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长潭水库生态问题诊断与对策研究

所属栏目:推荐论文 时间:2021-04-10

  摘要选取长潭水库为研究对象,进行水环境因子和浮游植物群落特征分析,探讨水体氮、磷营养盐时空分布特征,阐明流域土地利用类型变化对水质影响以及驱动浮游植物群落季节性变化的主要环境因子,并根据主要环境问题提出针对性建议。结果表明:耕地和林地面源污染是水体总磷(TP)的主要来源,在水库蓄水区总氮(TN)、TP滞留率分别为41.72%和51.19%,由此形成库区氮磷比(N/P)为34.5的磷限制型水体,导致蓝藻生长更具优势;蓝藻各季节丰度占比为33.72%~82.47%,优势度大于0.02的浮游植物物种以蓝藻为主,其中产毒藻拉氏拟柱胞藻优势度最大(Y=0.078);冗余(RDA)分析结果显示,环境因子解释了群落结构演替的61.1%,其中水温和氮、磷营养盐浓度是驱动演替的主要环境因子;水体氨氮(NH4+-N)浓度与拉氏拟柱孢藻丰度呈极显著相关(R2=0.999,P<0.02),通过将流域生活污水处理率提高至95%,且NH4+-N排放浓度不大于1.5mg/L时,预期可减少51%拉氏拟柱胞藻丰度。提出建设面源污染隔离带、调节缩短库区水力停留时间以降低蓝藻生长优势、改善长潭水库水生态状况的主要措施对策。

  关键词水库;土地利用;浮游植物;营养盐削减;生态问题

水库生态

  水库水环境质量对流域生态安全和经济社会发展至关重要,但随着经济发展和人类活动广度、深度的增加,营养盐大量输入水体导致水质下降,从而引起浮游植物过量繁殖,群落结构异常演替,并在部分湖库、库湾出现蓝藻水华问题,对饮用水和生态环境安全造成极大威胁。水华暴发是浮游植物群落受到环境变化影响的结果,工农业生产、建设等人类活动影响下的土地利用格局与水体氮、磷输入程度息息相关[1]。土地利用不仅影响非点源污染规模、模式,还会影响流域物质循环和能量流动过程[2]。

  生态论文范例:中小型水库除险加固施工技术研究

  Fanelli等[3]研究表明,切萨皮克入湾河流50%以上的水体总磷(TP)负荷与农业面源污染有关;Chanat等[4]认为,该区域河流80%的总氮(TN)输入由城市和市郊非点源污染提供。同时由于水库效应的影响,天然河流的氮、磷浓度以及形态[5]和比例[6]等都会产生显著改变。Maavara[7]总结分析全球水库氮、磷迁移过程,表明在水库水动力影响下,流域氮、磷分别滞留19%和44%,形成低氮磷比(N/P)的水体环境。氮、磷营养盐与浮游植物生长关系密切,氮、磷分布及迁移特征和其他环境因素的变化深刻影响着浮游植物的结构组成[8]、优势种和丰度等群落特征[9]。

  例如,水体N/P的降低会提高微囊藻属(Microcystis)和浮丝藻属(Planktothrix)等非固氮蓝藻种群的比例和优势[10],从而增加水华暴发风险。长潭水库位于浙江省台州市黄岩区,是台州市重要的饮用水源地,近年来部分库湾区呈现因水质变化造成浮游植物增多的趋势。笔者通过对2016—2017年库区和入库河口水质及浮游植物调查分析,结合历年土地利用和水质数据,探讨土地利用类型对水质变化的影响,揭示浮游植物群落与环境因子的关系,以期为水库流域生态环境问题的诊断及对策实施提供科学依据。

