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            東平湖濕地水質動態及其凈化功能分析

            來源:http://www.madelainejordan.com/ 作者:余氯檢測儀 時間:2019-07-22

              摘要:以2009年-2011年的實地監測資料和前人的研究資料為基礎,分析了東平湖濕地水型、湖水營養鹽的時空變化特征以及濕地植物、土壤、水文的凈化功能,并探討了水質變化原因和凈化機理。結果表明:人為干擾作用下,東平湖水型已由20世紀80年代的碳酸鹽型轉變為硫酸鹽型;由于入湖河流污染,湖泊入湖口比出湖口總氮、總磷含量明顯要高;經過治理,21世紀比20世紀90年代總氮、總磷的含量分別降低了16%與48%;菹草對總氮、總磷的去除率分別達85%與54%;豐水期與枯水期的總氮、總磷含量均比平水期少,因此東平湖濕地凈化功能與土壤、植物、水文狀況以及人為干擾有著密切的關系。

              關鍵詞:東平湖;濕地;水質;凈化功能;水過程線;總氮;總磷

              濕地是水體到陸地的自然過渡地帶[13],可以通過攔截與沉積作用、過濾作用、化學沉降和吸附、微生物及植物吸收等過程,降低各種污染物的濃度如氮、磷、懸浮物、重金屬和有機污染物,所以,濕地又被稱作自然界的“腎臟”[45]。已有研究表明[612],濕地消除污染物的能力與植物、土壤動物、微生物以及土壤特性等非生物因素有密切關系:濕地植物通過對周圍水體及沉積物中營養物質的吸收,來降低污染物濃度,比如植物根系對氮的固定能力要高于沉積物[13];土壤動物的活動可以促進土壤微生物的繁衍,對消除污染物起到極大的協助作用[14];濕地土壤在垂直方向上對氮和磷具有很強的濾過截留作用[15],入河污染物的濃度和毒性借助水體的自凈作用可逐漸降低[16],從而使入水口和出水水質的色度、濁度等存在明顯差異[17],這些過程可通過截留模型[15,18]來詮釋濕地對營養物質的降解、去除。

              東平湖是南水北調重要的水庫調蓄區,也是魯北輸水干線和東西輸水干線的樞紐,位于黃河、京杭運河、汶河三大水系交匯地。該湖泊不僅是黃河下游僅存的天然湖泊和最大的滯洪區,還承擔著隨時分滯黃河洪水和接納大汶河河水的重任[19],在國家水資源配置戰略中地位突出。因此,從維護東平湖濕地功能、保護濕地生態系統健康、促進當地經濟的快速發展與水資源的合理利用等方面來說,研究東平湖濕地水質及凈化功能具有重要意義。

              1研究區概況

              東平湖位于我國山東省東平縣的西部,平均水深約2.5 m,是我國東部地區典型的淺水型湖泊,也是山東省第二大淡水湖泊。流域范圍內,山區、丘陵、平原、湖泊交錯分布。研究區屬于暖溫帶大陸性季風氣候:土壤類型主要為潮土[20],降水分布不均勻,多年平均年降雨量為624.4 mm,多集中在7月-9月[21];四季分明,夏季高溫、高濕,冬季干冷少風雪;平均氣溫13.6 ℃,氣溫年較差4.5 ℃左右,無霜期200 a,年日照時數2 401.1 h,年平均風速2.8 m/s[22]。近年來,由于富營養化加劇,菹草(Potamogeton crispus L.)已成為初春至初夏東平湖中沉水植物的優勢種。

              圖5東平湖西南區水過程線上的氮磷差異季節變化與凈化能力

              東平湖洪水期發生在7月-9月,2月-6月是枯水期,其它月份為平水期。根據各月10個采樣點的水化學成分的平均值做圖(圖6)可知,東平湖的總氮、總磷存在明顯的季節性變化,近兩年總氮、總磷最低的月份是在5月、7月、8月,氮、磷含量平水期大于豐水期,豐水期大于枯水期的現象。

