乌伦古湖水质变化及成因分析.docx
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乌伦古湖水质变化及成因分析
乌伦古湖水质变化及成因分析
吉芬芬,沈建忠,马徐发,熊雷,孙秀华,孙林丹
（华中农业大学水产学院，武汉430070）
摘要：
于2016年7月-2017年5月对乌伦古湖12个采样点（4个湖区）的水质进行了监测，分析了各湖区水质的水平分布特征，并对比历史资料对水质变化及成因进行了分析。
结果显示乌伦古湖2016-2017年度年均矿化度为1.64g/L、pH为8.70、透明度为1.90m、水深为8.78m、溶解氧为7.55mg/L，总氮和总磷含量分别为1.06mg/L和0.03mg/L。
与2006-2008年相比，年均矿化度含量由2.31g/L降低到1.64g/L，各湖区矿化度含量均降低，其中靠近额尔齐斯河引水的小海子（由1.97g/L降低到0.82g/L）和接受吉力湖来水的中海子（由2.41g/L降低至1.60g/L）矿化度含量降低最为明显；年均总氮含量由0.86mg/L增加到1.06mg/L，年均总磷含量稳定在0.03mg/L左右，各湖区总氮、总磷含量除小海子降低外（总氮由0.83mg/L降低到0.72mg/L；总磷由0.03mg/L降低到0.01mg/L），其他各湖区含量保持稳定或升高，其中中海子升高最为明显（总氮由0.94mg/L升高到1.43mg/L；总磷由0.03mg/L升高到0.05mg/L）。
研究表明额尔齐斯河引水对于乌伦古湖水体矿化度、总氮及总磷都有稀释作用，而吉力湖来水对乌伦古湖水体矿化度也有稀释作用，但同时提高了总氮、总磷的含量。
关键词：
乌伦古湖；水质；成因分析
中图分类号：
X824
乌伦古湖，又称布伦托海（N46°52′~47°28′；E87°00′~87°30′），位于新疆维吾尔自治区准噶尔盆地北部，是新疆第二大湖泊，湖面海拔468m，湖泊面积约753km2，蓄水量59.0亿m3（王苏民和窦鸿身，1998）。
湖区气候干燥寒冷，年均降水量116.5mm，蒸发量1844.4mm（李立人和王雪冬，2003）。
目前，乌伦古河与额尔齐斯河是乌伦古湖主要的补给水源。
1970年以前，乌伦古河是乌伦古湖的唯一补给水源，其通过吉力湖经西北流入至乌伦古湖中海子，1970年修建引额尔齐斯河水济乌伦古湖工程，但引水量小，1987年，新“引额济海”扩建工程竣工，1988年通水后年均从额尔齐斯河引3-4亿m³水量流入乌伦古湖小海子（李立人和王雪冬，2003）。
乌伦古湖作为我国阿尔泰山绿洲与古尔班通古特沙漠（我国第二大沙漠及最大的固定、半固定沙漠）之间的重要天然生态屏障，在控制沙漠北侵，防止垦地沙化、调节绿洲气候等方面具有重要的生态平衡功能（程艳等，2016）。
而水质作为湖泊的重要自然特征之一，对于维持良好的湖泊生态功能和景观功能有重要影响，且良好的水质是为人类提供安全用水的重要基础，因此乌伦古湖水质变化及评估备受关注。
过去，对乌伦古湖水质进行监测调查的文献较多，1986-1988年、1999-2000年、2000-2001年、2006-2008年、2009-2010年均有学者对乌伦古湖的水质进行了监测分析，主要指标包括总氮、总磷、高锰酸钾指数、矿化度、叶绿素、氨氮等，评价结果显示乌伦古湖水质保持在Ⅲ类水水平，其中矿化度、总氮、总磷是影响乌伦古湖水质变化的主要指标（刘雪芬，1993；李立人和王雪冬，2003；谢立新，2009；董攸等，2008；陈小锋，2012）。
近年来，随着鱼类放养和捕捞强度加大，人为调控力度增强，以及气候变化明显，乌伦古湖水质因此会受到怎样的影响有必要进行监测分析。
对其水质变化特征及成因进行分析，可以为预测乌伦古湖水质的变化趋势和开展进一步的调控管理提供科学依据。
因此，2016-2017年对乌伦古湖各湖区水质（共计12个采样点）进行了监测，评价了该湖水质特征且以影响其水质的主要指标（矿化度、总氮、总磷等）展开分析，结合历史资料，分析了水质变化趋势及原因。
1材料与方法
1.1采样点及采样时间
按均匀分布的原则，同时考虑水域面积、湖盆形状、进出水口等共设置了12个采样点，样点分布图及采样点经纬度分别见图1和表1。
为了更好地与2006-2008年水质进行比较，分析乌伦古湖水质变化趋势，参考董攸等（2008）在乌伦古湖水化学特征及营养水平研究中的湖区划分方法将乌伦古湖划分为如下四个区：
中海子（1#）、大海子（2#-6#及9#-11#）、骆驼脖子（7#、8#）和小海子（12#）。
根据当地每年四个季度气候的典型月份和取样方便，选择2016年7月、2016年10月、2017年2月和2017年5月进行采样。
图1乌伦古湖采样点布设
Fig.1MapoftheUlungurLakeshowingthelocationsofsamplingsites
表1乌伦古湖采样点经纬度及所属湖区
Tab.1Longitude,latitudeandlocatedareasofthesamplingsitesintheUlungurLake
