摘要
白洋淀是华北地区最大的淡水湿地，府河是白洋淀上游主要入淀河流之一。近年来随着极端降雨的频率和强度增加，府河水体氮、磷浓度及通量的时空变化规律复杂，极大影响了白洋淀的水环境质量。本研究以府河至白洋淀水体为研究对象，结合野外在线监测、野外采样、室内测定分析等方法，研究极端降雨条件下府河至白洋淀沿线水体总氮（TN）、总磷（TP）浓度的年内时空变化特征，并分析水体氮、磷浓度与负荷对极端降雨事件的响应规律。结果表明：TN浓度春冬高、夏季低；TP浓度春冬低、夏季高；且从府河上游至下游TN和TP浓度呈降低的趋势。2023年“7.29”极端降雨后至结冰期前，水体TN浓度呈现升高-降低-再升高的变化趋势，TP浓度呈现升高-降低的变化趋势。农业面源污染的外源输入和底泥的内源释放均导致水体TN浓度升高，稀释、反硝化和沉积作用导致极端降雨后TN浓度降低，而后期底泥内源释放和生物吸收利用减弱导致TN浓度持续升高；极端降雨后面源污染物输入增加使TP浓度升高，而磷向底泥的沉积和生物吸收利用导致TP浓度逐渐降低。极端降雨前沿线水体氮、磷负荷逐渐降低；极端降雨后由于面源污染物的输入沿线氮、磷负荷升高10.5~47.4倍，极端降雨期控制污染物入淀是保证白洋淀水质安全的必要条件。该研究可为变化环境下白洋淀及入淀河流的水环境管理提供科学依据。
Abstract
Lake Baiyangdian is the largest freshwater wetland in North China. Fu River is one of the main rivers that flow into Lake Baiyangdian. In recent years, increasing frequency and intensity of extreme rainfall events have introduced new challenges, driving complex spatiotemporal variations in nitrogen and phosphorus concentrations and fluxes. This study systematically investigated the Fu River-Lake Baiyangdian system through field monitoring, water sampling, laboratory measurements and statistical analysis to reveal the dynamics of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) concentrations and their response to extreme rainfall. Results revealed distinct seasonal trends: TN was highest in spring and winter and lowest in summer, whereas the TP peaked in summer and declined in spring and winter. Spatially, TN and TP decreased from upstream to downstream along the Fu River. After the “7.29” extreme rainfall event, TN showed a complex increase-decrease-increase trajectory influenced by agricultural runoff, sedimentary nutrient release, and biogeochemical processes such as dilution and denitrification. TP showed a simpler increase-decrease pattern driven by sediment resuspension and subsequent attenuation. Before the extreme rainfall event, nitrogen and phosphorus loads along the river gradually decreased. After the extreme rainfall event, nitrogen and phosphorus loads along the river significantly increased due to the input of non-point source pollutants. Nutrient loads surged significantly after the extreme rainfall event, increasing by factors of 10.5 to 47.4 due to the input of non-point source pollutants. These findings underscore the vulnerability of Lake Baiyangdian to extreme hydrological events and highlight the urgent need for targeted interventions to reduce pollutant loads during such events. This research provides critical insights into nutrient cycling dynamics under changing climatic and hydrological conditions, offering a scientific basis for sustainable water quality management in lake-watershed systems.
