2016, Vol. 28 
(2: 中国水产科学研究院长江水产研究所, 武汉 430223)
(3: 黑龙江省五大连池市日河渔业有限公司, 黑河 164155)
(2: Yangtze River Fishery Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuhan 430223, P. R. China)
(3: Rihe Fishery Co. Ltd. of Wudalianchi, Heihe 164155, P. R. China)
湖泊是主要的陆地生态景观之一，是水资源的重要组成部分，参与物质和能量收支，对区域物质及能量循环意义重大.自然因素及人类活动对湖泊发育有重要影响，特别是后者，常常导致水质变化，使湖泊功能退化，加速其消亡[1].作为物质存储库，湖泊水质变化是复杂而且漫长的过程，掌握其变化规律是湖泊保护及开发的前提基础.五大连池是具有代表性的高寒地区自然水体，兼具旅游、观赏、水产养殖、饮用水源等功能，由于人为活动的影响，五大连池水质受到一定程度的影响. 1980s初，曾对五大连池水环境进行系统调查[2]，其后30年，除对其矿泉水及个别池子水质有少量研究[3-11]，未再对该湖泊水质进行系统报道. 2012-2013年，我们再次对五大连池水质进行调查，研究其水质波动及其变化规律，并结合之前学者的研究成果，分析五大连池湖泊水质30年来演变趋势，为保护五大连池水环境，预防和控制湖泊富营养化，以及湖泊环境保护及资源开发利用协同推进提供基础数据.
1 研究区概况五大连池(48°34′~48°38′N, 126°00′~126°21′E)是我国第二大火山堰塞湖，位于黑龙江省黑河市西南部，地处大、小兴安岭与松嫩平原过渡带.湖泊由5个呈串珠状小湖组成，面积18.47 km2，蓄水量1.57×108 m3，水流流长5.25 km，由北至南由5池经4、3、2池，从1池流出，汇入石龙河后注入讷谟尔河.
五大连池是著名的火山地质公园，形成距今近300年，早期人为活动较少，自1950s国营农场建立以后，工农业生产、生活导致湿地萎缩，湖泊环境变化较大.至2000年，整个流域面积106000 hm2，其中耕地54943 hm2，占总面积的51.8%；林地26787 hm2，占25.3%；牧草地11433 hm2，占10.8%；居民地及工矿用地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%.
五大连池处于温带大陆性季风气候区，年平均气温-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%，年蒸发量约为降水量3倍.湖泊靠地下泉水及降水积聚补充.
2 研究方法 2.1 采样点布设根据湖泊自然概况、形态、利用程度，共设13个采样点.其中，1池(P1)1个、2池(P2)3个、3池(P3)5个、4池(P4)1个、5池(P5)3个.采样点集中在各池的进出水口和中心区域(图 1).水样采样时间分别为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).
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图 1 五大连池采样点设置 Fig.1 Sampling sites in Lake Wudalianchi |
用采水器采集各采样点表层(水下50 cm左右)及底层(距底部50 cm)水样各5 L，放置预先洗净的塑料桶中混匀，用清洗干净的采样瓶灌满后冷藏保存，运至实验室进行水质理化指标测定；每个采样点各采集3份，共39份，其中总磷(TP)、总氮(TN)、总碱度(TA)、总硬度(TH)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、高锰酸盐指数(CODMn)、叶绿素a (Chl.a)浓度的分析参照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)进行.采样点水体的透明度(SD)用塞氏盘现场测定, 水温(WT)、pH值、电导率(Cd)及溶解氧(DO)浓度使用多参数水质测定仪(YSI 6600V2)现场测量.浮游植物生物量(mass of phytoplankton，MP)利用5 L采水器，分层( < 2 m)采集2次, 混匀后装入1 L干净的塑料桶，加入15 ml的鲁哥试剂固定，浮游植物生物量按照细胞体积来换算:先用形态相似的几何体积公式计算细胞体积，再按1 g/ml的比重换算成生物量[12].
2.3 数据处理及分析采用单因素方差分析法(One-way ANOVA)对各采样点环境参数均值差异进行显著性检验.选取Chl.a、TP、TN、SD、CODMn五项指标，利用综合营养状态指数法(TLI)[13]确定各样点水体的营养状态及五大连池水体营养状态的总体评价. TLI以0~100的一系列连续数字对营养状态进行分级:TLI < 30为贫营养；30 < TLI < 50为中营养；TLI > 50为富营养；50 < TLI < 60为轻度富营养；60 < TLI < 70为中度富营养；TLI > 70为重度富营养.在同一营养状态下，指数值越高，其营养化程度也越高.本文中引用的五大连池历史水质数据均来自公开发表的文献，显著性检验采用独立样本t检验及单因素方差分析法.
