槐泗河流域小型水库污染特征及内源氮磷释放研究

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我国小型水库数量多,库龄高,分布广。由于前期财政投入不足、疏于管护,伴随工业化与城镇化进程中外源污染的过量输入与不断沉积,水库功能逐渐退化,蓄水不足,泥沙淤积,水质污染,富营养化加剧。近年在外源污染逐步控制的情况下,内源污染正成为小型水库富营养化的主要诱因。本文以槐泗河流域4座小型水库为研究对象,通过实地监测与室内模拟相结合的方式,对水库上覆水-间隙水-沉积物三相间的污染特征和相关性进行了研究,对水质和沉积物污染状况进行了评价,对内源负荷与氮磷的释放规律进行了探讨,为流域内及同类型小型水库内源污染防治与富营养化控制提供数据支撑与科学依据。主要结论如下:(1)4座水库上覆水呈弱碱性,pH夏季最高,春秋较低;溶解氧浓度和电导率夏低冬高;CODMn夏高冬低。叶绿素a浓度表现为夏秋高春冬低、两端高库心低。氮素浓度总体上冬春高、夏秋低,库心区偏高。TP和PO43--P时空分布规律相似,夏季最高,入库、库心区相对偏高。水质评价结果表明,荷叶水库为中-重度污染,其他水库水质为轻度污染。富营养化评价结果表明,流域内水库均为富营养化状态,总体上呈现为 TLI(TN)≥TLI(Chl-a)>TLI(SD)>TLI(TP)>TLI(CODMn),TN 是引起水质变差的主因。(2)间隙水中,氮磷浓度夏秋高、春冬低,满足梯度扩散条件,空间分布较均衡;与上覆水相比,NH4+-N的时空变化差异大,两相间氮无明显关联;TP的空间分布规律相似,与外源磷入库沉降情况一致。沉积物氮磷的时空分布较均衡,季节性波动小;全氮含量夏秋低、春冬高,与上覆水TN关联性较强;全磷含量秋冬相对较高,库心区总体偏高。沉积物污染评价结果总体为轻中度污染,冬季最差。不同界面间氮磷的相关性水平存在较大差异,三相间氮磷具有一定同源性,迁移转化过程存在耦合关系。(3)4座水库沉积物的氮磷静态释放规律相似,“源”“汇”角色具有差异性。姚湾水库沉积物表现为氮磷的“源”;荷叶、香巷水库沉积物表现为磷素和氨氮的“汇”;余桥水库沉积物表现为氮素的“源”。姚湾水库的TN、TP年际释放量分别为1.531 t/a、0.120 t/a;荷叶水库为 0.486 t/a、-0.006 t/a;香巷水库为 0.510 t/a、-0.006 t/a;余桥水库为0.200 t/a、-0.005 t/a。界面交换对上覆水中氮的潜在贡献率较大,沉积物为水库内源氮的稳定释放源,磷素对上覆水磷营养状态起限制性作用。(4)氮磷的释放量受上覆水T、pH和DO影响较大,对其进行合理调控(pH中性、好氧、低温)可有效降低内源释放风险。释放量与T呈正相关;中性条件下释放量最低,pH=4时释氮量最高,pH=10时释磷量最高;氮磷释放量在不同DO水平表现为缺氧>好氧。对不同环境因子下的氮磷释放通量进行回归拟合,氮与T的最优拟合为幂函数,磷为二次函数;氮、磷与pH的最优拟合均为二次函数;TN与DO的最优拟合为对数函数,NH4+-N、TP、PO43--P均为二次函数。
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