（环境工程专业论文）三峡水库成库初期重庆段水体氮、磷的时空异质性.pdf

西南大学硕士论文 摘要 摘要 水体富营养化是普遍存在的生态问题。富营养化是由于水体中氮、磷营养物质的富集而 使水质恶化的过程表现出水生生物生长繁殖能力提高、藻类异常增殖等现象。根据国际经 济合作与开发组织( o e c d ) 研究表明8 0 的湖泊富营养化受磷元素制约，大约1 0 的湖泊 富营养化与氮元素和磷元素直接相关余下的l o 的湖泊富营养化与其他因素有关。 长江三峡工程自2 0 0 3 年6 月完成一期工程并蓄水发电，库区水域的水文特征发生了重大 改变t 特别是2 0 0 9 年三峡工程完_ ，正常蓄水位达到1 7 5 m ，回水区长约6 5 7 k m ，水流流速 由2 ms 。降至0 1 - 4 ) 3ms ，水流速度大幅度减缓使水体泥沙易于淤积，水质变清，透明度增 加，创造了有利于水生藻类生长繁殖的条件，增加了三峡库区水体发生富营养化的可能性。 以往对三峡水库富营养化的研究大多集中于对1 7 5 m 蓄水后水质预测以及次级河流的研究，对 营养盐季节变化、营养盐结构的研究也主要集中于长江口区域，而对三峡库区长江干流水体 营养盐的系统研究鲜见报道。 三峡水库成库后特殊的水文条件决定了对库区水体富营养化的研究既不能完全等同于一 般河流，也不能完全等同于一般水库。因此，从富营养化产生的原因及结果分析，研究三峡 水库营养元素( 主要为n 、p ) 的分布特征对深入研究三峡水库富营养化现状及趋势变化有重 要现实与理论意义。论文采用实地采样分析的方法，通过系统对1 3 5 m 成库前后三峡水库长江 干流水体营养盐的浓度及其时空分布规律的对比研究，分析由于三峡水库一期蓄水对水库区 域水质的影响。通过对库区不同污染源营养盐输入负荷的对比研究，确定不同污染源输入负 荷对库区水体的贡献，可为控制水体富营养化、保护库区水质提供参考数据。 营养盐季节变化研究表明，三峡水库不同采样断面上游区( 朱沱) 、回水区( 清溪场) 、 水库区( 万州) 营养盐季节变化趋势比较相似，不同断面因蓄水带来的水文环境差异没有影 响到营养盐的季节变化。不同断面t n ( 总氮) 、n 0 3 - n ( 硝态氮) 季节变化趋势相平行，基本 规律为春夏季高于秋冬季；t p ( 总磷) 、p p ( 颗粒态磷) 季节变化趋势相平行。季节变化规律 明显，即丰水期( 7 9 月) 浓度显著高于枯本期、平水期。 三峡库区长江干流与我国很多湖泊、河流一样，无机氮以n i l 3 - n 、n 0 2 - n 和n 0 3 - n 三种 形式存在，n 0 3 一n 为主，n 0 3 - n 约占无机氮的6 0 v 一9 0 。无机氮的含量顺序为：n o ，- n n h 、n n 0 2 - n ，不同季节无机氮结构存在一定差异，但没有呈现明显的规律。上游区、回水区和水 库区营养盐结构差异较小。营养盐p 结构季节变化规律明显丰水期( 7 - 1 0 月) p p 占t p 比 例大，范围介于7 5 0 o , - 9 5 之间：枯水期( 1 - 5 月) d t p ( 溶解态磷) 占t p 比例大d t p 占 t p 百分比例介于3 0 一7 8 之间；就全年均值而言，三个采样点p p 占t p 卣分比例火小顺序 依次为：朱沱 清溪场 万州。水体丁n 八p 比值基本介于1 3 2 4 之间，在最适宜藻类生长的 氮磷比值范围之外，这可能也是水体营养盐浓度达到富营养化水平但暂时来发生人面积浮 西南大学硕士论文 摘要 游藻类繁殖的原因之一。 蓄水前后丰水期s s 浓度均比枯水期高约一个数量级。蓄水后水库区域s s 浓度比蓄水前 降低，同一水期水库区s s 浓度比上游区和回水区低，主要是由于蓄水后水库区流速减缓引起。 总体上，三峡水库蓄水前后，沿水库水流方向从上游朱沱到水库区巫山，不易降解污染物氮、 磷营养盐在水平分布上无明显变化。对水体营养盐垂直规律研究发现：除n h ，- n 在上( 水面 下0 5 m ) 、中( o ，6 倍水深) 、f 层( o 8 倍水深) 有较小变化外，蓄水前后营养盐在垂直断面 上差异均不明显。 通过对朱沱断面营养盐浓度及流量的监测，假设上游来水营养盐排放保持现状，预测了 1 7 5 m 蓄水阶段上游来水的营养盐输入状况。据估算长江上游t n 、t p 、n h ，- n 的年输入量 分别达到4 1 9 6 2 7 t 、1 0 6 9 3 9 t 、2 9 0 7 8 t 。对比三峡库区工业废水、生活污水、城市面源和农业面 源对水库的营养盐输入负荷，对水库所有营养盐输入源中，上游来水对库区营养盐的输入贡 献最大，嘉陵江输入次之上游来水和次级河流营养盐输入对三峡水库水质的影响不容忽视。 并且丰水期营养盐输入是年总输入量的主要贡献者营养盐输入量表现出明显的丰水期高， 桔水期低的季节性变化特征。营养盐输入量与流量之间具有极显著的线性正相关关系，因此 认为营养盐输入量的季节性变化主要受流量季节性差异的影响。 综上所述，1 3 5 m 蓄永后从回水区清溪场到水库区巫山，水流流速虽然有不同程度减小， 但从整体而言，除水库区由于流速减少悬浮物沉降导致水体悬浮物浓度降低，p p t p 比值低 于上游区和回水区，1 3 5 m 蓄水对水体营养盐的时空分布影响较小。 