孫黛茜，謝自建，汪洋,3，葉春*，李春華*，魏偉偉，王昊，鄭向勇

1.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

2.溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院

3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院

隨著人類活動(dòng)加劇，污染源增加，跨境湖泊的水質(zhì)安全受到嚴(yán)重影響。由于跨境湖泊地理位置的特殊性，其水環(huán)境管理和水污染治理存在難點(diǎn)。扎實(shí)開展跨境湖泊生態(tài)環(huán)境調(diào)查研究，科學(xué)界定其生態(tài)環(huán)境問題，是遏制該類湖泊水環(huán)境惡化趨勢(shì)和改善生態(tài)環(huán)境的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也有利于推動(dòng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水污染防控體系的建立。

湖泊沉積物位于水圈、巖石圈、土壤圈和生物圈的交匯處，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的重要蓄積庫(kù)[1]。湖泊沉積物的內(nèi)源釋放是造成水質(zhì)惡化的重要原因之一。湖泊沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)通過擴(kuò)散、對(duì)流、再懸浮等方式重新釋放至上覆水體[2]，影響湖泊水質(zhì)，進(jìn)而影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)。沉積物的物理化學(xué)特性是影響沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化的重要參數(shù)，探明湖泊沉積物的空間分布特征和營(yíng)養(yǎng)鹽狀況，對(duì)于研究湖泊沉積物內(nèi)源釋放特征及富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的修復(fù)與治理具有重要意義[3]。

興凱湖是中俄跨境湖泊，其良好的流域生態(tài)環(huán)境是兩國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游業(yè)健康發(fā)展的重要保障。興凱湖中國(guó)湖區(qū)由大、小興凱湖組成。近年來，由于人類活動(dòng)影響加劇及流域生態(tài)環(huán)境退化，湖泊水環(huán)境質(zhì)量下降，根據(jù)2021 年《黑龍江省生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》，大興凱湖水質(zhì)為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類，小興凱湖為Ⅳ類[4]。興凱湖湖內(nèi)地形平坦，風(fēng)浪侵蝕嚴(yán)重，沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽易受風(fēng)浪擾動(dòng)進(jìn)入上覆水，增加上覆水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度[5]，進(jìn)而引起湖泊水質(zhì)下降。特別是在外源污染排放得到有效控制的情況下，湖泊沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放可能成為重要的污染源。因此，探究興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的污染狀況，并對(duì)其來源進(jìn)行分析，對(duì)跨境湖泊水質(zhì)改善和水生態(tài)功能提升具有重要意義。

目前，有關(guān)興凱湖的研究多集中在水質(zhì)評(píng)價(jià)、水體富營(yíng)養(yǎng)化等方面，研究區(qū)域多位于小興凱湖[6-8]，有關(guān)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽污染特征，特別是以大、小興凱湖為整體的研究較少。筆者以興凱湖中國(guó)湖區(qū)為研究區(qū)域，通過調(diào)查沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的分布狀況及來源，估算沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的埋藏通量，并評(píng)價(jià)其污染現(xiàn)狀，以期為興凱湖水體污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為興凱湖中國(guó)湖區(qū)，位于黑龍江省東南部雞西市。其中小興凱湖全部在我國(guó)境內(nèi)，湖面面積約176 km2，大興凱湖中國(guó)湖區(qū)（簡(jiǎn)稱大興凱湖）湖面面積約1 240 km2，大、小興凱湖通過泄洪閘相連。大興凱湖呈葫蘆狀，湖面風(fēng)浪大，底部泥沙易懸??；小興凱湖由大興凱湖湖水退縮分離形成，呈“牛軛”狀，水生植物覆蓋度較高。我國(guó)境內(nèi)直接流入大興凱湖的河流包括洛格河、北溝、白泡子和金銀庫(kù)河等；直接流入小興凱湖的河流包括承紫河、大西地河和穆棱河等（圖1）。穆棱河是興凱湖的主要水源，約95%以上穆棱河水沿穆興分洪道注入小興凱湖后排入大興凱湖。

