高州水库氮磷营养盐变化特征及水质管理对策

第34卷第1期生态科学34(1):31−372015年1月EcologicalScienceJan.2015收稿日期:2014-05-04;修订日期:2014-06-05作者简介:马腾飞(1988—),女,河南南阳人,硕士研究生,主要从事水环境监测与评价方面的工作,E-mail:[e-mail]*通信作者:黄莹波,男,高级工程师,长期从事水环境监测与评价方面的相关工作,E-mail:[e-mail]马腾飞,黄莹波.高州水库氮磷营养盐变化特征及水质管理对策[J].生态科学,2015,34(1):31−37.MaTengfei,HuangYingbo.CharacteristicschangeofnitrogenandphosphorusnutrientsandwaterstrategiesinGaozhouReservoir[J].EcologicalScience,2015,34(1):31−37.高州水库氮磷营养盐变化特征及水质管理对策马腾飞1,黄莹波*广东省水文局茂名水文分局,茂名525000【摘要】通过2012—2013年对广东省高州水库氮磷营养盐的趋势变化进行分析,探讨了水库中氮磷浓度的变化特征,并从水库管理与水动力学两方面对水库水质管理对策进行了讨论。研究结果表明:高州水库总氮、总磷浓度均表现为丰水期高,说明受强降雨的影响,农业面源污染携带大量的氮磷随地表径流进入库区,致使库区氮磷营养盐含量升高。其次,入库河流是库区氮磷营养盐的主要来源。氮磷比分析结果表明,高州水库流域内部分水体在时空上处于氮限制与磷限制交替出现的状态,且氮磷比与总磷呈现显著地正相关,进一步反应了高州水库水体主要处于磷素限制状态。水库上游集雨区人口分布集中,大量的生活排污与农业面源污染的输入是库区营养盐的主要来源;合理处理上游居民生活垃圾并严格控制工业污染,是降低库区营养盐的主要途径。此外,人为改变高州水库的出流方式,可以抑制浮游植物及藻类的生长,从而减少水库富营养化的可能。关键词：高州水库;营养盐;水质管理doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.01.005中图分类号：X55文献标识码：A文章编号：1008-8873(2015)01-031-07CharacteristicschangeofnitrogenandphosphorusnutrientsandwaterstrategiesinGaozhouReservoirMATengfei1,HUANGYingbo*MaomingDepartmentofGuangdongHydrologyBureau,Maoming,525000,ChinaAbstract:Weanalyzedthechangingtrendofnitrogenandphosphorusnutrientsduring2012to2013inGaozhouReservoir,discussedthevariationscharacteristicsoftheconcentrationofnitrogenandphosphorus,andpresentthestrategiesforthewaterqualitymanagementbasedonthereservoirmanagementandhydrodynamics.Theconcentrationoftotalnitrogenandtotalphosphoruswasinthehighlevelduringtheaboundwaterperiod,illustratingalargeamountofnitrogenandphosphorusnutrientsbroughtbytheagriculturalnon-pointsourcepollutionintothereservoir.Theentrancebranchriverswerethemainsourceofthenitrogenandphosphorusnutrientsofthereservoir.TheexperimentoftheratioofnitrogentophosphorusshowedthatpartsofwaterinGaozhouReservoirappearedalternatelyinthestageofrestrictionofnitrogenandphosphorus,andtheratioofnitrogentophosphorushadapositiverelationwithtotalphosphorus,reflectingtherestrictionstageofphosphorusinthewaterofthereservoir.Becauseoftheconcentrationofpopulationdistributionontheraincollectionareaofupperportionofthereservoir,thenutrientsweremainlyfromthelivingsewageandtheinputofagriculturalnon-pointsourcepollution.Propermeasurestodealwiththelivingsewageandcontroltheindustrialpollutioncandecreasetheinputofnutrientsinreservoir.Inaddition,changingthewayofdischargeofGaozhouReservoircaninhibitthegrowthofphytoplanktonandalgae,andreducethepossibilityofreservoireutrophication.Keywords:GaozhouReservoir;nutrients;waterqualitymanagement32生态科学34卷1前言目前湖库富营养化与蓝藻水华暴发问题日趋严重,大量的营养盐通过各种途径进入水体,使得氮磷浓度含量倍增,逐渐成为人们普遍关注的湖库富营养化控制焦点[1–3]。