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大明湖水质的季节变化模式及底泥磷吸附释放特性研究

王波  
【摘要】: 大明湖位于山东省济南市中心,湖面46公顷,平均水深约2米,平均蓄水量83万m~3,属于小型城市浅水湖泊。近年来大明湖受城市污水的影响,富营养化状态严重。2003年12月大明湖开始引入泉水进行了一次大规模换水,水质明显改善。本研究在换水后的春季,对大明湖湖水,入水和出水的叶绿素a(Chl.a),总氮(TN),总磷(TP)主要物理化学因子进行了持续一年的逐月检测,以研究原有平衡打破后的物理化学因子和营养状态季节变化规律。同时对大明湖底泥污染现状和表层底泥厚度分布作了调查分析。并在监测分析试验的基础上,对底泥的吸附释放特性进行了模拟试验。分析结果如下: 大明湖湖水TP浓度全年变化区间为0.080-0.746mg/L,平均值为0.269mg/L。TN为1.28-6.76mg/L,平均值为4.39mg/L。TP和TN最大值和平均值均超过五类水标准。夏季Chl.a的最高浓度为318.79μg/L,已经达到OECD的重富营养状态。换水后湖水总氮浓度较低,且保持较长时间,表明换水对湖水TN的去除效果较为明显。换水后湖水TN浓度呈logistic曲线增长,夏季出现TN浓度的下降,秋季后湖水和入水持平并稳定在较高浓度说明大明湖外界TN污染仍较严重。换水后春季TP浓度较低,但夏季迅速增加,冬季浓度降低。湖水与入水TP相关性好,表明TP受外源污染影响较大。由于外源受季节影响变化明显,故面源污染可能性大。 湖水TP浓度与Chl.a显著正相关,磷是大明湖藻类生长的主要潜在限制性营养元素,但在夏季浮游植物高峰期TN/TP≦7,湖水总氮浓度开始降低并远低于入水,这可能是由于夏季磷的充足和浮游植物生长对TN的消耗造成的,夏季出现氮的二次限制作用。 大明湖底泥中有机碳、TP的平均含量分别达到10.31%、1.76mg/kg,底泥富营养化严重。湖心区底泥磷含量在1.49-1.68mg/g,湖岸区为1.61-2.84mg/g。从富集程度看,大明湖主要重金属污染是Pb、Zn和Cu,Cr污染较轻。水生高等植物受Pb污染可能性较大,其次是Zn,Cr。底泥重金属,TP污染浓度南岸浓度较湖中偏高,应该是受外界污染的影响。底泥厚度分布南岸较浅北岸和西岸较深,浅层底泥总体积约3.27×10~5m~3。 底泥磷被分为松散结合态磷(NH_4Cl-P),还原态磷(BD-P),金属氧化物结合态磷(NaOH-RP),有机磷(NaOH-NRP),钙结合态磷(HCl-P)和残余磷(Res-P)。湖水和出水口处底泥磷形态百分含量是HCl-P>Res-P>BD-P>NaOH-NRP>NaOH-RP>NH_4Cl-P,入水口处底泥磷形态百分含量HCl-P>Res-P>NaOH-RP>BD-P>NaOH-NRP>NH_4Cl-P。大明湖湖区底泥可释放磷(NH_4Cl-P,BD-P,NaOH-NRP)比例较高(26%),底泥磷释放污染可能性较大。模拟试验中,底泥磷吸附现象出现在较高浓度(大于2mg/L),表明湖泊自然条件下出现吸附可能性较小。湖心区底泥释放量为0.152-0.189mg/g,对湖水污染较大,且释放量随温度升高而升高;pH在湖水年变化范围内对磷释放影响不大,而底泥对湖水pH变化的有较大影响。 总之本研究结果不仅揭示了大明湖营养状态和营养因子的变化规律,对大明湖富营养化的限制因子进行有针对性的分析。底泥调查分析和模拟试验针对底泥与湖水的相互作用做了深入研究,为大明湖的管理和治理、提高湖水的水质以及改善大明湖的生态环境等提供科学依据。


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