五大連池水質(zhì)現(xiàn)狀及近30年前后變化*

王念民，湯施展，李　喆，孫大江，紀(jì)　鋒，華振河

(1：中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，哈爾濱 150076) (2：中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，武漢 430223) (3：黑龍江省五大連池市日河漁業(yè)有限公司，黑河 164155)

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五大連池水質(zhì)現(xiàn)狀及近30年前后變化*

王念民1，湯施展1，李喆1，孫大江1，紀(jì)鋒2，華振河3

(1：中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，哈爾濱 150076) (2：中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，武漢 430223) (3：黑龍江省五大連池市日河漁業(yè)有限公司，黑河 164155)

2012—2013年春、夏、秋季,對(duì)五大連池11個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)變化進(jìn)行研究，分析湖水水質(zhì)現(xiàn)狀，比較30年前后湖泊的水質(zhì)變化并評(píng)估五大連池富營(yíng)養(yǎng)化程度. 結(jié)果表明，五大連池不同部分、季節(jié)、年份的水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)波動(dòng)劇烈，可能是受水產(chǎn)養(yǎng)殖及氮、磷濃度變化影響，2池和3池浮游生物量及葉綠素a濃度明顯較低；同1980s相比，水質(zhì)變化較大，一些指標(biāo)顯示水質(zhì)已趨向好轉(zhuǎn)，但5池卻接近重度富營(yíng)養(yǎng)化，說(shuō)明近幾年的還濕、遷居等保護(hù)措施初見效果，但整個(gè)湖泊水質(zhì)恢復(fù)需要漫長(zhǎng)過(guò)程.

水質(zhì)；富營(yíng)養(yǎng)化；五大連池

湖泊是主要的陸地生態(tài)景觀之一，是水資源的重要組成部分，參與物質(zhì)和能量收支，對(duì)區(qū)域物質(zhì)及能量循環(huán)意義重大. 自然因素及人類活動(dòng)對(duì)湖泊發(fā)育有重要影響，特別是后者，常常導(dǎo)致水質(zhì)變化，使湖泊功能退化，加速其消亡[1]. 作為物質(zhì)存儲(chǔ)庫(kù)，湖泊水質(zhì)變化是復(fù)雜而且漫長(zhǎng)的過(guò)程，掌握其變化規(guī)律是湖泊保護(hù)及開發(fā)的前提基礎(chǔ). 五大連池是具有代表性的高寒地區(qū)自然水體，兼具旅游、觀賞、水產(chǎn)養(yǎng)殖、飲用水源等功能，由于人為活動(dòng)的影響，五大連池水質(zhì)受到一定程度的影響. 1980s初，曾對(duì)五大連池水環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查[2]，其后30年，除對(duì)其礦泉水及個(gè)別池子水質(zhì)有少量研究[3-11]，未再對(duì)該湖泊水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)道. 2012-2013年，我們?cè)俅螌?duì)五大連池水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，研究其水質(zhì)波動(dòng)及其變化規(guī)律，并結(jié)合之前學(xué)者的研究成果，分析五大連池湖泊水質(zhì)30年來(lái)演變趨勢(shì)，為保護(hù)五大連池水環(huán)境，預(yù)防和控制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，以及湖泊環(huán)境保護(hù)及資源開發(fā)利用協(xié)同推進(jìn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 研究區(qū)概況

五大連池(48°34′～48°38′N,126°00′～126°21′E)是我國(guó)第二大火山堰塞湖，位于黑龍江省黑河市西南部，地處大、小興安嶺與松嫩平原過(guò)渡帶. 湖泊由5個(gè)呈串珠狀小湖組成，面積18.47 km2，蓄水量1.57×108m3，水流流長(zhǎng)5.25 km，由北至南由5池經(jīng)4、3、2池，從1池流出，匯入石龍河后注入訥謨爾河.

五大連池是著名的火山地質(zhì)公園，形成距今近300年，早期人為活動(dòng)較少，自1950s國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)建立以后，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活導(dǎo)致濕地萎縮，湖泊環(huán)境變化較大. 至2000年，整個(gè)流域面積106000 hm2，其中耕地54943 hm2，占總面積的51.8%；林地26787 hm2，占25.3%；牧草地11433 hm2，占10.8%；居民地及工礦用地1162 hm2，占1.1%；交通用地317 hm2，占0.3%；水域4864 hm2，占4.6%；未利用土地6494 hm2，占6.1%.

