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水环境综合整治的重点是入湖河流,流域环境健康持续发展,要将河流与湖泊作为一个整体进行全方位的监测与治理。城市浅水型湖泊水浅,流动性差,绝大多数湖泊遭受不同程度的污染,水体富营养化和沉积物污染较严重。城市河流是城市生存和发展的血液,北京郊区河流众多,已成为生态水环境建设的重要组成部分。碳、氮同位素已被广泛用于探讨和解决当前的一些重大环境问题,在流域环境研究领域,碳稳定同位素可以揭示植被和土壤侵蚀状态的变化,氮素可以指示水体富营养化,辨析污水来源问题等。本文利用稳定碳、氮两种同位素技术,针对分布在北京市城区不同位置的18处河流与21处湖泊表层沉积物及4个湖泊沉积柱采样点,通过有机碳、氮同位素及其含量的分析与测定,揭示了河湖初始生产力、营养状况与有机质来源情况,为相关管理部门提供环境质量参考,以便开展相应的环境治理与修复。通过以上研究,得到以下主要认识。 1.河流沉积物有机碳(TOC)含量分布范围:0.63%~10.83%,有机氮(TON)含量:0.06%~0.86%,C/N分布范围:7.53~25.97,有机碳同位素(δ13Corg)组成范围:-27.2‰~-24.9‰,有机氮同位素(δ15Norg)组成范围是:-2.2‰~10.9‰;湖泊表层沉积物TOC含量分布范围:1.02%~20.7%,湖泊表层沉积物TON分布范围:0.05%~0.64%,C/N分布范围:8.2~58.08,湖泊表层沉积物δ13Corg分布范围:-27.6‰~-22.1‰,δ15Norg分布范围:1.0‰~17.9‰,;4个湖泊沉积柱TOC、TON含量由底层至表层均呈现出一定的增高趋势,除群明湖表层沉积物(0-10cm范围内)TOC、TON变化较大外,其他沉积柱的各个剖面含量变化幅度不大。密云水库沉积柱TOC、TON含量都是最低的,表明密云水库水质优良,富营养化风险小。从湖泊沉积柱δ13Corg、δ15Norg分布趋势曲线可以看出,在不同沉积时间内,同位素组成都有一定的变化,其中密云水库沉积物各个剖面的同位素组成与其他三个沉积柱差别较大,其他三个沉积柱同位素组成较为接近,尤其在垂钓园和后海沉积柱30-50cm剖面上。 2.运用两种稳定同位素技术,对河流沉积物初始生产力、营养状态及有机质来源进行了分析,结果表明污水有机质在11条河流沉积物有机质中占主要地位,另外7条河流沉积物有机质主要来自水藻。对于TOC、TON含量都较大的垡头桥小河、温榆河、小中河(通顺路)等河流采样点,应及时清淤、整治,降低富营养化风险,减少污染有机质的来源,保持河流清洁。 3.有机污染指数评价法研究表明,调查范围内的所有湖泊均未达到清洁的标准,其中有6个湖泊沉积物(群明湖、玉渊潭、后海、西海、前海、北海)达到了污染的程度;3个湖泊(奥体公园、莲花池和昆明湖)处于污染与尚清洁之间;5个湖泊(红领巾公园、龙潭公园、紫竹院公园、未名湖和垂钓园)为尚清洁;2个湖泊(福海和青年湖公园)处于尚清洁与较清洁之间;3个湖泊(柳荫公园、朝阳公园和陶然亭公园)较清洁。沉积物有机质端元混合模型分析结果表明,有8处湖泊沉积物有机质主要来源于陆生C3植物,7处主要来自土壤有机质,5处主要来自污水有机质。表明湖泊表层沉积物有机质都来自陆源有机质,说明人为因素的干扰作用至关重要。 4.沉积柱有机质来源分析结果表明,密云水库沉积柱整体来源为污水有机质和水藻;垂钓园和后海沉积柱在25-30cm剖面上,有机质主要来自污水;群明湖表层沉积物有机质主要来自污水,这与首都钢铁厂工业环境关系密切。 5.本研究还对河流和湖泊表层沉积物进行了耦合关系的分析,结果为河流与湖泊沉积物的三个特征值之间均具有一定的相关性,揭示了河流沉积物与相对应的湖泊表层沉积物有机质来源相关,也表明河流沉积物在某种程度上可以被认为是湖泊表层沉积物有机质来源的一个端元物质。 6.对于河湖环境的治理工程,笔者建议,根据受到污染程度分类分区治理;利用生物修复手段,通过使用具有降解河湖沉积物中有机质的微生物菌落,治理河湖;适时开展疏浚工程,降低沉积物污染物的释放速率。希望通过本研究的结果能够引起河流周边政府、工业企业与群众的关注,并共同参与河流环境治理,减少工业与生活污水排放,减少农业面源污染,并对河流底泥进行较为彻底地清淤。