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摘 要：校园人工水体是校园景观的重要组成部分，开展相关研究，从科学的角度规划水体景观，能极大地改善校园生态环境和人居环境，提升高校形象，实现人与自然的和谐发展。同时，研究人工水体地球化学的昼夜演变过程有助于进一步认识人工水体的存储过程、运移规律及动态变化特征，能更好地掌握外界环境输入的污染物对人工水体系统的影响。本文以西南大学崇德湖为例，采用多指标高分辨率在线监测和实验室分析相结合的方法，获取崇德湖水体的物理化学指标，对人工水体地球化学的昼夜演变过程进行研究。
关键词：人工水体 地球化学 昼夜演变过程 西南大学崇德湖
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00
1研究区概况
1.1自然环境概况
崇德湖是一座中型规模的景观水体，位于重庆市北碚区西南大学（106°18′14″E～106°56′ 53″E、29°39′10″N～10°3′53″N）第八教学楼、李园学生园区旁，由4个小湖组成（图1），靠近第八教学楼的为一号湖，白帆下方的为二号湖，图书馆对面分别是三号湖和四号湖。四个小湖底部之间均有管道相连，湖水可以由上方地势较高的小湖流入下方地势较低的小湖，实现湖水的水循环和平衡供给。崇德湖周围地形较为开阔，东北西三面地势明显高于南面，降雨形成的地表径流从周围汇集到湖中。崇德湖地处于亚热带季风气候区，雨量充沛，有春早、夏热、秋短、冬迟的特征，最高气温可达44.3℃，最低气温至-3.1℃，年平均气温18.2℃。
图1 崇德湖区位图
1.2功能与现状概况
崇德湖能产生小环境效应，能对附近的气候产生良好的影响，能充分发挥分隔不同功能区、阻隔噪音、休闲娱乐等功能。同时，崇德湖周边有小山、树木、草地等绿化环境较好的空间，在一定程度上达到了“水清岸绿”的效果，对于改善校园生态环境和学习生活环境有重要的作用。
由于周围人类活动频繁，水体富营养化严重，水体透明度下降，浊度增加，时常呈现出颜色发黄黑，满湖绿色浮萍且有异味的现象，严重影响其应有的功能。
2 研究方法
本研究采用仪器在线记录、人工采样、实验室分析相结合的方法，选取2014年11月15日16：00至2014年11月16日20：00共28h的崇德湖水质昼夜动态变化为分析对象。
2.1仪器在线记录
为准确记录水质的昼夜变化规律，研究利用Manta2多参数水质分析仪（美国Eureka公司生产）在线测定水温、溶解氧、pH值、电导率等物理指标，测试精度分别为0.01℃、0.01mg/L、0.01、0.1μS/cm，测试时间间隔为5min。同时，在崇德湖的护栏上安装了GLZ-A型光合有效辐射记录仪（浙江托普公司生产）以测试光合有效辐射强度，测试时间步长值设定为1min，测试精度为1μmol/m2·s。
2.2人工采样
利用多参数水质分析仪自动监测的同时，进行2h间隔的人工采样。
水体主要阳离子及微量元素取样、阴离子取样：用1：3硝酸提前浸泡48h并用超纯水润洗干净的60mL聚乙烯瓶取阳离子样品，现场加入2滴1：1优级纯硝酸，以保持金属离子活性；阴离子取样则使用的是500mL聚乙烯瓶。共取30件水样，阴阳离子样品预处理完毕后运至实验室4℃冷藏，具体保存和运送方法按文献[1]。
2.3实验室分析
水样采集后于5d内在地球化学与同位素实验室中进行阴阳离子的测定。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、Zn2+、全Fe、全Mn等阳离子的含量利用PerkinElmer Optima 21 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定，仪器检测下限为0.001mg/L，1h内RSD小于2%。SO42-、NO3-和PO43-等阴离子的浓度采用UV-2450紫外分光光度计测定。
3研究结果与分析
3.1物理指标动态变化分析
图22014年秋季崇德湖水体物理指标昼夜动态变化图
3.1.1 水温
如图2所示，研究期内湖水温度变化范围为16.2℃～16.5℃，变化幅度较小，崇德湖水温的日变化主要是受气温和光照的影响，水温变化较有规律。
3.1.2 溶解氧
