1、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 1.64 g/L、pH 为 8.70、透明度为 1.90 m、水深为 8.78 m、溶解氧为 7.55 mg/L，总氮和总磷含量分别为 1.06 mg/L 和 0.03 mg/L。与 2006-2008 年相比，年均矿化度含量由 2.31 g
2、/L 降低到 1.64 g/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 1.97 g/L 降低到 0.82 g/L）和接受吉力湖来水的中海子（由2.41 g/L 降低至 1.60 g/L）矿化度含量降低最为明显；年均总氮含量由 0.86 mg/L 增加到 1.06 mg/L，年均总磷含量稳定在 0.03 mg/L 左右，各湖区总氮、总磷含量除小海子降低外（总氮由 0.83 mg/L 降低到 0.72 mg/L；总磷由 0.03 mg/L降低到 0.01 mg/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 0.94 mg/L 升高到 1.43 mg/L；
3、总磷由 0.03 mg/L 升高到 0.05 mg/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基金项目：国家科技基础性工作专项(2012FY112700) “新疆跨境河流水生生态和鱼类资源调查”。第 1 作者：吉芬芬，1991 年生，女，硕士研究生，研究方向为湖泊生态学。E-mail: JiF通讯作者：沈建忠，1964 年生，男，教授。从事渔业资源与环境方面研究。E-mail:乌伦古湖，又称布伦托海（N4652 4728；E8700
4、8730），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468 m，湖泊面积约753 km2，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116.5 mm，蒸发量1844.4 mm（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 m水量流入乌伦古湖小海子（李立人和王雪冬，2003）。
5、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、
6、矿化度、叶绿素、氨氮等，评价结果显示乌伦古湖水质保持在类水水平，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
7、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
8、采样点布设Fig.1 Map of the Ulungur Lake showing the locations of sampling sites表1 乌伦古湖采样点经纬度及所属湖区Table Tab.1 Geographical features Longitude, latitude and located areas of the sampling sites in the Ulungur Lake样点编号 采样区 经度 纬度1# 中海子 871648.28“ 47213.88“ 2# 大海子 871355.13“ 47 831.42“3# 大海子 87 624.21“ 471145.
9、68“4# 大海子 871953.40“ 471327.80“5# 大海子 871330.84“ 471530.96“6# 大海子 87 67.74“ 471729.56“7# 骆驼脖子 873148.6“ 471434.8“8# 骆驼脖子 872747.49“ 471638.23“9# 大海子 87223.67“ 471918.47“10# 大海子 871744.21“ 47219.59“11# 大海子 872755.76“ 472227.23“12# 小海子 873320.13“ 472413.34“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
10、化度）、电导率、pH、溶解氧。采用塞氏盘及手持声呐测深仪 SM-5A（Speed Tech，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 0.50 m左右）500 mL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Excel
11、 2007和Origin 9.0软件；统计检验运用 SPSS 17.0软件进行，差异显著性检验采用Mann-Whitney U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1.64 g/L，范围为 0.82-2.13 g/L，其中小海子矿化度含量最低（0.82 g/L），骆驼脖子含量最高（2.13 g/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2.72 ms/cm，范围为1.45-3.72 ms/cm，其中小海子电导率最低（ 1.45 ms/cm），骆驼脖子电导率最高（3.72 ms/cm）（图2b）。由图2（a、b）可以看
12、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（P0.01）。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1.90 m，范围为0.85-2.41 m，小海子透明度最低（0.85 m），其他湖区均高于1.95 m（图2d）。乌伦古湖年均水深为 8.78 m，其中中海子水最浅（3.94 m），大海子水最深（11.11 m）（图2e）。乌伦古湖年均溶解氧为7.55 mg/L，范围为6.25-8.09 mg/L，中海子溶解氧最低
13、（6.25 mg/L），小海子溶解氧最高（8.09 mg/L）（图2f）。乌伦古湖年均总氮含量为1.06 mg/L，范围为0.72 -1.43 mg/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0.03 mg/L左右，变化范围为 0.01-0.05 mg/L，各湖区含量分布规律与总氮一致（图2g-h）。图 2 2016年7月至2017年5月乌伦古湖各湖区 水质参数箱形图Fig.2 The values box-plots of water parameters in different the four areas of the Ulungur Lake from
