（水文学及水资源专业论文）巢湖沉积物磷的蓄积特征研究.pdf

u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f y a n gl i y u a n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g j i n a n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：霾晕垒 e l 期： 论文作者签名：边堡竺三一 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：建叠垒导师签名：雠日期：壹幽 济南大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 选题依据及意义1 1 2 湖泊沉积学研究进展2 1 3 研究思路及本文技术路线3 第二章研究区概况5 2 1 自然地理特征5 2 2 社会经济概况7 2 3 巢湖流域环境及水质概况10 第三章样品采集及指标分析13 3 1 样品采集13 3 2 指标分析及意义13 3 2 1 指标分析方法1 3 3 2 2 指标指示意义1 5 3 3 沉积岩芯年代序列的建立1 7 3 3 1 7 c s 时标定年1 7 3 3 22 1 0 p b 计年l8 第四章柱状沉积物磷的蓄积特征2 l 4 1 柱状沉积物磷的蓄积特征2 l 4 2 沉积岩芯中磷的污染历史演化2 2 4 3 磷的蓄积与人类活动关系研究2 4 4 3 1 环境代用指标分析2 4 4 3 2 磷的蓄积与人类活动分析2 5 第五章表层沉积物磷的分布特征2 9 5 1 表层沉积物磷的分布特征2 9 5 1 1 湖区表层沉积物总磷含量变化及形态组合特征2 9 5 1 2 河口表层沉积物磷含量及形态组合特征31 5 1 3 表层沉积物磷含量等值线分布规律与成因分析3 2 5 2 表层沉积物中磷的人为污染分析3 5 5 2 1 基于参比元素a l 的人为污染分析3 5 5 2 2 基于磷形态h c l p 的人为污染分析3 6 5 2 2 不同参比项方法对比3 6 5 3 表层沉积物中磷含量历史对比3 7 第六章结论和建议3 9 6 1 结论3 9 6 2 建议4 0 参考文献一4 l 致谢一4 9 附录a 个人简历、读研期间发表的学术论文及获奖情况5 l 附录b 研究生期间实习经历5 3 济南大学硕士学位论文 ! 詈詈! 皇! ! 詈皇! ! 詈詈詈詈苎! 詈曼鼍! 詈! 詈! 詈詈曼! ! ! ! 曼! 皇詈皇! 苎皇! 鼍! 苎皇詈皇皇皇鼍! 詈! 曼! 皇! ! ! ! 詈! 暑皇詈鼍詈! 詈鼍 摘要 本文从沉积学、元素地球化学的角度，对巢湖及主要入湖河流河口表层沉积物和 巢湖西部湖区柱状岩芯中总磷的含量及其形态组成、金属元素含量、磁化率以及有机 质含量等指标进行了测定与分析，研究了巢湖表层沉积物磷的赋存特征、空间分布及 其人为污染的关系；在2 1 0 p b 、1 3 7 c s 定年的基础上，探讨了历史时期巢湖沉积物中磷 的蓄积特征、演化及其与流域人类活动的关系，为科学理解巢湖富营养化的过程与人 为活动贡献，进行污染治理与生态修复提供参考依据。主要研究结果为： 沉积岩芯中h c i p 含量较为稳定，而n a o p p 、o p 及t p 含量逐渐增加，具有明 显的阶段性变化规律。根据磷的含量、形态组成及其金属元素等地球化学指标的变化， 可将沉积物中磷的历史蓄积过程分为五个阶段： 第一阶段( 9 0 6 5 c m ，1 7 0 0 年之前) ：沉积物中磷的含量、磁化率及金属元素含 量较为稳定，而且磷的含量与金属元素含量变化一致，说明沉积物中磷以自然输入为 主。 第二阶段( 6 5 5 4 c m ，1 6 8 0 1 7 6 0 年) ：沉积物中总磷含量增加，尤其是n a o h p 及o p 增加较为显著；这一阶段沉积物金属元素含量及磁化率也显著增加，反映了表 土侵蚀的加剧，主要与这一时期人口快速增加、森林砍伐及农业规模扩大有关。 第三阶段( 5 4 2 5 c m ，1 7 6 0 1 9 5 0 年) 沉积物中磷的含量、磁化率及金属元素含 量维持在相对较高的水平，后期( 1 8 6 0 1 9 5 0 年) 有所降低，仍是反映了流域以农业 为主的人类活动的影响。磷输入通量的急剧增加可能是导致1 8 0 0 年前后湖泊营养程 度升高的主要驱动因素。 第四阶段( 2 5 1 6 c m ，1 9 5 0 1 9 8 0 年) ，沉积物中金属元素、磷含量逐渐增加， 反映了新中国成立后农业发展及表土侵蚀的加剧；磷富集系数增加，指示了其人为污 染来源贡献逐渐增加。 第五阶段( 1 6 。0 c m ，1 9 8 0 年至今) ，沉积物中磷的含量达到整个沉积岩芯的最 大值，尤其是n a o h p 含量增加最为显著，除了与农业发展有关之外，生活污水和工 业废水也是造成n a o h p 增加的主要原因之一。 