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生態(tài)環(huán)境 2005, 14(1): 16-20 Ecology and Environment E-mail: 基金項(xiàng)目: 廣東省科技攻關(guān) 項(xiàng)目 (2KM06103S);教育部優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃 項(xiàng)目 ;國家自然科學(xué)基金 項(xiàng)目 (39900022) 作者簡介: 李秋華 ( 1977),男, 碩士, 主要從 事環(huán)境科學(xué)水生態(tài)建模及水體富營養(yǎng)化防治。 E-mail: *通訊作者:韓博平,教授,博士 生 導(dǎo)師。 E-mail: 收稿日期: 2004-07-14 廣東大中型水庫電導(dǎo)率分布特征及其受 N、 P 營養(yǎng)鹽的影響 李秋華,林秋奇,韓博平 * 暨南大學(xué)水生生物研究中心,廣東 廣州 510632 摘要: 廣東省 20 座大中型水庫的電導(dǎo)率在豐水期為 22246 s/cm, 在枯水期為 23254 s/cm;除大境山水庫外,其它水庫豐 水期、枯水期差別不大。在采樣的 6 個(gè)流域中,受工業(yè)和生活污水污染比較嚴(yán)重的珠江三角洲水庫電導(dǎo)率明顯高于其它流域水庫;東江流域電導(dǎo)率最低。 N、 P 營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率有不同的貢獻(xiàn),總的來說,營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度較高的水庫, N、P 營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢 獻(xiàn)率較大,水庫電導(dǎo)率也較高。除粵西沿海的鶴地水庫以 NH4+對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為主外,其它流域以 N03-對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)最大。豐水期、枯水期營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)有變化, PO43-對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)變化最大,即 PO43-在豐水期對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)比枯水期明顯增高。分析結(jié)果表明,廣東省大中型水庫的電導(dǎo)率反映了水庫受污染的程度,富營養(yǎng)化是導(dǎo)致水庫電導(dǎo)率上升的重要因素,水庫電導(dǎo)率在一定程度上反映了水庫的營養(yǎng)水平。 關(guān)鍵詞: 電導(dǎo)率;營養(yǎng)鹽;水庫;廣東省 中圖分類號(hào): X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1672-2175( 2005) 01-0016-05電導(dǎo)率是水質(zhì)分析中的一個(gè)重要指標(biāo)。水體電導(dǎo)率的大小主要由溶解在水體的離子種類、濃度和水溫等決定,其中離子種類組成取決于流域地質(zhì)及土壤特征 13。廣東省地帶性 土壤由南向北依次為磚紅壤、赤紅壤和紅壤,土壤鹽分含量少,大多數(shù)水庫電導(dǎo)率本底不高。近 20 多年來,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇,水庫電導(dǎo)率上升,水庫水體富營養(yǎng)化趨勢(shì)明顯 4。水庫氮、磷等營養(yǎng)鹽水平的上升是水庫電導(dǎo)率上升的重要因素。電導(dǎo)率的大小變化在一定程度上可反映水庫的富營 養(yǎng)化發(fā)生的程度。本文分析了廣東省水庫豐水期、枯水期電導(dǎo)率的分布特征,探討了不同形態(tài)的氮離子和正磷酸鹽與水庫電導(dǎo)率的關(guān)系。 1 材料與方法 在 2000 年 6 7 月(豐水期)、 11 12 月(枯水期),用 YSI-85 水質(zhì)儀現(xiàn)場測定了廣東省 6 個(gè)亞流域 20 座供水水庫,每個(gè)水庫有 13 個(gè)采樣點(diǎn),各水庫電導(dǎo)率均換算為 25 時(shí)的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的轉(zhuǎn)換公式為: ks=kt/1+a(t-25),其中 t 為實(shí)測溫度; kt為測定時(shí) t 溫度下的實(shí)測電導(dǎo)率; ks為 25 時(shí)電導(dǎo)率( s/cm); a 為各離子電導(dǎo)率平均溫度系數(shù),本文中 a=0.0191。 