Keywords
氮、磷营养盐是生物生长发育必需的营养物质，然而河湖系统过量氮、磷营养盐的输入，会造成水体富营养化，危害地表水水质安全[1]。在中国整体水环境中，50%的河湖富营养化问题是由氮、磷为主的面源污染源引起的，面源污染对氮、磷污染的贡献率分别高达81%和93%[2]。研究水体氮、磷浓度和通量变化规律及其主要影响因素对农业区河湖富营养化防控具有重要意义。
河流和湖泊的氮、磷营养盐的浓度和通量受到多种环境条件的影响[3]。研究表明，农业面源污染是降雨事件中导致氮、磷外源负荷增大的直接原因[4]，而水动力条件改变引起的底泥扰动是造成富营养化河湖底泥氮、磷内源释放的主要原因[5-6]。近年来，随着全球气候变化，极端降雨事件的频率和强度呈显著上升趋势[7]。极端降雨会导致地表径流量增加，改变河道的水动力条件，并携带更多的氮、磷污染物进入水体，改变河湖氮、磷循环，导致水体总氮（TN）、总磷（TP）和氨氮（NH3-N）浓度升高[8-9]。但也有研究表明，强降雨虽然造成水体氮、磷负荷急剧升高，但因流量增加，水体稀释作用会降低水体氮、磷浓度[10]。此外，除了外源输入，极端降雨也会通过改变水体的理化性质，如酸碱度（pH）、溶解氧（DO）和水温（T），影响底泥氮、磷的内源释放。Lv等[6]研究表明，极端降雨会改变水体的理化性质和微生物群落，水体和底泥的硝化-反硝化作用增强，促进氮素消耗，从而降低水体TN浓度；由于极端降雨增加水体对底泥的扰动，内源释放增加促进了水体TP浓度的升高[10-11]。可见，极端降雨对水体氮、磷变化的影响受限于特定区域的环境条件，而过去大多数研究都是关于环境条件变化对氮、磷变化的短期影响，较难全面理解水体氮、磷对极端降雨的响应规律。
白洋淀地处雄安新区核心位置，是华北平原最大的浅水型湖泊湿地[12]。府河是白洋淀上游常年有水且流量较大的河流之一，具有近50年的纳污历史，府河水中携带的氮、磷营养盐严重影响白洋淀淀区的水质[5]，制约了雄安新区生态宜居城市的建设。府河上游流经农业种植区，受面源氮、磷污染物输入的影响严重。研究表明，TN和TP是白洋淀及府河的主要面源污染物[13-14]。2023年7月29日-8月1日府河-白洋淀出现极端强降雨（“7.29”极端降雨），最大日降雨量为270 mm，4日累计降雨量达423.2 mm。极端降雨后府河的流量、流速等水动力条件发生了极大改变，加剧了河道及淀区水质恶化。以往研究为白洋淀污染负荷和富营养化治理提供了重要支撑，但研究多集中在白洋淀淀区[6，11-14]，而对入淀河流的氮、磷时空变化规律的研究较少。此外，在气候变化如极端降雨频率增加的背景下，历史纳污河流水体氮、磷浓度对极端降雨的响应规律及其对白洋淀水环境质量的影响更为复杂。
本研究以白洋淀主要污染输入河流——府河为研究对象，基于野外定位观测和采样分析，结合水化学和数理统计方法，解析府河至白洋淀沿线水体的氮、磷浓度时空变化特征，定量估算入淀氮、磷通量，揭示水体氮、磷浓度对极端降雨的响应规律，为府河水质修复和白洋淀水环境保护提供科学支撑。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
选择河北省保定市以东府河至白洋淀入淀口沿线水体为研究对象（38°49′~38°55′N，115°34′~116°00′E），东西长约47.1 km（图1），大部分位于雄安新区境内。府河是白洋淀上游主要污染入淀河流之一，其上游位于保定市，下游位于雄安新区境内，主要承接保定市污水处理厂尾水，并接纳沿线村庄生活污水[15-17]。研究区属温带大陆性季风气候，年平均降雨量和蒸发量分别为917.41和1369 mm[18-19]，年内和年际降雨分布不均，70%~80%的降雨集中在6—9月[20]。2023年为典型极端降雨年，“7.29”极端降雨后府河水位上涨约1.9 m，白洋淀水位上涨0.5~1 m，本次极端强降雨具有累计雨量大、覆盖范围广、持续时间长，极端性突出的特点[21]。受气候和人类活动等影响，自20世纪80年代以来白洋淀多次出现干淀。为维持白洋淀生态系统的平衡，多次从上游的安格庄水库、王快水库、西大洋水库、岳城水库以及黄河通过不同的路线向白洋淀调水[22]， 2023年3—6月和10—12月通过府河对白洋淀进行生态补水。
