模擬滇池水質(zhì)變化對(duì)沉積物氮磷釋放的影響

楊 趙，楊育華，李宗遜

(1.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心,云南 昆明650034；2.昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明650032)

模擬滇池水質(zhì)變化對(duì)沉積物氮磷釋放的影響

楊 趙1，楊育華2，李宗遜2

(1.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心,云南 昆明650034；2.昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明650032)

通過(guò)添加配制的氮、磷含量達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水的模擬方法，研究上覆水水質(zhì)變化對(duì)沉積物氮磷釋放的影響。結(jié)果表明添加不同水質(zhì)的試驗(yàn)水200 d后，上覆水TN含量變化與添加試驗(yàn)水的氮含量無(wú)關(guān)；而TP含量則隨添加試驗(yàn)水磷含量增加而升高。長(zhǎng)期持續(xù)添加Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后沉積物成為上覆水氮磷的源。

水質(zhì)變化；上覆水；間隙水；沉積物；氮磷釋放；滇池

滇池水污染治理工作受到各級(jí)黨和政府的高度重視。“十二五”期間隨著環(huán)湖截污、外流域引水及節(jié)水、入湖河道整治、農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源治理、生態(tài)修復(fù)與建設(shè)、生態(tài)清淤六大工程的實(shí)施，以及健康水循環(huán)體系的構(gòu)建，滇池水環(huán)境質(zhì)量有好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。牛欄江-滇池補(bǔ)水工程作為滇池富營(yíng)養(yǎng)化治理的重要舉措之一，每年從牛欄江調(diào)水約5.66億m3。牛欄江-滇池補(bǔ)水工程對(duì)滇池水質(zhì)的改善一方面與調(diào)水水質(zhì)有關(guān)，同時(shí)也與湖泊沉積物與上覆水中污染物的動(dòng)態(tài)平衡有關(guān)。沉積物是湖泊及其流域中營(yíng)養(yǎng)鹽及其它污染物的重要?dú)w宿和蓄積庫(kù)。沉積物中蘊(yùn)藏的營(yíng)養(yǎng)鹽可以在一定的環(huán)境條件下向上覆水體釋放。這種潛在釋放能力的大小主要取決于湖泊沉積物及其上覆水體的物理化學(xué)和生物特性的改變[1]。研究表明上覆水的營(yíng)養(yǎng)鹽水平可對(duì)沉積物中氮的釋放產(chǎn)生影響，當(dāng)上覆水的營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷降低后，沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽易釋放到水體[2,3]。在內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽釋放過(guò)程中，間隙水扮演著重要角色, 是水體界面交換的重要介質(zhì)[4]。目前關(guān)于沉積物理化性質(zhì)[5-7]、風(fēng)浪[8,9]及各種生物[10-13]對(duì)沉積物氮磷釋放影響因素的研究較多，但關(guān)于上覆水水質(zhì)變化影響沉積物氮磷釋放的研究少見(jiàn)報(bào)道。

牛欄江-滇池補(bǔ)水工程通水后，每年向滇池補(bǔ)充5.66億m3的Ⅲ類(lèi)水，入湖后將對(duì)滇池的劣Ⅴ類(lèi)水有稀釋作用，隨著滇池水質(zhì)的好轉(zhuǎn)，沉積物氮磷的釋放會(huì)受到什么影響，本研究試圖通過(guò)模擬試驗(yàn)回答該問(wèn)題。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)沉積物采自滇池南岸北山灣水域。將沉積物中的石子、水草及其它雜物揀出后混勻，取樣作理化分析，余下沉積物分別裝入高2m，底為0.5×0.5m的3個(gè)玻璃缸中，每缸裝入0.125m3。再向玻璃缸中加入1.2m深的取自同一地點(diǎn)的滇池上覆水。在玻璃缸四周?chē)虾谏陉?yáng)網(wǎng)，以遮擋四周的光線。待系統(tǒng)穩(wěn)定3d后，試驗(yàn)開(kāi)始前分別取上覆水、間隙水進(jìn)行分析。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，每天定時(shí)從玻璃缸取出1L水后，分別向3個(gè)玻璃缸中加入1L配制的試驗(yàn)用水。試驗(yàn)用水按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)水污染物限值中相應(yīng)的氮磷含量用分析純NH4NO3和NH4H2PO4配制。試驗(yàn)在滇池南岸北山村的民房敞開(kāi)院落中進(jìn)行。

