滴水湖水质类型及沉积物中磷的形态分布研究

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滴水湖位于上海市东南角的临港新城,紧靠东海,是目前中国最大的在潮滩上开挖的人工湖,湖泊呈圆形,总面积5.56 km2,平均水深3.7 m。滴水湖2002年6月正式开挖,2003年10月开挖完成并蓄水,是临港新城水利调度及景观的核心。有研究显示滴水湖湖区目前已处于富营养化状态,湖水的水质状况会对当地景观环境质量及区域经济发展产生一定的影响。湖泊的水质管理需要详实的基础研究,本试验于2009年1月至12月,每两周对滴水湖湖区主要离子(HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+)进行测定,探明滴水湖的水质类型及主要离子的时空分布规律。2010年1月至12月,每两周对滴水湖水系的大治河、闸外河道、闸内河道与湖区中11个采样点的水温、pH、电导率、溶解氧(DO)、透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、硝态氮(NO3-N)、亚硝态氮(NO2-N)、总溶解磷(TDP)、活性磷(AP)、高锰酸盐指数(CODMn)、BOD5、叶绿素a(Chl. a)15项水质指标进行测定,得到滴水湖整个水系的水质现状及藻类生长限制因子。在此基础上,每四周在滴水湖水系的闸外河道、闸内河道与湖区中9个采样点采集沉积物样本,并运用李悦等的沉积物磷形态分析方法测定各点沉积物中不同形态磷的含量,以期准确地掌握滴水湖水系内源磷污染的现状。研究结果如下:(1)2009年,滴水湖湖水全年离子总量为1.82±0.22 g/L,属于微咸水,主要阴阳离子分别为Cl-与Na+,水质类型为。湖水年内离子总量逐渐降低,离子组成比例显著变化, Cl-、Mg2+的比例不断降低、HCO3-、SO42-、Ca2+的比例逐渐升高。湖区不同采样点离子总量存在显著差异,水上运动俱乐部断面最高、南岛断面最低,各采样点离子组成无显著差异。(2)2010年,引水闸外的大治河和闸外河道与引水闸内的闸内河道和湖区在多项水质指标中存在显著差异:大治河和闸外河道的水体电导率、溶解氧相对较低,各种氮磷指标均显著高于闸内的河道和湖区,在开闸引水期间会将大量氮磷带入湖区。闸内河道和湖区的水体偏碱性,电导率、溶解氧较高;各种氮磷指标相对大治河和闸外河道较低。(3)2010年,大治河、闸外河道、闸内河道、湖区水中氮磷原子个数比分别为63.85±29.92、90.01±65.05、71.70±38.50和65.53±45.76,各采样点全年氮磷比均高于20:1,滴水湖全水系目前均属于磷限制。(4)2010年,滴水湖水系9个采样点沉积物中总磷及各种形态磷的含量年内呈波动状态,无明显变化趋势。闸外河道沉积物中总磷含量为2395.64±829.61 mg/kg,湖区和闸内河道则分别为539.39±5.69 mg/kg、767.08±177.65 mg/kg。闸外河道沉积物中总磷含量显著高于湖区和闸内河道。(5)闸外河道沉积物中不同形态磷的组成与湖区、闸内河道中拥有显著差异:闸外河道沉积物中易释放入水体的易交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)在总磷中所占的比例分别为7.99%±3.48%、8.17%±1.54%、47.37%±10.61%,明显高于闸内河道(6.50%±2.51%、2.87%±1.56%、17.76%±6.52%)及湖区(1.75%±0.14%、0.93%±0.10%、2.63%±0.14%)。而闸外河道中难以易释放入水体中的自生磷及碎屑磷在总磷中所占比例分别为11.70%±3.93%、5.50%±2.67%,明显低于闸内河道(25.88%±1.75%、31.46%±11.67%)及湖区(24.26%±1.60%、62.65%±1.67%)。湖区及闸内河道中主要以难以释放入水体的磷形态为主,而闸外河道中沉积物中主要为易释放入水体中的磷形态。(6)滴水湖水系水体中的总磷、总溶解磷、活性磷含量均与沉积物中易交换态磷(Ex-P)、铝结合态磷(Al-P)、铁结合态磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)在总磷中的比例呈显著正相关,与自生磷(De-P)、碎屑磷(Ca-P)在总磷中的比例呈显著负相关,与沉积物中有机磷(Or-P)占总磷中的比例相关性不显著。(7)通过滴水湖水系各采样点与长江中下游湖泊各采样点沉积物中不同形态磷的含量进行聚类分析得出:滴水湖湖区及闸内河道的磷形态组成非常特殊,有别于长江中下游其他湖泊。而闸外河道的沉积物中的磷形态组成则与太湖(五里湖)和巢湖(西北)等长江中下游富营养化湖泊非常相似。
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