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

生态环境 2005, 14(1): 16-20 Ecology and Environment E-mail: 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。 E-mail: *通讯作者：韩博平，教授，博士 生 导师。 E-mail: 收稿日期： 2004-07-14 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 22246 s/cm， 在枯水期为 23254 s/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： 1672-2175（ 2005） 01-0016-05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 YSI-85 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： ks=kt/1+a(t-25)，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（ s/cm）； a 为各离子电导率平均温度系数，本文中 a=0.0191。 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 1722 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 22 246 s/cm, 枯水期在 23 254 s/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 165.6 s/cm，但位于该地区的流溪河水库电导率较低，在 60 70 s/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 260 s/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 17 2.2 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02468101214165 170 175 180 185 190 195电导率 / ( s c m-1)水深/m丰水期枯水期 0246810120 100 200 300 400 500电导率 / ( s c m-1)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. 3 The profile of conductivity 050100150200250300350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/(scm-1)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. 1 Reservoir conductivity of in the 6 sampled watersheds in the flood season and dry season A）污水排放量 /t B）平均电导率 /(s cm-1) 图 2 广东省 6 个流域污染状况与水库平均电导率 Fig. 2 Water pollution and average conductivity in 6 sampled watersheds, Guangdong Province 18 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 5.10 (s/cm)、 NH4+为 5.24 (s/cm)、 PO43-为2.36 (s/cm) 3, 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. 1 The average nutrient concentrations of and conductivity in 6 sampled watersheds in the flood season and dry season 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 (NO2-)/(mgL-1) 丰水期 0.051 0.004 0.012 0.016 0.045 0.091 枯水期 0.046 0.026 0.012 0.009 0.008 0.005 (N03-)/(mgL-1) 丰水期 0.865 0.224 0.524 0.490 0.108 0.354 枯水期 1.399 0.323 0.476 0.205 0.398 0.328 (NH4+)/(mgL-1) 丰水期 0.113 0.012 0.016 0.105 0.272 0.057 枯水期 0.536 0.006 0.074 0.230 0.240 0.067 (PO43-)/(mgL-1) 丰水期 0.052 0.005 0.016 0.050 0.042 0.010 枯水期 0.034 0.004 0.008 0.030 0.003 0.010 电导率 /(scm-1) 丰水期 114.40 54.98 119.50 130.50 115.00 73.36 枯水期 165.60 54.64 127.00 164.10 99.51 56.65 0246810121416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. 4 The contributions of nutrients to reservoir conductivity in the flood season and dry season 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/% A 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 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/%N O 3 - N N H 4 - N P O 4 - P B 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. 5 The contribution composition of main nutrients to reservoir conductivity of in the flood season (A) and dry season (B) 20 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22 246 s/cm, 枯水期在 23 254 s/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 , 1995: 63-226. 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Beijing: Scince Press, 2003. conductivity distribution of water supply reservoirs in Guangdong province LI Qiu-hua, LIN Qiu-qi, HAN Bo-ping Research Center of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China Abstract: The conductivity of 20 large or medium water supply reservoirs in Guangdong province was in situ measured in two sea-sons of 2000: flood season and dry season. Conductivity of the reservoirs ranged from 22 to 246 s/cm in flood season and from 23 to 254 s/cm in dry season. There was no obvious change in conductivities between the two seasons except the Dajings