高 銳，黃歲樑，孫逸璇

(1.南開大學 環(huán)境污染過程與基準教育部重點實驗室,天津 300071；2.南開大學 天津市城市生態(tài)環(huán)境修復與污染防治重點實驗室，天津 300071；3.南開大學 環(huán)境科學與工程學院 水環(huán)境數(shù)值模擬研究室，天津 300071)

1 研究背景

受氣溫變化影響，水深超過7 m的水庫、湖泊等天然水體由于垂向上受熱不均會產(chǎn)生熱分層[1]，該現(xiàn)象在夏季尤為常見[2]。熱分層期水體從上至下分為混合層(變溫層)、溫躍層(斜溫層)和滯溫層(均溫層)[3-4]，其穩(wěn)定性受水深、水體流動性以及氣象條件等因素的協(xié)同影響[5-6]。

溶解氧(DO)在水生態(tài)系統(tǒng)結構與功能演化中起著重要作用。DO濃度會影響水體氮、磷的主要存在形態(tài)及其遷移轉化過程，濃度低于6.5 mg/L時會影響魚類的生長、繁殖等生理過程和空間分布[7-9]。已有研究表明，熱分層期DO垂向分布與諸多因素有關，水溫是主要因素之一，水體熱分層會引發(fā)DO垂向產(chǎn)生混合層、氧躍層和滯氧層[5]。其中，氧躍層DO濃度變化劇烈，當熱分層對DO影響顯著時，層內會出現(xiàn)溶解氧極小值(metalimnetic oxygen minimum,MOM)[10]，MOM區(qū)域的缺氧環(huán)境(DO濃度<2 mg/L)會導致魚類及浮游動物等窒息死亡，從而危害水生態(tài)環(huán)境[11]。此外，浮游生物、光照強度、有機物和pH等均會影響天然水體中DO的垂向分布[11-12]。

目前，國內外對湖、庫熱分層及其水質的垂向變化關注較多，如Beutel[13]研究了湖泊熱分層期滯溫層缺氧條件下沉積物中氨的釋放過程。Edwards等[14]研究了Erie湖泊初級生產(chǎn)力與水體缺氧現(xiàn)象之間的關系。Noori等[15]研究了Karkheh水庫熱分層對溶解氧和營養(yǎng)鹽的影響。田盼等[16]研究了神農(nóng)溪不同季節(jié)DO與葉綠素a的垂向分布特征。然而，以往研究多集中于熱分層對溶解氧、營養(yǎng)鹽等水質指標的影響，對導致氧躍層MOM區(qū)域形成的原因研究較少。因此需加強對熱分層期DO垂向分布、溶解氧極小值等缺氧區(qū)域演化過程等方面的研究，這對水資源保護與治理意義重大。

潘家口水庫屬于大型人工深水湖泊，位于河北省遷西縣灤河干流上，是天津市和唐山市的重要水源[17]。為促進經(jīng)濟發(fā)展，水庫初期大力發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。隨著網(wǎng)箱養(yǎng)魚規(guī)模不斷增加，水體中餌料及魚類排泄物不斷積累，致使庫區(qū)水體富營養(yǎng)化，水質常年為V類或劣V類[18]。近年來雖已全面清理網(wǎng)箱養(yǎng)魚，但水質仍處于中營養(yǎng)水平，氮、磷等營養(yǎng)鹽濃度高，時常有藻類水華爆發(fā)[19]，水環(huán)境狀況及演變趨勢受到外界高度關注。本研究針對水庫存在的缺氧等水質問題，對壩前水溫、DO、浮游植物等指標進行監(jiān)測，分析庫區(qū)DO垂向變化特征，并探討導致氧躍層MOM形成的原因，以期為未來水庫生態(tài)環(huán)境保護與水資源利用提供一定的科學依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 采樣點設置