溶解氧浓度昼夜变化范围为4.9 mg/L～6.33mg/L，浓度最低值出现在11月16日的20：25，最高值出现在11月15日的16：35。水中微生物在光合作用下产生大量O2，同时，水温的上升使得微生物呼吸作用、有机物分解的耗氧作用变强，也消耗了一定量的O2。但总体上，产氧速率显著高于耗氧速率，使得溶解氧浓度在白天仍呈现上升趋势。夜晚，光合作用逐渐减弱，产氧速率低于耗氧速率，使得溶解氧浓度下降，并在清晨达到最低值，因此，溶解氧浓度呈现出一定的“峰谷现象”。
3.1.3 pH值
水体pH值的波动范围为7.35～7.51，最低值出现在11月16日的20：30，最高值出现在11月15日的17：40。pH值总体呈现出白天升高，夜晚降低的趋势。这表明在白天光合作用的影响下，水中的CO2被吸收含量下降，水体酸性减弱，导致pH值升高，随着光合作用减弱，呼吸作用占主导后，CO2被释放，含量增加并不断积累，水体酸性增强，pH值降低。崇德湖的pH值整体偏高，呈弱碱性，这可能存在碳酸盐岩和白云岩的风化作用[2]。湖水上方有大量碳酸盐岩的景观石，周围土壤是含有碳酸钙的紫色土，在降水淋溶和地表径流的侵蚀下，有大量钙离子进入湖中导致湖水pH值升高，从而使得pH值总体呈弱碱性。
3.1.4 电导率
电导率的昼夜变化范围为454μS/cm～458μS/cm，在11月16日的14：30达到最低值，在11月15日的17：30达到最高值。电导率由溶解在水体中的离子浓度、种类和水温等因素决定。在研究期内，电导率整体呈现出白天降低，夜晚升高的趋势，崇德湖的电导率整体偏高，表明水体离子浓度较高。一方面是由于崇德湖周围为教学区和学生生活园区，人类活动产生的物质在大气降水以及地表径流的作用下将大量离子汇入湖中，导致电导率升高。另一方面，则是由于崇德湖周围的碳酸盐岩景观石和含碳酸钙的紫色土使得水体中钙离子浓度极高，从而使得电导率升高。此外，电导率能在水质分析中作为一个重要指标反映水体的污染情况，水污染越严重，水体的电导率越高。 综上分析，白天光合有效辐射、水体溶解氧浓度、pH值之间呈极好的正相关关系，同时这些指标与电导率存在显著的负相关关系。而夜晚则相反。这主要是因为白天光合有效辐射促进水体中绿色植物的光合作用，吸收水体中的CO2，释放出O2，使得水体中的溶解氧浓度升高，pH值升高。同时，一方面由于水体的pH值升高，酸性减弱，导致水中的溶质减少，另一方面由于水生植物的光合作用吸收水体中的营养成分，进一步促使水体溶质的减少，这两方面共同导致了水体电导率的降低。而夜晚，则表现出相反的地球化学过程。
3.2化学指标动态变化分析
通过对水样进行室内测试分析，得出崇德湖阴阳离子的浓度（表1），其中Ca2+的含量最高，并且崇德湖水体的重金属含量没有超标。
4结语
在2014年11月15日～16日对崇德湖水体的光合有效辐射、水温、溶解氧、pH值、电导率等物理指标进行在线高分辨率监测，对水体常见的阴阳离子等化学指标进行实验室的分析测试，将获取的物理化学指标进行了定量和定性分析，得出崇德湖人工水体地球化学的昼夜演变规律。在秋季，崇德湖表层的溶解氧浓度主要受到光合作用、呼吸作用及氧化作用的影响，总体呈现出白天升高，夜晚降低的趋势；pH值偏高，呈弱碱性，表层pH主要受光合作用、呼吸作用、氧化作用的影响，因此也呈现了白天升高，夜晚降低的趋势。水体的电导率呈现白天降低，夜晚升高的趋势，但电导率整体偏高，这一特征与崇德湖周围的紫色土及碳酸盐岩景观石的淋溶作用关系密切，紫色土中的铁元素和碳酸盐岩中的钙元素在雨水作用下大量进入湖中，水体中的离子含量增多，使得电导率上升。水体的溶解氧浓度、pH值之间呈极好的正相关关系，同时这两者与电导率存在显著的负相关关系。
当前，崇德湖水体的总细菌数明显高于生活饮用水卫生标准，且属于污染较为严重的富营养化水体。因此，针对崇德湖水体的外界污染来源，应当安排专人定期打捞漂浮在崇德湖上的枯草、树叶及垃圾，优化崇德湖中的动物种类、数量和比例，限制鱼类的垂钓。可以结合植物生长的特性，在崇德湖中种植部分水生植物，从而达到净化水质的目的。同时，要从源头做起对水体进行维护，并加强对崇德湖水体的管理与政策宣传，提高人们保护水资源与水环境的意识。
参考文献
[1] 余超.城市公共空间人工水体景观设计与生态策略探析[D].西安：西安建筑科技大学，2010.