表层沉积物中t p 含磷变化为2 2 1 9 1 6 5 1 1 r r l g k g ，西部湖区高于东部湖区，北部 湖区高于南部湖区。沉积物中磷主要以n a o h p 和o p 存在，平均含量分别占到t p 含量的4 0 和3 0 ，其次是h c l p ，平均含量占到1 1 p 含量的1 9 ，而生物直接可利 巢湖沉积物磷的篱积特征研究 用的s l i p 平均含量为6 4 m g k g ，占t p 含量的1 。s r p 和n a o h - p 含量分布与t p 含量空间分布基本一致，在西部湖区含量较高。主要入湖河流河口沉积物中，南淝河 总磷含量最高，为2 8 5 8 9 m g k g ，以n a o h - p 为主，占到t p 含量的6 8 ，其余入湖 河流河口表层沉积物中磷的含量为2 5 6 3 9 3 4 7 m g k g ，与其相对应的河流水体中磷的 浓度一致。 湖区及入湖河流表层沉积物中磷的空间分布与人为污染有关。南淝河接纳了合肥 市的大量城市污水和工业废水，是导致南淝河及西部湖区磷含量较高的主要原因，与 2 0 世纪8 0 年代末期相比，巢湖西北部湖区磷的含量的增加也较为显著，人为输入的 磷主要以n a o h p 结合态蓄积于沉积物中。采用历史沉积物中参比元素趾含量作为 背景值，计算得到的表层沉积物中总磷的富集系数为1 0 7 5 ，南淝河河口可达9 4 ； n a o h p 、h c i p 、o p 的富集系数分别为0 6 1 7 9 、0 7 2 0 、1 8 5 4 ，h c l p 未有较大 变化，反映其主要为流域自然来源。 关键词：巢湖，沉积物，磷，蓄积特征，人类活动，富营养化 济南大学硕二 ：学位论文 皇皇! ! 皇! 鼍詈! 皇! 鼍曼! 詈曼詈詈詈! ! ! ! ! 詈詈皇詈鼍詈皇曼! 詈! 詈詈皇曼詈皇詈鼍皇! 鼍詈詈暑詈皇詈鼍! 詈詈詈曼詈詈量詈詈詈詈苎曼! ! ! 詈詈詈鼍 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , f r o ms e d i m e n t o l o g ya n dd e m e n tg e o c h e m i s t r yv i e w , w em e a s u r e dt h e p h o s p h o r u ss p e c i e s ，m e t a le l e m e n t sc o n t e n t ，m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y , o r g a n i c m a t t e r c o n t e n ta n do t h e ri n d i c a t o r so fs u r f a c es e d i m e n t sa n dac y l i n d r i c a lc o r eo ft h ec h a o h u l a k ea n di t sm a i ni n f l o wr i v e r s ，a n da n a l y z e dr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e d i m e n t a r y c h a r a c t e r i s t i c sa n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no fp h o s p h o r u sa n dm a n m a d ep o l l u t i o n b a s e do n t h e2 1 0 p ba n d1 3 7 c s c h r o n o l o g y , w es t u d i e dr e l a t i o n s h i p b e t w e e na c c u m u l a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n de v o l u t i o no fp h o s p h o r u si nt h ec h a o h ul a k es e d i m e n t sa n dh u m a n a c t i v i t i e so nt h eh i s t o r i c a lp e r i o d s ow ec o u l du n d e r s t a n ds c i e n t i f i c a l l yo ft h ec h a o h u l a k ee u t r o p h i c a t i o np r o c e s s e sa n dh u m