潘家口水庫是引灤入津的主體工程，位于河北省灤河干流，總庫容為29.3×108m3。其控制流域面積占灤河全流域的75%，為33 700 km2，多年平均徑流量占比53%，為24.5×108m3，正常蓄水位為222.00 m，歷年最大水深約為80 m，水庫所在區(qū)域屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為15 ℃[20-21]。潘家口水庫水深庫大，流速很小，夏季熱分層期各物理量空間分布趨于穩(wěn)定，為減小水面風力、船舶航行等因素對采樣的影響和實現(xiàn)固定位置采樣，本研究在距潘家口水庫大壩前約1 km處(40°24′00.8″N，118°17′10.7″E)設置固定平臺進行現(xiàn)場監(jiān)測和采樣。該點在采樣期水深大約為60 m。采樣時間為2019年8月，共采樣4次，采樣點位置如圖1所示。

圖1 潘家口水庫監(jiān)測采樣點位置

2.2 水溫、水深、pH、電導率、總溶解性固體(TDS)、葉綠素a(chl-a)、DO監(jiān)測

水溫、水深、pH、電導率、TDS、chl-a、DO利用多參數(shù)水質監(jiān)測儀(YSI-EXO2，A Xylem brand1725 Brannum Lane Yellow Springs,USA)進行現(xiàn)場監(jiān)測。YSI-EXO2被固定在采樣平臺上，通過控制轉軸將其從表面緩慢投放至庫底，再從庫底緩慢拉回到水面，采樣頻率為1次/s。

2.3 總氮(TN)、總溶解性氮(TDN)、總磷(TP)、總溶解性磷(TDP)、高錳酸鹽指數(shù)測定

利用采樣平臺固定5 L卡蓋式采水器(NISKIN，General Oceanics，USA)采集水樣。采樣深度從水面起分別為1、3、6、9、12、15、20、25、30、40、50、57 m，共采集12個水樣。水樣加硫酸冷藏于保溫箱中帶回實驗室分析，TN、TDN、TP、TDP濃度和高錳酸鹽指數(shù)采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)[22]測定，藻細胞密度采用藻類實驗室分析儀(BBE ALA-03-10)測定。

2.4 水溫和溶解氧結構劃分

溫躍層和氧躍層垂向梯度劃分方法在熱分層水體中被廣泛使用，其劃分梯度值依地區(qū)而定，范圍從0.05 ～ 1.00不等[23-26]。本文分別采用0.5 ℃/m和0.5 mg/(L·m)作為水溫和溶解氧各層的劃分界限，并采用各層上邊界對應水深為各層水深。

2.5 浮力頻率

浮力頻率常用于表征流體垂直位移的穩(wěn)定性。當流體質點在穩(wěn)定環(huán)境中受浮力和重力作用做垂向運動時，產(chǎn)生的振蕩頻率被稱為浮力頻率[27]，公式如下：

(1)

式中：g為重力加速度，取9.8 m/s2；z為水深，m；ρ為水體密度，kg/m3。當N2<5×10-5s-2時，水體處于混合狀態(tài)；當 5×10-5s-25×10-4s-2時，水體處于穩(wěn)定分層狀態(tài)。

忽略水體泥沙和鹽度的影響，水溫對應的水體密度由公式(2)計算[28-29]：

ρ=1×10-11T6+5×10-9T5-1×10-6T4+1×10-4T3-

9.1×10-3T2+6.79×10-2T+999.84

(2)

式中：T為水溫，℃。

2.6 數(shù)據(jù)分析

采用ArcGIS 10.7繪制研究區(qū)域監(jiān)測位置。使用SPSS19.0對各項指標進行Pearson相關性及回歸分析。利用Origin 2018和Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 水體熱分層穩(wěn)定性

