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龙泓涧沉积物和上覆水特征及其环境意义的研究

马俊飞  
【摘要】:龙泓涧位于杭州西湖西南方,是西湖的主要溪流之一。目前,龙泓涧流域内的点源污染已经得到控制,但由于茶园耕作、雨水径流等因素,龙泓涧主流及其支流的氮污染居高不下。本研究依托国家科技重大专项“城市内湖氮磷去除及富营养化控制技术研究”课题(2013ZX07310-001)。选取龙泓涧主流和支流作为研究对象,对其沉积物和上覆水进行采样、监测,通过沉积物和上覆水组分特征和上覆水-沉积物相互影响的分析,结合溶解性有机质(DOM)对沉积物硝化率的影响试验,对龙泓涧主要污染物的迁移转化过程进行初步研究,为龙泓涧污染源解析和污染控制规划提供科学依据。论文的主要研究内容包括:(1)通过龙泓涧沉积物组分分布特征的分析,根据有机指数和有机氮评价方法,对龙泓涧沉积物污染现状进行评价;(2)通过龙泓涧上覆水总氮总磷的空间分布特征及其与沉积物组分的相关性分析,探索龙泓涧沉积物对上覆水氮磷污染的影响;(3)向龙泓涧沉积物添加不同浓度的外源DOM,分析探讨外源DOM对龙泓涧沉积物硝化率的影响。主要得到如下研究结果:(1)龙泓涧各点位,沉积物四个季度总有机质平均含量大小排序为M2 M6Z2M3Z5M5M4Z4Z1M7Z6Z3M1。沉积物总有机质平均值在主流与支流都呈明显的“M”型分布。龙泓涧表层沉积物腐殖质各组分的平均含量大小为HMFAHADOM。龙泓涧沉积物腐殖质各组分FA、HA、HM含量与其对应点位的沉积物有机质含量呈显著正相关。龙泓涧沉积物腐殖化程度PQ值介于0.11至0.60之间,沉积物PQ均值为0.36,龙泓涧沉积物的腐殖化程度远低于重度污染的城市河道。(2)龙泓涧沉积物C/N在8.8~19.1之间,平均值为13.6,表明龙泓涧沉积物有机质和营养盐来源以高等植物为主。龙泓涧上游沉积物有机质和营养盐主要来源于陆源高等植物的枯枝落叶,龙泓涧下游(梯级塘)沉积物有机质和营养盐来源于陆源高等植物和自生的水生植物残体,且多由自生水生植物残骸沉积贡献。(3)通过有机指数法评价龙泓涧沉积物,其各点位沉积物有机指数范围介于0.0037~0.0138,平均0.0088,属Ⅰ类等级,处于清洁范畴。龙泓涧有机氮等级,54%的点位属I类清洁,其余点位属II类较清洁等级,四个季度各点位有机氮质量分数均值为0.0321%,等级为I类清洁。(4)龙泓涧上覆水DO浓度与硝态氮浓度呈正相关,但两者相关性不显著,表明上覆水氨氮的硝化只是其硝态氮来源的一部分。目前龙泓涧流域内的点源污染已经得到控制,由于茶园耕作及降雨径流冲刷等面源污染汇入龙泓涧水体大量氮污染物,并且,通过该途径产生的氮污染物可能在进入溪流前已经转化为硝态氮了。龙泓涧上覆水总磷在四个季度的平均浓度为0.015、0.049、0.062、0.033mg/L,且溶磷是总磷的主要部分。主流和支流在源头处的上覆水磷浓度与其他点位相比明显较低,说明在山林区域因雨水径流或水土流失等因素带来的磷元素极其有限。(5)龙泓涧沉积物总氮含量与其上覆水的总氮浓度无显著相关性。说明龙泓涧上覆水体中的氮主要来源于外源污染物,沉积物中的硝态氮直接释放或氨态氮硝化反应转化并非其上覆水高浓度硝态氮的主要来源。沉积物总磷含量与其对应的上覆水体的总磷浓度虽呈正相关,但相关性不显著。(6)在本文试验条件下,外加DOM对龙泓涧沉积物氨氮向硝态氮转化有一定的影响,但不太明显,且其影响效应和程度因外加DOM浓度的高低而异。说明由外源进入龙泓涧的低浓度DOM不是龙泓涧上覆水高浓度硝态氮的诱因。


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