五大連池處于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫-0.1℃，年平均降水量493.9 mm，主要集中在6-9月，占年降水量的80%，年蒸發(fā)量約為降水量3倍. 湖泊靠地下泉水及降水積聚補(bǔ)充.

2 研究方法

2.1采樣點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)湖泊自然概況、形態(tài)、利用程度，共設(shè)13個(gè)采樣點(diǎn). 其中，1池(P1)1個(gè)、2池(P2)3個(gè)、3池(P3)5個(gè)、4池(P4)1個(gè)、5池(P5)3個(gè). 采樣點(diǎn)集中在各池的進(jìn)出水口和中心區(qū)域(圖1). 水樣采樣時(shí)間分別為2012、2013年度春季(每年5月末至6月初)、夏季(每年8月中、上旬)和秋季(每年9月底至10月初).

圖1 五大連池采樣點(diǎn)設(shè)置Fig.1 Sampling sites in Lake Wudalianchi

2.2 樣品采集及理化因子測(cè)定

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用單因素方差分析法(One-way ANOVA)對(duì)各采樣點(diǎn)環(huán)境參數(shù)均值差異進(jìn)行顯著性檢驗(yàn). 選取 Chl.a、TP、TN、SD、CODMn五項(xiàng)指標(biāo)，利用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)[13]確定各樣點(diǎn)水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)及五大連池水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的總體評(píng)價(jià).TLI以0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí):TLI<30為貧營(yíng)養(yǎng)；3050為富營(yíng)養(yǎng)；5070為重度富營(yíng)養(yǎng). 在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)化程度也越高. 本文中引用的五大連池歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)均來(lái)自公開發(fā)表的文獻(xiàn)，顯著性檢驗(yàn)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)及單因素方差分析法.

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

表1 2012-2013年五大連池各池水質(zhì)指標(biāo)變化Tab.1 Variations of water quality of each pond in Lake Wudalianchi in 2012 and 2013

*由于洪澇災(zāi)害影響， 4池夏季水樣無(wú)法采集，表中數(shù)據(jù)僅為春、秋季均值.

3.2 五大連池水質(zhì)30年前后的變化

表2 1981-1982和2012-2013年五大連池 湖水水質(zhì)指標(biāo)比較*Tab.2 Contrast on water quality indexes of Lake Wudalianchi between 1981-1982 and 2012-2013

指標(biāo)19811982年20122013年pH值8.034±0.6618.075±0.467TA/mmol1.849±1.850a1.136±0.683bTH/mmol2.752±0.555a1.176±0.341cCODMn/(mg/L)7.786±3.6939.653±12.213TN/(mg/L)1.654±1.0791.555±0.802NO-3-N/(mg/L)0.055±0.0550.074±0.059NO-2-N/(mg/L)0.002±0.002a0.083±0.182bNH+4-N/(mg/L)0.448±0.612a0.786±0.348cTP/(mg/L)0.493±0.579a0.206±0.252bSD/m0.732±0.2780.613±0.258MP/(mg/L)5.982±2.579a3.781±3.666b

*表中上標(biāo)字母相鄰有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，字母相間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).

3.3 湖水水質(zhì)評(píng)價(jià)

比較五大連池各季節(jié)綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)：夏季湖水的綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)最高，春季次之，而秋季最低；2012年夏季及2013年春、夏季，5池綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均超過(guò)70. 比較兩年間各池綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù),5池最高，3池次之，其后為4池、2池，1池最低(圖2).

4 討論

4.1 五大連池水質(zhì)現(xiàn)狀

五大連池平均深度5～6 m，屬淺水型，各池溫差較小. 湖水偏堿性，金屬離子含量較高，為碳酸堿度型[8-11]，硬度介于軟水及中硬水之間；總堿度偏高，有鹽堿化趨勢(shì)[14]. 隨著溫度、天氣以及降水作用，湖泊水質(zhì)會(huì)發(fā)生劇烈變化，同其他北方湖泊相似[15]，不同采樣點(diǎn)季節(jié)變化趨勢(shì)不同.

五大連池各池之間雖然存在水量交換，但由于獨(dú)特串珠結(jié)構(gòu)，各池有相對(duì)的獨(dú)立性. 由于水流較緩，中下游沒有污染源，湖泊污染程度大體是按照水流方向逆向升高，這與一般湖沼、河流不同[16-17]. 夏季5池TP濃度、TN濃度、CODMn及無(wú)機(jī)氮濃度有明顯升高，可能是因?yàn)樵摮乇眰?cè)、東側(cè)有耕地，而夏季大量的降水將土壤中氮、磷及其他化學(xué)物質(zhì)帶入水中；而春、秋季則無(wú)顯著差別，各池其他指標(biāo)差別不大.