14、July 2016 to May 20172.2 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 2.31 g/L 降低至 1.64 g/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 1.97 g/L 降低到 0.82 g/L，中海子由 2.41 g/L 降低至 1.60 g/L（图 3a）。；乌伦古湖年均总氮含量由 0.86 mg/L 增加到 1.06 mg/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
15、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。0.001.002.003.00 a矿化度/gL-1Totaldissolvedsolids0.000.200.500.801.001.201.50 b总氮/mgL-1Totalnitrogen中海子 大海子 骆驼脖子 小海子0.000.010.020.030.040.050.06 2016-2017 2006-2008c总磷/mgL-1Totalphosphorusc图 3 乌伦古湖各湖区不同时段矿化度、总氮、总磷的比较Fig.3 Comparison of total dissolved
16、solidsa（a） , total nitrogen（b）, total phosphorus（ c） in the four areas of the Ulungur Lake between 2006-2008 and 2016-2017湖区 Lake areas 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
17、给水源，其矿化度水平（1978 年-2014 年，吉力湖年均矿化度为 0.64 g/L；2000-2016 年，额尔齐斯河年均矿化度为 0.10 g/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（P0.01）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（3.43-3.80 g/L）（程艳等，2016）。1987 年，新“引额济海”
18、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 2.31 g/L（董攸， 2009）。相比 2006-2008 年，2016-2017 年度乌伦古湖矿化度含量降至 1.64 g/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（0.82 g/L）极显著低于其他湖区（P0.01 ）。与乌伦古湖相似，博斯腾湖年平均蒸发量（1045.21 mm）也
19、远高于降雨量（64.3 mm），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 1.93 g/L 降低至 1.18 g/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。1978 1980 1986 1987 2000 2002 2006 2014 20160.000.501.001.502.002.503.003.504.00 乌伦古湖 吉力湖 额
20、尔齐斯河年份Year矿化度/gL-1Totaldissolvedsolids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.4 Historical changes of total dissolved solids of in the Ulungur Lake, the Jili Lake and the Irtysh River）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
21、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0.83
22、mg/L 降低到 0.72 mg/L；总磷由 0.03 mg/L 降低到 0.01 mg/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0.94 mg/L 升高到 1.43 mg/L；总磷由 0.03 mg/L 升高到 0.05 mg/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=1.50 mg/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（P0.
23、01），由 4.56105 ind/L（刘宇，2009）增加到 114.49105 ind/L，生物量由 3.87 mg/L（刘宇，2009）增加至4.41 mg/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 1.00 mg/L 左右）、赛里木湖（90 年代-2014 年，总氮含量由 0.31 mg/L 增加至 0.71 mg/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
24、持在 0.02 mg/L 以内）及赛里木湖（90 年代-2014年，总磷含量由 0.05 增加至 0.06 mg/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.2 Historical changes of total nitrogen, total phosphorus ofin the Ulungur Lake, the Jili Lake and the Irtysh River指标 年份 乌伦古湖 吉力湖 额尔齐斯河2007 0.86 0.91 -2015
25、0.91 0.46总氮2016 1.06 1.5 0.712007 0.03 0.08 -2015 0.03 0.01总磷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）4 结论额尔齐斯河引水及吉力湖来水对乌伦古湖矿化度都有一定的稀释作用，前者的效应更显著。额尔齐斯河引水降低了乌伦古湖总氮、总磷的含量，而吉力湖来水则提高了乌伦古湖总氮、总磷含量。下一步，可深入研究引水水量与乌伦古湖水质变化关系，从而为水环境管理部门提供更具体、全面的乌伦古湖管理与保护建议。