              由此可見,東平湖水量的變化也會引起氮、磷污染物的去除效果。究其原因,洪水期間入湖水量大,受蓄水能力的限制,必然會提閘泄洪,許多上浮的污染物隨出湖水流排出,加之豐水期水溫較高見圖6,為微生物和水生生物的生長活動提供了良好的條件,促進了水生生物對營養物質的吸收,加速了東平湖污染物質的降解,提高了湖泊的凈化能力;另一方面,洪水使流速場中的流速相對加大,水中的溶解氧增加,為土壤表面提供了好氧界面,促進了化學和微生物反應,一些污染物被降解[21];第三,洪水淹沒區土壤的通氣性差,而嫌氣性細菌如反硝化細菌等活動性增強,有利于總磷和氨的去除[2829]。而在平水期,由于關閘蓄水,出湖水量減少,氣溫度較低,動物、植物及微生物降解活動減弱,而地面徑流、河流通暢,氮、磷營養物質能夠順利進人湖泊[30,31],并有所蓄積。此消彼長,自然造成洪水期東平湖湖中氮、磷含量低于平水期。圖6東平湖不同季節水化學成分的差異

              Fig.6Content of chemical composition of water in different seasons in Dongping但是從圖6看出,不是豐水期的5月份湖水總氮、總磷的含量也相對較低。進一步分析發現,5月份東平湖pH值平均值達9.3左右(圖6(c)),明顯高于其它月份,這是菹草生長對CO2和CO-3的大量利用所致[32]。研究表明,氮磷養分含量高的湖泥更有利于菹草植株的生長[33],5月份淺型湖泊的東平湖具有菹草生長的適宜條件。菹草的根、莖、葉會對不同污染物進行選擇性吸收:菹草根部主要從底泥中吸收正磷酸鹽[34];在pH為8.0~9.5、水溫為19 ℃~28 ℃的條件下[34],菹草的莖葉會據氨態氮與硝態氮的濃度不同進行選擇性吸收,從而明顯降低湖水營養鹽分。這也是5月份上覆水中總氮相對含量要低于總磷的主要原因。另外,枯水期河流流量極小,氮、磷進入湖泊的機會減少[3031];可能也是東平湖枯水期氮、磷含量相對要低的原因之一。

              4結論

              (1)東平湖大湖區屬于堿性或微堿性水,從鹽分的空間分布可以看出,展營、入湖口、老湖鎮、陳山口與湖心區相差不大,而其滯洪濕地稻屯洼與大湖區相比鹽分含量較高。在人類活動的影響下,東平湖水型已由20世紀80年代的碳酸鹽型轉硫酸鹽型,稻屯洼濕地則為氯化鎂型水。

              (2)從氮磷含量的年際變化來看,20世紀90年代至今東平湖的總氮、總磷含量較為豐富,2000年之后采取了治理措施,總氮與90年代相比降低了16%,總磷降低了48%。但大汶河仍然是東平湖總氮和總磷含量的主要來源。

              (3)從湖泊水文過程的凈化能力來看,沿水過程線湖泊表顯出明顯的凈化功能,不同季節,凈化能力的強弱不同。5月份水過程線的中氮、磷含量的降低更為明顯,總氮由入湖口的2.56 mg/L,降低為0.39 mg/L,去除率達85%;總磷由入湖口的0.10 mg/L,降低為0.05 mg/L,去除率達54%;而7月份水過程線中總氮與總磷的去除率分別達51%和36%。

              (4)從不同季節湖泊凈化功能的變化可以得出,近兩年總氮、總磷最低值出現豐水期,以及5月份菹草生長季節,表明地面徑流量、河流載體氮、磷含量、動物、植物及微生物降解能力等對東平湖濕地凈化功能的發揮具有重要影響作用。

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