1.2 取樣與分析

分別在試驗(yàn)開(kāi)始后的15d、30d和200d分別取上覆水和間隙水水樣，測(cè)定其TN、TP濃度。上覆水用虹吸管直接吸取玻璃缸中部水體獲取。間隙水采用自制的間隙水連續(xù)采集裝置[14]獲取。取樣時(shí)，先將之前積存的間隙水抽走，讓采集裝置平衡12h后再抽取間隙水作為當(dāng)天的樣品。

水樣總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行分析處理。根據(jù)上覆水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度隨時(shí)間的變化，計(jì)算沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽的表觀通量。計(jì)算公式為[15,16]：

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 添加不同水質(zhì)試驗(yàn)水對(duì)上覆水及間隙水TN、TP含量的影響

(1)添加不同水質(zhì)試驗(yàn)水對(duì)上覆水及間隙水TN含量的影響

添加不同氮磷含量的試驗(yàn)水后，玻璃缸中上覆水和間隙水的TN含量變化較大。短期內(nèi)上覆水與間隙水TN含量先升高(15d)，再降低(30d)，而200d時(shí)，添加Ⅲ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后與試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的上覆水TN含量相比變化不大，添加Ⅳ類(lèi)試驗(yàn)水的上覆水TN含量略有降低。200d時(shí)添加不同氮磷含量試驗(yàn)水后間隙水總氮含量均明顯降低(圖1)。

(2)添加不同水質(zhì)試驗(yàn)水對(duì)上覆水及間隙水TP含量的影響

向玻璃缸中加入Ⅲ類(lèi)試驗(yàn)水后上覆水TP逐漸下降，30d下降幅度變小；加入Ⅳ類(lèi)試驗(yàn)水后上覆水TP短期逐步下降，但200d略有升高；加入Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后上覆水TP短期內(nèi)略有下降，但200d上覆水TP含量明顯升高。短期內(nèi)向玻璃缸中添加Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)試驗(yàn)水后，間隙水TP含量略有降低，但200d間隙水TP含量明顯升高；添加Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后間隙水TP含量逐步升高(圖1)。

2.2 添加不同水質(zhì)試驗(yàn)水對(duì)沉積物氮磷通量的影響

通過(guò)計(jì)算沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽的表觀通量結(jié)果，表明短期內(nèi)添加Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后，相對(duì)于上覆水沉積物成為氮匯，但Ⅲ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水加入后，沉積物卻成為磷源；經(jīng)200d持續(xù)添加Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后沉積物成為上覆水氮磷的源，且添加Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水的氮磷通量高于Ⅳ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)(圖2)。持續(xù)添加較為清潔的Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)試驗(yàn)水后沉積物釋放氮磷的通量低于添加Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水的，與已有研究結(jié)果認(rèn)為的上覆水的營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷降低后，沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽易釋放到水體[2]不同。這種差異可能是由于沉積物氮磷釋放不僅受上覆水及沉積物性質(zhì)的影響，還受沉積物中微生物、底棲動(dòng)物等生物的影響。有研究表明水絲蚓擾動(dòng)能夠促進(jìn)沉積物中溶解活性磷向上覆水的釋放[17]。

3 結(jié)論

沉積物向上覆水釋放氮磷受多種因素的影響，其中上覆水氮磷含量的改變是影響因素之一。添加不同水質(zhì)的試驗(yàn)水200d，上覆水TN變化與添加試驗(yàn)水的氮含量無(wú)關(guān)；而TP含量則隨添加試驗(yàn)水磷含量增加而升高。長(zhǎng)期持續(xù)添加Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)試驗(yàn)水后沉積物成為上覆水氮磷的源。

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Simulation Study on impacts of Water Quality Change on Nitrogen and Phosphorus Release in Sediments in Dianchi Lake

YANG Zhao1, YANG Yu-Hua2, Li Zong-xun2

(1. Yunnan Center of Environmental Engineering Design，Kunming Yunnan 650034, China)

Different dosages of nitrogen and phosphorous were added to the water samples to simulate various water quality standards (Ⅲclass and Ⅳclass and Ⅴclass) in order to observe the releases of nitrogen and phosphorous from the sediment. The results indicated that the content of TN in water phase was not correlated with the added water. However, the content of TP increased when the TP content in added water went up. Therefore, the sediment could become the sources of nitrogen and phosphorus of the water phase with a long-term of continuous addition of water with different standards.

water quality change; overlying water; interstitial waters; sediments; nitrogen and phosphorus release; Dianchi Lake

2017-02-22

楊趙(1982-)，男，漢族，工程師。

X52

A

1673-9655(2017)04-0015-03