样点编号
采样区
经度
纬度
1#
中海子
87°16'48.28"
47°2'13.88"
2#
大海子
87°13'55.13"
47°8'31.42"
3#
大海子
87°6'24.21"
47°11'45.68"
4#
大海子
87°19'53.40"
47°13'27.80"
5#
大海子
87°13'30.84"
47°15'30.96"
6#
大海子
87°6'7.74"
47°17'29.56"
7#
骆驼脖子
87°31'48.6"
47°14'34.8"
8#
骆驼脖子
87°27'47.49"
47°16'38.23"
9#
大海子
87°22'3.67"
47°19'18.47"
10#
大海子
87°17'44.21"
47°21'9.59"
11#
大海子
87°27'55.76"
47°22'27.23"
12#
小海子
87°33'20.13"
47°24'13.34"
1.2样品采集、测定
采用便携式水质测定仪LAQUAact（HORIBA，日本）现场测定矿化度、电导率、pH、溶解氧。
采用塞氏盘及手持声呐测深仪SM-5A（SpeedTech，美国）分别测定透明度及水深；采用5L采水器采集上层水样（水下0.50m左右）500mL装入采样瓶中，低温保存送回实验室分析总氮、总磷。
总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894-89）测定，总磷采用钼酸铵分光光度法（GB11893-89）测定。
1.3数据分析和处理
为了分析乌伦古湖水质的历史变化，将2016-2017年测定的数据与2006-2008年（董攸等，2008）的监测数据进行了比较分析，指标包括矿化度、总氮、总磷，这些指标的测定方法与本研究相同。
数据处理与图表制作采用Excel2007和Origin9.0软件；统计检验运用SPSS17.0软件进行，差异显著性检验采用Mann-WhitneyU检验方法。
2结果与分析
2.1乌伦古湖各湖区水质现状
乌伦古湖水体矿化度年均浓度为1.64g/L，范围为0.82-2.13g/L，其中小海子矿化度含量最低（0.82g/L），骆驼脖子含量最高（2.13g/L），其他湖区矿化度含量都高于1.00g/L（图2a）。
乌伦古湖电导率年均为2.72ms/cm，范围为1.45-3.72ms/cm，其中小海子电导率最低（1.45ms/cm），骆驼脖子电导率最高（3.72ms/cm）（图2b）。
由图2（a、b）可以看出，矿化度、电导率含量水平分布都表现为：
小海子＜中海子＜大海子＜骆驼脖子，其中小海子区矿化度、电导率值均极显著低于其他区域（P＜0.01）。
乌伦古湖年均pH为8.70，范围为8.19-9.37，其中小海子pH最低（8.19），骆驼脖子pH最高（9.37）（图2c）。
乌伦古湖透明度年均达1.90m，范围为0.85-2.41m，小海子透明度最低（0.85m），其他湖区均高于1.95m（图2d）。
乌伦古湖年均水深为8.78m，其中中海子水最浅（3.94m），大海子水最深（11.11m）（图2e）。
乌伦古湖年均溶解氧为7.55mg/L，范围为6.25-8.09mg/L，中海子溶解氧最低（6.25mg/L），小海子溶解氧最高（8.09mg/L）（图2f）。
乌伦古湖年均总氮含量为1.06mg/L，范围为0.72-1.43mg/L，含量水平分布规律为：
小海子＜大海子＜骆驼脖子＜中海子（图2g）。
年均总磷为0.03mg/L左右，变化范围为0.01-0.05mg/L，各湖区含量分布规律与总氮一致（图2g-h）。
22016年7月至2017年5月乌伦古湖各湖区水质参数箱形图
Fig.2box-plotsofwaterparametersinthefourareasoftheUlungurLakefromJuly2016toMay2017
2.2乌伦古湖水质历史变化分析
相比2006-2008年，乌伦古湖年均矿化度含量由2.31g/L降低至1.64g/L，且各湖区矿化度含量均降低，其中靠近两引水口区域矿化度含量下降最为明显，小海子由1.97g/L降低到0.82g/L，中海子由2.41g/L降低至1.60g/L（图3a）。
；乌伦古湖年均总氮含量由0.86mg/L增加到1.06mg/L（图3b），年均总磷水平保持相对稳定，均为0.03mg/L左右（图3c）。
各湖区总氮、总磷含量除小海子区含量降低外，其他湖区总氮、总磷含量保持稳定或升高，其中中海子区总氮、总磷含量增加最为明显，分别是10年前总氮、总磷水平的1.52倍及1.67倍。
湖区
Lakeareas
c
图3乌伦古湖各湖区不同时段矿化度、总氮、总磷的比较
Fig.3Comparisonoftotaldissolvedsolidsa（a）,totalnitrogen（b）,totalphosphorus（c）inthefourareasoftheUlungurLakebetween2006-2008and2016-2017
