王平 赵琦琳 张妍 向文礼 段友爱

摘要：抚仙湖是中国第二大深水湖，保护好抚仙湖水质对于中国水资源战略安全至关重要。总磷是影响贫营养深水湖泊水质类别的关键因素。通过在抚仙湖湖体均匀布设立体监测点位，开展为期1 a的水质监测分析，探讨不同形态磷的水平和垂向分布及季节变化特征。结果表明：① 抚仙湖总磷（TP）、溶解性总磷（DTP）及溶解性磷酸盐（SP）随水深几乎呈线性增加趋势；溶解性有机磷（DOP）除个别点随水深波动外，整体较为稳定;总体上，底层水体磷浓度高于表层水体磷浓度，表层底泥总磷浓度高达1 926 mg/kg，可能对未来湖泊的富营养化构成风险。② 不同形态磷浓度TP＞DTP＞SP＞DOP，其中DTP占TP的比例为77.78%，为TP的主要贮存方式。③ TP浓度总体是上半年高于下半年，呈现一定的冬春季表层浓度升高、底层浓度降低的趋势，该趋势与温跃层消退、湖水处于混合状态有关。研究成果可为抚仙湖水质趋势研判和精准治理工作提供支撑。

关 键 词：

总磷； 溶解性总磷； 贫营养； 分布特征； 深水湖泊； 抚仙湖

中图法分类号： X524

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.029

0 引 言

抚仙湖是云南省蓄水量最大的湖泊，是中国最大高原深水湖、第二深淡水湖泊，位于玉溪市境内，居滇中盆地中心，位于昆明市东南60 km处，地处长江流域和珠江流域分水岭地带，属南盘江流域西江水系，湖面形似葫芦，北宽而深，南窄而浅，中间细长如颈［1］。湖面最宽处约11.8 km，最窄为3.2 km［2］，平均宽度6.8 km，最大水深158.9 m，平均水深95.2 m［3］，湖岸线总长100.8 km，水面面积216.6 km2，蓄水量206.2亿m3，流域面积674.7 km2。其主要入湖河流有马料河、东大河、代村河、路居河、隔河、牛摩河、尖山河、山冲河、梁王河等44条。湖水经海口河流入南盘江，出流改道后，隔河流向改变，成为抚仙湖另一主要出湖河流。

抚仙湖由于其独特的低纬高原构造，动态水流少，换水周期长，生态系统十分脆弱。近年来，抚仙湖氮、磷含量较20世纪80年代有了显著增加［4-5］，磷作为浮游植物生物量和群落结构变化的关键因子，其在水体中的形态分布和生物可利用性会影响藻类的生长。同时，底泥是湖泊磷元素的重要蓄積库，当外源输入磷元素的输入通量较大时，来不及降解的磷元素通过吸附、络合或沉淀等途径直接沉降导致湖泊底泥中的污染物逐步积累起来，形成湖泊磷元素的内源负荷。在湖泊水体与底泥相互作用过程中，底泥中相当部分的磷元素会重新释放到水体中，成为湖泊潜在的“化学定时炸弹”［6-7］。当湖泊系统的物理化学条件发生突变时，也可能引起湖泊底泥中累积磷元素释放，造成湖泊水体的二次污染。

抚仙湖不仅是云贵高原一颗最为璀璨的明珠，也是中国“两屏三带”生态安全战略格局中川滇生态屏障的重要组成部分，是维系珠江源头及西南生态安全的重要屏障。先前对抚仙湖的研究主要集中在表层，对深水湖泊营养状态及水质的研究较为缺乏，因此针对抚仙湖表层水质在Ⅰ～Ⅱ类之间波动，主要影响指标为总磷的情况，强化磷的形态组成、空间分布方面的研究对做好抚仙湖保护治理工作具有一定的指导意义。为此，云南省生态环境监测中心联合云南省生态环境厅驻玉溪市生态环境监测站及澄江市生态环境监测站，在2021年度对抚仙湖湖体开展了每月一次的立体分层监测，研究不同形态磷的水平、垂向分布及季节变化特征，以期为抚仙湖水质趋势研判、精准治污及降低抚仙湖磷负荷提供决策依据。

