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广东大中型水库电导率分布特征及其受N, P 营养盐的影响广东大中型水库电导率分布特征及其受N, P 营养盐的影响 -- 12 元

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生态环境2005,1411620http//www.jeesci.comEcologyandEnvironmentEmaileditorjeesci.com基金项目广东省科技攻关项目2KM06103S教育部优秀青年教师资助计划项目国家自然科学基金项目39900022作者简介李秋华(1977-),男,硕士,主要从事环境科学水生态建模及水体富营养化防治。Emailqiuhualisohu.com通讯作者韩博平,教授,博士生导师。Emailtbphanjnu.edu.cn收稿日期20040714广东大中型水库电导率分布特征及其受N、P营养盐的影响李秋华,林秋奇,韩博平暨南大学水生生物研究中心,广东广州510632摘要广东省20座大中型水库的电导率在丰水期为22246µs/cm,在枯水期为23254µs/cm除大境山水库外,其它水库丰水期、枯水期差别不大。在采样的6个流域中,受工业和生活污水污染比较严重的珠江三角洲水库电导率明显高于其它流域水库东江流域电导率最低。N、P营养盐离子对水库电导率有不同的贡献,总的来说,营养盐质量浓度较高的水库,N、P营养盐离子对水库电导率的贡献率较大,水库电导率也较高。除粤西沿海的鹤地水库以NH4对水库电导率的贡献为主外,其它流域以N03对水库电导率的贡献最大。丰水期、枯水期营养盐离子对水库电导率贡献的结构有变化,PO43对水库电导率贡献的结构变化最大,即PO43在丰水期对电导率的贡献比枯水期明显增高。分析结果表明,广东省大中型水库的电导率反映了水库受污染的程度,富营养化是导致水库电导率上升的重要因素,水库电导率在一定程度上反映了水库的营养水平。关键词电导率营养盐水库广东省中图分类号X832文献标识码A文章编号16722175(2005)01001605电导率是水质分析中的一个重要指标。水体电导率的大小主要由溶解在水体的离子种类、浓度和水温等决定,其中离子种类组成取决于流域地质及土壤特征13。广东省地带性土壤由南向北依次为砖红壤、赤红壤和红壤,土壤盐分含量少,大多数水库电导率本底不高。近20多年来,随着经济的发展和人类活动的加剧,水库电导率上升,水库水体富营养化趋势明显4。水库氮、磷等营养盐水平的上升是水库电导率上升的重要因素。电导率的大小变化在一定程度上可反映水库的富营养化发生的程度。本文分析了广东省水库丰水期、枯水期电导率的分布特征,探讨了不同形态的氮离子和正磷酸盐与水库电导率的关系。1材料与方法在2000年6~7月(丰水期)、11~12月(枯水期),用YSI85水质仪现场测定了广东省6个亚流域20座供水水库,每个水库有13个采样点,各水库电导率均换算为25℃时的电导率。电导率的转换公式为kskt/1at25,其中t为实测温度kt为测定时t温度下的实测电导率ks为25℃时电导率(µs/cm)a为各离子电导率平均温度系数,本文中a0.0191。N03、NH4、NO2和PO43水化指标的测定方法,水库的地理位置参见文献2,46。2结果与讨论2.1电导率分布特征2.1.1丰水期与枯水期水库电导率分布特征广东省地处热带亚热带地区,丰水期表层水温在27~38℃之间变化,枯水期表层水温在17~22℃之间变化。温度变化对水库电导率的大小变化影响较小。水库电导率丰水期在22~246µs/cm,枯水期在23~254µs/cm除大境山水库外,丰水期和枯水期的水库电导率差别不大(如图1)。6个流域水库电导率的平均值由大到小依次为珠江三角洲韩江流域北江流域粤西沿海粤东沿海东江流域。珠江三角洲污染较严重,接纳的生活污水和工业废水排放量占全省的70%。珠江三角洲的水库电导率平均值最大,高达165.6µs/cm,但位于该地区的流溪河水库电导率较低,在60~70µs/cm之间,这是由于流溪河水库是一座山谷型水库,整个集水区域为国家级森林公园,受人为污染的程度相对较轻。除了流溪河水库外,该流域水库电导率比其它流域水库的电导率高,如大境山水库枯水期的水库电导率高达260µs/cm。