关键词：三峡水库营养盐分布变化 西南大学硕士论文a b s t r a c c t a b s t r a c t a q u a t i ce u t r o p h i c a t i o ni sap r e v a l e n te c o l o g i c a lp r o b l e m e u t r o p i e a t i o nc a nh eu n d e r s t o o da sa p h e n o m e n o no ft h ee n r i c h m e n to fn u t r i e n t si naw a t e rb o d yd u et oa ni n c r e a s ei nn u t r i e n tl o a d i n g t h em o s ti m p o r t a n tn u t r i e n t st h a tc a u s ee u t r o p i c a t i o na r ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e n t h em o s t p r o m i n e n tf e a t u r e so fe u t r o p h i cw a t e ri sa b u n d a n c eo fp l a n k t o n i co ra t t a c h e da l g a e a c c o r d i n gt o r e s e a r c ho ft h eo r g a n i z a t i o nf o re c o n o m i cc o o p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，a b o u te i g h t yp e r c e n to f a q u a t i ce u t r o p h i c a t i o na r er e l a t i o nt op h o s p h o r u s , t e np e r c e n ta r cr e l a t i o nt op h o s p h o r u sa n d n i 打o g e n t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rp r o j e c ts t a r t e dw a t e rs t o r a g ei nj u n e2 0 0 3 ，h y d r o l o g yc o n d i t i o no f r e s e r v o i ra r e aw e r ec h a n g e dg r e a t l y w h e nt h ew a t e rl e v e lw o u l df i n a l l yr e a c hu pt o1 7 5m e t e r si n 2 0 0 9 ，a n dw a t e rf l o wv e l o c i t yw o u l dd e c r e a s ef r o m2m s 1t oo im s - 1 ，a sa n o t h e rc o n s e q u e n c e a s e r i e so ff a c t o r sr e s u l t e df r o md a m m i n g , s u c ha sl o w e rw a t e rf l o wv e l o c i t y , h i g h e rt r a m p a r e n c e ) w o u l db eo p t i m a lf o rp h o t o s y n t h e s i so fa q u a t i cp l a n t ，e s p e c i a l l ya l g a e ，w h i c hc o u l dp o t e n t i a l l yl e a d t oe u t r o p h i c a t i o n h o w e v e r ，s t u d i e so ne u t r o p h i c a t i o no f t h e t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r ef o c u s e do n w a t e rq u a l i t yf o r e c a s ta n dt r i b u t a r y , s t u d yo nn u t r i e n t sa f ef o c u s e do nc h a n g j i a n gr i v e re s t u a r y , f e w s t u d yo nt h en u t r i e n ti nt h em a i n s t r e a mo f c h a n g j i a n gr i v e rh a v eb e e nr e p o r t e d t h es t u d yo fa q u a t i ce u t r o p h i c a t i o ni nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra m aa r cd i f f e r e n tf r o m o r d i n a r yr i v e ra n dr e s e r v o i rb e c a u s eo f t h es p e c i a lh y d r o l o g yc o n d i t i o no f t h ew a t e rb o d y t h e r e f o r e ， t o i n v e s t i g a t et h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fn u t r i e n to ft h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rh a s s i g n i f i c a n tm e a n i n gt of u r t h e rs t u d yo ne u t r o p i c a t i o n b ym e a n so ff i e l de x a m i n a t i o na n ds a m p l i n g , n u t r i e n tc o n c e n t r a t i o na n ds p a t i o - t e m p o r a ld i s t r i b u t i o no fw a t e ri nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r b e f o r ea n da f t e ri m p o u n d m e n tw e r es t u d i e d t oi n v e s t i g a t ed i f f e r e n tp o l l u t i o ns o n r c e st ot h et h r e e g o r g e sr e s e r v o i rw a t e rb o d y , w h i c hw o u l dp r o v i d er e f e r e n c e dd a t at op r o t e c tt h ew a t e rb o d y s e a s o n a ld i s t r i b u t i o no fd i f f e r e n t s a m p l i n g s i t e si n u p r i v e r ( z h u t u o ) ，b a c k w a t e ra r e a ( q i n g x i c h a n g ) a n dr e s e r v o i ra r e a ( w a n z h o u ) a r cs i m i l a r , s e a s o n a ld i s t r i b u t i o no fn u t r i e n t sw e r en o t a f f e c t e db yh y d r o l o g yc o n d i t i o n d i s t r i b u t i o no ft o t a ln i t r o g e ni ss i m i l a rt on i t r a t e ，d i s t r i b u t i o no f t o t a lp h o s p h o r u si ss i m i l a rt op a r t i c l ep h o s p h o r u s ，c o n c e n t r a t i o no ft o t a lp h o s p h o r u sa n dp a r t i c l e p h o s p h o r u si nf l o o ds e a s o nw e r eh i g h e rt h a nw h i c hi nd r ys e a s o na n dn o r m a ls e a s o n 西南大学硕士论文 a b s t r a c c t t h r e ef o r m so fi n o r g a n i cn i t r o g e nw e r ed e t e c t e di nc h a n g j i a n gr i v e r t h em a i ne x i s t e n c ef o r m o fi n o r g a n i cn i t r o g e ni n c h a n g i i a n gr i v e rw a sn i t r a t ew i t hs i x t yt on i n e t yp e r c e n t ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ai sh i g h e rt h a nn i t r i t e n u t r i e n t ss t r u c t u r eo fi n o r g a n i cn i t r o g e nv a r i e d s e a s o n l