N03-、 NH4+、 NO2-和 PO43-水化指標(biāo)的測定方法,水庫的地理位置參見文獻(xiàn) 2, 46。 2 結(jié)果與討論 2.1 電導(dǎo)率分布特征 2.1.1 豐水期與枯水期水庫電導(dǎo)率分布特征 廣東省地處熱帶 -亞熱帶地區(qū),豐水期表層水溫在 27 38 之間變化,枯水期表層水溫在 1722 之間變化。溫度變化對(duì)水庫電導(dǎo)率的大小變化影響較小。水庫電導(dǎo)率豐水期在 22 246 s/cm, 枯水期在 23 254 s/cm;除大境山水庫外,豐水期和枯水期的水庫電導(dǎo)率差別不大(如圖 1)。 6 個(gè)流域水庫電導(dǎo) 率的平均值由大到小依次為:珠江三角洲 韓江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海 東江流域。珠江三角洲污染較嚴(yán)重,接納的生活污水和工業(yè)廢水排放量占全省的 70。珠江三角洲的水庫電導(dǎo)率平均值最大,高達(dá) 165.6 s/cm,但位于該地區(qū)的流溪河水庫電導(dǎo)率較低,在 60 70 s/cm 之間,這是由于流溪河水庫是一座山谷型水庫,整個(gè)集水區(qū)域?yàn)閲壹?jí)森林公園,受人為污染的程度相對(duì)較輕。除了流溪河水庫外,該流域水庫電導(dǎo)率比其它流域水庫的電導(dǎo)率高,如大境山水庫枯水期的水庫電導(dǎo)率高達(dá) 260 s/cm。韓江流域的合水水庫,可 能是由于該流域水土流失嚴(yán)重,水庫電導(dǎo)率也比較大。其它流域經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后,受工業(yè)污染也較少,污染源來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn),水庫的電導(dǎo)率相對(duì)較低。東江流域的水污染程度最輕,其水庫電導(dǎo)率也最低(圖 2A 和圖 2B)。 2.1.2 水庫電導(dǎo)率垂直分布 大多數(shù)水庫電導(dǎo)率在豐水期、枯水期均未出現(xiàn)垂直分布 7, 8。如飛來峽水庫等,無論是豐水期還是枯水期,從水庫的表層到水庫的底層,電導(dǎo)率變化很小,沒有出現(xiàn)分層 (圖 3A)。只有位于珠江三角洲的大境山水庫的電導(dǎo)率在豐水期才有明顯的分層現(xiàn)象。大境山水庫出現(xiàn)明顯的分層可能是由于該水庫的調(diào)咸 功能,導(dǎo)致其底層與表層的電導(dǎo)率的大小不同 (圖 3B)。 李秋華等:廣東大中型水庫電導(dǎo)率分布特征及其受 N、 P 營養(yǎng)鹽的影響 17 2.2 營養(yǎng)鹽對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)特征 2.2.1 豐水期、枯水期 6 個(gè)流域的水庫營養(yǎng)鹽的離子濃度和電導(dǎo)率 表 1 給出了 6 個(gè)流域的水庫水體營養(yǎng)鹽和電導(dǎo)率的平均值。 6 個(gè)流域水庫 N03-平均質(zhì)量濃度由大到小依次是:珠江三角洲 北江流域 韓江流域 粵東沿海 粵西沿海 東江流域; NH4+平均質(zhì)量濃度由大到小依次為:珠江三角洲 粵西沿海 韓江02468101214165 170 175 180 185 190 195電導(dǎo)率 / ( s c m-1)水深/m豐水期枯水期 0246810120 100 200 300 400 500電導(dǎo)率 / ( s c m-1)水深/m豐水期枯水期 A)飛來峽水庫 B)大境山水庫 圖 3 水庫電導(dǎo)率的典型垂直分布 Fig. 3 The profile of conductivity 050100150200250300350大壩 呂田 玉溪 新龍 九鄉(xiāng) 大壩 引堤 庫中 入口 出口 大壩 庫中 山頭 大壩 庫中 出口 入口 大壩 李坑 大壩 碼頭 壩前 大壩 入口 大壩 出口 入口 大壩 大壩 橫石 廟峽 出口 點(diǎn)火 渡口 入口 大壩 入口 大壩 入口 大壩 入口 新橋 大壩 入口 黃羌 大壩 入口 出口流溪河 契爺石 石巖 深圳 大境山 大沙河 合水 白盆珠 新豐江 沙田 赤石逕 小坑 飛來峽 鶴地 大水橋 高州 河溪 湯溪 公平 赤沙珠江三角洲 韓江流域 東江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海水庫采樣地點(diǎn)電導(dǎo)率/(scm-1)枯水期 豐水期 圖 1 豐水期和枯水期 6 個(gè)流 域水庫電導(dǎo)率的分布 Fig. 1 Reservoir conductivity of in the 6 sampled watersheds in the flood season and dry season A)污水排放量 /t B)平均電導(dǎo)率 /(s