a na c t i v i t i e sc o n t r i b u t i o n ，a n dp r o v i d e dr e f e r e n c e s a b o u tp o l l u t i o nc o n t r o la n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n t h em a j o rr e s u l t sw e r e t h eh c l - pc o n t e n t sw e r em o r es t a b l ei nc o r es e d i m e n t ，a n dt h ec o n t e n t so fn a o p - p ， o pa n dt pi n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t hs i g n i f i c a n tp h a s ev a r i a t i o n a c c o r d i n gt op h o s p h o r u s c o n t e n ta n di t sm o r p h o l o g i c a lc o m p o s i t i o na n do t h e rg e o c h e m i c a li n d i c a t o r so fc h a n g e s ， t h e 9 0 c m l o n gc y l i n d r i c a l c o r ew a sd i v i d e di n t o f i v ep h a s e sa b o u tt h eh i s t o r i c a l a c c u m u l a t i o no fp h o s p h o r u s t h ef i r s ts t a g e ( 9 0 6 5 c m ，16 8 0y e a r sa g o ) ：t h ec o n t e n t so fp h o s p h o r u ss p e c i e s ， m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t ya n dm e t a le l e m e n tc o n t e n t sw e r em o r es t a b l ei ns e d i m e n t s ，a n d p h o s p h o r u sc o n t e n t sw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h em e t a le l e m e n tc o n t e n t s ，s h o w e dt h a tt h e m a i ns o u r c eo fp h o s p h o r u sw a sn a t u r a li n p u ti ns e d i m e n t s t h es e c o n ds t a g e ( 6 5 5 4 e r a ，16 8 0 17 6 0y e a r s ) ：i nt h i ss t a g e ，t h ec o n t e n t so ft p i n c r e a s e di nt h es e d i m e n t s ，p a r t i c u l a r l yn a o h pa n do pc o n t e n t s ；m e t a le l e m e n tc o n t e n t s a n dm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t ya l s os i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，r e f l e c t i n gt h a tt h et o p s o i le r o s i o n h a di n c r e a s e d ，a n dr e l a t e dt ot h er a p i di n c r e a s eo fp o p u l a t i o n ，d e f o r e s t a t i o na n da g r i c u l t u r a l s c a l ei nt h i sr a p i d t h et h i r ds t a g e ( 5 4 - 2 5 c r n ，17 6 0 - 19 5 0y e a r s ) ：t h ec o n t e n t so fp h o s p h o r u ss p e c i e s ， m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t ya n dm e t a le l e m e n tc o n t e n t sm a i n t a i n e da tar e l a t i v e l yh i g hl e v e l ， t h el a t e ( 18 6 0 19 5 0y e a r s ) d e c r e a s e d ，r e f l e c t i n gt h e i m p a c t o fh u m a na c t i v i t i e s ( a g r i c u l t u r e ) t h em a i nd r i v i n gf a c t o rw a sas h a r pi n c r e a s eo fp h o s p h o r u si n p u tf l u xt h a t i i i s e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e rb e s i d e sa g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n t t h ed i s t r i b u t i o no ft o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) c o n t e n t si ns u r f a c es e d i m e n t s w e r e 2 21 9 - 16 51 1 m g k 岛a n dt pi nt h ew e s t e mr e g i o nw a sh i g h e rt h a nt h ee a s t e r nr e g i o n ，a n d t pi nt h en o r t hr e g i o nw a sh i g h e l t h a nt h es o u t hr e g i o ni nc h a o h ul a k e t h em a i n l y p h o s p h o r u sf o r m sw e r en a o h pa n do p , a n dt h e i ra v e r a g ec o n t e n t sw e r ea c c o u n t e df o r 4 0 a n d3 0 o ft pc o n t e n t , n e x tw a sh c l pt h a tt h ea v e r a g ec o n t e n tw a sa c c o u n t e df o r 19 o ft p c o n t e n t ，w h i l et h ea v e r a g ec o n t e n to ft h eb i o a v a i l a b i l i t yo fs r pw a s6 4 m g k g , a c c o u n t i n gf o r1 o ft pc o n t e n t t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fs r pa n dn a o h pc o n t e n t s w e r ec o n s i s t e n to ft pc o n t e n t ，t h eh i g h e s tc o n t e n tw a si nt h ew e s t e r nr e g i o n i nt h em a i n i n f l o wr i v e r s ，t h eh i g h e s tc o n t e n to ft pw a s2 8 5 8 9 m g k gi nt h en a n f e i h er i v e rw i t h n a o h pp r e d o m i n a n t l yw h i c hw a sa c c o u n t e df o r6 8 o ft pc o n t e n t ，t h er e m a i n i n g s u r f a c es e d i m e n t si nr i v e re s t u a r i e so fp h o s p h o r u sc o n t e n t sw e r e2 5 6 3 9 3 4 7 m g k g t h e m a i ni n f l o wr i v e r si ne s t u a r i n es e d i m e n t sw e r ec o n s i s t e n tw i t ht pi nw a t e r