l y , b u tt h ec h a r a c t e r i s t i cw a sn o to b v i o u s n u t r i e n t ss t r u c t u r eo fi n o r g a n i cn i t r o g e ni nu p r i v e r , b a c k w a t e ra r e aw e r es i m i l a rt or e s e r v o i ra r e a t h em a i ne x i s t e n c ef o r mo ft o t a lp h o s p h o r u sw a s p a r t i c l ep h o s p h o r u sw i t hs e v e n t yl i v et on i n e t yf i v ep e r c e n ti nf l o o ds e a s o n ，w h i l et h em a i n e x i s t e n c ef o r mo ft o t a lp h o s p h o r u sw a sd i s s o l v e dt o t a lp h o s p h o r u sw i t ht h i r t yt os e v e n t ye i g h t p e r c e n t a g ei nd r ys e a s o n c o n c e n t r a t i o no fp a r t i c l ep h o s p h o r u si nz h u t u ow a sh i g h e rt h a nw h i c hi n q i n g x i c h a n ga n dw a n z h o ui n2 0 0 4 t h er a t i oo ft o t a ln i t r o g e nt ot o t a lp h o s p h o r u sr a n g e df r o m t h i r t e e nt ot w e n t yf o u r , w h i c hs h o w e dt h a tp h o ；p h o r u sw a st h el i m i tf a c t o ro ft h ep r i m a r y p r o d u c t i v i t y c o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds u b s t a n c ei nf l o o ds e a s o nw a sh i g e rt h a nw h i c hi nd r ys e a s o n b e f o r ea n da f t e ri m p o u n d m e n t c o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds u b s t a n c eb e f o r ei m p o u n d m e n tw e r e h i g h e l t h a nw h i c ha f t e ri m p o u n d m e n ti nr e s e r v o i ra r e a , a n dc o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds u b s t a n c e i nu p r i v e ra n db a c k w a t e ra r e aw e r eh i g h e rt h a nw h i c hi nr e s e r v o i ra r e ad u et ot h es l o w e rv e l o c i t y a f t e ri m p o u n d m e n t a saw h o l e ，a f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e du pt o1 3 5m e t e r s ，n os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c eo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nt h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o n ，a n ds od i dn i t r o g e na n d p h o s p h o r u si nt h ev e r t i c a l d i s t r i b u t i o ni n u p r i v e t ( z h u t u o ) ，b a c k w a t e ra r e a ( q i n g x i c h a n 曲a n d r e s e r v o i ra g e a ( w a n z h o u ) b a s e do nc u r r e n ts i t u a t i o n , p r o v i d e dt