圖1 興凱湖沉積物采樣點(diǎn)及航線布設(shè)示意Fig.1 Schematic diagram for distribution of sampling points and survey lines in Xingkai Lake

根據(jù)湖區(qū)湖濱帶土地利用類型及水文水動(dòng)力狀況，結(jié)合遙感矢量圖，將小興凱湖劃分為五大湖區(qū)，大興凱湖劃分為四大湖區(qū)（圖1）。小興凱湖周圍以濕地、農(nóng)田（含水田和旱地）和自然林地為主，西部湖區(qū)面積約58.3 km2；中部湖區(qū)面積約46.5 km2；東部湖區(qū)位于穆棱河河口區(qū)域，面積約60.1 km2；西泡子位于小興凱湖西部湖灣區(qū)域，面積約2.0 km2；東北泡子位于小興凱湖東部湖灣區(qū)域，面積約10.6 km2。大興凱湖沿湖以農(nóng)田、自然林地為主，西部湖區(qū)面積約247.0 km2；中部湖一區(qū)面積約295.7 km2；中部湖二區(qū)為泄洪一閘、二閘影響區(qū)域，面積約326.7 km2；東部湖區(qū)面積約180.2 km2。

1.2 沉積物樣品采集與測(cè)定

參照《湖泊調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[9]在興凱湖進(jìn)行網(wǎng)格化布點(diǎn)，共布置表層沉積物采樣點(diǎn)53 個(gè)（大、小興凱湖分別為31 和22 個(gè)），柱狀沉積物采樣點(diǎn)36 個(gè)（大、小興凱湖分別為19 和17 個(gè)）（圖1），調(diào)查時(shí)間為2021 年7 月。利用彼得森抓泥斗、ZXPMC50 柱狀采樣器分別采集表層和柱狀沉積物。柱狀沉積物采樣深度結(jié)合地層掃描結(jié)果確定，采樣深度為10~50 cm。樣品采集后密封在聚乙烯袋內(nèi)，迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，將沉積物自然風(fēng)干后去除動(dòng)植物殘?bào)w和石塊等明顯雜質(zhì)，然后研磨過100 目篩，裝袋存用。沉積物中總氮（TN）、總磷（TP）和有機(jī)質(zhì)（OM）濃度分別采用凱氏定氮法、過硫酸鉀氧化分光光度法、低溫外熱重鉻酸鉀氧化—比色法[10-12]測(cè)定；含水率和容重分別采用稱重法和重量法測(cè)定。

1.3 沉積物掃描

淺地層剖面儀是一種基于水聲學(xué)原理的連續(xù)走航式探測(cè)水下淺地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法[13]。該方法利用聲波在不同介質(zhì)中傳播性質(zhì)不同，獲得聲波有效穿透地層的特征與性質(zhì)[14]；通過連續(xù)巡航獲得高分辨率的地層剖面，從而計(jì)算出沉積物總埋藏量[15]。與傳統(tǒng)方法相比，淺地層剖面儀可以探測(cè)湖底沉積地層的結(jié)構(gòu)、分布和埋深等特征。目前，我國(guó)利用淺地層剖面儀進(jìn)行湖泊沉積物調(diào)查的應(yīng)用較少，沈吉等[16-17]利用淺地層剖面儀探測(cè)太湖和鏡泊湖湖底沉積地層的結(jié)構(gòu)和沉積物厚度，為清淤和污染防治工作提供了參考。

采用雙波段（24 和200 kHz）淺地層剖面儀（stratabox, SyQwest）掃描獲得興凱湖水下地形及沉積物埋藏信息，進(jìn)而估算興凱湖沉積物厚度及蓄積量。調(diào)查工作走航路線由DGPS 實(shí)時(shí)記錄，并與淺地層剖面信號(hào)相匹配，走航線呈網(wǎng)狀布局，總長(zhǎng)度為355 km，控制區(qū)域?yàn)樾∨d凱湖（含西泡子和東北泡子）和大興凱湖全域（圖1）。

