环境治理工程对蠡湖氮时空分布及释放风险评估

摘要

湖泊富营养化是目前世界各国正在面临的重大环境问题之一。蠡湖位于太湖北部，是梅梁湾伸入无锡市的一个湖湾，是一个小型的城市湖泊，在20世纪后期蠡湖水域由于受人为干扰较为严重，同时蠡湖水体自身的交换能力较差更加剧了蠡湖的水体富营养化状况。蠡湖各环境介质中过量的营养物质的累积是引起湖泊富营养化的根本原因，尤其是蠡湖水体中氮元素严重超标，导致蠡湖的富营养状况始终无法改善。
　　根据研究发现，氮是湖泊富营养化的主要限制因素之一，氮在湖泊生态系统中的迁移转化具有一定的规律，水体中的氮元素可以经过一系列的物理、化学或生物作用聚集到沉积物中，而沉积物中的氮元素也可以通过各种途径释放到水体中。在一定浓度范围内，氮元素在沉积物一水界面上始终保持着某种动态平衡。然而当其浓度超出这个平衡关系的承受能力时，平衡就会被打破。而沉积物作为湖泊的重要组成部分，不断在“源”和“汇”这两个角色中来回转变。
　　本文以蠡湖为研究对象，采用为期一年的现场采样及野外模拟实验相结合的方法，研究了蠡湖在2012年夏季到2013春季四个季度中水体及沉积中各形态氮的空间变化;采用多元统计及聚类分析方法对入湖河流进行了聚类分析和污染等级分级，并估算了沉积物一水界面氨氮及硝氮的扩散通量;利用氮形态的连续分级提取法研究了沉积物氮形态的季节性变化，并探讨了不同季节各形态氮的赋存形态;对蠡湖在2012至2013年度中的整个湖区氮污染的变化进行评估。旨在为蠡湖富营养化治理及其水生态系统恢复提供理论依据和数据支撑。研究结果表明:
　　(1)在空间分布上，从空间分布上看，蠡湖水体TN浓度在1.38 mg/L，介于0.74～2.43 mg/L之间。总体来看，TN浓度自东向西依次递减，呈现东蠡湖高于西蠡湖，沿岸区高于湖心区的趋势。从季节分布上看，蠡湖水体中TN季节性差异显著，其中TN浓度在春季、夏季、秋季和冬季分别为:1.09、1.19、1.66、和1.26 mg/L，秋季的浓度显著高于其它季节。
　　(2)蠡湖沉积物中各形态氮含量空间差异较大，呈自西向东依次增加。其中C区南部及D区东部显著高于其他区域，进行大面积生态重建的B区水质相对较好，从各种形态氮含量占TN的比例来看，平均占72.19％;其次是RN，平均占22.91％;EN最小，仅为6.10％。
　　(3)扩散通量计算结果表明，沉积物作为NH4+-N的“源”一直由间隙水向上覆水释放，蠡湖沉积物中NH4+-N扩散通量空间分布与NO3--N相似均D区＞C区＞B区＞A区，且NH4+-N扩散通量明显大于NO3--N。相关分析表明，沉积物中NH4+-N释放通量主要受EN中的E-NH4+-N及E-NO3--N控制，而与HN和RN的相关性较差。
　　(4)根据研究发现，蠡湖湖区及周边河道的沉积物中氮污染依旧十分严重，但经过疏浚工程的A区及生态重建的B区的水质及沉积物中氮污染程度显著小于未经过大范围环境治理工程的C区及D区。周边河道可分为三类，为轻度污染，中度污染，及重度污染河流，其中蠡园河、小渲河、金城湾工地河污染较为严重，是需要优先进行治理的河道。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1 氮是湖泊富营养化的限制因子

1．2 氮在湖泊中迁移转化规律

1．3 氮在沉积物一水界面的迁移转化的影响因素

1．4 湖泊中各形态氮的研究进展

1．5 沉水植物在生态修复中的作用

1．6 研究目的及工作思路

1．6．1 课题来源

1．6．2 研究内容及思路

1．6．3 研究目的和意义

2 研究区域概况及实验方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 蠡湖气象状况

2．1．3 蠡湖水文状况

2．1．4 地形地貌

2．1．5 水系特征

2．1．6 蠡湖水生生物调查

2．1．7 蠡湖流域社会经济状况

2．1．8 蠡湖曾实施过的环境治理工程

2．1．9 蠡湖面临的主要环境问题

2．2 样品的采集与分析

2．2．1 采样点的布设

2．2．2 样品的采集

2．2．3 样品的预处理

2．2．4 样品的分析测试

3 蠡湖水体各形态氮时空分布特征

3．1 蠡湖上覆水体中各理化指标的分布特征

3．2 蠡湖上覆水体中各形态氮的空间分布

3．3 蠡湖上覆水体中各形态氮的季节变化

3．4 本章小结

4 蠡湖沉积物中各形态氮的时空分布特征

4．1 蠡湖表层沉积物中TN的空间分布

4．2 蠡湖表层沉积物中各形态氮的空间分布

4．2．1 沉积物中游离态氮(FN)的空间分布

4．2．2 沉积物中可交换态氮(EN)的空间分布特征

4．2．3 沉积物中酸解态氮(HN)的空间分布特征

4．2．4 沉积物中残渣态氮(RN)空间分布特征

4．3 蠡湖表层沉积物中TN的季节变化

4．4 沉积物中各形态氮的季节变化

4．5 本章小结

5 蠡湖氮污染评估及污染范围的确定

5．1 生态重建工程对蠡湖氮污染的影响

5．2 蠡湖各氮形态的扩散通量

5．3 环湖河道氮污染聚类分析

5．4 蠡湖沉积物中氮污染范围的确定

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明