t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fp h o s p h o r u sr e l a t e dt op h o s p h o r u sa n dw a t e r s h e dg e o l o g i c b a c k g r o u n da n dm a n - m a d ep o l l u t i o ni nt h es u r f a c es e d i m e n t so fc h a o h ul a k ea n di t sm a i n r i v e r s t h em a i nr e a s o nl e a dt ot h e h i g h e l p h o s p h o r u sc o n t e n to fn a n f e i h er i v e ra n d w e s t e r nl a k ew a st h a tt h en a n f e i h er i v e ra c c e p t e dal a r g en u m b e ro fh e f e im u n i c i p a l 济南大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! 鼍曼詈詈! 詈詈! 詈! 詈! ! ! 鼍! ! ! ! 皇! ! 苎詈! 詈! 皇! ! ! ! 詈! 詈! 曼詈! 詈! 詈! 詈! ! ! ! ! ! 暑! 詈! ! ! 詈! ! 詈皇! 詈! 詈! ! ! ! 詈皇曼 e n r i c h m e n tf a c t o r s ( e f ) f o rp h o s p h o r u sf o r m sc o u l db eq u a n t i f i e dw i t ht h eh i s t o r y s e d i m e n t su s i n gb a c k g r o u n dv a l u e sa n da i 鹤t h er e f e r e n c ee l e m e n t t h ee f so ft pi n s u r f a c es e d i m e n t sw e r e1 0 7 5 ，t h en a n f i h er i v e re s t u a r yu pt o9 4 ，a n dt h ee f so f n a o h - p , o pa n dh c l 一pw e r e0 6 - 1 7 9 ，0 7 - 2 0 ，1 8 5 4 h c l 一ph a d n ts i g n i f i c a n tc h a n g et h a ti t p r i m a r i l yr e f l e c t e dn a t u r es o u r c e sf r o mr i v e rb a s i n k e y w o r d s ：c h a o h ul a k e ，s e d i m e n t ，p h o s p h o r u s ，s e d i m e n t a r yc h a r a c t e r i s t i c s ，h u m a n a c t i v i t i e s ，e u t r o p h i c a t i o n v 济南大学硕十学位论文 皇暑詈曼! 皇詈! 詈詈! 詈詈! ! 詈詈皇詈詈詈詈詈曼! ! ! ! ! ! ! ! 詈! ! ! ! 詈! 曼詈毫詈! 詈曼! 詈毫暑詈! 詈! 詈! 詈詈詈詈! ! ! ! 暑! ! ! ! ! ! ! 詈詈詈 1 1 选题依据及意义 第一章绪论 人居大陆环境已成为过去全球变化研究( p a g e s ) 的重要议题。作为人居大陆 环境的重要组成部分，湖泊及其流域自古以来是人类生活、生产最为集中的地区。随 着人口增加、社会物质文明的不断进步和工农业生产持续高速发展，以湖泊水质恶化 为特征的富营养化及生态系统退化已危及人类生存和水资源安全，成为许多国家和地 区制约经济持续发展的主要因素【1 捌。 长江中下游地区是我国浅水湖泊最集中的地区，面积超过lk m 2 的湖泊多达6 5 1 个，面积大于1 0 0 k m 2 的有1 8 个，我国五大淡水湖中有四个湖泊( 鄱阳湖、洞庭湖、 太湖、巢湖) 分布于此【2 】。其中，巢湖与太湖等众多湖泊污染与富营养化问题日益突 出，是湖泊所面临的最迫切需要治理的环境问题。 研究表明，水体生产力受到氮磷浓度的影响，其中磷是我国湖泊富营养化的主要 影响因子【3 】，目前富营养化治理主要以控制水体中的磷为主。国内外研究表明，湖泊 环境治理需要遵循湖泊演化的自然规律，正确认识人类活动对湖泊环境的影响 4 - 6 。 