2016—2019年山美水庫氮磷分布特征

王俊毅

(福建省泉州環境監測中心站，福建 泉州 362000)

水庫是人們重要的生活飲用水水源之一，由于人類活動輸入生物所需的大量N、P等營養物質，導致了水庫的富營養化，富營養化改變了水體的理化性質，破壞生態平衡，并對人體健康帶來危害，造成嚴重的經濟損失[1]。富營養化是中國湖泊普遍面臨的重要環境問題，是湖泊水體營養鹽含量不斷上升、生產力從低的貧營養狀態逐步向生產力高的富營養狀態過渡的一種現象[2-3]。隨著人類社會經濟的發展，全球性的水體富營養化現象日趨嚴重，已經成為世界性的水體污染問題[4-6]。蘇玉萍等[1]對福建省4個典型的大型飲用水源地水庫富營養狀況和污染成因進行綜合分析與評價，結果表明4個典型的大型飲用水源地水庫均已出現不同程度的富營養化。柴夏等[7]對大鐘嶺水庫進行為期1年的水質和生態系統的調查，發現氮磷營養鹽的濃度變化具有明顯的季節性，大鐘嶺水庫水體有向富營養化方向發展的趨勢。

山美水庫是閩南地區重要的水源保護區之一，被國家生態環境部列入國家良好湖泊生態環境保護計劃。山美水庫位于福建省四大江之一的晉江支流東溪中游，是福建省泉州市重要的水源保護區，兼具飲用水源地、防洪、發電、灌溉等多種功能，水庫集雨面積1 023 km2，年平均來水量14億立方米，總庫容6.55億立方米，為泉州市社會經濟發展提供了防洪安全和水資源供給保障。為了解近年來山美水庫富營養化程度的變化趨勢，本研究擬根據2016—2019年山美水庫進口、出口的總氮、總磷監測結果，分析其時空分布特征，以期為該水庫的氮磷污染防治提供一定的參考，服務于水庫的富營養化控制。

1 材料和方法

1.1 樣點設置

監測點位分別布設在水庫的進口、出口。根據水深情況，在監測點位垂線上設置上、中、下三個點，監測點位分布圖詳見圖1。

圖1 監測點位分布圖

1.2 監測時間

監測時間為2016年1月至2019年12月，每月一次。

1.3 分析方法

總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ636-2012)，總磷采用鉬酸銨分光光度法(GB11893-1989)。進、出口濃度均值為上、中、下三層濃度的均值，年度濃度均值為1月至12月濃度均值。

2 結果與討論

2.1 時間分布特征

2.1.1 年度分布結果

圖2為2016—2019年山美水庫進口、出口總磷和總氮濃度走勢圖。2016—2019年總磷總體呈上升趨勢，其中進口濃度范圍為0.026～0.037 mg/L，達Ⅱ類標準(GB3838-2002《地表水環境質量標準》，下同)，出口濃度范圍為0.015～0.025 mg/L，達Ⅰ、Ⅱ類標準。2016—2018年總氮呈上升趨勢，2019年有明顯下降，進口濃度范圍為2.11～2.75 mg/L，出口濃度范圍為2.02～2.61 mg/L，均低于V類標準。

圖2 山美水庫進、出口2016—2019總氮、總磷濃度走勢圖

2.1.2 年度分布結果分析

2016—2019年山美水庫進、出口氮磷總體上是呈上升趨勢，這與林志杰等[8]分析山美水庫2008—2011年的水質監測情況得出的該水庫富營養化程度基本為中營養狀態并有向中富營養轉變的趨勢基本一致。

水體營養鹽是指營養鹽的相對組成。梁作光等[9]介紹小塔山水庫富營養化污染的成因、對富營養化污染采取的防治措施，得出了降低水庫總氮總磷的含量及控制氮磷比是治理水庫富營養化污染的關鍵措施。總氮/總磷比值是決定水體藻類生物量的主要因子之一，它對藻類的暴發性生長具有重要指示作用。當TN/TP<7時，氮是限制性營養鹽；TN/TP在8～30之間為適宜藻類生長范圍；TN/TP>30，則磷將成為藻類生長的限制因子[8]。2016—2019年山美水庫進口總氮和總磷的比值范圍為59.8～85.7，出口比值范圍為91.4～139.5，表明該水庫磷為藻類生長的限制因子，對山美水庫流域采取禁磷限磷措施，更有利于保護水庫水質。