韩江流域的合水水库,可能是由于该流域水土流失严重,水库电导率也比较大。其它流域经济相对落后,受工业污染也较少,污染源来自农业生产,水库的电导率相对较低。东江流域的水污染程度最轻,其水库电导率也最低(图2A和图2B)。2.1.2水库电导率垂直分布大多数水库电导率在丰水期、枯水期均未出现垂直分布7,8。如飞来峡水库等,无论是丰水期还是枯水期,从水库的表层到水库的底层,电导率变化很小,没有出现分层图3A。只有位于珠江三角洲的大境山水库的电导率在丰水期才有明显的分层现象。大境山水库出现明显的分层可能是由于该水库的调咸功能,导致其底层与表层的电导率的大小不同图3B。李秋华等广东大中型水库电导率分布特征及其受N、P营养盐的影响172.2营养盐对水库电导率的贡献特征2.2.1丰水期、枯水期6个流域的水库营养盐的离子浓度和电导率表1给出了6个流域的水库水体营养盐和电导率的平均值。6个流域水库N03平均质量浓度由大到小依次是珠江三角洲北江流域韩江流域粤东沿海粤西沿海东江流域NH4平均质量浓度由大到小依次为珠江三角洲粤西沿海韩江02468101214165170175180185190195电导率/µscm1水深/m丰水期枯水期0246810120100200300400500电导率/µscm1水深/m丰水期枯水期A飞来峡水库B大境山水库图3水库电导率的典型垂直分布Fig.3Theprofileofconductivity050100150200250300350大坝吕田玉溪新龙九乡大坝引堤库中入口出口大坝库中山头大坝库中出口入口大坝李坑大坝码头坝前大坝入口大坝出口入口大坝大坝横石庙峡出口点火渡口入口大坝入口大坝入口大坝入口新桥大坝入口黄羌大坝入口出口流溪河契爷石石岩深圳大境山大沙河合水白盆珠新丰江沙田赤石迳小坑飞来峡鹤地大水桥高州河溪汤溪公平赤沙珠江三角洲韩江流域东江流域北江流域粤西沿海粤东沿海水库采样地点电导率/µscm1枯水期丰水期图1丰水期和枯水期6个流域水库电导率的分布Fig.1Reservoirconductivityofinthe6sampledwatershedsinthefloodseasonanddryseasonA)污水排放量/tB)平均电导率/µscm1图2广东省6个流域污染状况与水库平均电导率Fig.2Waterpollutionandaverageconductivityin6sampledwatersheds,GuangdongProvince18生态环境第14卷第1期(2005年1月)流域粤东沿海北江流域东江流域水库PO43平均质量浓度由大到小依次为珠江三角洲韩江流域粤东沿海粤西沿海北江流域东江流域6个流域水库电导率由大到小依次为珠江三角洲韩江流域北江流域粤西沿海粤东沿海东江流域表1。在6个流域中,珠江三角洲营养盐质量浓度最高,电导率也最高东江流域营养盐的质量浓度最低,电导率也最低。在6个流域中,水库营养盐离子质量浓度以硝酸氮的质量浓度最高,水库营养盐的离子质量浓度随水体污染程度的增加而升高,水库电导率也相应增高。2.2.2丰水期、枯水期营养盐对水库电导率的贡献率电导率的大小与营养盐的离子类型有关,不同的营养盐离子对电导率的贡献不同。在25℃时无限稀释的水溶液中,主要营养盐离子的电导率为N03为5.10µs/cm、NH4为5.24µs/cm、PO43为2.36µs/cm3,9。在水库中,NO2浓度很低,本文的分析中没有考虑。我们计算了不同营养盐离子对电导率的相对贡献率,这里营养盐对水库电导率的贡献率是指N03、NH4和PO43离子分别对水库电导率的贡献之和与水库电导率之比的百分数。通过计算,我们分别给出了丰水期和枯水期水库N03、NH4和PO43三种主要的营养盐离子对水库电导率的贡献率(见图4)。营养盐离子对水库电导率贡献水平在丰水期和枯水期略有不同,枯水期营养盐离子对水库的电导率贡献率比丰水期的略高。珠江三角洲的深圳水库、石岩水库营养盐离子对水库电导率的贡献率较高,超过了10,深圳水库的最高达15其次是珠江三角洲的契爷石水库、大境山水库、大沙河水库、北江流域的赤石迳水库和粤东地区的汤溪水库,其营养盐离子对水库电导率的贡献率也超过了6。根据营养综合指数(TSI),这些水库均是富营养型水库或中富营养型水库10,而且富营养化程度越高,营养盐离子对水库电导率的贡献率也越大。