由于现代湖泊的环境监测多始于湖泊生态系统出现恶化之后，记录时间相对较短( 最 近2 0 3 0 年) ，不足以提供人类干扰前后生态系统变化、不同演化阶段环境变率、生 态系统目前所处相位及今后发展趋势等方面的信息，对湖泊污染的治理或减缓措施的 制定，缺乏环境变化机理方面的理论支撑，措施与效果之间存在较大差距。湖泊沉积 物作为流域物质迁移的“归宿，具有沉积连续、沉积速率大、分辨率高、信息量丰 富的特点，保存有湖区自然环境变化和人类活动方式及强度变化对环境影响的丰富信 息【7 8 】，通过湖泊沉积指标的研究能够反演湖泊环境演化的过型9 1 0 1 ，湖泊沉积记录的 连续性还可以弥补历史记载中的不足，为科学认识目前我国湖泊面临的环境问题，制 定科学有效的治理措施提供参考背景。 位于安徽省的巢湖是长江中下游地区富营养化最为严重的湖泊之一，受到流域人 为污染及富磷地质背景的影响，巢湖营养本底较高，历史时期( 1 8 0 0 年前后) 曾存 在富营养化( 羊向东，未发表资料) ，巢湖营养演化历史与磷的来源关系如何，表层 沉积物磷等污染物的富集特征及其与流域人类活动的关系如何，目前还缺乏全面系统 的研究。本文通过巢湖表层沉积物及沉积岩芯中磷的赋存特征及相关地球化学指标的 分析，结合流域人类活动代用指标的分析，研究不同历史时期人类活动影响下巢湖沉 1 巢湖沉积物磷的蓄积特征研究 积物中磷的蓄积特征，为正确认识人与自然作用下巢湖环境演化特征，科学有效的进 行富营养化治理提供理论依据。 1 2 湖泊沉积学研究进展 1 9 世纪中期，对湖泊研究开始兴起，主要侧重于湖泊的水文和水化学，1 9 世纪末 期，f o r e l 出版的一系列关于g e n e v a 湖的专著，标志着湖泊学成为一个专门的学科【】， 到2 0 世纪2 0 年代，湖泊沉积研究逐渐得到发展【1 2 】。随着湖泊学的逐渐成熟，对湖泊 沉积所记录的环境演变也逐渐受到重视。2 0 世纪5 0 年代，k u l l e n b e r g 等通过对沉积岩 芯较为系统的物理化学指标分析，认为湖泊沉积岩芯记录了湖泊演化历史和营养状况 【1 3 】，湖泊沉积记录可以揭示流域的自然环境及人为活动影响的重要事件。随着新技 术和新方法的应用，湖泊沉积学蓬勃发展起来，内容涉及古气候变化、湖泊环境演化、 湖泊富营养化和水污染的历史记录等诸多方面，生物指标和地球化学指标得到广泛应 用。近年来，以精确定年和环境要素代用指标定量化为基础，根据湖泊沉积记录特征， 揭示湖泊流域生态环境变化过程，定量评估人类活动的影响成为湖泊沉积学新的研 究方向。 我国系统的开展湖泊沉积研究始于中国科学院于1 9 5 7 年召开的湖泊科学工作座 谈会，于次年在南京成立了湖泊研究室。2 0 世纪8 0 年代中期之前，研究的重点是中、 新生代盆地的古湖泊与环境之间的关系，8 0 年代末期以来，则是紧跟国际全球气候变 化研究的热点，研究人员分别对青藏高原、长江中下游、云南地区区域环境与全球变 化关系进行了研究，获得了大量珍贵的资料和成果【1 4 】。在全球变化和国际大陆钻探 计划的影响和倡导下，我国先后在云南省鹤庆古湖、青海省青海湖等湖泊实施了钻探， 获得了百万年时间尺度的沉积岩芯，分析了长时间尺度下湖泊环境演化和古气候变化 的信息【1 5 , 1 6 。在开展湖泊环境自然演化及古气候记录研究的同时，短时间尺度湖泊沉 积记录的流域人类活动与自然环境演化逐渐受到关注。 在湖泊沉积研究中，综合环境指标的分析至关重要，主要包括粒度、矿物、元素 含量、磁性参数、有机碳同位素、碳酸盐含量、孢粉、硅藻、介形类等。如通过对湖 泊沉积物粒度的分析，可以推断沉积环境和区域气候变化【1 7 之1 1 。t h o m p s o n 、o z d e r m i r 和王俊达等人利用磁性参数特征来分析相应的环境变化信息【2 2 之5 】。气候变化可以用磁 化率表示，张振克认为在陆地封闭的湖泊沉积物中频率磁化率高值段指示气候偏湿阶 段，低值段指示气候干旱阶段【2 6 1 ，有机质稳定碳、碳酸盐氧和碳同位素等指标也可 指示气候变化特征 2 7 - 3 0 】。生物指标方面，硅藻组合可以反映包括湖水p h 、盐度、营 2 l i 趼雨大掌坝十学位论文 曼! 鼍詈! 詈詈暑詈! ! 詈詈! 皇! ! 詈詈皇! 皇詈詈詈! 曼! ! ! 皇詈皇! 皇! ! ! ! ! 鼍鼍詈! 皇詈! 詈詈皇苎! 詈詈! ! 詈鼍! 詈! 詈! ! 詈曼詈詈詈! 曼曼鼍 养状态，指示了气候变化和人类活动影响【3 1 。3 1 。花粉记录结合考古记录和历史档案， 可以反映人类活动对湖泊所造成的干扰等3 4 1 。湖泊现代沉积过程受到流域人类活动 的影响，采用2 1 0 p b 及1 3 7 c s 等定年技术，可以获得近2 0 0 年来人类活动及自然环境变 化对湖泊现代沉积过程的影响【3 粥7 1 。 近年来，我国湖泊富营养化问题日益突出，磷是我国湖泊营养态的主要影响因子， 输入湖泊水体中的磷除了少部分被生物利用之外，大部分储存于沉积物中，通过沉积 物中磷的含量、形态组成及各种代用指标的分析，揭示其来源特征，进而掌握湖泊环 境演化的过程，已成为目前的研究热点之一【3 8 删。