1 材料与方法

1.1 采样点位布设方案

为综合反映全湖水质情况，根据均匀布点原则，分别在抚仙湖北部水域，由北向南布设2条横跨东西岸的线，在每条线均匀布设3个采样点位，共6个采样点位；在抚仙湖南部水域，由北向南纵向布设4个采样点位。共计布设10个水平采样点位，水样采集根据各监测点处的水体深度分层进行，具体为采集水下0.5，20，40，60，80，90，100，110 m（以实际深度为准，原则上80 m以下按每间隔10 m采集1个样品，直至湖底）等不同深度的样品。采样点位分布见图1。

1.2 采样时间

2021年1～12月每月对全湖10条垂线现场分层采样1次，对21条主要入湖河流及底泥各采样分析1次，以此分析各月水质特征。

1.3 监测指标及样品预处理

天然水中磷以多种形态存在，本次湖体10个监测点位主要监测分析了TP、DTP、SP、DOP四种形态磷。入湖河流及底泥监测分析了TP。

TP、DTP及SP现场采样、水样保存和预处理等过程严格按照按HJ 91.2-2022《地表水环境质量监测技术规范》［8］等相关要求进行。TP按照GB/T 11893-1989《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》［9］采用过硫酸钾消解分光光度法测定；DTP是将水样经0.45 μm 微孔滤膜过滤，经过硫酸钾消解后用分光光度法测定；SP是将水样经0.45 um滤膜过滤后，不消解，直接显色测定。DTP与SP差值为DOP。湖体与入湖河流TP预处理及分析方法一致。

底泥总磷按照HJ 632-2011《土壤 总磷的测定 碱熔-钼锑抗分光光度法》［10］测定方法，将底泥在阴凉处风干过筛，经氢氧化钠熔融后在酸性条件下与钼锑抗显色剂反应生成磷钼蓝，在波长700 nm处测量吸光度。

1.4 数据处理与制图

本文所用的抚仙湖湖体总磷监测数据为2021年立体监测数据。入湖河流数据来源于地表水环境监测网中月度监测数据。总磷评价结果根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅰ～Ⅴ类总磷水质标准值［11］和《地表水环境质量评价办法（试行）》［12］进行单因子评价。数据采用Origin进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 磷时间分布特征

通过采样、测定和分析得到，2021年抚仙湖立体监测不同形态磷的浓度范围、全湖年均浓度及最大浓度出现的月份与深度有所不同。TP全湖年均值为0.025 mg/L，浓度最大值出现在N1A点位1月130 m水深处。DTP全湖年均值为0.021 mg/L，浓度最大值出现在N1B点位2月150 m水深处。SP全湖年均值为0.017 mg/L，浓度最大值出现在N1B点位2月150 m 水深处。DOP全湖年均值为0.004 mg/L，浓度最大值出现在N1B点位5月110 m水深处。

抚仙湖DTP占TP的比例为77.78%；DTP中，SP为主要赋存形态，SP占DTP比例为80.95%；DOP占DTP浓度比例为19.05%，占比相对较少。

不同形态磷月度变化情况如图2所示。受初期雨水影响，6月份TP均值浓度最大，全年12个月中1～4月和6月共5个月TP浓度属于Ⅲ类水质，5月和7～12月共7个月TP浓度属于Ⅱ类水质。DTP浓度最大值、最小值分别出现在4月和3月，SP浓度最大值、最小值分别出现在2月和6月。DOP上半年波动较大，8～12月浓度相对稳定，其最大值出现在6月。

结合2021年抚仙湖流域周边的8个水文监测站点数据分析，2021年度抚仙湖流域降雨主要集中在6～8月，各月累计降雨量均超过1 000 mm，总降雨量占全年降雨总量的54%。其中，6月的累计降雨量最大，达1 239 mm。2021年第1季度累计降雨量最少，总降雨量仅占全年降雨总量的3%，3月的降雨量最少。6月降雨量最大时，表层TP浓度均值及全湖均值分别达到0.019 7 mg/L和0.031 1 mg/L，均为全年最大值。TP浓度高可能与初期雨水形成地表径流后将下垫面大量污染物汇聚后输入湖泊内等原因有关。