潘家口水庫采樣點最大水深為58 m。2019年8月潘家口水庫熱分層結構及穩(wěn)定性特征見表1，水庫水溫及浮力頻率(N2)的垂向分布曲線見圖2。

表1 2019年8月潘家口水庫熱分層結構及穩(wěn)定性特征

由表1和圖2可知，水溫呈現(xiàn)混合層、溫躍層和滯溫層結構?；旌蠈铀疁卮瓜蚍植季鶆?，平均水溫均大于24 ℃，層內N2范圍為1.1×10-4～3.5×10-3s-2，分層較為穩(wěn)定。溫躍層水溫沿水深方向顯著降低，溫度梯度最大可達到6.2 ℃/m(圖2(c))，層內N2急劇增大，平均值大于5×10-4s-2，分層穩(wěn)定。滯溫層水溫較低，N2平均值小于5×10-4s-2，水體處于弱分層狀態(tài)?？傮w來看，從月初到月底，混合層平均水溫由26.7 ℃降至24.5 ℃，厚度逐漸增大。溫躍層水深由4.9 m增大至8.4 m，最大溫度梯度由6.2 ℃/m降至4.4 ℃/m(圖2)，N2呈波動減小趨勢，穩(wěn)定性逐漸減弱。滯溫層水深由13.0 m增大至15.4 m，平均水溫由7.7 ℃增大至8.4 ℃。

圖2 2019年8月潘家口水庫水溫及浮力頻率垂向分布曲線

3.2 溶解氧垂向分布特征

水體中DO的垂向分布特征如表2和圖3所示。由表2和圖3可見，監(jiān)測期DO垂向分布呈“倒V”狀，DO濃度混合層>滯氧層>氧躍層?；旌蠈覦O平均濃度均大于8 mg/L，濃度較高且垂向差異較小，厚度較小。氧躍層DO梯度顯著增大，DO濃度先迅速減小后快速增大，DO平均梯度在0.89 ～ 1.72 mg/(L·m)之間(表2)，最大梯度可達到3.95 mg/(L·m)(圖3(c))，水體局部區(qū)域處于缺氧狀態(tài)(小于 2 mg/L)，并出現(xiàn)MOM。MOM在1.58 ～ 3.32 mg/L之間，最小MOM出現(xiàn)在8月10日水深5.1 m處(圖3(a))?？傮w來看，從8月初到月底，氧躍層由1.6 m逐漸增大至6.8 m，其厚度由9.7 m逐漸減小至6.6 m，MOM從1.58 mg/L逐漸增大至2.40 mg/L，氧躍層逐漸下移，厚度呈現(xiàn)波動減小趨勢且層內MOM逐漸增大(表2)。滯氧層DO逐漸恢復，厚度較大，DO平均濃度均大于5 mg/L，且沿水深方向緩慢減小。

圖3 2019年8月潘家口水庫溶解氧DO垂向分布曲線

表2 2019年8月潘家口水庫溶解氧垂向分布特征

3.3 pH、電導率和總溶解性固體垂向分布特征

水體pH、電導率和總溶解性固體(TDS)垂向分布特征如圖4所示。由圖4可以看出，水體pH平均值為8.01，總體呈堿性。在垂向分布上，混合層和溫躍層pH變化明顯，其沿水深方向先減小后增大，且在溫躍層內出現(xiàn)極小值，最小可達到7.63(圖4(a))。滯溫層pH分布逐漸均勻，且層內隨水深增大pH略微減小。在時間分布上，從8月初至月底，pH平均值從7.85增大至8.28，極小值從7.63增大至7.92，極小值對應的水深也由5.1 m逐漸增大至10.3 m。

圖4 2019年8月潘家口水庫pH、電導率和總溶解性固體垂向分布曲線

電導率和TDS在垂向上存在明顯分層現(xiàn)象，其變化趨勢與pH相反。混合層電導率和TDS變化相對較小，層內電導率和TDS平均值分別為477.0 μS/cm和309.7 mg/L。電導率和TDS在溫躍層中顯著增大，電導率平均值由482.5 μS/cm增大至570.0 μS/cm，TDS平均值由312.7 mg/L增大至370.2 mg/L。滯溫層電導率和TDS分布逐漸均勻，且沿水深方向略微增加。