cm-1) 圖 2 廣東省 6 個(gè)流域污染狀況與水庫平均電導(dǎo)率 Fig. 2 Water pollution and average conductivity in 6 sampled watersheds, Guangdong Province 18 生態(tài)環(huán)境 第 14 卷第 1 期( 2005 年 1 月) 流域 粵東沿海 北江流域 東江流域;水庫 PO43-平均質(zhì)量濃度由大到小依次為:珠江三角洲 韓江流域 粵東沿海 粵西沿海 北江流域 東江流域; 6 個(gè)流域水庫電導(dǎo)率由大到小依次為:珠江三角洲 韓江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海 東江流域 (表 1)。在 6 個(gè)流域中,珠江三角洲營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度最高 , 電導(dǎo)率也最高;東江流域營養(yǎng)鹽的質(zhì)量濃度最低,電導(dǎo)率也最低。在 6 個(gè)流域中,水庫營養(yǎng)鹽離子質(zhì)量濃度以硝酸氮的質(zhì)量濃度最高,水庫營養(yǎng)鹽的離子質(zhì)量濃度隨水體污染程度的增加而升高,水庫電導(dǎo)率也相應(yīng)增高。 2.2.2 豐水期、枯水期營養(yǎng)鹽對(duì)水庫電導(dǎo) 率的貢獻(xiàn)率 電導(dǎo)率的大小與營養(yǎng)鹽的離子類型有關(guān),不同 的營養(yǎng)鹽離子對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)不同。在 25 時(shí)無限稀釋的水溶液中,主要營養(yǎng)鹽離子的電導(dǎo)率為:N03-為 5.10 (s/cm)、 NH4+為 5.24 (s/cm)、 PO43-為2.36 (s/cm) 3, 9。在水庫中, NO2-濃度很低,本文的分析中沒有考慮。我們計(jì)算了不同營養(yǎng)鹽離 子對(duì)電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)率,這里營養(yǎng)鹽對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率是指 N03-、 NH4+和 PO43-離子分別對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)之和與水庫電導(dǎo)率之比的百分?jǐn)?shù)。通過計(jì)算,我們分別給出了豐水期和枯水期水庫 N03-、NH4+和 PO43-三種主要的營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率(見圖 4)。 營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)水平在豐水期和枯水期略有不同,枯水期營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫的電導(dǎo)率貢獻(xiàn)率比豐水期的略高。珠江三角洲的深圳水庫、石巖水庫營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率較高,超過了 10%,深圳水庫的最高達(dá) 15%;其次是珠江三角洲的契爺石水庫 、大境山水庫、大沙河水庫、北江流域的赤石逕水庫和粵東地區(qū)的湯溪水庫,其營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率也超過了6%。根據(jù)營養(yǎng)綜合指數(shù)( TSI),這些水庫均是富營養(yǎng)型水庫或中富營養(yǎng)型水庫 10,而且富營養(yǎng)化程度越高,營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率也越大。營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)值是隨著水體富營養(yǎng)化程度的增加而增加,水庫富營養(yǎng)化是導(dǎo)致水庫電導(dǎo)率上升的重要過程之一。水庫電導(dǎo)率的變化表 1 豐水期和枯水期 6 個(gè)流域水庫水體中主要營養(yǎng)鹽離子的平均質(zhì)量濃度和電導(dǎo)率 Tab. 1 The average nutrient concentrations of and conductivity in 6 sampled watersheds in the flood season and dry season 珠江三角洲 東江流域 北江流域 韓江流域 粵西沿海 粵東沿海 (NO2-)/(mgL-1) 豐水期 0.051 0.004 0.012 0.016 0.045 0.091 枯水期 0.046 0.026 0.012 0.009 0.008 0.005 (N03-)/(mgL-1) 