王赫伟，潘 星，焦 点，王 俭

（辽宁大学，沈阳 110036）

在中国北方寒冷区域，每年的11月份河流开始进入冰封期，4月份解冻，期间河流径流量少，溶解氧含量相较于非冰封期有所下降，河流中的微生物降解作用相比之下也有一定的减少，水体的自净能力相对较差，这使得冰封期河流的污染问题显得尤为突出，这一特殊的气候特征以及环境条件成为流域可持续发展的阻碍之一[1]。有研究发现，冰封期与畅水期的有机污染物分布特征也明显不同。有机污染物的分布受pH值、有机物浓度和有机物性质的影响。在我国，北纬30°以北的地区、青藏高原区在每年冬季都有可能出现封冻现象。对于寒区流域，在冰封期由于水体自净能力的衰减，其纳污能力会有大幅度的降低，在开展寒区流域水环境治理和管理时必须考虑季节因素的影响[1]。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

本次研究对象为本溪市太子河城市段河流的污染物特征，选择了四个具有代表性的采样点位，在2020年11月29日、2020年12月11日、2020年12月26日以及2021年3月7日，对采样点进行样品采集，因11月29日河流尚未结冰，故第一次末采集冰体校本数据。在河流冰冻条件下使用破冰工具将冰盖打开，在现场对河流溶解氧、水温等指标进行检测，采集河流水样品，收集到采样瓶中，河流冰样品尽量保持冰块的完整性，将采集到的样品带回实验室中，对样品的总氮、总磷、COD以及氨氮等指标进行测量。各采样点纬度以及名称见表1-1。

1.2 样品的分析方法

采集到的样品装入事先处理好的聚乙烯塑料瓶中，事先使用洗涤剂将瓶子清洗干净，然后使用超纯水对瓶子进行反复冲洗，采样现场携带使用便携仪器对水中pH值及溶解氧含量进行测量。分别测定样品中总氮、总磷和化学需氧量。各项目的测定均按照标准进行，见表1-2。

2 实验结果分析

2.1 太子河冰封期理化指标特征分析

水体中的理化指标对河流的生态系统有着极其重要的影响[2]。如图1所示，通过对太子河本溪城市段水体理化指标和冰体理化指标的测定，对检测到的数据进行分析后发现，太子河本溪城市段中的溶解氧含量表现为水体中大于冰体中检测到的含量。

图1 太子河冰封期水体和冰体的溶解氧

对样品的pH值进行测量，发现各采样点的冰体中pH值高于水体。通过图2分析发现，冰体中的ph值高于水体中的pH值，这是由于在结冰的工程中，冰体中的H+向水体中发生了迁移。

图2 太子河冰封期水体与冰体中的pH值对比图

2.2 太子河冰封期营养盐的含量及特征

营养盐在水体中是最重要的生源要素，它构成了水体的初级生产力以及食物链，在水体环境中占据着重要的地位[2]。同时，水体富营养化主要是由于氮、磷等营养元素导致的，水体中营养盐含量过高就会导致水体出现富营养化的问题，本次实验主要测定并分析水体及冰体中营养盐含量的含量及特征。

2.2.1 太子河冰封期总氮的分布特征

如图3、图4所示。水体中的总氮含量较高，11月29日样品中，团山子采集到的样品总氮浓度最高；12月11日采集的水体样本中兴安断面采样点的总氮浓度最高；12月26日采集的水体中彩屯桥采样点测量出的总氮浓度最高；3月7日样品水体中彩屯桥采样点的总氮浓度最高。四次采样总氮浓度的均值分别为3.670 mg/L、4.010 mg/L、4.153 mg/L以及4.295 mg/L，彩屯桥采样点与团山子采样点采集到的样品中总氮的含量较高，太子河冰封期水体中总氮的浓度含量超过了《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅴ类水质标准限值，总氮的含量超过了2.00 mg/L。太子河冰封期水体受氮元素的污染程度较高，这是由于冰封期低温环境造成水体中吸收清除氮元素的浮游植物和细菌群落活性较低，且由于水体表面覆盖了一层冰盖，光照与非冰封期相比有所下降，使其生长受限，冰封期过程中，浮游藻类的多样性指数出现下降[3]。丁珵[4]对松花江冰封期的细菌群落进行研究，发现冰封期由于河水温度相对较低，造成常温降解菌活性不高，一些嗜冷和耐冷的降解菌在其中所占比例较大，对有机污染物起主要的降解作用。