3.4 氮、磷營養(yǎng)鹽垂向分布特征

水庫氮、磷營養(yǎng)鹽垂向分布特征如圖5所示。由圖5可見，氮、磷營養(yǎng)鹽沿水深方向整體呈增加趨勢，TN和TDN濃度范圍分別為4.3～6.3和4.1～6.2 mg/L，TP和TDP濃度范圍分別為0.02～0.13和0.01～0.11 mg/L?；旌蠈覶N和TDN濃度分別在4.3～5.0和4.1～4.5 mg/L之間，氮濃度及其變化相對較??；TP和TDP平均濃度分別為0.025和0.01 mg/L，濃度較小且垂向分布相對均勻。溫躍層氮、磷濃度顯著增大，TN和TDN平均濃度梯度分別為0.056和0.034 mg/(L·m)；TP和TDP平均濃度梯度分別為0.003 2和0.002 9 mg/(L·m)，最大濃度梯度分別可達到0.009和0.011 mg/(L·m)(圖5(d))。滯溫層TN和TDN先波動增加，50 m之后逐漸減小，濃度分別在4.5～6.3 mg/L和4.5～6.2 mg/L之間，濃度較高且變化相對較小；TDP和TP在15～50 m變化幅度較溫躍層低，50 m之后磷濃度明顯增大，TP和TDP最大濃度分別為0.13和0.11 mg/L。

圖5 2019年8月潘家口水庫氮、磷營養(yǎng)鹽垂向分布曲線

3.5 浮游植物垂向分布特征

浮游植物生物量垂向分布特征如圖6所示。分析圖6可知，混合層、溫躍層和滯溫層浮游植物平均生物量分別為2.30、0.89和0.61 mg/L。垂向分布上，綠藻(Chlorophyta)主要分布在混合層，生物量較大；硅藻(Bacillariophyta)主要分布在溫躍層和滯溫層，分布范圍較廣；隱藻(Cryptophyta)前期主要分布在混合層，后期在溫躍層中生物量增大；藍藻(Cyanobacteria)數(shù)量較少，在混合層有少量分布。時間分布上，8月10日浮游植物生物量較小，優(yōu)勢藻種為綠藻和隱藻，分別占生物總量的25%和52%。8月10日之后浮游植物繁殖速度增大，水深15 m以下硅藻大量繁殖，優(yōu)勢藻種轉變?yōu)楣柙搴途G藻，分別占生物總量的56%和37%。

圖6 2019年8月潘家口水庫浮游植物生物量垂向分布特征

4 討 論

4.1 潘家口水庫熱分層結構特征分析

通過判定水體類型來判斷水庫分層結構在湖泊學中被廣泛應用[30]。α判定值(年入庫總水量/總庫容)和滯留時間(庫容/入庫流量)是常見的水體類型判定指標，兩者將水體分為河流型、過渡型和湖泊型[31]。通過計算可知，潘家口水庫α判定值為0.45(α<10)，滯留時間為2.20年[32](大于 300 d)，符合湖泊型水庫的特征。

潘家口水庫混合層水體受太陽輻射和風力擾動等外界條件的影響，水溫較高且垂向混合均勻。其下方水體受太陽輻射影響逐漸減小，水溫沿水深方向溫差逐漸增大，熱分層逐漸形成。熱分層阻礙了能量的垂向傳遞，導致水溫梯度急劇增大而形成溫躍層。溫躍層較大的溫度梯度進一步抑制了能量的垂向傳遞，致使溫躍層下方水體由于長期能量攝入較少而處于低溫狀態(tài)(小于 10 ℃)，且水體由于所處位置較深受外界擾動較小而形成滯溫層。即潘家口水庫熱分層呈混合層-溫躍層-滯溫層結構，這與Effler等[10]和Noori等[15]對水庫熱分層研究得出的結論一致。

