城市浅水型湖泊富营养化特征及界面交换研究

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象湖位于江西省南昌市区西南角,是南昌市重要的内湖之一,也是典型的浅水型景观湖泊。随着近年来对象湖周边区域的开发,人类活动使得大量营养盐流入湖中,象湖水体富营养化趋势日趋明显。氮、磷是导致湖泊富营养化的主要营养元素,本文通过研究象湖水体与沉积物中的氮、磷元素赋存形态以及空间分布特征来分析该湖泊的富营养化特征。并通过单因子评价法、营养状态指数法对象湖上覆水进行污染评价,运用有机指数法、单因子指数法对象湖沉积物污染状况进行了评价。同时,通过探讨沉积物中总氮、总磷与有机质的相关性,进而分析对比象湖上覆水与沉积物营养盐的影响因素,结合沉积物中碳氮比研究象湖营养元素来源。此外,通过对去除有机质前后象湖沉积物释放动力学特征与释放潜能的变化研究,分析象湖沉积物中氮、磷向上覆水释放特性及有机质对释放过程的影响。通过本研究的开展,可为城市浅水型湖泊富营养化治理提供理论基础。主要研究结果有:(1)象湖水体中总氮含量在0.86mg·L-1~2.65mg·L-1之间,氨氮含量在0.15mg·L-1~1.65mg·L-1之间,硝态氮为0.46mg·L-1~0.92mg·L-1之间。总氮、氨氮空间分布特征基本相似,呈现出西北含量最高,并有向东南逐渐降低的趋势;而硝态氮含量在湿地花卉公园处略高外,其它站点总体差别不大。总磷含量在0.12 mg·L-1~0.23 mg·L-1,含量最高处位于南部入湖口。根据单因素评价结果显示,象湖大部分水域总氮、部分水域氨氮、全水域总磷含量超过Ⅲ类水质标准。综合污染指标法评价结果表明象湖玛雅乐园附近地区处于严重污染水平,其余地区处于重污染状态。综合营养状态评价指数显示,除象湖隧道附近区域处于中营养状态以外,其余区域都处于轻度富营养化状态。(2)象湖沉积物中总氮含量在1.27 mg·g-1~3.32mg·g-1之间,平均2.23mg·g-1。氨氮和硝态氮含量较低,氨氮含量在0.16~0.30mg·g-1之间,平均0.23mg·g-1,硝态氮含量在0.05mg·g-1~0.26mg·g-1之间,平均0.17mg·g-1。有机氮为主要成分,占总氮含量的71%~84%,平均含量为1.92mg·g-1。象湖沉积物总磷含量为0.36 mg·g-1~1.66mg·g-1,平均0.89 mg·g-1;钙磷含量占总磷9%~22%,平均占比为15%;铁铝磷含量占总磷的48%~74%,平均占比为64%;有机磷占总磷的比例范围在12%~32%,平均占比为20%。根据综合有机指数法和单因子指数法评价结果显示,在玛雅乐园乐园区域、万寿宫景区区域、象湖湿地公园区域、南部入湖口区域沉积物处于有机污染状态,同时这些区域的沉积物总磷富营养状态也为重度污染。(3)象湖上覆水与沉积物营养元素分布趋势相似,部分区域沉积物与上覆水中的营养盐之间有交换现象,但象湖上覆水污染主要由外源污染导致。根据person相关性分析,沉积物中有机质含量与总氮、总磷含量呈显著正相关(p<0.05),说明总氮、总磷来源基本相似,主要为水生植物残体。象湖C/N比在4.97~16.8之间,各区域C/N相差较大,说明沉积物中有机质来源上存在一定的差异。(4)沉积物中氨氮和溶解性活性磷的释放趋势相似,释放速率快速增加而后逐渐变慢,最后释放量达到一定最大值后趋于稳定。释放潜能与释放量呈正比例关系,释放平衡量大的区域释放潜能也高。沉积物中氨氮的释放量与释放速率与沉积物中总氮含量成正比,溶解性活性磷的释放则与所处区域的生态环境有关,高等水生植物为优势植株的区域通过生物作用使得象湖沉积物中溶解性活性磷等可交换态磷含量降低,向上覆水中释放的磷减少。表层沉积物中有机质的含量与氨氮释放量呈显性正相关(p<0.01),象湖中有机质的含量一定程度能反应释放氨氮的量,而象湖沉积物向上覆水释放磷含量受有机质影响有限,释放量主要受铁铝磷的影响。
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