h ed i s c h a r g em e t h o do fn u t r i e n t si nt h eu p r i v e rs t a y st h e $ a l l e , n u t r i e n tl o a d sa t1 7 5m e t e r sw e r ep r e d i c t e d ，t o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u sa n da m m o n i a w o u l db e4 1 9 6 2 7t o n s 1 0 6 9 3 9t o n sa n d2 9 0 7 8t o n sp e ry e a r n u t r i e n t sl o a df r o mu p r i v e rw a st h e h i g l e s ta n dt h en u t r i e n t sl o a df r o mj i a i i n gr i v e rw a st h es e c o n da m o n gi n d u s t r i a lp o l l u t i o nl o a d ， m u n i c i p a ls e w a g el o a d ，p o l l u t i o nl o a do f r u n o f f a n dp o l l u t i o nl o a do f a g r i c u l t u r e a n dn u t r i e n t sl o a d i nf l o o ds e a s o nw e r eh i g h e rt h a nw h i c hi nd r ys e a s o n t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o n b e t w e e nn u t r i e n t si o a da n df l u x i ns u m m a r y , a f t e rt h ew a t e rl e v e lr e a c h e du pt o1 3 5m e t e r s ，w a t e rf l o wv e l o e i t yh a v ed e c r e a s e d f r o mb a c k w a t e ra r e at or e s e r v o i ra r e a b u tt h e r ei sn os i g n i f i c a n tc h a n g eo f n u t r i e n t ss p a t i o - t e m p o r a l d i s t r i b u t i o nw e r ed e t e c t e de x c e p tc o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e ds u b s t a n c ea n dp a r t i c l ep h o s p h o r u si n r e s e r v o i ra r e ad e c r e a s e d k e yw o r d s ：t h et h r e eg o r g e sr e s e r v i o r , n u t r i e n t s ，d i s t r i b u t i o na n dv a r i a t i o n v 本论文承下列项目资助 1 、重庆市自然科学基金资助项目( c s t c ，2 0 0 4 b b 7 0 7 5 ) “三峡水库成库初期营养盐及浮游生物量分布特征” 2 、中意合作项目“三峡库区生态环境调查及评价” 西南大学硕士黻 第1 章文献综述 i ii i l l i i i 第1 章文献综述 据统计，全世界天然大湖中，大约有1 0 分布在中国，表面积超过5 0 x 1 0 n ，这些湖泊 在人类生产、生活中起着重要的作用。而随着人类对资源开发活动的日益增加，特别是2 0 世 纪以来，世界人口迅速增长大量富含氮、磷等营养物质的生活污水和工业废水排入人类聚 居地附近的湖泊、河流。同时，农业的迅速发展，为了提高农业生产力，化肥和农药使用量 逐年增加，经过雨水冲刷和渗透，更多的营养物质进入各种水体导致水体营养负荷量不断 累积，在温度和水文条件同样适宜的情况下，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体富营养化 爆发。据联合国环境规划署( u n e p ) 的一项调查表明，在全球范围内3 0 。一4 0 的湖泊和水 库遭受了不同程度富营养化的影响，在中国，富营养化更是一个极其普遍而广泛的现象( j i n ，e t a 1 ，1 9 9 6 ) 。富营养化( e n t r o p h i c a t i o n ) 是指在人类活动的影响下生物所需的氮磷等营养物 质大量进入湖泊、河口、海湾等缓慢水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧 量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象( 金相烛，等，1 9 9 5 ) 。 