圖7(a)為水溫和氣溫隨時間的變化趨勢，圖7(a)顯示，表層水溫與日平均氣溫變化趨勢一致，混合層與溫躍層分界處水深較淺，受氣溫影響較大，水溫較高，同時水體受外界擾動影響較大，該處水溫波動幅度較大。溫躍層由于存在較大溫度梯度，能量的垂向傳遞受到限制，致使溫躍層與滯溫層分界處水溫受氣溫影響較小，水溫較低，同時分界處水體受外界擾動影響較小，該處水溫波動幅度較小。圖7(b)為表底溫差(ΔT)與浮力頻率(N2)的相關關系。由圖7(b)可知，ΔT與N2存在顯著線性關系，R2為0.95，且N2>5×10-4s-2，說明能量輸入差異(ΔT)是導致潘家口水庫熱分層形成的主要因素，同時該差異也決定著水體熱分層的穩(wěn)定性[11,33]。余曉等[32]對深水水庫的研究表明，表底溫差不僅限制了水體的垂向摻混，致使熱分層現(xiàn)象產(chǎn)生，而且還影響著熱分層的季節(jié)性交替。

圖7 2019年8月潘家口水庫熱分層期水溫與氣溫變化趨勢及表底溫差與浮力頻率的相關關系

4.2 潘家口水庫溶解氧垂向分布特征分析

潘家口水庫熱分層形成后，DO垂向逐漸產(chǎn)生混合層-氧躍層-滯氧層結構，其垂向分層結構與熱分層相似。圖8為水庫水溫、浮力頻率(N2)、溶解氧(DO)和浮游植物生物量的垂向分布曲線。由圖8可以看出，各層水溫與溶解氧的變化趨勢基本同步。水溫和DO混合層變化趨勢一致，深度隨時間逐漸下移，厚度分別增加5.2和3.5 m。氧躍層水深較溫躍層淺，氧躍層厚度由9.7 m減小至6.8 m，溫躍層厚度由8.1 m減小至7.0 m，兩者隨時間的變化趨勢一致。滯氧層在8月初水深為11.3 m，后期隨著熱分層減弱，其水深逐漸下移至13.4 m。

圖8 2019年8月潘家口水庫水溫、浮力頻率、溶解氧和浮游植物垂向分布曲線

表3為潘家口水庫監(jiān)測點水體各項理化指標相關關系。表3中的相關性分析結果表明，DO與水溫存在顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.310(P<0.01)，與N2呈顯著負相關關系，相關系數(shù)為-0.338(P<0.01)，說明DO垂向分布與熱分層密切相關。此外，當水庫光補償點水深較淺時，光補償點下方水體由于耗氧未能得到及時補充，致使熱分層期氧躍層深度較溫躍層淺。邱曉鵬等[34]對棗莊周村水庫的研究表明，溫躍層和氧躍層位置受氣溫和光補償點位置等條件的影響，氧躍層深度較溫躍層淺，其厚度較溫躍層大。綜上可知，熱分層是導致DO分層的主要原因，同時影響著DO層化結構的時空變化特征，這與Zhang等[25]的研究結果一致。

表3 2019年8月潘家口水庫水體各項理化指標相關關系

水體各層DO濃度由耗氧和復氧過程共同決定。表層水體復氧主要來源于大氣和浮游植物光合作用的補給，深水區(qū)復氧主要通過水體對流擴散補充。而耗氧主要來源于水體中有機物質氧化分解及浮游生物的呼吸作用等生物化學循環(huán)過程[35]。淡水中不同溫度DO飽和濃度表達式[36]為：

(3)

式中：CDO為溶解氧濃度，mg/L；T為水溫，℃。由理論模型可知，當水溫沿水深方向減小時，DO濃度垂向變化隨水深增加而逐漸增大。然而對于潘家口水庫等深水型水庫，溶解氧受熱分層和不同生化過程協(xié)同作用，各層呈現(xiàn)出不同的演變特征。

混合層DO受大氣復氧和浮游植物的光合作用產(chǎn)氧影響，且水庫氮、磷營養(yǎng)鹽充足，混合層水溫適宜，浮游植物生物量高達2.30 mg/L，DO的飽和度為112%，處于過飽和狀態(tài)，同時受風力擾動等外界條件影響較大，DO垂向分布較為均勻。