3讨论
3.1乌伦古湖矿化度变化特征及原因
矿化度是湖泊的重要特征之一，可直接反映湖水的化学类型，同时可以指示湖水中盐分积累或稀释的水环境条件（吴敬禄等，2013）。
乌伦古湖作为闭流湖，年蒸发量是降水量的15.8倍，若没有来水补给，乌伦古湖将逐渐咸化（李立人和王雪冬，2003）。
吉力湖来水及额尔齐斯河引水作为乌伦古湖主要补给水源，其矿化度水平（1978年-2014年，吉力湖年均矿化度为0.64g/L；2000-2016年，额尔齐斯河年均矿化度为0.10g/L，吉力湖及额尔齐斯河矿化度含量均极显著低于乌伦古湖矿化度含量（P<0.01））及引水量决定了乌伦古湖矿化度变化（刘开华和潘旭，2002；李立人和王雪冬，2003；高军凯，2006；董攸，2009；程艳等，2016；韦虹等，2016）（图4）。
在1978-1986期间，乌伦古河下游段出现断流，吉力湖频繁无来水，而同时额尔齐斯河引水量少，导致矿化度含量达到历史最高水平（3.43-3.80g/L）（程艳等，2016）。
1987年，新“引额济海”工程竣工，1988年新“引额济海”渠道通水，成为乌伦古湖主要的补给源，同时吉力湖逐渐恢复来水，乌伦古湖矿化度含量持续降低，2006-2008年矿化度下降至2.31g/L（董攸，2009）。
相比2006-2008年，2016-2017年度乌伦古湖矿化度含量降至1.64g/L，且各湖区呈现靠近两引水区（小海子、中海子）矿化度明显低于大海子及骆驼脖子，表明吉力湖来水及额尔齐斯河引水对乌伦古湖矿化度稀释作用明显，尤其是额尔齐斯河引水的稀释作用，使得小海子区矿化度含量（0.82g/L）极显著低于其他湖区（P<0.01）。
与乌伦古湖相似，博斯腾湖年平均蒸发量（1045.21mm）也远高于降雨量（64.3mm），博斯腾湖自1989年以来矿化度含量总体呈现先下降后上升的趋势。
1989年-2003年期间，由于开都河大量淡水的稀释使得矿化度含量由1.93g/L降低至1.18g/L，2003-2010年，开都河引水径流量减少且博斯腾湖排水量增加使得矿化度含量呈上升趋势（谢贵娟等，2011）。
可以看出，对于蒸发量远大于降雨量的干旱地区湖泊，补给水源对于湖水矿化度变化具有决定性作用。
图4乌伦古湖、吉力湖及额尔齐斯河矿化度历年变化（乌伦古湖及吉力湖矿化度数据引自参考文献（李立人和王雪冬，2003；董攸，2009；程艳等，2016）额尔齐斯河矿化度数据引自参考文献（刘开华和潘旭，2002；高军凯，2006；韦虹等2016））
Fig.4HistoricalchangesoftotaldissolvedsolidsintheUlungurLake,theJiliLakeandtheIrtyshRiver）
3.2乌伦古湖总氮、总磷变化特征及原因
一般认为氮、磷是影响湖泊营养水平的主要因子（徐大勇等，2003）。
引水氮、磷含量会对引入水体的氮、磷含量产生重要影响（张华锋，2008）。
额尔齐斯河引水总氮、总磷含量明显低于乌伦古湖总氮、总磷含量，2016年监测数据显示，额河总氮含量为乌伦古湖总氮含量的67%，总磷含量仅为乌伦古湖总磷含量的33%；但吉力湖来水总氮和总磷含量明显高于乌伦古湖，2016年，吉力湖总氮含量为乌伦古湖1.65倍，总磷为4.75倍（表2）。
由于吉力湖及额尔齐斯河的引水作用使得乌伦古湖2016-2017年总氮、总磷含量相比2006-2008年总氮、总磷含量呈现靠近额河引水的小海子总氮、总磷含量降低（总氮由0.83mg/L降低到0.72mg/L；总磷由0.03mg/L降低到0.01mg/L），其他各湖区含量保持稳定或升高，其中靠近吉力湖来水的中海子升高最为明显（总氮由0.94mg/L升高到1.43mg/L；总磷由0.03mg/L升高到0.05mg/L）。
这表明额尔齐斯河引水（总氮=0.71mg/L；总磷=0.01mg/L）对乌伦古湖总氮、总磷含量有稀释作用，但吉力湖来水（总氮=1.50mg/L；总磷=0.38mg/L）提高了乌伦古湖总氮、总磷含量。
与总氮和总磷提高相对应的是，相比2006-2008年，乌伦古湖2016-2017年度藻类密度极显著增加（P<0.01），由4.56×105ind/L（刘宇，2009）增加到114.49×105ind/L，生物量由3.87mg/L（刘宇，2009）增加至4.41mg/L。
根据藻类生物学评价标准（沈韫芬等，1990），乌伦古湖整体水平已由中营养型转换为中富营养型。
与乌伦古湖相比，同样作为西北干旱地区的典型湖泊，总氮含量在博斯腾湖（1996-2010年，总氮增加至1.00mg/L左右）、赛里木湖（90年代-2014年，总氮含量由0.31mg/L增加至0.71mg/L）与乌伦古湖一样均呈现上升趋势，总磷含量在乌伦古湖保持稳定，在博斯腾湖（1996-2010年，总磷含量升高，但维持在0.02mg/L以内）及赛里木湖（90年代-2014年，总磷含量由0.05增加至0.06mg/L）呈现上升趋势（谢贵娟等，2011；陈志军等，2008；栾瀚韬，2017），这种变化趋势的差异及原因有待进一步研究。