1.4 沉積物污染評(píng)價(jià)方法

采用有機(jī)污染指數(shù)法[18]評(píng)價(jià)沉積物污染狀況，該方法將TN、OM 等參數(shù)綜合成一個(gè)指數(shù)值來表征沉積物污染程度，計(jì)算公式如下：

式中：OI 為有機(jī)污染指數(shù)，無量綱；CON為有機(jī)氮濃度，%；COC為有機(jī)碳濃度，%；CTN為沉積物總氮濃度，%；COM為沉積物有機(jī)質(zhì)濃度，%。有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：OI<0.05，屬清潔；0.05≤OI<0.20，屬輕度污染；0.20≤OI<0.50，屬中度污染；OI≥0.50，屬重度污染。

1.5 沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽埋藏通量估算方法

假設(shè)同一湖區(qū)的沉積環(huán)境相似，將各湖區(qū)沉積物中TN、TP、OM 平均濃度作為埋藏部分的平均濃度，估算各湖區(qū)的TN、TP、OM 埋藏通量[19-20]。計(jì)算公式如下：

式中：?為孔隙度，%；WC為沉積物含水率，%；ρwater為水的密度，取1.027 g/cm3；ρsed為沉積物干密度，g/cm3；M為沉積物蓄積量，t；Vi為沉積層體積，m3；Dsed為沉積速率，取0.19 cm/a[21]；CTP為沉積物總磷濃度，%；FTN、FTP、FOM分別為TN、TP、OM 的埋藏通量，t/a；S為湖區(qū)面積，km2。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2020 軟件統(tǒng)計(jì)分析興凱湖沉積物中TN、TP 和OM 濃度，采用SPSS 26 軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，采用StrataBox HD 和Hypack 2018 軟件提取水深和沉積物厚度，采用Arc GIS v10.2 軟件分析興凱湖水深深度分布和沉積物厚度分布，采用Origin 2022b 軟件繪制興凱湖柱狀沉積物TN、TP、OM 濃度及C/N、C/P 的垂直分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征

2.1.1 沉積物TN 空間分布及垂直變化

大、小興凱湖表層沉積物TN 濃度分別為210.30~765.99 mg/kg（平均值519.24 mg/kg）和473.10~4 718.41 mg/kg（平均值1 587.43 mg/kg）。TN 濃度分布特征在小興凱湖表現(xiàn)為西泡子>西部湖區(qū)>東部湖區(qū)>東北泡子>中部湖區(qū)；大興凱湖表現(xiàn)為西部湖區(qū)>中部湖一區(qū)>中部湖二區(qū)>東部湖區(qū)（圖2）。小興凱湖西部湖區(qū)和東部湖區(qū)TN 濃度明顯高于其他湖區(qū)，水生植物空間分布差異可能是影響不同湖區(qū)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽濃度差異的重要因素[22]；此外，由于超過95%的穆棱河水沿穆興分洪道進(jìn)入小興凱湖東部湖區(qū)，穆棱河流域內(nèi)大量的畜禽養(yǎng)殖污染和種植業(yè)面源污染對(duì)小興凱湖有重要影響[23]。于淑玲等[8]的研究表明，小興凱湖中氮主要來源于農(nóng)業(yè)面源污染，持續(xù)輸入的農(nóng)業(yè)廢水和生活污水?dāng)y帶的污染物質(zhì)沉積在湖泊中，導(dǎo)致沉積物TN 濃度一直處于較高水平。

圖2 興凱湖表層沉積物中TN 濃度空間分布Fig.2 Spatial distribution of TN concentration in surface sediments of Xingkai Lake

