洙赵新河入湖河口沉积物-水界面营养元素分布与迁移特征研究

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洙赵新河是鲁西南重要的地表水体之一,其水质安全对流域内经济的发展以及人们的生活产生重要影响。近年来,在流域工农业快速发展的进程中,由于生活污水、工业废水的随意排放,畜牧渔业饲料以及农药、化肥的过量使用,造成的水环境污染问题已引起了人们广泛关注,其中水体富营养化是目前河流水环境污染整治过程中最为突出的问题之一。本论文结合薄膜扩散梯度技术(DGT)和高分辨率孔隙水采样器(HR-Peeper),对洙赵新河入湖河口沉积物-水界面间隙水氨氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和磷(P)等营养元素的分布情况、迁移特征以及扩散通量进行分析,探讨铁锰含量、有机质(OM)等多个环境因子对营养元素迁移的影响。主要研究成果如下:(1)洙赵新河入湖河口沉积物中总有机碳(TOC)的含量范围为5.34~7.55%,总氮(TN)的含量范围为1562.33~2490.99 mg/kg,总磷(TP)的含量范围为377.99~527.19mg/kg,TN和TP的含量较高,均存在较明显的表层富集现象。沉积物碳氮比(C/N)比值均大于20,表明沉积物中有机质来源于流域的陆源输入。沉积物含水率值在52.61%~61.11%,总体上呈现随深度增加而降低的趋势。沉积物间隙水溶解态及有效态铁、锰(Fe、Mn)的平均浓度均高于上覆水体,表明溶解态及有效态Fe、Mn可能存在从沉积物向上覆水扩散的风险。(2)间隙水有效态NH4+-N的浓度为0~0.049 mg/L,溶解态NH4+-N的浓度为0.181~1.232 mg/L,其来源主要与有机氮的矿化作用有关。有效态与溶解态NH4+-N的最小值均出现在沉积物-水界面处,可能与其周围氧化还原环境有关。溶解态NO3--N的浓度为0.562~1.247 mg/L,有效态NO3--N的浓度为0.307~0.557 mg/L,上覆水与沉积物间隙水中溶解态NO3--N在沉积物-水界面处存在浓度梯度,表明溶解态NO3--N可能存在从沉积物向上覆水扩散的风险。(3)间隙水溶解态P的含量为0.014~0.408 mg/L,有效态P的含量为0.013~0.383mg/L,两者有较好的协同变化规律,峰值均出现在界面下80 mm深度处,可能是由于沉积物有机质的降解,铁氧化物的还原释放较多的磷。钙结合态磷(Ca-P)为沉积物中磷的主要赋存形态。Ca-P、可交换态磷(Ex-P)和残渣态磷(Rse-P)具有较好的相关性,表明三者有一定的转化关系和同源性。有机磷(OP)与TOC、TN和TP之间存在正相关性,表明OP主要来源于生活污水排放以及化肥、农药的过量使用。活性磷(Ex-P)对溶解态及有效态P、溶解态NH4+-N的迁移扩散影响显著并呈正相关。(4)通过对净扩散通量和固相补给评估比值的估算,结果表明NH4+-N、NO3--N和P均从上覆水向沉积物间隙水迁移,沉积物是上覆水中NH4+-N、NO3--N和P的“汇”。沉积物固相NH4+-N、NO3--N释放能力相对较弱,P处于持续扩散补充状态,释放能力相对较强。铁锰氧化物、OM是影响洙赵新河入湖河口沉积物-水界面中营养元素的关键环境因子。
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