图1（a）白洋淀流域水系；（b）2023年研究区温度与降雨量统计；（c）研究区采样点位置
Fig.1(a) Watershed of Baiyangdian Basin; (b) Temperature and rainfall of the study area in 2023; (c) Location of sampling sites in the study area
1.2 样品采集与数据来源
选择河北省保定市东段至白洋淀淀区府河沿线布设8个采样断面，采样点分布如图1所示。采样点F1~F6位于府河河道，B1位于府河入淀口，B2位于白洋淀淀区（以下简称“府河河道”“入淀口”和“淀区”）。为研究极端降雨对河流入淀过程中氮、磷动态的影响，分别在极端降雨前（2023年6月13—14日）和极端降雨后（8月12—13日）对府河至白洋淀沿线8个采样点采集一次地表水样品，每个采样点用采水器取100 mL水样两瓶，水样滴加2~3滴1 mol/L的稀硫酸后立即置于4℃冰箱保存，用于分析TN、硝态氮（NO-3-N）、亚硝态氮（NO-2-N）、NH3-N、TP和可溶性磷酸盐（DIP）浓度；采样同时用多普勒剖面流速仪（River Surveyor-S5/M9，YSI Corporation，OSU，美国）测定河流的流速和断面流量，并利用便携式水质仪（HORIBAR Scientific，日本）现场测定T、pH、DO、电导率（EC）、氧化还原电位（ORP）、总溶解性固体（TDS）、盐度（SAL）等水体理化指标。
为进一步揭示河流入淀过程中氮、磷及其环境因子全年时空变化规律及其主要影响因素，选择F3（代表府河河道）、B1（代表入淀口）和B2（代表淀区）点位布设水质在线监测仪（AMT-YB101），每4 h监测一次，自动监测水体TN、TP浓度和水温、pH、DO、EC、ORP等环境指标，监测时段为2023年3月17日-11月28日。
1.3 样品测定与数据分析
水体TN、NO-3-N、NO-2-N、NH3-N、DIP、TP浓度利用全自动间断化学分析仪（Smartchem 200）测定，每10个样品进行一次重复标定以保证结果的准确性。将水样经过0.45 μm滤膜过滤，直接测定NO-3-N、NO-2-N、NH3-N和DIP浓度；调pH、碱性过硫酸钾消解后上机测定TN浓度；过硫酸钾消解后上机测定TP浓度。
水体氮、磷日负荷采用降雨前后实地采样测量的断面流量和该点位水体氮、磷浓度的乘积估算[23]，计算公式如下：
(1)
式中，Loads为污染负荷（kg/d）；Q为河流断面流量（m3/s）；C为污染物浓度（mg/L）。
综合衰减系数的计算参考《全国水环境容量核定技术指南》和《河北省地表水水环境容量核定技术报告》，考虑府河的水文特征，采用经验公式[16]计算河流氮、磷污染物的综合衰减系数，计算公式如下：
(2)
式中，k为衰减系数（d-1）； u为河段平均流速（m/s）；x为上下断面的间距（km）；Cu、Cd分别为上、下断面的污染物浓度（mg/L）。选择F2作为上断面，B1作为下断面，上、下断面间的距离为28.86 km。
利用IBM SPSS Statistics 16.0和 Origin 2023完成数据的Spearman相关性分析和数值计算，利用Origin 2023完成图表绘制，并利用QGIS Desktop 2.2.3绘制研究区概况图。TN、TP浓度变化按自动监测数据的日均值绘制散点图。
2 结果
2.1 府河入淀过程中水体理化参数的时空变化特征