由圖3 可知，大、小興凱湖柱狀沉積物TN 濃度分別為194.33~805.08 mg/kg（平均值473.57 mg/kg）和371.29~4 718.41 mg/kg（平均值1 332.77 mg/kg）。大部分湖區(qū)20~50 cm 沉積物隨深度增加TN 濃度呈上升趨勢(shì)，這可能與沉積物本底濃度較高有關(guān)[24]。小興凱湖西泡子、西部湖區(qū)和大興凱湖西部湖區(qū)沉積物TN 濃度隨深度增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能是由于大、小興凱湖西部湖區(qū)水生植物覆蓋度高，水生植物殘?bào)w堆積使得表層沉積物有機(jī)氮濃度較高。隨著深度的增加，溶解氧濃度降低，厭氧環(huán)境加速了厭氧氨氧化過程使氮濃度下降[25]。

圖3 興凱湖不同湖區(qū)沉積物中TN 濃度垂直變化Fig.3 Vertical distribution of TN concentration in the sediments from different lake areas of Xingkai Lake

2.1.2 沉積物TP 空間分布及垂直變化

大、小興凱湖表層沉積物TP 濃度分別為95.76~402.39 mg/kg（平均值246.55 mg/kg）和14.41~1 272.23 mg/kg（平均值212.38 mg/kg）。TP 濃度分布特征在小興凱湖表現(xiàn)為西泡子>東部湖區(qū)>西部湖區(qū)>中部湖區(qū)>東北泡子；大興凱湖表現(xiàn)為中部湖一區(qū)>東部湖區(qū)>中部湖二區(qū)>西部湖區(qū)（圖4）。小興凱湖沉積物TP 空間分布差異大，西泡子區(qū)域污染嚴(yán)重，這可能是由于西泡子位于湖灣區(qū)域，地勢(shì)低洼，水生植物覆蓋度高，水生植物腐解及外源輸入的含磷污染物易蓄積；此外，該區(qū)域表層沉積物以粉粒為主，磷吸附效率較高[26]。

圖4 興凱湖表層沉積物中TP 濃度空間分布Fig.4 Spatial distribution of TP concentration in surface sediments of Xingkai Lake

由圖5 可知，大、小興凱湖柱狀沉積物TP 濃度分別為58.21~702.77 mg/kg（平均值244.04 mg/kg）和8.15~1 272.23 mg/kg（平均值243.67 mg/kg）。TP在垂直分布上的差異與沉積環(huán)境密切相關(guān)[27]。小興凱湖西泡子表層和次表層沉積物TP 濃度遠(yuǎn)高于其他湖區(qū)，除西泡子外，興凱湖其余各湖區(qū)沉積物TP濃度在10~30 cm 隨深度增加整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這可能與沉積物本底濃度較高且沉積環(huán)境不穩(wěn)定有關(guān)。

圖5 興凱湖不同湖區(qū)沉積物中TP 濃度垂直變化Fig.5 Vertical distribution of TP concentration in the sediments from different lake areas of Xingkai Lake

2.1.3 沉積物OM 空間分布及垂直變化

大、小興凱湖表層沉積物OM 濃度分別為2.92~14.78 g/kg（平均值7.51 g/kg）和11.74~63.27 g/kg（平均值32.18 g/kg）。OM 濃度分布特征在小興凱湖表現(xiàn)為西泡子>東北泡子>西部湖區(qū)>中部湖區(qū)>東部湖區(qū)；大興凱湖表現(xiàn)為中部湖一區(qū)>西部湖區(qū)>中部湖二區(qū)>東部湖區(qū)（圖6）。小興凱湖OM 濃度最高點(diǎn)在西泡子，該區(qū)域生物量高，與主湖區(qū)連通性較差，大型水生植物、浮游生物和微生物等生物死亡后在底泥中沉積，導(dǎo)致沉積物OM 濃度上升。大興凱湖湖心區(qū)域沉積物OM 濃度較高，表明入湖和出湖的水流作用對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)的空間分布產(chǎn)生了重要影響，這與對(duì)太湖[28]和山美水庫(kù)[29]的研究結(jié)果一致。