磷的形态大体上分为弱吸附态磷、 碳酸盐结合态的磷、f e 和a l 束缚态磷、易提取的生物磷、钙矿物磷( 如磷灰石) 、 难溶的有机磷【4 ，关于磷形态的提取，w i l l i a m s 、h i e l t j e s 、g o l t e r m a n 、r u t t e n b e r g 等 人给出了不同的提取磷形态的方法。vr u b a n 对以上学者的提取方法进行了比较分 析，认为w i l l i a m s 的方法简单实用，且结果具有可比性和可操作性【4 2 1 ，将沉积物磷 形态分为铁结合态磷( f e - p ) 、钙结合态磷( c a p ) 、无机磷( p ) 、有机磷( o p ) 及总磷( t p ) ，对探讨磷的来源及潜在风险具有良好的指示意义1 4 3 】。 1 3 研究思路及本文技术路线 研究思路如图1 1 所示，论文以巢湖为研究对象，首先对巢湖的历史、自然与社 会环境等基础资料进行搜集整理；采集所需的表层样品和柱状岩芯样品，将样品带回 实验室分析。底泥的t p 采用钼锑抗分光光度法测定，磷的形态提取采用s m t 法得 到，通过2 1 0 p b 和1 3 7 c s 定年方法建立沉积岩芯年代序列。通过沉积物中磷的含量、 形态分析、结合磁化率、金属元素和有机质等指标，研究表层沉积物中磷的蓄积及人 为污染特征，揭示历史时期磷的输入演化，探讨其与湖泊营养演化、人类活动之间的 关系。 3 巢湖沉积物磷的蓄积特征研究 现 指标分析( 磷含量与形态、年 j 力 代代、金属、磁化率等) 史 时 环 期 境 = l上 人 监 类 测 活 资 表层沉积物磷的赋历史时期磷赋存特征及 动 料资 存与人为污染特征其与流域人类活动关系 料 巢湖营养演化及其人为活动贡献 图i - i 技术路线图 4 济南大学硕七学位论文 第二章研究区概况 2 1 自然地理特征 2 1 1 地理位置 巢湖位于安徽省中部，属于长江下游左岸水系，介于n 3 1 0 2 5 3 1 0 4 3 、 e 1 1 7 0 1 6 1 1 7 0 5 1 之间，面积约为7 6 9 5 k m 2 ，平均水深2 7 m ，是中国的第五大淡水湖 泊。巢湖因形状类似鸟巢，春秋战国时属楚境巢国，故名巢湖。巢湖流域面积为1 33 5 0 k m 2 ，跨安徽省的合肥市、巢湖市和舒城县，主要入湖河流有南淝河、派河、杭埠河、 2 1 2 巢湖成因及演变 图2 1 巢湖流域示意图 巢湖流域位于塔里木中朝板块和华南东南亚板块的交汇地带，从第三纪开始， 巢湖所在地区由于地壳的运动，板块断裂断陷，形成了较大面积的断陷湖。其湖盆 底部沉积物是上更新统下蜀系粘土，属于晚更新世，与沿岸广泛分布的粘土同属一 个时代，说明从更新世晚期开始存在泥沙沉降，形成巢湖雏形。它的形成，主要受 到该区域多组方向、活动强烈的断层所影响，主要有郯庐断裂、全椒槐林断裂、合 肥槐林咀断裂、巢县合肥断裂、防虎山断裂、杭埠河断裂和桐城自湖断裂等，湖 巢湖沉积物磷的蓄积特征研究 泊最大面积可达到2 0 0 0 k m 2 以上。更新世晚期至全新世，大量泥沙不断流入湖内， 湖盆下沉趋势显著，使得湖水面积减小。据史料记载，仅宋代以前的2 0 0 多年间， 湖泊面积缩小了五分之一。在地质构造控制下，现代巢湖湖盆仍在变化发展中，主 要表现在北岸及东岸崩塌扩张，西岸淤积抬升。1 9 5 9 年开工建设的巢湖闸，使得巢 湖受到人类活动的控制，湖水上升，使得大量滩地没入湖底；输入泥沙的蓄积增多， 使得湖盆淤塞加剧【4 4 1 。 2 1 3 气象气候 巢湖流域处于中纬度地带，属于北半球亚热带季风气候区，气候温和湿润，雨量 充沛，光照充足。年平均温度为1 5 - 1 6 c ，7 月份气温最高，平均气温为2 8 3 0 c ，1 月份气温最低，平均气温为2 - 3 c 。冬季盛行东北风，夏季盛行东南风。 流域内降水量年际变化较大，年内季节分布不均。多年平均降雨量为l l o o m m ， 最大年平均值1 4 5 0 m m ，最小年平均值6 3 0 m m 。每年的6 、7 月份为梅雨季节，雨量 集中，可形成较大的地面径流，其中5 - 9 月的降水量可占全年降水量的6 5 左右。 2 1 4 地形地貌 流域内广泛分布第四纪上更新统和全新统粘土、亚粘土，裸露基岩多分布于河流 的源头，主要有元古界变质岩、中生界火山或沉积碎屑岩、侵入岩以及碳酸盐岩等， 中、下游均为未固结的松散地层。流域若按地貌成因类型大致上可分为构造侵蚀地貌、 侵蚀剥蚀地貌和侵蚀堆积地貌4 4 4 5 1 。 构造侵蚀地貌主要位于流域西部大别山区，东部及东南部凤凰山区及银屏山区， 北部浮槎山区等。海拔高度一般在4 0 0 5 0 0 m ，地貌特征是沟谷发育，山岭纵横，多 为河流的溯源地及上游地段。 