受生态补水、降雨等因素影响，2023年3—11月府河河道F3、入淀口B1和淀区B2监测点水体理化参数的季节性波动较大（图2）。F3、B1和B2点位EC的变化范围分别为192.8~2106.4、288.4~1296.9和412.5~1077.9 μS/cm，其中3—6月受补水影响水体EC较为稳定。补水初期府河水质最差、EC最大，而4—6月水体EC大小顺序为：入淀口＞河道＞淀区；7月受降雨影响EC下降，特别是“7.29”极端降雨后各点位EC下降到最低；9—11月EC持续上升，除11月外，3个点位的EC大小顺序为：河道＞淀区＞入淀口。F3、B1和B2点位DO浓度的变化范围分别为0.05~13.21、0.01~14.44和0~10.65 mg/L，入淀口DO浓度变化范围最大；3—8月各点位DO浓度逐渐降低，极端降雨后各点均降到最低值，水体偏还原环境，8—11月持续上升；与EC变化相似，3—6月水体DO浓度大小顺序为：入淀口＞河道＞淀区，9—11月DO浓度大小顺序为：河道＞淀区＞入淀口。F3、B1和B2点位pH变化范围分别为7.10~8.52、6.79~8.87和7.05~8.61，与DO浓度变化相似，3—8月水体pH有降低趋势，“7.29”极端降雨后下降到最低值，9—11月逐渐上升。水体T随着年内气温变化呈现季节性变化。由此可见，“7.29”极端降雨前后总体水质和主要环境因子均发生了很大变化，且入淀口的变化最大，从极端降雨前的偏氧化环境转变为偏还原环境。
2.2 府河入淀过程中水体TN、TP浓度的时空变化特征
由图3可见，总体上2023年3—11月府河F3、入淀口B1和淀区B2监测点TN浓度大小顺序为：F3＞B1＞B2。3—7月初，TN浓度主要受降雨影响呈波动式下降的趋势，其中F3点位波动幅度最大（0.62~5.82 mg/L），入淀口次之（0.72~3.04 mg/L），淀区B2点位的变化范围最小（0.52~1.60 mg/L），雨季初期TN的波动峰值最大。“7.29”极端降雨后F3和B1点位TN浓度快速上升到最大峰值后降低，但其峰值低于雨季初期波动峰值，这可能与雨季降雨量增加驱动农业面源污染物的输入有关[10]，同时受到降雨的稀释作用影响，浓度峰值降至低点。3个监测点TN浓度分别在极端降雨结束后第14、32和32天再次出现持续升高的趋势，其中府河上升幅度最大（升至8.39 mg/L），入淀口上升幅度次之（最大升至5.16 mg/L）。这一方面与极端降雨后上游污染物持续输入有关；另一方面可能与流量剧增导致水体底泥扰动，从而引起内源释放有关[6]。其中，白洋淀TN浓度升高滞后时间大于府河，这可能与淀区还原条件下对氮磷的消纳作用有关，也受到芦苇等水生植物对污染物的净化作用影响[24]。
图2府河-入淀口-淀区水体理化参数
Fig.2Water environment indicators of Fu River, estuary and Lake Baiyangdian
由图3可见，TP浓度在年内的季节性变化显著但变化趋势与TN相反，呈现夏秋高、冬春低的特点，3个点位TP浓度大小顺序为：F3＞B1＞B2。雨季前3—6月较为稳定，期间降雨造成各观测点浓度小幅增加；6—9月F3、B1和B2各点位的TP浓度波动幅度较大，变化范围分别为0.04~0.45、0.03~0.28和0.01~0.10 mg/L。府河水体TP浓度在降雨的第2天迅速上升到峰值，之后降低，而入淀口和淀区TP浓度变化则具有一定滞后性，B2点位在第5天达到峰值，B3点位则在极端降雨后第3天才呈现上升趋势，到第8天达到峰值。F3点位的TP浓度最大值出现在极端降雨前（7月16日），B1和B2点位最大值出现在“7.29”极端降雨后，分别达到0.28和0.1 mg/L。
2.3 极端降雨前后府河-白洋淀沿线不同形态氮、磷浓度的变化特征
