東平湖濕地水質(zhì)動(dòng)態(tài)及其凈化功能分析

來源：http://m.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時(shí)間：2019-07-22

　　摘要：以2009年-2011年的實(shí)地監(jiān)測資料和前人的研究資料為基礎(chǔ)，分析了東平湖濕地水型、湖水營養(yǎng)鹽的時(shí)空變化特征以及濕地植物、土壤、水文的凈化功能，并探討了水質(zhì)變化原因和凈化機(jī)理。結(jié)果表明：人為干擾作用下，東平湖水型已由20世紀(jì)80年代的碳酸鹽型轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}型;由于入湖河流污染，湖泊入湖口比出湖口總氮、總磷含量明顯要高;經(jīng)過治理，21世紀(jì)比20世紀(jì)90年代總氮、總磷的含量分別降低了16%與48%;菹草對總氮、總磷的去除率分別達(dá)85%與54%;豐水期與枯水期的總氮、總磷含量均比平水期少，因此東平湖濕地凈化功能與土壤、植物、水文狀況以及人為干擾有著密切的關(guān)系。

　　關(guān)鍵詞：東平湖;濕地;水質(zhì);凈化功能;水過程線;總氮;總磷

　　濕地是水體到陸地的自然過渡地帶[13]，可以通過攔截與沉積作用、過濾作用、化學(xué)沉降和吸附、微生物及植物吸收等過程，降低各種污染物的濃度如氮、磷、懸浮物、重金屬和有機(jī)污染物，所以，濕地又被稱作自然界的“腎臟”[45]。已有研究表明[612]，濕地消除污染物的能力與植物、土壤動(dòng)物、微生物以及土壤特性等非生物因素有密切關(guān)系：濕地植物通過對周圍水體及沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，來降低污染物濃度，比如植物根系對氮的固定能力要高于沉積物[13];土壤動(dòng)物的活動(dòng)可以促進(jìn)土壤微生物的繁衍,對消除污染物起到極大的協(xié)助作用[14];濕地土壤在垂直方向上對氮和磷具有很強(qiáng)的濾過截留作用[15]，入河污染物的濃度和毒性借助水體的自凈作用可逐漸降低[16]，從而使入水口和出水水質(zhì)的色度、濁度等存在明顯差異[17]，這些過程可通過截留模型[15，18]來詮釋濕地對營養(yǎng)物質(zhì)的降解、去除。

　　東平湖是南水北調(diào)重要的水庫調(diào)蓄區(qū)，也是魯北輸水干線和東西輸水干線的樞紐，位于黃河、京杭運(yùn)河、汶河三大水系交匯地。該湖泊不僅是黃河下游僅存的天然湖泊和最大的滯洪區(qū)，還承擔(dān)著隨時(shí)分滯黃河洪水和接納大汶河河水的重任[19]，在國家水資源配置戰(zhàn)略中地位突出。因此，從維護(hù)東平湖濕地功能、保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與水資源的合理利用等方面來說，研究東平湖濕地水質(zhì)及凈化功能具有重要意義。

　　1研究區(qū)概況

　　東平湖位于我國山東省東平縣的西部，平均水深約2.5 m，是我國東部地區(qū)典型的淺水型湖泊，也是山東省第二大淡水湖泊。流域范圍內(nèi)，山區(qū)、丘陵、平原、湖泊交錯(cuò)分布。研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候：土壤類型主要為潮土[20]，降水分布不均勻，多年平均年降雨量為624.4 mm，多集中在7月-9月[21];四季分明，夏季高溫、高濕，冬季干冷少風(fēng)雪;平均氣溫13.6 ℃，氣溫年較差4.5 ℃左右，無霜期200 a，年日照時(shí)數(shù)2 401.1 h，年平均風(fēng)速2.8 m/s[22]。近年來，由于富營養(yǎng)化加劇，菹草(Potamogeton crispus L.)已成為初春至初夏東平湖中沉水植物的優(yōu)勢種。

　　圖5東平湖西南區(qū)水過程線上的氮磷差異季節(jié)變化與凈化能力

　　東平湖洪水期發(fā)生在7月-9月，2月-6月是枯水期，其它月份為平水期。根據(jù)各月10個(gè)采樣點(diǎn)的水化學(xué)成分的平均值做圖(圖6)可知，東平湖的總氮、總磷存在明顯的季節(jié)性變化，近兩年總氮、總磷最低的月份是在5月、7月、8月，氮、磷含量平水期大于豐水期，豐水期大于枯水期的現(xiàn)象。

