珊溪水库的氮磷时空分布特征研究

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最近几年来,多数城市主要供水水源湖库的水质问题已显现,水体富营养化成为最突出的问题之一。许多研究表明,氮和磷是水环境中被人们广受关注的重要污染物,是水体富营养化的限制性营养元素。而且氮、磷是水域生态系统物质循环的重要元素,其含量和比例的变化会影响水体浮游植物的群落结构及生长,影响底质营养盐分布和积累,而且对生态系统能量流动和转化也会造成影响。一直以来学术界和管理部门都重点关注地表径流中含有的大量氮、磷及其他无机盐等植物营养物质对饮用型水库造成的水体富营养化问题,而对于内源释放来源污染的研究相对少,特别是对底层厌氧水体中释放的营养物质能否及如何影响上层水质了解不多。此外,对不同气象、水文、地质特征条件下营养物质的迁移转化规律的了解仍很有限。本研究以亚热带河道型深水饮用水水库——珊溪水库作为研究对象,于2014年2月至2015年7月期间进行每月一次的定点和走航监测,对水文和氮磷指标在水平和垂直方向上的分布状况进行全面的监测。主要结果如下:  1.水质指标相关性分析得出,各采样点NO3--N与PO43-、TN与PO43-、TP与PO43-、TP与NO3--N彼此都有显著的相关性,A5点相关性不是很明显。这可能是由于不同采样点水动力学及外界的环境因子变化,导致水库生态系统特征带来改变。  2.珊溪水库含氮量与含磷量的比值是营养盐结构的主要指标,珊溪水库在2014年7月、8月、11月,2015年3月、6月、7月N/P在8~30,一共6个月处在最适合浮游生物生长的Redfield比值范围,具有发生水华的营养条件。水库局部水域曾出现藻类异常增殖现象。这说明珊溪水库氮磷营养盐含量都较高,水库水质呈现富营养化的趋势。珊溪水库作为饮用水水源地,水质的下降以及藻类增殖现象还是应该引起广泛的关注和适当的治理。  3.珊溪水库氮、磷元素在不同调查站位的季节分布特征不一致,珊溪水库的季节性分布呈现出春夏季浓度高于秋冬季,这很大程度上与降雨量有关,梅雨季多发生在春夏季节,雨水中沉降、水库周边山上土壤中营养物质以及周边的城镇和农村的生活、餐饮、建筑垃圾、污水的流入,使得水库中外源性输入较多,秋冬季降雨少,主要来源是自身水质的营养盐的转化,使得水体中总的氮磷含量基本稳定。磷元素含量变化相对稳定,基本在一个含量附近上下波动。  4.珊溪水库的空间分布,氨氮呈现水面上层浓度低,下层浓度高的趋势。水体上下层除了自身内部交换上层主要的输入方式是雨水和地表水,水面下层氨氮的主要输出形式是沉积物释放。氨氮下层浓度高于上层,说明底层沉积物的释放是水库富营养化的一个主要影响因素。而且总磷在A1、A2、A3支流的分布符合此规律,也验证了这一点。另一条支流表层浓度比底层浓度大,这可能与支流沉积物中释放量有关,底层沉积物可能释放条件不是很充足。有文献表明,pH为酸性、厌氧环境下,磷的释放量最大。硝氮浓度的空间变化总体虽说差不多,但在水深较深的A3、A4点还是有上低下高的垂直分布趋势,而且反硝化作用在缺氧条件才可以使硝氮脱氮,这说明中层、下层溶解氧是比较低的。  5.珊溪水库主库水体夏季长期存在热分层现象。秋冬季30 m以上水体有垂直水层间的传质交换,40~50 m以下水体保持分层现象,且常年处于缺氧状况。库底水体及沉积物中的缺氧、厌氧环境有利于有机物的厌氧分解,并在底层水体中累积形成高于表层水体的氮、磷浓度。水库秋冬季降雨少,且伴随水库季节性的蓄、放水,水库水体的水位总体比雨季低很多。在局部季节更迭所产生气温骤变能够促使表、底层水体产生交换,从而打破热分层,即发生局部的“翻湖”现象。这种垂向上的水体交换一方面能够改善沉积物表面及底层水体中的缺氧状况,改变氮、磷转化途径;但另一方面也可能将底层水体中的营养物质带至表层,诱发藻华。
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