通常认为,湖库的富营养化是由于水体中营养盐的增加,导致藻类和水生植物快速生长、水质下降等一系列的变化,从而影响水的用途[4–5]。伴随着水库富营养现象发生的是许多浮游植物,尤其是那些具有浮力或运动能力的藻类,过度生长形成藻类的水华[6–8],并在水体表面大量聚集,形成肉眼可见的藻类聚集体,从而导致水体透明度下降、水体受到污染等问题的发生。湖库生态系统具有开放性与复杂性[9],其中氮磷是湖库生态系统中较为关键的营养盐因子,氮磷元素浓度的增长变化,是蓝藻水华暴发的重要参考依据,因此对这一方面的研究将有助于揭示蓝藻水华暴发机制。本文通过2012—2013年的监测,对高州水库氮磷元素浓度变化进行趋势分析,提出相应的防治对策,对水库蓝藻水华的暴发成因具有一定参考价值。2研究区概况高州水库位于鉴江上游,建于1959年底,集水面积1022km2,总库容11.5亿m3,昀大水深96m,是以工业用水和农田灌溉为主,结合防洪、发电、航运、养鱼等综合利用的大型水库,更是茂名市工农业生产和居民生活用水的主要水源,被誉为茂名乃至粤西鉴江中下游平原的“生命之库”。库区由良德、石骨两座水库通过一条人工运河连结而成,分别由库体的南、北边缘呈扇形汇入。名湖水库是高州水库东干渠引向茂名市河东水厂的中转站,是茂名市区重要的供水水源,整个库区为两条分开的长条形水库,中心连通渠将两个水库连成一个整体。近年来,随着人口增加,茂名市经济的快速发展,生产生活方式的转变以及养殖业发展的背景下,进入水库的污染物质大大增加,使得水库富营养化进程加快,间接影响着人们的饮水安全。在2009年高州水库暴发蓝藻水华后,每年都有不同程度的水华暴发,直接影响着茂名市居民生活的饮水安全,因此对高州水库与名湖水库的氮磷营养盐浓度变化趋势的研究显得越来越重要。3材料与方法3.1采样断面设置高州水库共布设6个采样断面,由北至南分别为良德水库黄塘水入口和大井河入口,石骨水库曹江入口,用于监测良德水库与石骨水库入库河流水质;其次在良德水库大坝与石骨水库供水口各布设1断面,用于监测良德库区与石骨水库供水口的表层水质。此外,选取名湖水库出口作为名湖水库的代表断面,与高州水库水质状况共同进行分析(如图1)。3.2采样与测定方法采样时间为2012年1月至2013年12月共进行月度采样24次。采样到达固定采样断面后,首先进行定位,测定当地气温、水温、透明度等物理指标,观察水环境质量状况,做好现场记录。用聚乙烯采样器采集表层0.5m处水样,根据国家或行业的标准方法,样品经过浓硫酸酸化后分别采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法与钼酸铵分光光度法对总氮、总磷进行测定(测定方法应标注参考文献,另需要一一对应),水质评价标准参照《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)。图1监测断面分布图Fig.1Distributionmapofmonitoringsection1期彭加喜,等.红海湾海产品体内重金属水平及人体暴露风险评估334结果与分析4.1总氮趋势分析2012年1月—2013年12月高州水库与名湖水库总氮浓度介于0.4—0.9mg·L–1之间,均值为0.6mg·L–1,达到国家《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类水标准;而高州水库的三条入库河流:良德水库黄塘水入口和大井河入口、石骨水库供水口总氮浓度的均值分别为1.02mg·L–1、1.14mg·L–1和0.96mg·L–1,平均为1.04mg·L–1,超出库区总氮浓度的1.73倍。因此可以认为,入库河流是库区总氮的主要来源。由图2显示,2012年1月—2013年12月三条入库河流总氮浓度均有3次波峰出现,昀高峰分别出现在2012年4—5月与2013年4月,次高峰出现在2012年1月与2013年11月。而波谷的出现总在波峰之后,有2次明显波谷,分别出现于2012年8月与2013年9月。昀高峰的出现都是在丰水期,第一场特大暴雨之后,随着地表径流的增强,农业面源将携带大量的氮素进入水体,使得入库河流总氮浓度升高[10]。2013年1月出现次高峰,这是由于枯水期间降雨量偏少,月平均温度到达20℃左右,水体径流强度减弱的原因;2013年11月再次出现次高峰,这是由于10月份降雨量仅有2.6mm,随着降雨量的增强,流域两岸被雨水冲刷后将农业面源污染带入水体。2012年与2013年高州水库库区与名湖水库总氮浓度相差不大,在均值0.59mg·L–1之间上下波动,研究期间有4次波峰出现(图2),昀高峰出现在2012年4月与2013年4月,其峰值是TN年平均值的1.4倍,其次在2012年7月、2012年12月与2013年4月,也各出现了一次小高峰。波谷也出现4次,分别于2012年2月,2012年11月、2013年3月与2013年8月,可以发前3次波谷总是出现在波峰之前。昀高峰的出现与入库河流一致,一方面是由于较大的降雨使得水库自身受雨水冲刷,将四周的面源污染带入库区,导致总氮浓度含量升高;另一方面可以说明入库河流是库区氮素的主要来源。而波谷出现表明库区氮素随降雨量变化不均,在不同季节的条件下,某一时期处于氮素抑制状态。4.2总磷趋势分析2012年1月—2013年12月高州水库与名湖水库总磷浓度介于0.01—0.07mg·L–1之间,均值为0.03mg·L–1,达到Ⅲ类水标准;而高州水库的三条入库河流:良德水库黄塘水入口和大井河入口、石骨水库供水口总磷浓度的均值分别为0.09mg·L–1、0.08mg·L–1和0.08mg·L–1,平均为0.08mg·L–1,超出库区总磷浓度的2.78倍。因此同样可以认为,入库河流是库区总磷浓度的主要来源。图2总氮趋势变化图Fig.2TrendvariationofTN34生态科学34卷由图3显示,监测期