　　由此可見，東平湖水量的變化也會(huì)引起氮、磷污染物的去除效果。究其原因，洪水期間入湖水量大，受蓄水能力的限制，必然會(huì)提閘泄洪，許多上浮的污染物隨出湖水流排出,加之豐水期水溫較高見圖6，為微生物和水生生物的生長活動(dòng)提供了良好的條件，促進(jìn)了水生生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，加速了東平湖污染物質(zhì)的降解，提高了湖泊的凈化能力;另一方面，洪水使流速場中的流速相對加大，水中的溶解氧增加，為土壤表面提供了好氧界面，促進(jìn)了化學(xué)和微生物反應(yīng)，一些污染物被降解[21];第三，洪水淹沒區(qū)土壤的通氣性差，而嫌氣性細(xì)菌如反硝化細(xì)菌等活動(dòng)性增強(qiáng)，有利于總磷和氨的去除[2829]。而在平水期，由于關(guān)閘蓄水，出湖水量減少，氣溫度較低，動(dòng)物、植物及微生物降解活動(dòng)減弱，而地面徑流、河流通暢，氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)能夠順利進(jìn)人湖泊[30,31]，并有所蓄積。此消彼長，自然造成洪水期東平湖湖中氮、磷含量低于平水期。圖6東平湖不同季節(jié)水化學(xué)成分的差異

　　Fig.6Content of chemical composition of water in different seasons in Dongping但是從圖6看出，不是豐水期的5月份湖水總氮、總磷的含量也相對較低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，5月份東平湖pH值平均值達(dá)9.3左右(圖6(c))，明顯高于其它月份，這是菹草生長對CO2和CO-3的大量利用所致[32]。研究表明，氮磷養(yǎng)分含量高的湖泥更有利于菹草植株的生長[33]，5月份淺型湖泊的東平湖具有菹草生長的適宜條件。菹草的根、莖、葉會(huì)對不同污染物進(jìn)行選擇性吸收：菹草根部主要從底泥中吸收正磷酸鹽[34];在pH為8.0~9.5、水溫為19 ℃~28 ℃的條件下[34]，菹草的莖葉會(huì)據(jù)氨態(tài)氮與硝態(tài)氮的濃度不同進(jìn)行選擇性吸收，從而明顯降低湖水營養(yǎng)鹽分。這也是5月份上覆水中總氮相對含量要低于總磷的主要原因。另外，枯水期河流流量極小，氮、磷進(jìn)入湖泊的機(jī)會(huì)減少[3031];可能也是東平湖枯水期氮、磷含量相對要低的原因之一。

　　4結(jié)論

　　(1)東平湖大湖區(qū)屬于堿性或微堿性水，從鹽分的空間分布可以看出，展?fàn)I、入湖口、老湖鎮(zhèn)、陳山口與湖心區(qū)相差不大，而其滯洪濕地稻屯洼與大湖區(qū)相比鹽分含量較高。在人類活動(dòng)的影響下，東平湖水型已由20世紀(jì)80年代的碳酸鹽型轉(zhuǎn)硫酸鹽型，稻屯洼濕地則為氯化鎂型水。

　　(2)從氮磷含量的年際變化來看，20世紀(jì)90年代至今東平湖的總氮、總磷含量較為豐富，2000年之后采取了治理措施，總氮與90年代相比降低了16%，總磷降低了48%。但大汶河仍然是東平湖總氮和總磷含量的主要來源。

　　(3)從湖泊水文過程的凈化能力來看，沿水過程線湖泊表顯出明顯的凈化功能，不同季節(jié)，凈化能力的強(qiáng)弱不同。5月份水過程線的中氮、磷含量的降低更為明顯，總氮由入湖口的2.56 mg/L,降低為0.39 mg/L,去除率達(dá)85%;總磷由入湖口的0.10 mg/L,降低為0.05 mg/L,去除率達(dá)54%;而7月份水過程線中總氮與總磷的去除率分別達(dá)51%和36%。

　　(4)從不同季節(jié)湖泊凈化功能的變化可以得出，近兩年總氮、總磷最低值出現(xiàn)豐水期，以及5月份菹草生長季節(jié)，表明地面徑流量、河流載體氮、磷含量、動(dòng)物、植物及微生物降解能力等對東平湖濕地凈化功能的發(fā)揮具有重要影響作用。

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