2.1.3 月度分布結果

圖3為2016—2019年山美水庫進口總磷、總氮月度走勢圖，圖4為2016—2019年山美水庫出口總磷、總氮月度走勢圖。由圖可知，進口總磷在4-9月濃度較高，進口總氮在3-8月濃度較高，出口總磷濃度月度分布總體較為平穩，而出口總氮濃度表現出的走勢與進口較為相似，豐水期濃度較高。

圖3 山美水庫進口2016—2019總氮、總磷濃度月度走勢圖

圖4 山美水庫出口2016—2019總氮、總磷濃度月度走勢圖

2.1.4 月度分布結果分析

月度分布結果可能與本地區3-9月降雨量較多，屬豐水期，造成較多的外源污染進入庫區有關。馬騰飛等[10]分析了高州水庫總氮、總磷濃度豐水期高是由于受強降雨的影響，農業面源污染攜帶大量的氮磷隨地表徑流進入庫區。山美水庫上游桃溪、湖洋溪沿岸和山美水庫周邊鄉鎮的耕地面積為10 494.8 ha，農田化肥、農藥流失易于將區域內的氮磷帶入庫區。氮、磷是藻類生長的必需營養物質，對藻類生長繁殖起著十分重要的作用，庫區的藻類等水生植物在繁殖的時候消耗降解了一部分的磷氮，造成了進、出口氮磷濃度的差異性。

2.2 空間分布特征

2.2.1 空間分布結果

由圖2可知，2016—2019年總磷出口與進口濃度比值分別為0.68、0.58、0.71、0.62，總氮出口與進口濃度比值分別為0.96、0.95、0.95、0.95，總磷、總氮進、出口年度趨勢較為一致。

圖5為山美水庫進、出口2016—2019總磷濃度上、中、下三層年度走勢圖。進口下層濃度基本高于中上層濃度，中層濃度略高于上層濃度。出口下層濃度基本會高于中上層濃度，中層濃度與上層濃度互有高低。無論進口與出口，總磷濃度下層都會較高。

圖5 山美水庫進、出口2016—2019總磷上、中、下三層濃度年度走勢圖

圖6為山美水庫進、出口2016—2019總氮濃度上、中、下三層年度走勢圖。總氮進、出口上層濃度基本會低于中下層濃度，中下層濃度基本一致。

圖6 山美水庫進、出口2016—2019總氮上、中、下三層濃度年度走勢圖

2.2.2 空間分布結果分析

總磷、總氮的進、出口年度趨勢較為一致，說明水庫對磷、氮每年的降解效果基本一致，且對磷有較好的降解作用。氮、磷降解作用不一致的情況，一方面可能是因為庫區內藻類等水生植物對氮磷吸收的差異，另一方面可能是因為氮相對磷的濃度較高，基數較大，不易于降解。

總磷所體現的空間分布情況，與底層水質受底泥、沉積物影響有一定關系。馬騰飛等[7]指出水庫底泥沉積物中積累了大量的磷元素，在合適的環境動力作用下，有可能再次釋放到水體中。

總氮所體現的空間分布情況，可能由于總氮上層受底泥和沉積物影響較小，中下層總氮受底泥和沉積物影響沒有明顯差異。

3 結論

(1)山美水庫近年來有富營養趨勢，2016—2019年進、出口總磷濃度在Ⅰ、Ⅱ類標準范圍，但總體呈上升趨勢；2016—2018年進、出口總氮濃度呈上升趨勢，2019年有明顯下降，但均低于V類標準。對進、出口總氮和總磷的比值分析，表明該水庫磷為藻類生長的限制因子。

(2)山美水庫2016—2019年進、出口總磷、總氮表現為豐水期濃度較高，可能與豐水期間較多的外源污染進入庫區有關。

(3)山美水庫總磷進、出口年度趨勢較為一致，進口濃度高于出口濃度，總氮亦表現出相似的趨勢，可能與分層水受底泥、沉積物的影響有一定關系，表明水庫每年對磷、氮的降解效果基本一致，對磷有較好的降解作用，對氮的降解作用較弱。