圖6 興凱湖表層沉積物中OM 濃度空間分布Fig.6 Spatial distribution of OM concentration in surface sediments of Xingkai Lake

由圖7 可知，大、小興凱湖沉積物柱狀樣品OM 濃度分別為1.88~16.36 g/kg（平均值7.77 g/kg）和11.74~67.15 g/kg（平均值26.88 g/kg）。小興凱湖西泡子、東北泡子、西部湖區(qū)和大興凱湖西部湖區(qū)OM 隨深度增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。西泡子和東北泡子為自然濕地，生物活動(dòng)頻繁，水生生物代謝產(chǎn)生的有機(jī)污染物在湖底沉積，隨深度增加，有機(jī)質(zhì)被礦化分解，OM 濃度下降；大、小興凱湖西部湖區(qū)周圍近年被不斷開發(fā)利用，墾殖率高，黑土流失較嚴(yán)重，這可能是造成表層沉積物OM 濃度較高的主要原因。

圖7 興凱湖不同湖區(qū)沉積物中OM 濃度垂直變化Fig.7 Vertical distribution of OM concentration in the sediments from different lake areas of Xingkai Lake

2.2 興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽埋藏通量

2.2.1 興凱湖水深及泥厚分布特征

大、小興凱湖平均水深分別為6.58 和2.45 m，沉積物平均厚度分別為0.23 和0.18 m（圖8），小興凱湖水深和沉積物厚度均低于大興凱湖。小興凱湖沿岸基本無沉積物堆積，但水深處沉積物較厚。小興凱湖沉積物厚度與水深呈顯著正相關(guān)（P<0.05），深水區(qū)地形平坦，有利于沉積物遷移，淺水區(qū)沉積物受外界水環(huán)境影響易再懸浮，因此沉積物厚度較薄。大興凱湖西部湖區(qū)沉積物堆積嚴(yán)重，中部湖區(qū)和東部湖區(qū)的沉積物厚度明顯下降。大興凱湖西部區(qū)域存在多條入湖河流和排干，其入湖時(shí)攜帶的泥沙顆粒物可能是導(dǎo)致西部湖區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重的主要原因。

圖8 興凱湖水深和沉積物厚度分布Fig.8 Distribution of water depth and sediment thickness in Xingkai Lake

2.2.2 興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽埋藏通量

根據(jù)興凱湖沉積物TN、TP、OM 濃度，結(jié)合沉積物厚度和湖區(qū)面積，估算現(xiàn)狀條件下興凱湖各湖區(qū)沉積物蓄積量和TN、TP、OM 埋藏通量，結(jié)果如表1 所示。小興凱湖沉積物蓄積量為2.55×107t，TN、TP、OM 的埋藏通量分別為386.10、45.16、8 116.61 t/a；大興凱湖沉積物蓄積量為2.39×108t，TN、TP、OM 的埋藏通量分別為800.60、391.32、11 886.27 t/a。

表1 興凱湖沉積物蓄積量和TN、TP、OM 埋藏通量Table 1 Sediment accumulation and burial fluxes of TN, TP and OM in Xingkai Lake

小興凱湖沉積物蓄積量及TN、TP 和OM 埋藏通量分布特征為西部湖區(qū)>東部湖區(qū)>中部湖區(qū)>東北泡子>西泡子。西部湖區(qū)沉積物蓄積量和營(yíng)養(yǎng)鹽埋藏通量與其他湖區(qū)相比較高，這可能是由于周圍農(nóng)業(yè)活動(dòng)集中，且以旱地為主，地表徑流攜帶農(nóng)業(yè)污染物進(jìn)入湖泊，使得湖區(qū)沉積物蓄積，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高。大興凱湖沉積物蓄積量和TN、OM 埋藏通量的分布特征為中部湖一區(qū)>中部湖二區(qū)>西部湖區(qū)>東部湖區(qū)，TP 埋藏通量的分布特征為中部湖一區(qū)>中部湖二區(qū)>東部湖區(qū)>西部湖區(qū)。