极端降雨前后府河至白洋淀沿线水体NO-3-N、NO-2-N、NH3-N、TN、TP及DIP浓度变化如图4所示。极端降雨前流量相对较为稳定，变化范围为2.4~3.5 m3/s（平均值为2.8 m3/s）。TN和NO-3-N浓度沿程具有下降的趋势，而NO-2-N和NH3-N浓度在府河沿线较为稳定（变化范围分别为0.039~0.048 mg/L和0.13~0.16 mg/L），进入白洋淀浓度上升显著，说明白洋淀淀区反硝化和矿化作用较强；TP和DIP浓度沿程相对较为稳定，呈降低趋势（变化范围分别为0.038~0.095 mg/L和0.012~0.051 mg/L）。极端降雨后府河沿程断面流量逐渐增加，变化范围为2.5~66.9 m3/s（平均值为19.6 m3/s），TN和NO-3-N浓度沿程呈降低趋势且降低幅度大于极端降雨前，而NH3-N和NO-2-N浓度均升高，且在白洋淀上升或下降幅度增加，说明极端降雨后水体的氨化和反硝化加剧。水体NH3-N浓度升高5.7倍，可能与流量增大导致底泥中NH3-N大量释放有关[6]。极端降雨前TP和DIP浓度沿程具有缓慢降低的趋势，而极端降雨后二者浓度均大于降雨前，DIP浓度升高3.6倍，且DIP在TP中占比升高，其主要的可能原因是农业面源污染输入和底泥内源释放增加[25]。从沿程变化来看， TP和DIP浓度在F1到F3点位上升，在F3至B2点位下降，说明磷主要受到沿线面源污染物输入影响，在府河下游至入淀后可能存在河道吸附沉降作用影响。
图3府河-入淀口-淀区水体氮、磷浓度变化：（a）全年TN变化; （b）极端降雨期TN变化； （c）全年TP变化; （d）极端降雨期TP变化（红色箭头为采样时间）
Fig.3Changes in nitrogen and phosphorus concentrations in the Fu River, estuary and Lake Baiyangdian: (a) annual changes of TN; (b) TN after extreme rainfall; (c) annual changes of TP; (d) TP after extreme rainfall (The red arrows indicate the field sampling dates)
2.4 极端降雨前后府河-白洋淀沿线水体氮磷负荷与衰减系数变化
极端降雨前、后河流TN的综合衰减系数分别为0.49和0.90，TP的综合衰减系数分别为0.14和0.54。极端降雨后TN和TP的综合衰减系数分别升高1.8和4.0倍。虽然极端降雨后面源污染物的输入增多，但汛期河道污染物净化能力强，污染物的衰减系数升高，TN和TP的衰减加快，这与李先锋[26]的研究结果一致。
水体氮、磷负荷与水量具有高度关联性[10]。极端降雨后氮、磷污染物的衰减加快，但由于农业面源污染物的输入，水体氮、磷入淀负荷显著升高。极端降雨前后NO-3-N均为水体氮素的主要形态，水体TN负荷中NO-3-N负荷占比最高，硝化作用对氮素转化起到主要作用；极端降雨后水体TN负荷显著升高，由317~2366 kg/d（平均值为959 kg/d）升高至1952~14022 kg/d（平均值为5713 kg/d），均值升高10.5倍。水体NH3-N负荷由29~45 kg/d（平均值为35 kg/d）升高至202~6090 kg/d（平均值为1695 kg/d），均值升高47.4倍（图5）。水体TP负荷由7~19 kg/d（平均值为 14 kg/d）升高至22~571 kg/d（平均值为194 kg/d），均值升高12.9倍。总体上，极端降雨前从府河到白洋淀沿程氮、磷负荷具有降低趋势，说明沿程出现衰减作用。而极端降雨后沿程氮、磷负荷具有增加趋势，说明虽然衰减系数增大，但是受到污染物输入总量增加影响，负荷持续增加。
图4极端降雨前氮（a）、磷（b）和极端降雨后氮（c）、磷（d）浓度及流量变化
Fig.4Changes in nitrogen (a) , phosphorus (b) concentrations before extreme rainfall and nitrogen (c) , phosphorus (d) concentrations after extreme rainfall and flow rate
图5极端降雨前（a）和极端降雨后（b）各断面氮、磷负荷
Fig.5Nitrogen and phosphorus loads of each section before (a) and after (b) extreme rainfall
3 讨论