图3 太子河干流本溪城区段水体中总氮的含量

图4 太子河干流本溪城区段冰体中总氮的含量

2.2.2 太子河冰封期总磷的分布特征

如图5、图6所示。太子河冰封期水体中总磷含量相对较低，11月29日采集样品中水体中的总磷含量均值为0.045 mg/ L；12月11日样品中水体总磷含量均值为0.049 mg/L；12月26日采集到的样品中水体总磷含量均值为0.049 mg/L；3月7日样品中水体总磷的含量为0.052 mg/L。水体中的总磷含量符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅰ类水质标准，水体中总磷的含量小于0.2 mg/L。说明水体受磷元素的污染程度较小。

图5 太子河干流本溪城区段水体中总磷的含量

图6 太子河干流本溪城区段冰体中总磷的含量

2.3 太子河冰封期化学需氧量的含量及特征

如图7、图8所示。12月11日采集到的水体中化学需氧量的含量在8.697 mg/L～8.169 mg/L，而冰体中化学需氧量含量为4.268 mg/L～3.135 mg/L；12月26日样品中水体的化学需氧量含量为8.778 mg/L～8.349 mg/L，冰体中化学需氧量含量为4.176 mg/L～2.997 mg/L；2021年3月7日采集到的水体中化学需氧量含量为9.014 mg/L～8.557 mg/L，冰体中化学需氧量含量为3.563 mg/L～2.686 mg/L。

图7 太子河干流本溪城区段水体中化学需氧量的含量

图8 太子河干流本溪城区段冰体中化学需氧量的含量

2.4 冰封期污染物的迁移规律

实验结果表明，太子河中总氮、总磷、化学需氧量3项污染物指标均呈现出随着冰封期深入而上升的趋势。通过对比不同时间采集到的样品中总氮、总磷的含量，结果显示，在11月河水还未完全冻结时水体中的污染物浓度小于冰封期太子河水体中的污染物浓度，随着冰封期的深入，水体中的总氮含量在不断地增多，而冰体中的总氮含量呈现出了下降的趋势，这说明冰体中的氮元素以及磷元素等污染物质由冰体向水体进行了迁移，张岩[5]以乌梁素海湖泊为研究对象，对不同冰盖厚度的水样采样并测量其中的总氮浓度，实验结果表明湖泊在结冰过程中，氮元素和磷元素不断地从冰体中向水体发生迁移，通过对湖冰行成和生长阶段进行研究，结果表明湖泊结冰过程中存在排氮效应和排磷效应。通过对比太子河冰封期化学需氧量含量的变化发现，冰封期水体中化学需氧量逐渐增大，冰体中化学需氧量的含量逐渐降低，冰封期化学需氧量的浓度相较于非冰封期浓度会有上升。

2.5 各指标相关性分析

通过使用spss软件对采集到的水体中污染物质进行相关性分析，结果表明水体中总氮和总磷呈现出显著正相关（P<0.05），化学需氧量和总氮、化学需氧量和总磷，呈现出极显著相关（P<0.01）。

对冰体中各种污染物进行相关性分析，并没有发现显著相关性，这可能是因为冰体中各类型污染物受温度、浓度等条件影响，在冰体向水体中的迁移速度不同，造成了相关性分析上的差异。

3 结论

通过分析相同时间段水体与冰体中营养盐含量发现，水体中的营养盐含量高于冰体中的营养盐含量，城区段河水受总氮的影响较高，超过了Ⅴ类水质标准限值，其余污染物含量均小于国家规定的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质指标。

通过对比不同时间采集到的样品中污染物含量发现，在11月河水还未完全冻结时水体中的污染物浓度小于冰封期太子河水体中的污染物浓度，随着冰封期的深入，水体中的污染物含量在不断地增多，而冰体中的污染物含量呈现出了下降的趋势，这说明冰体中的氮元素以及磷元素等污染物质由冰体向水体进行了迁移，使用spss软件进行相关性分析，发现水体中污染物相关性较强，而冰体中污染物之间相关性不太明显。