDN含量均较高，连环湖NH4+－N含量最高，而镜泊湖DON含量最高。

b.由成分组成比例差异可以看出，位于黑龙江省境内的六个湖库（五大连池、兴凯湖、镜泊湖、红旗泡、连环湖、桃山水库），都以DON和NH4+－N为主要成分；而位于辽宁省的大伙房水库和吉林省的松花湖两个深水湖库水体TDN组分则以NO3－－N为主。

c.通过统计分析证实东北8个典型湖库中，水体中TDN的关键指标是DIN，而DIN决定性因素是NO3－－N；同时DON含量高的湖库NH4+－N含量也相应较高。

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