3 结果与分析 3.1 水质现状五大连池的水温、溶解氧、pH值、透明度、总碱度及总硬度等指标明显受季节影响，比较各池水质发现：5池TN、TP、NH4+-N、CODMn、Chl.a浓度及浮游植物生物量明显高于2、3池(表 1).
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表 1 2012-2013年五大连池各池水质指标变化 Tab.1 Variations of water quality of each pond in Lake Wudalianchi in 2012 and 2013 |
比较1981-1982年[2]与2012-2013年五大连池水质指标发现：上升的指标包括NH4+-N浓度、NO2--N浓度及CODMn，后者差异虽不明显，但现测量值差异系数较大，表明其波动比较剧烈；TH、TA、TP浓度、MP和SD等指标明显下降；而NO3--N浓度及pH值变化不大(表 2).
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表 2 1981-1982和2012-2013年五大连池湖水水质指标比较* Tab.2 Contrast on water quality indexes of Lake Wudalianchi between 1981-1982 and 2012-2013 |
比较五大连池各季节综合营养指数：夏季湖水的综合营养指数最高，春季次之，而秋季最低；2012年夏季及2013年春、夏季，5池综合营养状态指数均超过70.比较两年间各池综合营养指数, 5池最高，3池次之，其后为4池、2池，1池最低(图 2).
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图 2 五大连池各季节(A)和各池(B)综合营养状态指数变化 Fig.2 Trophic status index evaluation results of each season (A) and each pond(B) of Lake Wudalianchi |
五大连池平均深度5~6 m，属浅水型，各池温差较小.湖水偏碱性，金属离子含量较高，为碳酸碱度型[8-11]，硬度介于软水及中硬水之间；总碱度偏高，有盐碱化趋势[14].随着温度、天气以及降水作用，湖泊水质会发生剧烈变化，同其他北方湖泊相似[15]，不同采样点季节变化趋势不同.
五大连池各池之间虽然存在水量交换，但由于独特串珠结构，各池有相对的独立性.由于水流较缓，中下游没有污染源，湖泊污染程度大体是按照水流方向逆向升高，这与一般湖沼、河流不同[16-17].夏季5池TP浓度、TN浓度、CODMn及无机氮浓度有明显升高，可能是因为该池北侧、东侧有耕地，而夏季大量的降水将土壤中氮、磷及其他化学物质带入水中；而春、秋季则无显著差别，各池其他指标差别不大.
浮游植物是湖泊主要的初级生产者，其生物量在一定程度上反映了湖泊水质的现状[18-19]，Chl.a是浮游植物细胞中重要组分，是衡量浮游生物现存量及环境检测的重要指标[20-21]，2、3池浮游植物生物量、Chl.a浓度明显低于5池，而SD高于5池.导致上述情况可能存在两个原因：一方面是磷、氮浓度差异所致，因为二者与水体生产力密切相关[22]，5池氮、磷量远高于2、3池；另一方面与2、3池存在大量的捕食者有关，自1950s引入鲢、鳙后，其年产量一直在100~150 t左右，而最近几年，年产量已达到250 t左右.
4.2 30年前后湖水水质变化湖泊的形成和发展充分反映了区域环境的特点和湖泊环境演变的历史[23]，五大连池形成时间不长，人类大规模活动时间也很短，但是对湖泊产生非常大的影响[24].随着五大连池周边规模化农业和工业生产的发展，特别自1970s以后，化肥及农药大量使用，湖泊水质变化明显.直到2010s，环保措施逐步落实，这种情况才渐好转.比较1981-1982年和2012-2013年湖泊水质指标，除pH值基本未变外，其他指标都发生了很大变化，其中TA、TH、TN浓度、TP浓度、MP等指标降低，CODMn、NH4+-N浓度、NO3--N及NO2--N等指标升高，但后者出现并不意味着湖水水质变差，可能是由于生物或风力等自然因素扰动底质导致长期沉积营养源释放以及其他环境因素造成的，同时，5池对这些指标拉升起主要作用.尽管一些指标升高，但与30年前相比，湖水P:N由3:10降至1.3:10，而磷是我国水体营养的主要限制因子[25].
4.3 五大连池湖水水质评价观察年度综合营养状态指数，除5池外，其他各池2013年指数低于2012年.湖泊的营养化程度与季节密切相关，春、夏季富营养化程度加强，秋季降低，这与春、夏季温度升高，藻类加速生长，降水增多，陆地氮、磷等营养源大量补充等因素有关[26-27]. 6次调查中，5池综合营养指数半数超过70，已接近重度富营养化临界范围.
综上所述，近几年的居民搬迁、退耕还湿等保护措施初见效果，随着外源营养物质的减少，五大连池水质已有好转趋势.但5池水质状况堪忧，因此，整个湖泊水质恢复需要长期过程.
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