2.3 興凱湖沉積物污染特征評(píng)價(jià)

小興凱湖表層沉積物有機(jī)污染指數(shù)為0.031~1.645（平均值0.335），屬中度污染，各湖區(qū)有機(jī)污染程度為西泡子>西部湖區(qū)>東北泡子>東部湖區(qū)>中部湖區(qū)。西泡子有機(jī)污染嚴(yán)重（1.645），屬重度污染，其余湖區(qū)以中度污染為主，其中西部湖區(qū)、東部湖區(qū)、中部湖區(qū)分別有60.0%、57.1%和37.5%的采樣點(diǎn)處于中度及以上污染〔圖9（a）〕。大興凱湖表層沉積物有機(jī)污染指數(shù)為0.005~0.050，平均值為0.023，屬清潔等級(jí)，各湖區(qū)有機(jī)污染程度為西部湖區(qū)>中部湖一區(qū)>中部湖二區(qū)>東部湖區(qū)。除中部湖一區(qū)有12.5%的采樣點(diǎn)處于輕度污染外，其余湖區(qū)采樣點(diǎn)均屬清潔等級(jí)〔圖9（b）〕。

圖9 興凱湖表層沉積物有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)的污染等級(jí)占比Fig.9 Percentage of different degrees of pollution in surface sediments of Xingkai Lake based on organic index

與巢湖（基本處于重度污染）[30]、鄱陽(yáng)湖（整體處于輕度污染）[31]、太湖竺山灣（整體處于輕度污染）[32]等我國(guó)典型湖泊/湖區(qū)相比，興凱湖沉積物整體上屬輕度污染，但小興凱湖沉積物有機(jī)污染較為嚴(yán)重?？紤]到小興凱湖水體通過泄洪閘進(jìn)入大興凱湖，并可能對(duì)大興凱湖沉積物污染狀況產(chǎn)生潛在影響，因此，小興凱湖沉積物污染應(yīng)引起重視。

2.4 興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽來源解析

2.4.1 興凱湖沉積物C/N 與C/P 特征

由圖10 可知，大、小興凱湖表層沉積物C/N 分別為4.29~18.13（平均值8.72）和7.71~24.89（平均值12.51）。一般情況下，沉積物C/N 可以反映有機(jī)質(zhì)來源的差異性[33]，藻類有機(jī)質(zhì)C/N 通常為4~10，而陸生維管束高等植物的C/N 不小于20[34]。當(dāng)沉積物C/N 大于8 時(shí)，常認(rèn)為是受到2 種物源的共同影響，C/N 愈大，說明陸源輸入的有機(jī)質(zhì)成分愈大[35]。興凱湖沉積物不同湖區(qū)間C/N 存在較大差異，OM來源同時(shí)受湖泊自生和外源輸入的影響。小興凱湖C/N 高于大興凱湖，表明小興凱湖OM 來源受陸源輸入影響更大。

圖10 興凱湖沉積物C/N 垂直分布特征Fig.10 Vertical distribution characteristics of C/N in the sediments of Xingkai Lake

大、小興凱湖柱狀沉積物C/N 分別為4.87~20.25（平均值9.59）和6.13~27.59（平均值12.75）。柱狀沉積物C/N 反映了有機(jī)質(zhì)的分解輸入與礦化分解輸出間的平衡[36]，表層和次表層沉積物C/N 主要受物質(zhì)來源和水動(dòng)力條件的影響，而深層沉積物C/N 主要受氧化還原環(huán)境的影響，與成巖作用有關(guān)[37]。隨深度增加，小興凱湖中部湖區(qū)底層沉積物C/N 較低，可能與有機(jī)物被完全分解及無機(jī)氮的富集有關(guān)，這與楊洪等[38]對(duì)武漢東湖的研究結(jié)論一致；大興凱湖西部湖區(qū)沉積物C/N 在不同深度無明顯變化，其余各湖區(qū)沉積物C/N 隨深度的增加呈上升趨勢(shì)。