溫躍層內上側DO濃度顯著降低，對應位置形成了6.6～9.7 m的氧躍層，并在該層出現(xiàn)了MOM，其主要原因有：

(1)溫度梯度限制混合層DO對氧躍層的補給[37]。研究表明，水體溫度梯度會顯著影響DO垂向擴散通量，梯度越大，擴散越困難[6]。潘家口水庫熱分層形成后，溫躍層水溫顯著降低，平均溫度梯度高達2.26 ℃/m，浮力頻率均大于5×10-4s-2，水體處于穩(wěn)定分層狀態(tài)，穩(wěn)定的熱分層阻礙了上層水體對該層DO的補給，導致溫躍層DO顯著降低。將溶解氧與水溫、浮力頻率垂向分布曲線(圖8)進行對比也可以看出，MOM均出現(xiàn)在水溫顯著降低和浮力頻率急劇增大的區(qū)域，這與官卓宇[4]對瀾滄江中游水庫溶解氧的研究結果一致。此外，表4給出了氧躍層水深(OD)和MOM水深(MD)與溫躍層水深(TD)和溫躍層厚度(TT)的線性擬合關系，由表4可知，OD和MD分別與TD和TT存在正相關和負相關關系，說明溫躍層顯著影響氧躍層的垂向分布和MOM的形成[34]。

表4 OD和MD與TD和TT的線性擬合關系

(2)溫躍層有機物質氧化分解耗氧[38]。監(jiān)測期間潘家口水庫混合層、溫躍層和滯溫層高錳酸鹽指數(shù)分別為2.94、2.80和2.71 mg/L，說明混合層和溫躍層有機物濃度較高，水體化學需氧量大。水溫是影響藻類生長的主要因素之一[39]，潘家口水庫水溫與浮游植物生物量呈顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.624(P<0.01)。水體混合層水溫高，適宜藻類生長繁殖，藻死亡后形成的有機顆粒物較小，沉降速度也較小，而溫躍層厚度較大(大于 7 m)，有機顆粒物有足夠的時間在溫躍層被微生物氧化分解，這一過程消耗氧氣，并釋放出CO2和有機酸，同時溫躍層較大的溫度梯度阻礙了上、下層溶解氧對該層的補給，致使溫躍層DO濃度持續(xù)降低，pH顯著降低，水體逐漸發(fā)展為缺氧狀態(tài)，并出現(xiàn)MOM現(xiàn)象。相關性分析結果(表3)同樣表明，DO與pH呈正相關關系，相關系數(shù)為0.741(P<0.01)，表明兩者變化趨勢一致?？柗騕40]研究也表明，進入溫躍層的大部分有機顆粒體積較小且沉降速度很小，10 μm顆粒沉降10 m需要40 d，證實了上層有機顆粒物下沉經(jīng)過溫躍層時需要較長時間。Kreling等[35]對德國Arendsee湖MOM的形成研究發(fā)現(xiàn)，上層顆粒有機碳的下沉促進了MOM的發(fā)展。官卓宇等[41]的監(jiān)測結果也表明，MOM的形成與溫躍層中溶解氧的大量消耗和難以得到補給有關。此外，熱分層期溫躍層下方水體DO濃度較低，增加了低氧區(qū)域及沉積物中還原性氣體的釋放量，并影響了還原性氣體的垂向擴散，導致溫躍層耗氧進一步增大。Mcclure等[42]對Falling Creek水庫研究發(fā)現(xiàn)，水體熱分層改變了水體中甲烷和二氧化碳的垂向分布，導致甲烷在溫躍層中積累礦化耗氧，并釋放出二氧化碳，進一步促進了MOM的發(fā)展。