[2] 胡春华.鄱阳湖水环境特征及演化趋势研究[D].南昌：南昌大学，2010：31-33.
[3] 谢慧聪.北方地区人工水体景观设计研究[D].大连：大连理工大学，2012.
关键词：人工水体 地球化学 昼夜演变过程 西南大学崇德湖
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00
1研究区概况
1.1自然环境概况
崇德湖是一座中型规模的景观水体，位于重庆市北碚区西南大学（106°18′14″E～106°56′ 53″E、29°39′10″N～10°3′53″N）第八教学楼、李园学生园区旁，由4个小湖组成（图1），靠近第八教学楼的为一号湖，白帆下方的为二号湖，图书馆对面分别是三号湖和四号湖。四个小湖底部之间均有管道相连，湖水可以由上方地势较高的小湖流入下方地势较低的小湖，实现湖水的水循环和平衡供给。崇德湖周围地形较为开阔，东北西三面地势明显高于南面，降雨形成的地表径流从周围汇集到湖中。崇德湖地处于亚热带季风气候区，雨量充沛，有春早、夏热、秋短、冬迟的特征，最高气温可达44.3℃，最低气温至-3.1℃，年平均气温18.2℃。
图1 崇德湖区位图
1.2功能与现状概况
崇德湖能产生小环境效应，能对附近的气候产生良好的影响，能充分发挥分隔不同功能区、阻隔噪音、休闲娱乐等功能。同时，崇德湖周边有小山、树木、草地等绿化环境较好的空间，在一定程度上达到了“水清岸绿”的效果，对于改善校园生态环境和学习生活环境有重要的作用。
由于周围人类活动频繁，水体富营养化严重，水体透明度下降，浊度增加，时常呈现出颜色发黄黑，满湖绿色浮萍且有异味的现象，严重影响其应有的功能。
2 研究方法
本研究采用仪器在线记录、人工采样、实验室分析相结合的方法，选取2014年11月15日16：00至2014年11月16日20：00共28h的崇德湖水质昼夜动态变化为分析对象。
2.1仪器在线记录
为准确记录水质的昼夜变化规律，研究利用Manta2多参数水质分析仪（美国Eureka公司生产）在线测定水温、溶解氧、pH值、电导率等物理指标，测试精度分别为0.01℃、0.01mg/L、0.01、0.1μS/cm，测试时间间隔为5min。同时，在崇德湖的护栏上安装了GLZ-A型光合有效辐射记录仪（浙江托普公司生产）以测试光合有效辐射强度，测试时间步长值设定为1min，测试精度为1μmol/m2·s。
2.2人工采样
利用多参数水质分析仪自动监测的同时，进行2h间隔的人工采样。
水体主要阳离子及微量元素取样、阴离子取样：用1：3硝酸提前浸泡48h并用超纯水润洗干净的60mL聚乙烯瓶取阳离子样品，现场加入2滴1：1优级纯硝酸，以保持金属离子活性；阴离子取样则使用的是500mL聚乙烯瓶。共取30件水样，阴阳离子样品预处理完毕后运至实验室4℃冷藏，具体保存和运送方法按文献[1]。
2.3实验室分析
水样采集后于5d内在地球化学与同位素实验室中进行阴阳离子的测定。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、Zn2+、全Fe、全Mn等阳离子的含量利用PerkinElmer Optima 21 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定，仪器检测下限为0.001mg/L，1h内RSD小于2%。SO42-、NO3-和PO43-等阴离子的浓度采用UV-2450紫外分光光度计测定。
3研究结果与分析
3.1物理指标动态变化分析
图22014年秋季崇德湖水体物理指标昼夜动态变化图
3.1.1 水温
如图2所示，研究期内湖水温度变化范围为16.2℃～16.5℃，变化幅度较小，崇德湖水温的日变化主要是受气温和光照的影响，水温变化较有规律。
3.1.2 溶解氧
溶解氧浓度昼夜变化范围为4.9 mg/L～6.33mg/L，浓度最低值出现在11月16日的20：25，最高值出现在11月15日的16：35。水中微生物在光合作用下产生大量O2，同时，水温的上升使得微生物呼吸作用、有机物分解的耗氧作用变强，也消耗了一定量的O2。但总体上，产氧速率显著高于耗氧速率，使得溶解氧浓度在白天仍呈现上升趋势。夜晚，光合作用逐渐减弱，产氧速率低于耗氧速率，使得溶解氧浓度下降，并在清晨达到最低值，因此，溶解氧浓度呈现出一定的“峰谷现象”。