1 1 水体营养盐与富营养化 天然水体富营养化和人为富营养化的共同点在于它们都是由于水体中氮、磷营养物质的 富集而使水质恶化的过程，表现出水体的生物生长繁殖能力提高、藻类异常增殖等现象 ( v o l l e n w e i d e r , e l a l 1 9 7 5 ) 。早在2 0 世纪6 0 年代，国际经济合作与开发组织( o e c d ) 对水 质富营养化开展了一系列的研究工作，最后确定氮、磷等营养物质的输入和富集是水体发生 富营养化的最主要原因。根据o e c d 研究的结果。8 0 的湖泊富营养化是受磷元素制约，大 约1 0 的湖泊富营养化与氮元素和磷元素直接相关，余下的1 0 的湖泊水体富营养化与氮和 其他因素有关。 1 i 1 氮、磷元素与藻类增殖 所有水生生物都需要碳、氢、氧，氮、磷，硫和生命必须的许多物质。大约有1 6 - 2 0 种元 素是淡水植物生长所必需的。利比格( l i e b i g 。1 8 4 0 ) 提出：植物生长主耍取决于外界供给它 所需要的养料中数量最少的那一种。这一定律同样适用于水体藻类的生长。s t u m m 对藻类的 化学成分进行过分析研究，提出藻类的经验分子式( c 1 0 6 h 2 6 3 0 o n l 6 p ) ，根据经验分子式，计 算出这些元素所占藻类分子量的重量百分比磷在藻类分子量中所占的重量百分比最小，氮 次之，其次是碳( 表1 ) 。根据利比格最小定律，如果能确定藻类生长所必须的养料中数量最 少的一种，而后对其控制那么，就抓住了富营养化的核心。加拿大湖泊实验区域的一系列 实验结果也表明：加入了无机磷盐希f 硝酸盐的湖泊水体。水质由原来的贫营养状态很快演变 为富营养状态。国际湖沼学会会长瓦伦泰因博士研究了淡水湖泊水生植物的平均化学元素量 西南大学硕士论| 文第l 章文献综述 的组成后同样发现，在有植物生长的水环境中，磷和氮的含量最低，磷和氦是限靠4 水生植物 生产量的最主要的营养元素( 彭近新，等，1 9 8 8 ) 。 表! - i 藻类分子组成及元素占分子量的百分比( ) t a b l e l ip e r c e n t a g eo f d i f f e r e n te l e m e n ti na l g a 外界输入湖泊的氮磷的数量越多，湖泊水体中的磷浓度和氮浓度也就越高，藻类生物量 也就随之增高。抑制藻类生长的营养物质的浓度水平，氮和磷的情况各有不同地区范围内 也存在差异。沙耶在1 9 4 7 年研究指出：水环境中总磷浓度超过o 0 1 5 m g l 氮浓度超过0 3 r a g l 1 时藻类就会出现增殖。也有研究认为：当水体中硝态氮浓度为0 3 m g l 一磷浓度为0 0 2 r a g l 1 时，就可发生藻华( 金相灿，等，1 9 9 0 ) 。 就营养盐与浮游藻类的相关性而言各国学者已对不同代表性水体进行了研究。但由于 地域、水文条件的差异性，研究结论存在较大差异甚至出现结论相反的现象。金相灿等( 1 9 9 1 ) 对我国主要湖泊和水库水体的营养特征进行研究发现：在全国范围内，1 3 个大中型湖泊和水 库的n h ，- n 含量为o 0 2 9 1 0 5 8 m gl ，n 0 2 - n 的含量较低，范围为0 0 0 2 - 0 0 5 9m gl 1 ，t n 范围为o 3 9 6 - - 6 1 5 m g l ，t p 范围为o 0 1 8 - 0 3 8 8 m g l 。营养元素t n 、n h 3 - n 、t p 和叶绿素 之间均呈现出显著的正相关关系。与1 9 8 2 年o e c d 所调查的世界7 1 个湖泊水库的营养盐几 何均值和浓度范围相比较，我国湖泊水库的营养盐浓度值和范围均偏高。 通过对红海湾养殖水域营养盐与浮游植物量的消长关系进行研究王小平等( 1 9 9 9 ) 发 现，春季除亚硝酸盐外，水体营养盐与浮游藻类之间存在着负相关，即营养盐的含量随浮游 植物生长消耗而减少。秋季表层亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐与叶绿素之间存在紧密的正相关 底层营养盐与叶绿索之间存在着密切的负相关，其它营养盐( s i ) 与浮游植物之间的关系不显 著。何剑锋等( 1 9 9 9 ) 研究发现，无论在夏季还是秋季南极中山站近岸海冰营养盐的分布与 叶绿素含量无明显的相关性。 杨广杏等( 1 9 9 8 ) 研究发现里湖水体浮游藻类与t n 、t p 的相关系数分别为o 5 2 5 和0 8 8 6 呈现正相关关系，n 、p 营养盐变化趋势与浮游藻类变化趋势相吻合。陈宇炜等( 2 0 0 1 ) 对太 湖梅梁湾藻类及相关因子同l 门统计结论为：水文和总磷为梅梁湾藻类总生物量盼显著相关因 子水温、硝态氯和总氮为微囊藻生物量的显著相关因子。 徐。j 等( 2 0 0 1 ) 通过连续监测j 1 东火弧湾永体浮游植物种群结构及其时空演替，并同步 2 西南大学碗士论文 第1 章文献综述 监测水温、盐度、光照、p h 值、d o 、叶绿素口和营养元素等环境因子。结果表明，水华潜伏 期( 水华藻开始快速增殖时) 、高峰期( 水华藻数量达到高峰时) 和消散期( 水华藻数量显著 下降时) 海水中n 、p 、s i 的浓度呈现规律性的变化。