乌梁素海湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律

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1、第24卷第5期水科学进展Vol．24，No．52013年9月ADVANCESINWATERSCIENCESep．，2013乌梁素海湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律12321张岩，李畅游，SHENHungTao，史小红，乔玲敏(1．烟台大学土木工程学院，山东烟台264005;2．内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，内蒙古呼和浩特010018;3．DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering，ClarksonUniversity，PotsdamNewYork13699-5710，US

2、A)摘要:为研究湖泊冰封期总氮的污染特征，测定了冰厚分别为0cm、2.5cm、9.5cm、21cm、31cm、41cm、50cm和59cm时总氮在冰体和水体中的垂向分布，阐明湖泊冰生长过程中总氮在冰-水-沉积物体系的迁移规律。结果表明:冰生长过程中总氮由冰体向冰下水体迁移，水体的总氮含量随着冰厚的增加而升高，冰厚为59cm时其含量为冰体的2.85倍，冰生长速率决定总氮在冰-水界面处的迁移通量;总氮在冰层内的迁移主要发生在冰体形成初期(0～21cm)，之后几乎不再迁移而与冰内气泡融合并转化为独立于冰体的稳定氮胞;冰下水体总氮

3、的实测值小于其计算值，表明冰生长过程中总氮由水体向沉积物迁移。关键词:总氮;迁移规律;冰生长速率;冰生长过程;乌梁素海湖泊中图分类号:X524文献标志码:A文章编号:1001-6791(2013)05-0728-08湖泊富营养化是指湖泊水体由于营养元素的富集导致湖泊从较低营养状态变化到较高营养状态的过［1］程。由于其发展快、危害大、处理难、恢复慢，富营养化问题已成为全球性的水污染问题。总氮作为衡量湖泊营养状态的关键因素，已引起了国内外众多学者的关注，并开展了大量的研究，但大都基于常温条件［2-4］下进行，而湖泊冰封期富营养

4、污染方面的研究极少。仅有的几项湖泊冰封期富营养污染的研究大都集中［5］［6-8］在冰、雪的覆盖对冰封期湖泊生态系统的影响、富营养元素的空间分布特征及冰体物理特性对其分布［9］特征的影响等方面，而对冰生长过程中营养元素迁移规律的研究极为罕见。但由于湖泊冰封期水温低，微生物的生物降解能力大大减弱;冰层覆盖使湖水中氮素失去挥发迁移和光解作用;湖水的复氧能力几乎没有，湖水中溶解氧含量很低，几乎没有氧参与降解，因此湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律必有其特殊性。2010年11月～2011年4月，笔者在内蒙古乌梁素海湿地生态系统定位观测研

5、究站对湖冰生长过程中的物理、化学指标进行观测，旨在探讨湖泊冰生长过程中总氮在冰-水-沉积物体系中的迁移规律，以期为湖泊冰封期的富营养化污染治理提供参考。1材料与方法1.1研究区概况乌梁素海湖泊(40°36'N～41°03'N，108°43'E～108°57'E)位于内蒙古乌拉特前旗境内，是河套灌区污废2水的承泄体。湖泊总面积为333.48km，是同纬度最大的湖泊。该流域的年平均气温为6.6℃，每年11月至翌年2月气温低于0℃。乌梁素海湖泊的冰封期从11月至12月到翌年4月，长达5～6个月，最大冰厚可达70cm。冬季冰盖形成

6、以后，湖泊接近静水体，环流作用微弱。近年来，随着人类活动的不断加剧，乌梁素海湖泊的水质出现了明显的恶化趋势。2009年的水质监测结果显示，部分湖区水体中TN、TP、CODMn和透收稿日期:2013-01-09;网络出版时间:2013-08-14网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20130814.1037.013.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(50969005;40901262)作者简介:张岩(1984－)，男，山东平度人，博士，主要从事水资源保护

7、和水污染控制方面研究。E-mail:zhangyan@ytu.edu.cn第5期张岩，等:乌梁素海湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律729明度等均出现超标现象，水质情况为劣Ⅴ类，富营养化进程加快。选择区域S为采样点(图1)，该点位于乌梁素海湖泊的西南边缘，该区域在丰水期能与主湖区相连接并进行水体交换，而在研究期间即枯水期与主湖区分离，水体交换停止，这可以避免湖泊冰封期总氮在S点和主湖区间的交换，确保研究区域总氮的质量守恒。S区域底部平坦，平均深度为150cm。图1乌梁素海湖泊位置及采样点Fig.1LocationofWulia

8、ngsuhaiLake1.2样品采集2010年11月～2011年4月，在S区域进行试验。追踪冰的生长过程，分别用冰钻和“注射器”式采水器采集冰样和水样。为避免冰体表面附着的杂质对监测结果的影响，用冰钻取出冰芯后，在冷冻环境中将其放置在切割板上，首先去除冰表面杂质，再用冰锯从上至下每10cm切割一段冰柱，