3.1.3 pH值
水体pH值的波动范围为7.35～7.51，最低值出现在11月16日的20：30，最高值出现在11月15日的17：40。pH值总体呈现出白天升高，夜晚降低的趋势。这表明在白天光合作用的影响下，水中的CO2被吸收含量下降，水体酸性减弱，导致pH值升高，随着光合作用减弱，呼吸作用占主导后，CO2被释放，含量增加并不断积累，水体酸性增强，pH值降低。崇德湖的pH值整体偏高，呈弱碱性，这可能存在碳酸盐岩和白云岩的风化作用[2]。湖水上方有大量碳酸盐岩的景观石，周围土壤是含有碳酸钙的紫色土，在降水淋溶和地表径流的侵蚀下，有大量钙离子进入湖中导致湖水pH值升高，从而使得pH值总体呈弱碱性。
3.1.4 电导率
电导率的昼夜变化范围为454μS/cm～458μS/cm，在11月16日的14：30达到最低值，在11月15日的17：30达到最高值。电导率由溶解在水体中的离子浓度、种类和水温等因素决定。在研究期内，电导率整体呈现出白天降低，夜晚升高的趋势，崇德湖的电导率整体偏高，表明水体离子浓度较高。一方面是由于崇德湖周围为教学区和学生生活园区，人类活动产生的物质在大气降水以及地表径流的作用下将大量离子汇入湖中，导致电导率升高。另一方面，则是由于崇德湖周围的碳酸盐岩景观石和含碳酸钙的紫色土使得水体中钙离子浓度极高，从而使得电导率升高。此外，电导率能在水质分析中作为一个重要指标反映水体的污染情况，水污染越严重，水体的电导率越高。 综上分析，白天光合有效辐射、水体溶解氧浓度、pH值之间呈极好的正相关关系，同时这些指标与电导率存在显著的负相关关系。而夜晚则相反。这主要是因为白天光合有效辐射促进水体中绿色植物的光合作用，吸收水体中的CO2，释放出O2，使得水体中的溶解氧浓度升高，pH值升高。同时，一方面由于水体的pH值升高，酸性减弱，导致水中的溶质减少，另一方面由于水生植物的光合作用吸收水体中的营养成分，进一步促使水体溶质的减少，这两方面共同导致了水体电导率的降低。而夜晚，则表现出相反的地球化学过程。
3.2化学指标动态变化分析
通过对水样进行室内测试分析，得出崇德湖阴阳离子的浓度（表1），其中Ca2+的含量最高，并且崇德湖水体的重金属含量没有超标。
4结语
在2014年11月15日～16日对崇德湖水体的光合有效辐射、水温、溶解氧、pH值、电导率等物理指标进行在线高分辨率监测，对水体常见的阴阳离子等化学指标进行实验室的分析测试，将获取的物理化学指标进行了定量和定性分析，得出崇德湖人工水体地球化学的昼夜演变规律。在秋季，崇德湖表层的溶解氧浓度主要受到光合作用、呼吸作用及氧化作用的影响，总体呈现出白天升高，夜晚降低的趋势；pH值偏高，呈弱碱性，表层pH主要受光合作用、呼吸作用、氧化作用的影响，因此也呈现了白天升高，夜晚降低的趋势。水体的电导率呈现白天降低，夜晚升高的趋势，但电导率整体偏高，这一特征与崇德湖周围的紫色土及碳酸盐岩景观石的淋溶作用关系密切，紫色土中的铁元素和碳酸盐岩中的钙元素在雨水作用下大量进入湖中，水体中的离子含量增多，使得电导率上升。水体的溶解氧浓度、pH值之间呈极好的正相关关系，同时这两者与电导率存在显著的负相关关系。
当前，崇德湖水体的总细菌数明显高于生活饮用水卫生标准，且属于污染较为严重的富营养化水体。因此，针对崇德湖水体的外界污染来源，应当安排专人定期打捞漂浮在崇德湖上的枯草、树叶及垃圾，优化崇德湖中的动物种类、数量和比例，限制鱼类的垂钓。可以结合植物生长的特性，在崇德湖中种植部分水生植物，从而达到净化水质的目的。同时，要从源头做起对水体进行维护，并加强对崇德湖水体的管理与政策宣传，提高人们保护水资源与水环境的意识。
参考文献
[1] 余超.城市公共空间人工水体景观设计与生态策略探析[D].西安：西安建筑科技大学，2010.
[2] 胡春华.鄱阳湖水环境特征及演化趋势研究[D].南昌：南昌大学，2010：31-33.
[3] 谢慧聪.北方地区人工水体景观设计研究[D].大连：大连理工大学，2012.