(3)浮游植物生命活動耗氧[35]。楊正健[30]在三峽庫區(qū)的研究中發(fā)現(xiàn)，真光層內浮游植物光合作用大于呼吸作用，真光層以下的水體，浮游植物呼吸作用大于光合作用，浮游植物生長受限制，導致DO濃度降低。相關性分析結果(表3)表明，浮游植物生物量與TN和TP均呈顯著負相關關系，相關系數(shù)分別為-0.624和-0.533(P<0.01)，與DO呈顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.537(P<0.01)。其原因是浮游植物生命活動消耗氮、磷營養(yǎng)鹽并釋放出氧氣，水體溶解氧濃度增加。此外，圖9給出了溫躍層DO與葉綠素a、浮力頻率的線性擬合關系，由圖9(a)可知，溫躍層DO濃度與葉綠素a濃度呈顯著正相關(R2=0.44，P<0.05)，這進一步說明溫躍層浮游植物光合作用大于呼吸作用，浮游植物呼吸作用耗氧不是MOM產(chǎn)生的主要原因。

圖9 溫躍層DO濃度與葉綠素a濃度及浮力頻率的線性擬合關系

滯氧層與滯溫層水深基本一致，DO沿水深方向緩慢降低。Müller等[43]研究發(fā)現(xiàn)，滯溫層DO消耗存在兩種途徑：一是沉積物向底層水體中擴散的還原物質消耗氧氣。二是沉積物表面的有機物消耗氧氣。由圖8可知，滯氧層上側浮游植物生物量較大，以適宜在12 ～ 25 ℃生長的硅藻為主，DO濃度較高，靠近底泥附近DO濃度顯著降低。根據(jù)潘家口水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，水庫氮、磷營養(yǎng)鹽濃度較高，這與長期以來水庫的網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動有關，網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生的魚食殘渣沉降到沉積物表面，導致底泥有機物質污染嚴重，沉積物中有機物質的礦化作用消耗氧氣并向水體釋放氮、磷營養(yǎng)鹽，層內DO濃度持續(xù)降低[32,44]。

熱分層改變了水體垂向上的熱量傳遞，致使DO垂向出現(xiàn)分層。由圖9(b)可知，溫躍層N2與DO呈顯著負相關(R2=0.51，P<0.05)，其原因是水體熱分層形成時，溫躍層顯著增大的N2限制了溶解氧的垂向補給，延長了耗氧生物和有機物質等在溫躍層滯留的時間，使得溫躍層氧氣消耗加劇，這一系列過程為氧躍層和MOM的形成創(chuàng)造了條件，官卓宇[4]和俞焰等[36]的研究也證實了這一觀點。綜上所述，潘家口水庫水體熱分層是導致MOM形成的主要物理因素，有機物質的氧化分解及浮游植物的呼吸作用耗氧對溫躍層DO的共同作用是引起MOM形成的生物、化學因素。

5 結 論

(1)潘家口水庫8月份存在顯著熱分層現(xiàn)象，水溫呈混合層-溫躍層-滯溫層結構。表、底層能量輸入差異是促進潘家口水庫水體熱分層形成的主要因素。

(2)熱分層期DO垂向呈混合層-氧躍層-滯氧層結構，分層結構與熱分層相似。相關性分析表明，DO與水溫呈顯著正相關，與表征熱分層穩(wěn)定性的N2呈顯著負相關，說明熱分層不僅是DO垂向分層的主要原因，而且還影響著DO層化結構的時空變化特征。

(3)溶解氧各層呈現(xiàn)不同的變化趨勢?；旌蠈尤芙庋跏艽髿鈴脱鹾透∮沃参锕夂献饔卯a(chǎn)氧影響，溶解氧處于過飽和狀態(tài)，垂向分布相對均勻。滯氧層受沉積物中有機物等還原物質耗氧影響，DO沿水深方向逐漸降低。受溫度梯度影響，混合層和滯氧層對氧躍層溶解氧補給減小，同時氧躍層有機物質氧化分解耗氧增加，致使氧躍層DO顯著降低，并出現(xiàn)MOM；MOM水深與熱分層參數(shù)(溫躍層水深和厚度)存在相關關系，DO與pH、浮游植物生物量、氮、磷營養(yǎng)鹽呈顯著相關關系，說明熱分層是MOM形成的主要物理因素，水體有機物質的氧化分解及浮游植物呼吸作用耗氧是導致MOM形成的生物、化學因素。