  1材料与方法

  1.1研究区域概况长潭水库(121°00′E~121°04′E,28°30′N~28°40′N)是以城市供水为主,集防洪、灌溉、发电等综合利用于一体的水库。建于1964年,水面面积为35.5km2,正常蓄水水位为33m,库容为3.3亿m3。流域属典型的亚热带季风气候,年平均气温为17℃,年平均降水量为1874.8mm。自建库以来,水库水质一直受到人口增长、农业发展和城镇化进程加快的影响,近年来出现藻类增多,水环境质量下降的情况。长潭水库主要入库河流包括瑞岩溪、柔极溪、永宁溪、日溪、上垟溪、象岙溪、桐外岙溪。

  2016年6月—2017年6月,在长滩水库共设置10个库区采样点(0#~9#)和7个河流入库口采样点(10#~16#),逐月共进行12次水质监测,并于2016年7月(夏季)、10月(秋季)、12月(冬季)和2017年3月(春季)对库区的10个采样点进行4期浮游植物群落鉴定。

  1.2样品采集和测定

  4现场指标测定包括水温(WT)、pH、溶解氧(DO)、透明度(SD),使用5L不锈钢采样器分别采集表、中、下3层水样混合,取水样1L,24h内带回实验室,测定指标包括氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、TN、TP、高锰酸盐指数(CODMn)和氮磷比(N/P)等。另取1L混合水样,注入鲁哥试剂15mL混匀,静置24~48h,虹吸弃去上清液,浓缩振荡后,使用光学显微镜对藻类定计数,每个样本藻类至少鉴定600粒以上。

  2结果与讨论

  2.1.TN、TP分布和滞留特征

  2017年2月库区、河口TN浓度均值最大,分别为0.848、1.658mg/L,该季地表植被稀疏、腐叶堆积,受到春季降雨径流的影响,入库TN负荷较高[14]。库区和河口TP浓度最大值分别出现在7月和8月,分别为0.052和0.094mg/L,夏季农业生产化肥使用量增加可能是水体TP浓度增加的直接原因。永宁溪流域面积大,人口密度高,受人类活动影响河流TN负荷较大,该河流入库河口具有较高的年均TN浓度,为1.181mg/L;瑞岩溪流域地势低,径流量小,在水库高水位月份易形成死水环境,该河流入库河口TP浓度年均值最高,为0.103mg/L。库区月均N/P为14.6~83.9,年均值为34.5,根据Redfield比值(N/P=16),长滩水库营养状况总体属于磷限制型(N/P>16)[15]。

  3结论

  (1)2016—2017年,长潭水库TN、TP浓度均值分别为0.583、0.023mg/L,水库对入库TN和TP的滞留率分别为41.72%和51.19%,库区N/P年均值为34.5,属于磷限制型水体,不同月份N/P差异较大,蓝藻水华爆发风险较高。(2)流域耕地和林地面积与库区TP浓度呈显著正相关,相关性分别为0.594和0.683。湿地面积与TP浓度呈显著负相关,相关性为-0.585。说明耕地和林地是库区TP的主要来源。

  (3)长潭水库库区浮游植物丰度为3.35×106~8.26×106个/L,蓝藻门是水库主要优势藻,夏季丰度占比达82.47%。TP、NH4+-N营养盐是影响水库蓝藻生长的重要环境因子。(4)为降低水库NH4+-N浓度和毒藻水华发生风险,通过提高流域生活污水处理效率和NH4+-N排放标准,可降低拉氏拟柱胞藻丰度51%。

  参考文献:

  [1]LINX,XUJF,YINW,etal.Effectoflocalwatershedlandscapesonthenitrogenandphosphorusconcentrationsinthewaterbodiesofreservoirbays[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2020,716:135318.

  [2]GIRIS,QIUZ.UnderstandingtherelationshipoflandusesandwaterqualityinTwentyFirstCentury:areview[J].JournalofEnvironmentalManagement,2016,173(15):41-48.

  [3]FANELLIRM,BLOMQUISTJD,HIRSCHRM.Pointsourcesandagriculturalpracticescontrolspatial-temporalpatternsoforthophosphateintributariestoChesapeakeBay[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2019,652(20):422-433.

  作者:肖喆1,2,李文攀3,张靖天2,何卓识2,马春子1,2,席北斗2,霍守亮2*

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