3.1 水体理化参数对氮、磷浓度时空变化的影响
水体理化参数和氮、磷浓度相关性分析表明，影响水体氮浓度的主要环境因子为水温、DO和流量（图6）。TN与NO-3-N浓度呈显著正相关（P＜0.05），水体TN的主要形态为NO-3-N。由于夏季水温升高，氧气在水中的溶解度减小，且夏季微生物活性增强[6]，消耗大量氧气，夏季水体DO浓度下降。这种厌氧环境为反硝化脱氮创造了条件，TN因反硝化作用的消耗而减少，因此DO浓度与TN浓度呈显著正相关（P＜0.05）。流量与EC、TDS、SAL呈显著负相关（P＜0.05），这是由于水量增大对污染物和离子起到了稀释的作用。流量与NO-2-N浓度呈显著正相关，与DO浓度呈负相关（P＜0.05），这是由于夏季径流量增大会带入更多的污染物，加速DO的消耗，使水体呈还原环境，促进反硝化作用的进行和NO-2-N的生成，从而造成水体NO-2-N浓度升高[27]。NH3-N浓度与流量呈显著正相关（P＜0.05），底泥是NH3-N的“源”，流量增大会促进底泥NH3-N向水体释放[6]。TN浓度均呈现冬春季明显高于夏秋季的特征，主要原因如下：一方面，春冬季的生态补水工程会增大底泥的内源释放量[6]，加之春耕时化肥的使用[28]，会引起大量含氮物质进入河道，使水体氮素浓度升高；另一方面，夏季高温和低DO会促进反硝化作用，加快水体氮素衰减，同时，夏秋季降雨量增加会在一定程度上稀释水体营养盐，因此冬春季水体氮素浓度明显高于夏秋季。
影响水体磷浓度的主要环境因子为水温（图6）。此外，流量和水体氧化还原条件也会影响TP浓度[11]。TP与DIP浓度呈显著正相关（P＜0.05），DIP是水体TP的主要存在形态。TP浓度与水温呈显著正相关（P＜0.05）。夏季水温高，降雨集中，地表径流携带的农业面源污染物是水体TP的重要来源之一；水温是影响TP内源释放的主要因素，水温升高，微生物活性增强，底泥中物理、化学和生物反应速率加快，促进底泥磷的内源释放[17]，水体TP浓度升高。春季和冬季水温低，降雨少，内源释放和外源输入的磷较少，因此水体TP浓度也较低。流量的升高促进了底泥的扰动以及底泥磷向上覆水的释放[11]。水体DO影响ORP的变化，水体DO浓度夏秋低、春冬高（图2），沉积物中的无机磷在环境厌氧条件下更易释放[11]，因此夏季DIP内源释放量大；春、冬季DO浓度较高，抑制磷的内源释放，沉积物的内源释放减少。平原区河湖水体TP以溶解性为主，底泥TP呈现夏季显著降低的变化特征[22]。夏秋季降雨量大，地表径流带入大量的磷，同时由于水温升高和ORP降低，内源DIP释放增多，水体TP浓度升高；而春冬季由于磷的沉积和吸附作用，内源释放的磷减少，因此水体TP浓度呈现夏秋季高于春冬季的特征。
图6不同形态氮、磷浓度与水体理化指标的相关性（*表示P≤0.05）
Fig.6Correlation analysis between nitrogen and phosphorus concentrations and water environmental indicators (* indicates P≤0.05)
3.2 水体氮、磷浓度及负荷对极端降雨的响应规律
时间上，TN和TP浓度在极端降雨后的变化规律不同。TN浓度对极端降雨的响应表现为先升高后降低再持续升高的变化特征（图3）。极端降雨主要通过地表径流冲刷作用、稀释作用、促进反硝化脱氮作用、对水体和底泥的扰动作用及沉积作用影响水体TN浓度，不同时期氮浓度变化的主导作用不同。极端降雨后，地表径流会携带大量含NO-3-N的农业面源污染物质及有机污染物进入水体[29]，促进水体的硝化作用，导致水体NO-3-N和TN浓度升高；底泥是NH3-N的“源”，极端降雨后流量增大会加大对底泥的扰动，促进底泥氮的释放[6]，因此，农业面源输入和底泥内源释放增加是导致极端降雨后水体TN浓度急剧升高的重要原因，这与Liu等的研究结果一致[29]。