潜伏期水体d i n ( 无机氨) 水平较高； 高峰期藻类细胞密度迅速增大，消耗了大量的d i n ，引起海水d i n 水平显著下降；消散期藻 类数量减少，对水体的d i n 的吸收压力趋缓，另外，通过水体交换、矿化作用等途径d i n 得 到补充，因此d i n 水平开始回升。 1 1 ，2 营养盐结构与藻类增殖 一般来说，营养盐结构宏观上是指不网营养盐之问的组成比例，即水体中氮、磷、硅等 营养元素的相对比例营养盐结构的研究来源于浮游植物营养盐限制因子的探索。在对植物 生长的研究过程中，学者们提出了限制因子的概念，利比希最小因子定律指出：植物的生长 取决于处于最小量状况的必须物质，这种物质就是限制因子。对于浮游植物的限制因子来说， 就是接近或超过浮游植物的耐受极限而限制其生长的营养盐。营养盐结构就是在探索浮游植 物生长的限制因子的过程中被作为一种方法被提取出来的。关于营养盐结构的研究方法很 多如营养盐浓度比( r e d f i e l d ，1 9 5 8 ) 、生物培养( m a c s t r i n i ，1 9 9 7 ) 、化学测定和生物组成 等方法( g o l d m a n ，1 9 7 9 ) ，本文对营养盐结构的研究主要采用营养盐浓度比水体氮、磷的 供应比例能影响导致水华发生的浮游植物群落的繁殖和生长，对自然状态下的浮游植物群落 产生强烈的选择作用。 近年来各国学者利用水体n , p 比值来评价判断水质富营养化状况的研究较多。不同学 者对n p 比值的研究结论有一定差异。日本湖沼学者坂本研究指出：当湖水的总氮和总磷浓度 比值在1 0 ：i - , - 2 5 ：1 的范围时，藻类生长与氮、磷浓度存在着直线相关关系。日本的另一位 湖沼学专家合田健博士进而指出：湖水总氮和总磷的浓度比为1 2 ：l n l 3 ：1 时。最适宜藻类 的增殖( 彭近新，等，1 9 8 8 ) 。而郑重( 1 9 8 6 ) 、暨卫东( 1 9 8 9 ) 研究认为一般浮游生物元素 组成的n p 比值大约为1 6 ，浮游藻类从水体中摄取的b p p 比值也大约为1 6 ，当水体中n 中比 值接近这个数值时，有利于浮游藻类的生长。b u r f o r d 等( 1 9 9 9 ) 对c a r p e n t a r i a 海湾营养盐研 究发现n , - p 比值随水深和季节不同而不同，沿岸浅水区、海湾深水区夏季水体n 伊比值分别为： 5 5 、8 _ 2 ，冬季分别为：0 8 、2 9 ，由此得山水生藻类繁殖主要受到氮浓度的限制的结论。h a v e n s 等( 2 0 0 1 ) 对日本k a s u m i g a u r a 湖、中国东湖、美国o k c e e h o b e e 三大浅水湖进行富营养化调 查研究结果发现：中国东湖t n 、t p 浓度均高于另外两个湖泊，三个被调查浅水湖n , p 比值 分别为：1 4 6 、7 7 、1 5 3 。 水体营养盐浓度和结构与营养盐来源密切相关，全球的氮磷肥含量从1 9 6 0 年开始发生显 著性增k ，1 9 8 6 全球的氮肥生产餐选到7 5 6 x 1 0 6 吨，人约占全球陆地氯输入萤的四分之， 这与我国长江口中营养盐的含量8 0 年代比6 0 年增加四倍的比例相一致( 徐开钦，等，2 0 0 4 ) 。 + 业废水和生活污水中洗涤剂的火量使_ h ；i 也导致水体磷的含量显著增高( 金相灿，等，1 9 9 0 ) 。 西南大学硕士语文 第l 章文献综述 ! li l l 田皇量量皇田置量墨皇曼曼曼舞曼曼! 曼曼曼曼鼍曼曼曼量暑詈量詈詈置置量已曼雹墨曼| 毫 i 2 营养盐负荷模型研究 磷是绝大多数湖泊和水库富营养化的最关键的限制物质。在2 0 世纪7 0 年代湖泊学家们 通过建立简单的磷负荷模型，评价、预测湖泊水体的营养状态，营养物质负载模型侧重研究 单个变量迁移转化，这类模型可以了解营养物质在湖泊中的运动规律，根据湖泊的平均深度、 水力停留时间等参数预测水体的营养盐浓度，为制定水质管理规划提供科学基础。加拿人湖 泊专家v o l l e n w e i d e r ( 1 9 6 9 ) 根据湖泊富营养化特征研究，建立了湖泊平均深度、单位面积水 量负荷与入湖磷浓度的定量关系式，并被o e c d 规划所验证，在各国得到广泛的应用，其模 型为： t p = ( o q ，) ( 1 + i t 。) ( 1 ) 式中t p - - 湖水总磷的年平均浓度( m gl 1 ) 厶湖泊面积磷负荷年平均值( m gm 口。) 二湖泊的平均深度( m ) 甜湖泊单位面积的水量负荷( m a = z ) t 。一水力停留时间( 口) d i l l o n ( 1 9 7 5 ) 和v o l l e n w e i d e r ( 1 9 7 5 ) 在v o l l e n w e i d e r 模型的基础上推导了d i l l o n 模型： = 等 ( 2 ) 式中，p 一为水力冲刷系数或冲刷速率( 口) ；【_ p 卜全年磷平均浓度( m gl 1 ) ：卜湖泊面积 磷负荷年平均值( m gm 。