表2乌伦古湖、吉力湖及额尔齐斯河总氮、总磷变化
Tab.2Historicalchangesoftotalnitrogen,totalphosphorusintheUlungurLake,
theJiliLakeandtheIrtyshRiver
指标
年份
乌伦古湖
吉力湖
额尔齐斯河
总氮
2007
0.86
0.91
-
2015
0.91
0.46
2016
1.06
1.5
0.71
总磷
2007
0.03
0.08
-
2015
0.03
0.01
2016
0.03
0.38-
0.01
注：
“-”表示没有数据；（乌伦古湖及吉力湖2007年总氮、总磷数据引自参考文献（董攸等，2008）2015-2016额尔齐斯河数据由长江水产研究所提供）
参考文献
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ChangesoftheWaterQualityandtheUnderlyingCausesAnalysisintheUlungurLake
JIFen-fen,SHENJian-zhong,MAXu-fa,XIONGLei,SUNXiu-hua,SUNLin-dan
（CollegeofFisheries,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070;）
Abstract:
Aninvestigationonwaterqualitywascarriedoutbasedonseasonalanalysisat12samplingsitesintheUlungurLakeduringJuly,2016andMay,2017.Thewaterparametersweremeasuredandcomparedwithhistoricaldata,andtheunderlyingcausesledtochangeswereanalyzed.Theannualaveragetotaldissolvedsolids,pH,transparency,waterdepth,dissolvedoxygen,totalnitrogen,totalphosphoruswere1.64g/L,8.70,1.90m,8.78m,7.55mg/L,1.06mg/Land0.03mg/L,respectively.Incontrasttothosefrom2006to2008,theaveragecontentoftotaldissolvedsolidsofthewholelakedecreasedfrom2.31g/Lto1.64g/L,andthatinXiaohaizireceivingthediversionwaterfromtheIrtyshRiver（from1.97g/Lto0.82g/L）andthatinZhonghaizireceivingthediversionwaterfromtheJiliLake（from2.41g/Lto1.60g/L）declinedmoreremarkably.Theaveragecontentoftotalnitrogenofthewholelakeincreasedfrom0.86mg/Lto1.06mg/L,whiletheaveragecontentoftotalphosphorusofthewholelakekeptstableatabout0.03mg/L.TotalnitrogenandtotalphosphorusinZhonghaizi,Dahaizi,Luotuobozikeptstableorincreased,amongwhichthechangesinZhonghaiziwasthemostobvious（totalnitrogenfrom0.94mg/Lto1.43mg/L;totalphosphorusfrom0.03mg/Lto0.05mg/L）.However,thoseinXiaohaizidecreased（totalnitrogenfrom0.83mg/Lto0.72mg/L,totalphosphorusfrom0.03mg/Lto0.01mg/L）.TheresultsshowedthewaterfromtheIrtyshRivercoulddilutedthecontentoftotaldissolvedsolids,totalnitrogenandtotalphosphorusoftheUlungurLake,andthewaterfromtheJiliLakehadadiluenteffectont
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