典型富营养化湖库内源污染特征及释放机制研究

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国际上普遍认为湖库的内源污染负荷在水体富营养化进程中发挥着重要作用,即使在外源污染被控制的情况下,内源负荷仍可使湖库的富营养化问题持续几十年。而磷是水生生态系统中主要的限制因子。但目前对湖库内源释放机制的研究仍存在不明晰之处,并且湖库因水文条件和沉积物组成等不同,两者的内源释放机制存在较大差异,因此本文选取同处长三角地区的太湖和横山水库作为研究对象,通过对沉积物进行空间调查和季节性采样,利用磷形态连续分级提取技术、溶解氧和p H微电极界面技术、平衡式间隙水采样等技术,调查和分析太湖和横山水库的内源污染特征,识别两者沉积物的磷形态组成和含量,分析两者内源污染物的释放风险,探讨两者内源磷的释放机制。主要研究结果为:(1)太湖表层沉积物中总氮总磷的平均含量分别为1430和501 mg/kg,污染程度从西北区域至东南区域依次递减,相对国内其他湖泊太湖大部分湖区处于较严重污染水平,其中竺山湖和西沿岸区总氮总磷污染最严重,处于重度污染水平。竺山湖的可移动磷和铝磷含量在全湖最高,平均含量分别为431和380 mg/kg,占总磷的比例分别为38.6%和34.6%。太湖北部湖区和西沿岸湖区的SRP和氨氮扩散通量较大,范围分别为:0.37~2.71和2.81~24.57 mg/(m~2·d)。藻型湖区和草型湖区在总磷含量、磷形态和SRP释放强度上存在巨大差异。(2)横山水库表层沉积物中的总氮、总磷和有机质的平均含量分别为2778和899mg/kg。横山水库饮用水取水区和水库中心区的总氮和总磷含量为重度污染水平,两个外来水入库区处于中度污染水平。横山水库底泥总氮总磷平均含量高于太湖。横山水库铝磷的含量为152~364 mg/kg,平均占总磷的39%。可移动磷含量为93.5~353 mg/kg,平均占总磷的38%。横山水库氨氮和SRP的释放通量分别为:3.60~42.0 mg/(m~2·d)和0.38~1.10 mg/(m~2·d)。(3)在太湖草藻型湖区(竺山湖和贡湖湾)和横山水库选取代表性点位,探讨内源磷释放机制。太湖草藻型湖区和横山水库内源磷释放机制的相同之处为:温度和生物扰动是影响磷释放的重要因素。有机质的矿化会促进内源污染物的释放。铁磷和有机磷是易释放的磷形态。铝磷在特殊的条件下也会被释放出来。太湖藻型湖区磷释放强度大于草型湖区的主要原因可能是藻型湖区铁磷和铝磷的含量远大于草型湖区,且底部的氧化还原电位条件和酸碱性条件更适合磷的释放。藻型湖区磷释放强度大于横山水库的主要原因可能是,该湖区受水动力影响较大,并具备更适合磷释放的环境因素。在春夏季,横山水库水体分层,底部温度较低,影响了内源磷的释放强度。横山水库磷释放强度大于太湖草型湖区的主要原因可能是,横山水库底泥中活性磷含量较高,底部容易缺氧,有利于铁磷的释放,并且在冬夏两季铝磷也存在较大的释放强度。
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