豐水期 0.865 0.224 0.524 0.490 0.108 0.354 枯水期 1.399 0.323 0.476 0.205 0.398 0.328 (NH4+)/(mgL-1) 豐水期 0.113 0.012 0.016 0.105 0.272 0.057 枯水期 0.536 0.006 0.074 0.230 0.240 0.067 (PO43-)/(mgL-1) 豐水期 0.052 0.005 0.016 0.050 0.042 0.010 枯水期 0.034 0.004 0.008 0.030 0.003 0.010 電導(dǎo)率 /(scm-1) 豐水期 114.40 54.98 119.50 130.50 115.00 73.36 枯水期 165.60 54.64 127.00 164.10 99.51 56.65 0246810121416大壩 呂田 玉溪 新龍 九鄉(xiāng) 大壩 引堤 庫中 入口 出口 大壩 庫中 山頭 大壩 庫中 出口 入口 大壩 李坑 大壩 壩前 大壩 入口 大壩 出口 入口 大壩 大壩 橫石 廟峽 出口 點(diǎn)火 渡口 入口 大壩 入口 大壩 入口 大壩 入口 新橋 大壩 入口 黃羌 大壩 入口 出口流溪河 契爺石 石巖 深圳 大境山 大沙河 合水 白盆珠 新豐江 沙田 赤石逕 小坑 飛來峽 鶴地 大水橋 高州 河溪 湯溪 公平 赤沙珠江三角洲 韓江流域 東江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海水庫采樣地點(diǎn)營養(yǎng)鹽對(duì)電導(dǎo)率貢獻(xiàn)率/%枯水期 豐水期 圖 4 主要營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)率 Fig. 4 The contributions of nutrients to reservoir conductivity in the flood season and dry season 李秋華等:廣東大中型水庫電導(dǎo)率分布特征及其受 N、 P 營養(yǎng)鹽的影響 19 較好地反映了水體富營養(yǎng)化的變化趨勢(shì)。 2.2.3 豐水期、枯水期不同營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率 特征 從豐水期到枯水期,水庫營養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度的變化導(dǎo)致了營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的 貢獻(xiàn)率變化,同時(shí)對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。同樣,這里我們計(jì)算了 N03-、 NH4+和 PO43-三種主要的營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)率組成(圖 5A和圖 5B)。在 6 個(gè)流域的營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率組成中,枯水期除了鶴地水庫以 NH4+對(duì)水庫電導(dǎo)率貢獻(xiàn)為主,其它水庫則以 N03-對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為主(圖 5B);豐水期除了鶴地水庫、大水橋水庫以 NH4+對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為主,其它的水庫仍以 N03-對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為主(圖 5A)。這可能是由于鶴地水庫、大水橋水庫都處于粵西沿海,該流域的污染來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 生活污水排放, NH4+污染較嚴(yán)重,在營養(yǎng)鹽離子對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)中, NH4+占了主要地位。PO43-離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)在豐水期、枯水期變化較大,在枯水期 PO43-對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)很少,但是在豐水期 PO43-離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)明顯增大(圖 5A 和圖 5B)。這可能是由于在豐水期 6 個(gè)流域面污染較嚴(yán)重,使得 PO43-離子質(zhì)量濃度增大。 00 . 20 . 40 . 60 . 