降雨期间增加了河道的冲刷、运输能力和径流量，使部分河道及流域土壤中的营养物质汇入，进而增加湖体磷负荷。抚仙湖周边入湖河流多为季节性河流，河长较短，污染物进入河流后很快会被冲入抚仙湖［13］。6月初期雨水过后，表层及全湖TP均值浓度有所下降。

2.2 磷垂向空间分布特征

不同形态磷垂向分布特征见图3。DTP、SP与TP有类似变化趋势，总体上底层水体浓度高于表层。TP、DTP、SP浓度在0～40 m范围内随深度波动较小；70～90 m范围内随水深增加略有减少；100～140 m范围内总磷随水深增加幅度较大，平均水深每增加10 m，总磷浓度升高0.01 mg/L；150 m处三者浓度较140 m有所降低。DOP除在个别水深处出现波动外，总体浓度较为稳定，随水深增加浓度增加趋势不明显。

同时将TP、DTP、SP浓度与水深进行拟合，拟合的一元线性函数的R2依次为0.85，0.90，0.88，拟合程度很好，说明随水深增加，总磷浓度几乎呈线性增加趋势。

鉴于其他形态磷与TP有相似的变化趋势，下面以TP为代表，分别从10个监测点位来看表层与底层水体TP的差异情况。

10个监测点表层TP年均值在0.007～0.015 mg/L间波动；表层浓度均小于底层，底层TP浓度是表层TP浓度的0.46～6.58倍。结合不同形态磷的垂向分布特征及表层、底层磷的浓度差异得出抚仙湖磷存在较大的垂向浓度梯度，深层水体中磷蓄积严重［14］。

Sakamoto等［15］在2001年6月调查中发现抚仙湖表层TP浓度为0.006 2 mg/L，底层TP浓度为0.015 1 mg/L；玉溪市环境监测站在2001年8月对抚仙湖最深点调查发现，底层TP浓度达0.013 5 mg/L［16］；姚波等［14］于2009年5～7月也对抚仙湖水质进行了调查，得出5月、7月抚仙湖表层TP浓度分别为0.012 mg/L和0.015 mg/L；底层TP浓度分别为0.028 mg/L和0.029 mg/L。

底泥作为水体中磷的重要来源，其通过扩散、对流和再悬浮过程会将磷释放到水体中。2021年抚仙湖表层底泥呈现黑色，月度底泥总磷浓度为1 571～2 253 mg/kg，年度总磷均值为1 926 mg/kg，且北部的N1C、N2A和南部的S4处的底泥总磷浓度高于其余7个监测点位。查文献知抚仙湖底泥总磷浓度高于巢湖的585 mg/kg、滇池的1 920 mg/kg、杞麓湖的973 mg/kg、泸沽湖的1 308 mg/kg［17-18］。

表层水体磷浓度低的原因可能是因为水体对输入的污染物有较强的稀释作用。深层水体的磷浓度较高可能原因如下：① 因为外源性含磷污染物的长期输入和向下输送。② 2021年抚仙湖湖体60 m以下水温及溶解氧分别为14.5℃、4.2 mg/L；100 m以下水温及溶解氧分别为14.4℃、2.7 mg/L。湖体底层较高温度有利于提高物质活性，加快各种物理、化学、生物反应（如扩散、有机质降解等）的速率；同时也会提高微生物的活性，微生物能将底泥中的有机磷分解为无机磷，把不溶性磷化合物转化成可溶性磷，最终增加底泥内源磷释放的风险［19-20］。抚仙湖非成层时期垂直水体的不完全混合，底層溶解氧得不到完整的补充，致使底层水体长时间处于厌氧状态，从而加速了底泥中磷快速释放，影响了湖体水质［20］。③ 底层水体流动性差，污染物扩散慢，垂向混合作用弱等原因所致。