口1 ) ；蝴滞留系数：z 湖泊的平均深度( m ) 陈永灿等( 1 9 9 8 ) 建立了密云水库总磷、总氨、b o d 、c o d 完全混合系统水质模型，井 根据l o 年的实测资料分别确定了总磷、总氮的沉降速度s 和b o d 5 、c o d 的综合沉降系数r 。并 由建立的水质模型对密云水库在污染负荷下2 0 0 5 年时的水质及富营养状况进行了预测。基于 v o l l e n w e i d c r 模型思路陈云波等( 1 9 9 9 ) 分析了滇池水动力特性，将完全均匀混合质量平衡 水质模型应用于滇池水质有机污染浓度预测给出t 2 0 0 0 年和2 0 1 0 年各种水文情景下的水量 预测、入湖污染物负荷预测及相应的c o d m 浓度预测。徐清等( 2 0 0 3 ) 根据1 9 9 1 1 9 9 9 年密云 水库总磷质量浓度的实测数据，得到t 9 年平均总磷表面负荷岛，建立总磷的预测模型( 3 ) 。 应用预测模型，预测了2 0 0 8 年密云水库的富营养化状态。 d v - 。p = m k l 爿p q 0 。昂 ( 3 ) a f 式中户为水体年度平均总磷质餐浓度，gm 。；m 为年度总磷负荷ga 一：v 为水库窬 积m 3 ；a 为水库水体表面面积m 2 ：。为水库年度总输出水量m 3 n 一；k i 为总磷的沉积速度 m 口，p 。为水体年度出库平均总磷质量浓度，gm 。对于完全均一的水体，。= j p 。由于营 4 养状态评价模型大都为根据具体水体的长期研究而得出的，并不一定具有广泛的适用性，因 此在实际选用时应进行验证，确定在特定环境下的适j j j 性。 1 3 水体营养盐的迁移转化 天然水中的氦，以溶解的氮气( n 2 ) 、氨态氮( n h 3 n ) 、亚硝酸盐氮( n 0 2 - n ) 、硝酸盐 氮( n 0 3 n ) 及有机氮等形式存在。营养盐磷主要以溶解态( r t p ) 、颗粒态( p p ) 形式存在。 其中溶解的无机氮( n h ，- n 和n 0 3 - n ) 、溶解的正磷酸盐( p 0 4 3 ：p ) 是被水生植物直接吸收的 最主要形式。水中无机氮主要以n h 3 - n 、n 0 3 - n 形态存在，在某些条件下。也可以有中间氧 化态n 0 2 - n 。象许多水中的氧化还原反应那样，水中氮体系的转化反应是在微生物的催化作 用下形成的。其反应过程n h 3 n n 0 2 - n n o ，一n 受氧化还原电位( e h ) 的影响。一般认为 在低e h 范围内( e h 7 ) ，n 0 3 - n 是主要的氮形态。 从外界输入水体中的氮、磷营养物质，一部分被水生生物吸收利用，一部分以各种形式 存在于水中，还有一部分则通过物理的、化学的、生物的作用，逐渐沉降至水体底部，经过 长年累月的积累，在湖泊、水库的底部形成“淤泥”。最初沉降的氮磷营养物质逐渐被后来沉 降的氮、磷和其他污染物覆盖。不论是水循环还是生物作用，通常都难以使它们重新回到水 中。但是。被覆盖在深层的这部分氨、磷，在特定的情况下，例如，在挖掘湖泥或者疏浚海 湾、河口时，使这部分深层营养物质暴露出来，得以回到水中，对水体带来营养物质的高负 荷，给水质特殊冲击。 底泥表层所积累的氮、磷营养物质，可以被微生物直接摄入利用，进入食物链，参与水 生态系统的循环。水体中营养物质的沉降积累是极其复杂的动态过程，它与输入和输出水体 氪磷负荷的速率，水体的水力冲刷作用，水化学和地球化学等因素都有密切的关系。含有丰 富氮磷的淤泥可能成为水体潜在性的内源性的污染源，在适当的条件下，污染物库中的氮磷 营养物质释放出来而进入水中。 对湖泊、河流和海湾等水体底泥营养物质释放研究较多的是磷释放，氮释放的报道文献 不多，这可能与磷对水质寓营养化的影响大于氦有关。一般认为：水体中溶解氧的含量、底 泥的生物活性、硝酸盐的浓度、d h 值会在一定程度上影响底泥磷的释放。较低的溶解氧水平、 低于一定数值的硝酸盐浓度水平、较高的p h 水平会促进底泥释放营养盐磷。 1 4 营养盐分布特征研究 水体营养盐浓度受到营养盐来源的影响，在各地水体中呈现出很大的地区、季节和空间 变化。关于不同水文条什f 的水体营养盐分布规律问题，各国学者已针对不同水体进行了火 量相关研究，但由于不同水体其水文环境差异较大，因此研究结论并不完全一致。 1 4 i 水体营养盐的时间分布 一般来说，在年内枯水期河流自净能力最小，水质最差：平水期居中：丰水期则自净 能力最大相应水质较好。但对于有些流域如果其点源污染不严重而非点源污染比较突出， 这时丰水期的水质反而会不如枯水期和平水艄。此外水库水质季节变化还受到气温、浮游植 物生长的影响( 贾海峰，等，2 0 0 1 ) 。当然，不同水库由于存在地理位置、污染源、水文环境 等差异，营养盐浓度季节变化并不一定完全一致。 胡雪峰等( 2 0 0 1 ) 对上海市郊中小河流氮磷污染特征研究发现：随着气温升高和河流表 层生物量的增大，水体表层n h 3 - h i 、n 0 3 - n 因大量消耗而降低：有机n 、颗粒态p 、n 0 2 n 、 溶辫态p 随气温升高而升高。对密云水库1 9 9 6 年永质调查结果表明水体n h ，- h i 的浓度在不同 点位均为秋季最高( 贾海峰。等2 0 0 1 ) ；1 9 9 6 年对广东里湖的监测分析也表明：水体t n ， t p 季节性变化不显著，但总的变化趋势是秋季n 、p 营养盐含量高于其他季节：