81大壩 呂田 玉溪 新龍 九鄉(xiāng) 大壩 引堤 庫中 入口 出口 大壩 庫中 入口 出口 入口 大壩 李坑 大壩 壩前 大壩 入口 大壩 出口 入口 大壩 大壩 橫石 廟峽 出口 點(diǎn)火 渡口 入口 大壩 入口 出口 入口 大壩 入口 新橋 大壩 入口 黃羌 大壩 入口 出口流溪河 契爺石 石巖 深圳 大境山 大沙河 合水 白盆珠 新豐江 沙田 赤石逕 小坑 飛來峽 鶴地 大水橋 高州 河溪 湯溪 公平 赤沙珠江三角洲 韓江流域 東江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海水庫采樣地點(diǎn)豐水期營養(yǎng)鹽離子對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率/% A 00 . 20 . 40 . 60 . 81大壩 呂田 玉溪 新龍 九鄉(xiāng) 大壩 引堤 庫中 入口 出口 大壩 庫中 山頭 大壩 庫中 出口 入口 大壩 大壩 壩前 大壩 入口 大壩 出口 入口 大壩 大壩 橫石 廟峽 出口 點(diǎn)火 渡口 入口 大壩 入口 大壩 入口 大壩 入口 新橋 大壩 入口 黃羌 大壩 入口 出口流溪河 契爺石 石巖 深圳 大境山 大沙河 合水 白盆珠 新豐江 沙田 赤石逕 小坑 飛來峽 鶴地 大水橋 高州 河溪 湯溪 公平 赤沙珠江三角洲 韓江流域 東江流域 北江流域 粵西沿海 粵東沿海水庫采樣地點(diǎn)枯水期營養(yǎng)鹽離子對(duì)電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率/%N O 3 - N N H 4 - N P O 4 - P B 圖 5 豐水期、枯水期營養(yǎng)鹽離子對(duì)電導(dǎo)率貢獻(xiàn)率比例 A)豐水期 ; B)枯水期 Fig. 5 The contribution composition of main nutrients to reservoir conductivity of in the flood season (A) and dry season (B) 20 生態(tài)環(huán)境 第 14 卷第 1 期( 2005 年 1 月) 3 結(jié)論 ( 1)廣東 省大中型供水水庫電導(dǎo)率豐水期在22 246 s/cm, 枯水期在 23 254 s/cm之間變化;除大境山水庫外,其它水庫電導(dǎo)率在豐水期和枯水期差別不大。 ( 2)除大境山水庫外,水庫電導(dǎo)率在豐水期和枯水期沒有出現(xiàn)明顯分層。 ( 3)水庫電導(dǎo)率由溶解在水體的離子質(zhì)量濃度、種類和水溫等決定,水庫電導(dǎo)率受多種因素的綜合影響。水庫污染越嚴(yán)重,水庫的電導(dǎo)率越高。水庫電導(dǎo)率能夠在水質(zhì)分析中作為一個(gè)重要指標(biāo)反映水體的污染情況。 ( 4)水庫 N03-、 NH4+和 PO43-營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫的電導(dǎo)率的總貢獻(xiàn)率在 2 16之間。 不同水庫的 N03-、 NH4+和 PO43-營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)不同。水體富營養(yǎng)化程度較高的水庫, N03-、NH4+和 PO43-離子質(zhì)量濃度相應(yīng)較高,水庫電導(dǎo)率也較高,對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)率相應(yīng)也較大。廣東省大中型水庫的富營養(yǎng)化是導(dǎo)致水庫電導(dǎo)率上升的一個(gè)重要因素,水庫電導(dǎo)率能在一定程度上反映水庫的營養(yǎng)水平。 ( 5) N03-、 NH4+和 PO43-等營養(yǎng)鹽離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)結(jié)構(gòu)中所占的比例不同;枯水期除了鶴地水庫以 NH4+的貢獻(xiàn)為主,其它水庫則以 N03-為主;豐水期除了鶴地水庫、大水橋水庫以 NH4+為主,其它的流域水庫仍以 N03-為主。豐水期 PO43-離子對(duì)水庫電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)明顯高于枯水期的貢獻(xiàn)。 致謝: 本研究所采集的水樣和相關(guān)數(shù)據(jù)的測定和 分析,得到了廣東省水利廳和水文局(分局)有關(guān)同志的支持,暨南大學(xué)水生生物研究中心的有關(guān)教師與研究生也參與本項(xiàng)工作, 作者在此 一并致謝。 參考文獻(xiàn): 1 劉建康 . 東湖生態(tài)學(xué)研究 (二 )M. 北京 : 科學(xué)出版社 , 1995: 63-226. 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