沉積物C/P 在一定程度上可以反映沉積物中有機(jī)碳和磷化合物的分解速率。由圖11 可知，小興凱湖表層沉積物C/P 為28.84~1 005.10（平均值232.55），柱狀樣品中C/P 為11.59~1 182.53（平均值176.11）；大興凱湖表層沉積物C/P 為7.54~67.30（平均值19.25），柱狀樣品中C/P 為4.07~67.30（平均值20.67）。小興凱湖表層沉積物C/P 高于大興凱湖，可能是由于生物死亡后，磷快速地分解釋放，而碳的釋放較慢[27]，導(dǎo)致小興凱湖沉積物表層C/P 相對(duì)較高；此外，大興凱湖中部湖區(qū)C/P 呈現(xiàn)隨深度增加而上升的趨勢(shì)，表明隨著沉積深度的增加，沉積物中含磷化合物的分解比有機(jī)碳分解更為迅速[39]，故C/P升高。

圖11 興凱湖沉積物C/P 垂直分布特征Fig.11 Vertical distribution characteristics of C/P in the sediments of Xingkai Lake

2.4.2 興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)性分析

由表2 可知，興凱湖表層沉積物中OM 和TN 之間 呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），表明OM 和TN 具有相似來源，沉積物氮主要以有機(jī)氮的形式存在[40]。TP 與OM 的相關(guān)性不顯著，表明TP 受沉積物OM 分布影響小。賈雪瑩等[41]研究指出，興凱湖沉積物磷以無機(jī)磷為主，其中Fe-P 較多。

表2 興凱湖表層沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Pearson correlation coefficients of nutrients in surface sediments of Xingkai Lake

由表3 可知，與我國(guó)其他湖泊相比，小興凱湖表層沉積物中TN 和OM 濃度高于我國(guó)四大淡水湖，沉積物C/N 與烏梁素海（12.70）[42]相近，C/P 與衡水湖（233.1）[43]相近。大興凱湖沉積物TN、TP、OM 處于低濃度水平，C/N 與太湖（8.32）[44]相近，水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。小興凱湖表層沉積物OM 和TN 濃度相對(duì)較高，湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)較高，并且可能影響大興凱湖水質(zhì)狀況。

表3 我國(guó)不同湖泊表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、C/N 和C/P 對(duì)比Table 3 Comparison of nutrient concentration, C/N and C/P in surface sediments of different lakes in China

3 結(jié)論

（1）與國(guó)內(nèi)其他湖泊相比，興凱湖沉積物TP 濃度處于較低水平，但小興凱湖表層沉積物TN、OM 濃度處于較高水平且高于大興凱湖，可能會(huì)對(duì)大興凱湖水質(zhì)產(chǎn)生影響。

（2）根據(jù)沉積物C/N，興凱湖的有機(jī)質(zhì)來源同時(shí)受到水生植物和陸源物質(zhì)輸入的影響，小興凱湖受陸源輸入影響更大。沉積物TN 和OM 之間呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），TP 與OM 之間無顯著相關(guān)性，說明TN 和OM 可能來源相似，但TP 與OM 來源存在差異。

（3）根據(jù)有機(jī)污染指數(shù)法，興凱湖整體屬輕度污染，大、小興凱湖有機(jī)污染指數(shù)分別為0.023 和0.335，屬于清潔和中度污染，小興凱湖沉積物有機(jī)污染較大興凱湖更嚴(yán)重。

（4）興凱湖水體污染成因較復(fù)雜，沉積物內(nèi)源釋放可能是興凱湖水體污染的主要原因之一，興凱湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽污染狀況應(yīng)引起重視。