侵蚀剥蚀地貌主要位于流域东南部及西部，以浅切割低山区丘陵和丘陵岗地为代 表，前者分布于流域南部冶父山，东南部耙耙山，以及中部与中切割低山区的接壤部 位，海拔高度一般在2 0 0 3 0 0 m ，地貌特点是河谷较宽，山坡较缓，多为河流支流、 小溪的交汇地段，属浅切割的侵蚀剥蚀地貌；后者主要分布于流域西部防虎山及低山 丘陵区，海拔高度一般在l o o m 左右，地貌特点是河谷较宽，山坡较缓，多为河流干 流地段，属侵蚀剥蚀地段。 侵蚀堆积地貌主要分布在河流中下游两侧及沿湖冲积平原，以岗冲地和冲刷平原 为代表，前者主要分布在低山丘陵和冲积平原之间，海拔高度多为s o - l o o m ，地形特 6 出入湖共有河流3 5 条，水系分布不对称，入湖河流主要分布于流域北、西、南 三面，其中杭埠河、白石天河、南淝河发源于西部及北部的山地，占巢湖流域面积 7 0 左右；兆河、炯炀河、柘皋河等南部与北部河流长度短、水量小；湖水经裕溪河 注入长江【4 5 1 。 ( 一) 南淝河 发源于肥西县长岗乡的将军岭，经合肥市区、肥东县入巢湖，全长7 0 k i n ，流域 面积1 4 4 6 k m 2 ，是合肥市的重要水运通道，被称为合肥的母亲河，径流量占到巢湖入 湖河流径流量的9 4 。南淝河接纳了来自合肥市、肥东县的城市生活及工业废水， 是目前巢湖流域污染较为严重的河流之一。 ( - - ) 杭埠河丰乐河水系 杭埠河位于巢湖西部，其源头是大别山北坡低山区，上游坡陡流急，冲刷剧烈； 中下游河床开阔，河道弯曲，流量变化幅度较大，位于中游的龙河口水库是杭埠河重 要的水量与泥沙调节枢纽。丰乐河位于巢湖西部，源头为丘陵岗地以及大别山区域， 河槽多为陡坡，河床侧方侵蚀、泥沙淤积较为严重。二条河流在三河汇合后入巢湖， 径流量占到巢湖入湖河流径流量的5 5 5 。 ( 三) 裕溪河及巢湖闸 裕溪河是巢湖的唯一出湖河流。位于巢湖口和裕溪河连接处的巢湖闸，始建于 1 9 5 9 年，1 9 6 4 年投入使用，它是一项控制巢湖水位、通航、渔道等功能的综合性工 程。巢湖闸枢纽加固扩建工程于2 0 0 1 年提上日程，2 0 0 3 年完工，有效解决了航运、 防洪等矛盾。 2 2 社会经济概况 巢湖流域包括合肥市( 市区、肥东县、肥西县) ，巢湖市( 市区、庐江县、无为 县、和县、含山县) ，六安市( 舒城县) ，自然资源丰富，工农业经济较为发达。2 0 0 5 年流域内人口8 6 4 万，g d p l 0 9 3 亿元，是安徽省经济和社会发展水平较高的区域4 6 4 刀。 2 2 1 自然资源 巢湖流域是著名的“鱼米之乡 ，整个流域土地利用类型以农业用地为主，林业 7 巢湖沉积物磷的蓄积特征研究 用地偏少( 表2 1 ) 。耕地面积占到土地利用总面积的6 0 以上，但2 0 0 8 年与1 9 7 9 年相比，耕地面积略有减小，从1 9 7 9 年的6 4 4 降低到2 0 0 8 年的6 2 5 ，减少面积 约为2 7 1 8 k m 2 ；林地面积呈减少的趋势；建设用地面积增长较快。城镇化、工业化 以及人口的增长是驱动土地利用变化的重要因素。 巢湖土壤总磷含量平均值为5 4 0 m g k g + 8 1 ，空间变化较大，河流两侧土壤全磷含 量相对较高，在城市周边地区，也往往形成局部的全磷高含量区。这种分布格局是土 壤的成土母质类型、环境条件、人类经济活动综合作用的结果。 表2 11 9 7 9 2 0 0 8 年巢湖流域_ 十地利用结构变化 济雨大学硕十学位论文 鼍! 鼍皇詈詈詈! 鼍詈詈! 曼詈! 詈! 皇詈! 詈詈皇詈皇皇詈鼍詈! 鼍皇鼍皇詈皇暑鼍皇皇鼍曼詈皇皇詈皇皇詈皇! 鼍皇詈詈喜鼍穹暑! 詈皇鼍詈! 毫詈寰 八字1 3 龙门一带，主要是元古界震旦系和古生界寒武系含磷地层，由于植被覆盖度 较高，地层出露情况较少；而位于流域西部北山口白马山一带的下元古界横山组和 浮搓山组含磷地层，多出露在地表，该区也成为不同规模磷矿的开采集中地【4 5 1 。流 域内含磷地层中p 2 0 5 的含量一般在1 0 - 3 0 之间，局部富磷地层中p 2 0 5 含量高达3 8 。含磷地层岩性往往比较松软，地层出露区差异风化剥蚀作用强烈，成为巢湖磷的 潜在污染源。 2 2 2 工农业经济 巢湖流域农业是以种植业为主，水产养殖业为辅的多种经营，多个县区先后进入 全国粮、油百强县行列，是长江中下游重要的蔬菜生产基地和水产品基地。工业经济 比较发达，其中合肥市所占最大，巢湖市的工业经济已有了一定的规模。合肥重要年 份的国民经济指标如表2 3 所示，除耕地面积逐年缩小外，其它指标逐年递增。2 0 0 8 年，合肥市实现生产总值( g d p ) 1 6 6 4 亿元，其中工业经济6 5 4 亿元，重点产业( 汽 车、装备制造、家用电器制造、化工及橡胶轮胎制造、新材料、电子信息及软件、生 物医药和食品及农副产品加工业) 实现增加值4 1 2 3 6 亿元1 4 6 1 ；巢湖市实现生产总