2.3 总磷水平空间变化特征

从各水平层分析，0.5～40 m水深处，TP月度均值为Ⅰ、Ⅱ类水并存；水深超过80 m后，水质有所下降。同时，0.5～40 m各水平层处，9～12月TP浓度总体低于其他月份；120～150 m各水平层处，1，2，10月TP浓度总体大于其他月份。呈现一定的冬、春季表层浓度升高、底层浓度降低的趋势，见图4。

抚仙湖为暖单次混合型湖泊［7］，2021年抚仙湖水温立体分层监测结果显示：随着气温升高，4月水体开始出现分层现象；6～10月，湖体的温跃层相对稳定；进入冬季后，水温开始下降，温跃层厚度变薄，位置下移；次年1～3月上下层水体温度差异较小，垂直断面的温度梯度基本不存在，温跃层消退，湖水处于混合状态。该混合状态会导致上下水体交换，是导致表层水体总磷浓度在冬、春季出现升高的原因之一。

按点位空间分布分析，抚仙湖整体呈现北部水深深于南部，随着水深增加监测点位在逐步减少。不同水平层TP高值出现在不同点位处，多出现于抚仙湖北部及南部；TP最小值常出现在S1处，见图5。

2.4 入湖河流总磷浓度时空变化

入湖河流是抚仙湖的主要补给水源之一，也是污染物进入抚仙湖的主要通道［12，21］，其水质直接影响着湖泊的水质。为了解抚仙湖水体中磷浓度高的原因及不同水域磷污染特征，分析了抚仙湖周边入湖河流水质情况。

2021年，抚仙湖21条入湖河流中，3条入湖河流断流，其余18条入湖河流中TP浓度属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水质的分别有9，6，2，1条。18条入湖河流TP年均值在0.026～0.306 mg/L间波动，其中东北部马房中沟、马房西沟、窑泥沟及南部路居河TP浓度分别达0.306，0.294，0.248，0.145 mg/L，TP浓度远高于湖库总磷Ⅱ类水质标准限值0.025 mg/L。入湖河流TP浓度高值分布区域与立体监测表层TP空间分布特征基本一致。

东北部水域TP浓度较高主要是因为流域上游磷矿区裸露地表，

被降雨径流、淋溶等过程携带到环境中进而造成局部水域磷浓度较高［22-25］。湖体南端水域主要受路居镇排放生活污水及农村、农业非点源的影响。同时，根据湖泊自身水动力条件，抚仙湖北部、南部水域受逆时针环流影响也会导致其东北部及南部局部水域出现磷的聚集［14］。

3 结 论

本研究在现场采样和实验室分析的基础上，对抚仙湖不同形态磷在水平和垂向分布及季节变化特征进行探讨，得出以下结论：

（1） DTP为TP的主要贮存方式；DTP、SP与TP垂向分布特征类似，浓度整体随水深增加呈线性增加趋势。同时，抚仙湖表层底泥总磷均值高达1 926 mg/kg，磷蓄积严重，可能对未来湖泊的富营养化构成风险。

（2） 6月初期雨水携带湖体周边污染物、泥沙入湖导致湖体表层TP浓度升高，初期雨水过后TP浓度有所下降，可达到Ⅱ类水质标准。

（3） TP高浓度区域主要分布在湖体东北部和南端沿岸水域，湖中部水域TP浓度相对较低。

（4） 总磷冬春季表层呈现一定浓度升高、底层浓度降低的趋势，与温跃层消退、湖水混合有关。

研究磷元素的富集、分布、化学形态等内容有助于深入理解营养物质输入和水体水质的关系。建议在做好流域农业、生活面源截污治污及入湖河道汛期监管、日常整治的同时，适时开展湖泊总磷内源释放与削减机理研究，探索水-藻-泥间的迁移关系，稳步推进湖泊流域磷污染负荷来源精准分析及特征研究。

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（编辑：刘 媛）