极端降雨后水体TN浓度达峰值后出现降低趋势，主要原因可能是极端降雨后水体DO浓度较低，有利于反硝化作用的进行，导致TN浓度降低和NO-2-N浓度升高；此外，富氮河流的水体NO-3-N在流量增大时更易于向底泥沉积[6]，因此极端降雨后，NO-3-N沉积量增多，且沉积到底泥的NO-3-N增加也会促进反硝化脱氮作用，从而降低水体的TN浓度[20]；此外，流量急剧增加产生的稀释作用也是造成氮浓度降低的原因之一。秋冬季水温降低，水体DO浓度升高，不利于反硝化脱氮作用和生物吸收转化，导致TN的衰减速率降低，水体TN的消耗减少[30]；水动力条件改变和底泥氮沉积量升高，促进底泥中的氮向水体释放[6]，使水体TN浓度持续升高，因此TN浓度峰值存在时间滞后性。TP浓度对极端降雨的响应表现为先升高后降低，并最终恢复至初始水平的变化特征。极端降雨后TP浓度升高的主要原因是面源污染物的输入和底泥的内源释放量增加，沉积作用是极端降雨后TP浓度降低的主导作用。降雨后水体pH和 DO显著降低，流量升高，缺氧和水力扰动均促进底泥DIP的释放[31]，提高水体TP浓度。秋冬季水体DO浓度的增大和pH的升高会加速水体中的磷向底泥沉降并抑制磷的内源释放[11]，从而导致水体TP浓度逐渐降低。
空间上，F3、B1、B2点位的TN、TP浓度变化对降雨的时空响应不同。极端降雨前，仅F3点位氮、磷浓度对雨季初期降雨有响应，B1和B2点位的浓度变化较小。这是由于雨季初期正值玉米种植期[28]，雨季初期降雨对农田地表的冲刷会将土壤表层大量氮、磷带入府河，导致府河水体氮、磷浓度迅速升高。由于沉积作用，水体氮、磷会快速沉积到底泥中；夏季水温高，污染物衰减较快，同时由于白洋淀湿地的净化作用，B1点位的响应较小，B2点位基本无响应。由于雨季对地表的不断冲刷，极端降雨期土壤中的养分较雨季初期显著减少，且极端降雨表现出一定的稀释效应[10]，因此极端降雨后TN、TP浓度峰值低于雨季初期。极端降雨后，F3、B1和B2点位氮、磷浓度对极端降雨均有不同程度的响应，最大氮、磷污染物浓度呈现F3＞B1＞B2的变化趋势。极端降雨后TN浓度峰值的出现时间滞后主要与底泥的内源释放和水体氮素的衰减速率有关，TP浓度峰值的出现时间与极端降雨后流域污染物的持续输入和湿地净化有关。极端降雨后水体TN浓度的稀释和沉积作用显著，但极端降雨期氮通量较大，尤其是府河下游及入淀口污染物通量较大（图5）。沉积到底泥中的氮在水动力条件和水体理化环境发生改变时会再释放进入水体[6]，且秋冬季氮素的衰减速率降低[20，30]，造成水体TN浓度持续升高。府河TP浓度在极端降雨后由于农业面源污染物的输入而迅速达到最大值，白洋淀则出现滞后响应。秋冬季水体TP浓度逐渐降低，这是由于磷在水温高、流量大、pH低时易于从底泥释放[11]，而秋冬季水温降低、pH升高，不利于沉积磷的释放。
4 结论
府河和淀区水体氮、磷浓度时空差异显著，氮、磷浓度和通量影响不同时期的水环境质量。解析氮、磷浓度的变化规律及对极端降雨的响应规律，对变化环境下的水质修复和污染防控具有重要意义。本文通过对水体氮、磷浓度变化规律的研究，主要得到如下结论：
1）府河至白洋淀水体氮、磷时空变异显著。时间上，TN浓度夏季低、春冬季高，而TP浓度夏季高、春冬季低。空间上，从府河至白洋淀水体氮、磷浓度逐渐降低，极端降雨对府河氮、磷浓度的影响程度最大，入淀口次之，淀区影响最小。
2）水体TN浓度对极端降雨存在滞后响应，具体表现为升高-降低-再升高的变化特征，不同区域响应的滞后时间排序为：河道＜入淀口＜淀区。面源污染物输入及底泥内源释放量增加导致TN浓度升高，稀释作用、水体反硝化脱氮作用及沉积作用导致浓度降低，而氮素衰减速率降低和底泥内源释放导致浓度再次升高。
3）水体TP浓度对极端降雨的响应为升高-降低，并最终恢复至初始水平。面源污染污染物的输入和底泥的内源释放增加导致TP浓度升高；沉积和吸附作用导致水体TP浓度降低。
4）由于地表径流的汇入，极端降雨后河流沿线流量逐渐增大，氮、磷负荷也随之增大。
未来随着极端降雨频率的增加，地表径流带入府河的面源污染物增多，入淀的氮、磷负荷，会加重底泥氮、磷的蓄积，对白洋淀水环境安全有长远影响。因此，控制氮、磷入淀负荷和及时清淤是保障白洋淀水环境安全的重要措施。