营养盐离子对水库电导率的贡献值是随着水体富营养化程度的增加而增加,水库富营养化是导致水库电导率上升的重要过程之一。水库电导率的变化表1丰水期和枯水期6个流域水库水体中主要营养盐离子的平均质量浓度和电导率Tab.1Theaveragenutrientconcentrationsofandconductivityin6sampledwatershedsinthefloodseasonanddryseason珠江三角洲东江流域北江流域韩江流域粤西沿海粤东沿海ρNO2/mgL1丰水期0.0510.0040.0120.0160.0450.091枯水期0.0460.0260.0120.0090.0080.005ρN03/mgL1丰水期0.8650.2240.5240.4900.1080.354枯水期1.3990.3230.4760.2050.3980.328ρNH4/mgL1丰水期0.1130.0120.0160.1050.2720.057枯水期0.5360.0060.0740.2300.2400.067ρPO43/mgL1丰水期0.0520.0050.0160.0500.0420.010枯水期0.0340.0040.0080.0300.0030.010电导率/µscm1丰水期114.4054.98119.50130.50115.0073.36枯水期165.6054.64127.00164.1099.5156.650246810121416大坝吕田玉溪新龙九乡大坝引堤库中入口出口大坝库中山头大坝库中出口入口大坝李坑大坝坝前大坝入口大坝出口入口大坝大坝横石庙峡出口点火渡口入口大坝入口大坝入口大坝入口新桥大坝入口黄羌大坝入口出口流溪河契爷石石岩深圳大境山大沙河合水白盆珠新丰江沙田赤石迳小坑飞来峡鹤地大水桥高州河溪汤溪公平赤沙珠江三角洲韩江流域东江流域北江流域粤西沿海粤东沿海水库采样地点营养盐对电导率贡献率/枯水期丰水期图4主要营养盐离子对水库电导率贡献率Fig.4Thecontributionsofnutrientstoreservoirconductivityinthefloodseasonanddryseason李秋华等广东大中型水库电导率分布特征及其受N、P营养盐的影响19较好地反映了水体富营养化的变化趋势。2.2.3丰水期、枯水期不同营养盐离子对水库电导率的贡献率特征从丰水期到枯水期,水库营养盐质量浓度的变化导致了营养盐离子对水库电导率的贡献率变化,同时对电导率的贡献率的结构也发生变化。同样,这里我们计算了N03、NH4和PO43三种主要的营养盐离子对水库电导率贡献率组成(图5A和图5B)。在6个流域的营养盐离子对水库电导率的贡献率组成中,枯水期除了鹤地水库以NH4对水库电导率贡献为主,其它水库则以N03对水库电导率的贡献为主(图5B)丰水期除了鹤地水库、大水桥水库以NH4对水库电导率的贡献为主,其它的水库仍以N03对水库电导率的贡献为主(图5A)。这可能是由于鹤地水库、大水桥水库都处于粤西沿海,该流域的污染来源于农业生产和生活污水排放,NH4污染较严重,在营养盐离子对电导率的贡献中,NH4占了主要地位。PO43离子对水库电导率的贡献在丰水期、枯水期变化较大,在枯水期PO43对水库电导率的贡献很少,但是在丰水期PO43离子对水库电导率的贡献明显增大(图5A和图5B)。这可能是由于在丰水期6个流域面污染较严重,使得PO43离子质量浓度增大。00.20.40.60.81大坝吕田玉溪新龙九乡大坝引堤库中入口出口大坝库中入口出口入口大坝李坑大坝坝前大坝入口大坝出口入口大坝大坝横石庙峡出口点火渡口入口大坝入口出口入口大坝入口新桥大坝入口黄羌大坝入口出口流溪河契爷石石岩深圳大境山大沙河合水白盆珠新丰江沙田赤石迳小坑飞来峡鹤地大水桥高州河溪汤溪公平赤沙珠江三角洲韩江流域东江流域北江流域粤西沿海粤东沿海水库采样地点丰水期营养盐离子对电导率的贡献率/A00.20.40.60.81大坝吕田玉溪新龙九乡大坝引堤库中入口出口大坝库中山头大坝库中出口入口大坝大坝坝前大坝入口大坝出口入口大坝大坝横石庙峡出口点火渡口入口大坝入口大坝入口大坝入口新桥大坝入口黄羌大坝入口出口流溪河契爷石石岩深圳大境山大沙河合水白盆珠新丰江沙田赤石迳小坑飞来峡鹤地大水桥高州河溪汤溪公平赤沙珠江三角洲韩江流域东江流域北江流域粤西沿海粤东沿海水库采样地点枯水期营养盐离子对电导率的贡献率/NO3NNH4NPO4PB图5丰水期、枯水期营养盐离子对电导率贡献率比例A)丰水期B)枯水期Fig.5ThecontributioncompositionofmainnutrientstoreservoirconductivityofinthefloodseasonAanddryseasonB20生态环境第14卷第1期(2005年1月)3结论(1)广东省大中型供水水库电导率丰水期在22~246µs/cm,枯水期在23~254µs/cm之间变化除大境山水库外,其它水库电导率在丰水期和枯水期差别不大。