圖2 五大連池各季節(jié)(A)和各池(B)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化Fig.2 Trophic status index evaluation results of each season (A) and each pond(B) of Lake Wudalianchi

浮游植物是湖泊主要的初級(jí)生產(chǎn)者，其生物量在一定程度上反映了湖泊水質(zhì)的現(xiàn)狀[18-19]，Chl.a是浮游植物細(xì)胞中重要組分，是衡量浮游生物現(xiàn)存量及環(huán)境檢測(cè)的重要指標(biāo)[20-21]，2、3池浮游植物生物量、Chl.a濃度明顯低于5池，而SD高于5池. 導(dǎo)致上述情況可能存在兩個(gè)原因：一方面是磷、氮濃度差異所致，因?yàn)槎吲c水體生產(chǎn)力密切相關(guān)[22]，5池氮、磷量遠(yuǎn)高于2、3池；另一方面與2、3池存在大量的捕食者有關(guān)，自1950s引入鰱、鳙后，其年產(chǎn)量一直在100～150 t左右，而最近幾年，年產(chǎn)量已達(dá)到250 t左右.

4.230年前后湖水水質(zhì)變化

4.3 五大連池湖水水質(zhì)評(píng)價(jià)

觀察年度綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，除5池外，其他各池2013年指數(shù)低于2012年. 湖泊的營(yíng)養(yǎng)化程度與季節(jié)密切相關(guān)，春、夏季富營(yíng)養(yǎng)化程度加強(qiáng)，秋季降低，這與春、夏季溫度升高，藻類加速生長(zhǎng)，降水增多，陸地氮、磷等營(yíng)養(yǎng)源大量補(bǔ)充等因素有關(guān)[26-27]. 6次調(diào)查中，5池綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)半數(shù)超過(guò)70，已接近重度富營(yíng)養(yǎng)化臨界范圍.

綜上所述，近幾年的居民搬遷、退耕還濕等保護(hù)措施初見效果，隨著外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的減少，五大連池水質(zhì)已有好轉(zhuǎn)趨勢(shì). 但5池水質(zhì)狀況堪憂，因此，整個(gè)湖泊水質(zhì)恢復(fù)需要長(zhǎng)期過(guò)程.

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Status of water quality and succession changes in Lake Wudalianchi in the last 30 years

WANG Nianmin1, TANG Shizhan1, LI Zhe1, SUN Dajiang1, JI Feng2& HUA Zhenhe3

(1:HeilongjiangRiverFisheryResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Harbin150076,P.R.China) (2:YangtzeRiverFisheryResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,P.R.China) (3:RiheFisheryCo.Ltd.ofWudalianchi,Heihe164155,P.R.China)

As the second largest volcanic avalanche lake in China, Lake Wudalianchi is a representatively natural water body in high latitude region of China, which is a famous and multifunctional natural landscape. For studying the current situation of water quality (WQ) of lake, changes of WQ during the past 30 years and evaluating the eutrophic grade of the lake, we collected and studied 15 WQ indices on 11 sampling sites of Lake Wudalianchi in the spring, summer, autumn during 2012 and 2013. The results showed that, the WQ parameters of Lake Wudalianchi as shallow lake in the temperate continental monsoon climate zone change intensively in different areas and different seasons and years. The plankton biomass and chlorophyll-a concentration from the Second and Third Ponds are lower than those of the Fifth Pond, probably as the results of reduction of phosphorus, nitrogen and incremental fishery production in the formers. Comparison with the lake WQ indices during 1980s, mass of phytoplankton, total phosphorus and total nitrogen concentrations decrease significantly now, noting that WQ may be tending to better status. However trophic level index of Fifth Pond is exceeding 70 with the 3 times of the 1980s, which is adjacent to severe eutrophication status. The environmental safeguards of Lake Wudalianchi such as relocation of residents, returning farmland to wetland are effective at beginning phase, but individual part of lake remains a bad WQ suggesting a long-term treatment required.

Water quality; eutrophication; Lake Wudalianchi

*黑龍江水產(chǎn)研究所中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(HSY201201)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD25B10-05)和黑龍江省冷水性魚類種質(zhì)資源及增養(yǎng)殖重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(201201)聯(lián)合資助. 2015-06-30收稿；2015-12-25收修改稿. 王念民(1972～)，男，碩士，助理研究員; E-mail: wnm0529@163.com.