(2)除大境山水库外,水库电导率在丰水期和枯水期没有出现明显分层。(3)水库电导率由溶解在水体的离子质量浓度、种类和水温等决定,水库电导率受多种因素的综合影响。水库污染越严重,水库的电导率越高。水库电导率能够在水质分析中作为一个重要指标反映水体的污染情况。(4)水库N03、NH4和PO43营养盐离子对水库的电导率的总贡献率在2%~16%之间。不同水库的N03、NH4和PO43营养盐离子对水库电导率的贡献不同。水体富营养化程度较高的水库,N03、NH4和PO43离子质量浓度相应较高,水库电导率也较高,对水库电导率的贡献率相应也较大。广东省大中型水库的富营养化是导致水库电导率上升的一个重要因素,水库电导率能在一定程度上反映水库的营养水平。(5)N03、NH4和PO43等营养盐离子对水库电导率的贡献结构中所占的比例不同枯水期除了鹤地水库以NH4的贡献为主,其它水库则以N03为主丰水期除了鹤地水库、大水桥水库以NH4为主,其它的流域水库仍以N03为主。丰水期PO43离子对水库电导率的贡献明显高于枯水期的贡献。致谢本研究所采集的水样和相关数据的测定和分析,得到了广东省水利厅和水文局(分局)有关同志的支持,暨南大学水生生物研究中心的有关教师与研究生也参与本项工作,作者在此一并致谢。参考文献1刘建康.东湖生态学研究二M.北京科学出版社,199563226.LIUJK.StudyontheDonghuLakeecologyⅡM.BeijingScincePress,199563226.2林秋奇,韩博平.水库生态系统特征研究及其在水库水质管理中的应用J.生态学报,2001,21610341040.LINQQ,HANBP.ReservoirlimnologyanditsapplicationinwaterqualitymanagementanoverviewJ.ActaEcologicaSinica,2001,21610341040.3LIANTROPOV.TheoreticalelectrochemistryM.BeijingHigherEducationPress,1981.4林秋奇,胡韧,段舜山,等.广东省大中型供水水库营养状况及浮游生物的响应J.生态学报,2003,23611011108.LINQQ,HANBP,DUANSS,etal.ReservoirtrophicstatesandtheresponseofplanktoninGuangdongProvinceJ.ActaEcologicaSinca,2003,23611011108.5金相灿,屠清英.湖泊富营养化调查规范M.第2版.北京中国环境科学出版社,1990286302.JINXC,TUQY.ThestandardmethodsinlakeeutrophicationinvestigationM.BeijingChinaEnvironmentalSciencePress,1990286302.6国家环境保护局.环境监测标准分析方法M.北京中国环境科学出版社,1986.NATIONALENVIRONMENTALPROTECTIONAGENCY.ThestandardanalyticalmethodsinenvironmentalmontoringM.BeijingChinaEnvironmentalSciencePress,1986.7COPERTINOVA,MOLINOB,TELESCAV.SpatialandtemporalevolutionofwaterqualityinreservoirsJ.Phys.Chem.Earth,1998,234475478.8CARUSOBS.TemporalandspatialpatternsofextremelowflowsandeffectsonstreamecosystemsinOtago,NewZealandJ.JournalofHydrology2002,257115133.9金熙,项成林,齐冬子.工业水处理技术问答及常用数据M.北京化学工业出版社,2000548549.JINX,XIANGCL,QIDZ.AnswertothetechnologyofdisposalwaterinindustryandconstantdataM.BeijingChemicalPress,2000.10韩博平,李铁,林旭钿.广东省大中型水库富营化现状与防治对策研究M.北京科学出版社,2003.HANBP,LIT,LINXT.ReservoirtrophicstatesandthestudyofstrategiesofpreventioninGuangdongProvinceM.BeijingScincePress,2003.conductivitydistributionofwatersupplyreservoirsinGuangdongprovinceLIQiuhua,LINQiuqi,HANBopingResearchCenterofHydrobiology,JinanUniversity,Guangzhou510632,ChinaAbstractTheconductivityof20largeormediumwatersupplyreservoirsinGuangdongprovincewasinsitumeasuredintwoseasonsof2000floodseasonanddryseason.Conductivityofthereservoirsrangedfrom22to246µs/cminfloodseasonandfrom23to254µs/cmindryseason.TherewasnoobviouschangeinconductivitiesbetweenthetwoseasonsexcepttheDajingshanreservoir.TheconductivityintheZhujiangDelta,wherethereservoirswerepollutedseriously,wasmuchhigherthanthoseoftheotherregions.ConductivityoftheDongjiangwatershedwasthelowestamongallthe6sampledwatersheds.Differentspeciesofnutrientshaddifferentcontributiontoconductivityofthereservoirs,varyingforeachreservoir.Ingeneral,thehighernutrientconcentrationis,themoreitscontributiontotheconductivityis.N03wasthemostimportantnutrientspeciescontributingtoconductivityamongthefourmainnutrientsinallthereservoirs,exceptintheHedireservoirwhereNH4isdominant.Thecompositionofthenutrientscontributiontoconductivityofreservoirvariedinthefloodanddryseasons.ThepercentofcontributionbyPO43variedmostsignificantly,itwashigherinthefloodseasonthaninthedryseason.Ourresultsshowedthatconductivityisagoodindicatortowaterpollution,itiscloselyrelatedtoeutrophication.KeywordsconductivitynutrientreservoirGuangdongprovince
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