本文關(guān)鍵詞：北大港水庫沉積物中有機碳和營養(yǎng)鹽的分布特征

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【摘要】：近年來,湖泊和水庫的污染日趨嚴重,其中富營養(yǎng)化是水體污染最為嚴重的類型之一,其形成是由物理、化學及生物等諸多因素共同作用的結(jié)果,而沉積物作為容納污染物的載體扮演著十分重要的角色,它對水體中氮、磷等富營養(yǎng)化的主要污染因子具有匯集和釋放的雙重作用,當水體中的某些環(huán)境因素發(fā)生改變時,沉積物中的營養(yǎng)物質(zhì)就會釋放到上覆水中。因此沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)含量超過一定范圍時將引起再懸浮,從而造成湖泊水庫的二次污染,即使在有效控制外源污染的情況下,也很難保證水質(zhì)狀況。湖泊和水庫的沉積物具有連續(xù)性好、信息量大和穩(wěn)定性好等特點,其空間分布規(guī)律在一定程度上能反應(yīng)出水體受污染的特點和當?shù)厮募皻夂虻淖兓攸c等。因此,本文對北大港水庫柱狀剖面沉積物樣品中有關(guān)物質(zhì)的垂直分布規(guī)律進行詳細的研究,采集了10個30 cm左右的沉積物剖面樣品。首先對采集到的樣品進行了去水處理,計算沉積物含水率的垂直變化規(guī)律,同時記錄沉積物垂直方向不同深度的外觀變化；其次,通過對不同采樣點柱狀沉積物中有機碳進行分析,對比分析北大港水庫在表層沉積物中有機碳的分布狀況,分析其主要來源及污染水平,著重探討沉積物中有機碳的垂直分布特征,對其沉積規(guī)律進行分析；然后,通過沉積物剖面中TN、TP兩種元素含量水平的分析,了解該區(qū)域的富營養(yǎng)化程度及其他污染水平,探討其TN、TP含量的垂直分布特征,總結(jié)變化趨勢；并對本次實驗數(shù)據(jù)進行整理,分析北大港水庫沉積物柱狀剖面中TOC、TNTP各元素之間的變化關(guān)系及柱狀沉積物中的C/N、C/P和N/P的比值大小,利用C/N以及碳氮穩(wěn)定同位素綜合分析該地區(qū)有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽等污染物的主要來源,并為改善水庫生態(tài)環(huán)境狀況提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：(1)北大港水庫沉積物含水率垂直分布特征對水庫沉積物縱向含水率及相關(guān)物理性質(zhì)的實驗結(jié)果顯示,其表層沉積物成灰色流塑狀,含水率較高,隨著深度的增加,沉積物逐漸緊實,顏色也逐漸由深灰色變?yōu)榈z泥黃色,含水率降低,且其整體變化趨勢明顯,隨深度的增加而減少,其中在0-10cm深度時變化趨勢明顯,而10cm深度以下減少趨勢較緩慢,0-28cm的具體含水率分別為53.04、44.44、38.10、32.48、29.39、28.08、29.43、27.78、26.65、25.61、24.32、22.38、21.68、22.65。(2)北大港水庫沉積物中總有機碳(TOC)含量分布特征對其表層0-4cm沉積物中TOC含量的統(tǒng)計計算得出,北大港水庫表層沉積物中TOC的平均含量為3.678%,對其有機污染指數(shù)的計算得出其數(shù)值為0.76,通過查表發(fā)現(xiàn)0.76≥0.50,屬于Ⅳ級有機污染；在垂直方向上有機質(zhì)含量分布變化特征明顯,其整體變化趨勢是隨深度的增加而減少,并且TOC含量的減少趨勢在0-10cm深度范圍內(nèi)明顯大于10cm以下,可能與該區(qū)域表層沉積物中殘留有大量魚餌和動植物殘骸有關(guān)。(3)北大港水庫沉積物中營養(yǎng)鹽(TN和TP)的含量分布特征北大港水庫0-4cm表層沉積物中營養(yǎng)鹽TN和TP的平均含量分別為0.296%、0.545%,其中有機氮的含量明顯大于0.133,根據(jù)有機氮評價分級標準表的分類,其含量水平屬于Ⅳ級有機氮污染。對于營養(yǎng)物質(zhì)含量水平的匯總分析,結(jié)果顯示,北大港水庫已處于富營養(yǎng)化污染狀態(tài),與我國其他湖泊水庫營養(yǎng)物質(zhì)含量水平相比,仍處于比較良好的狀態(tài)；與有機碳類似,營養(yǎng)鹽剖面含量變化趨勢整體隨著深度的增加而減少,其中TN變化趨勢比較明顯,其含量的減少趨勢在0-10cm深度范圍內(nèi)明顯大于10cm以下,而TP雖然變化趨勢波動較大,但整體仍然顯示出隨深度增減而減少的變化方向。(4)北大港水庫沉積物中有機污染和營養(yǎng)鹽污染評價通過對實驗數(shù)據(jù)分析,結(jié)果顯示,沉積物中有機指數(shù)為0.76／0.50,屬于Ⅳ級有機污染,表明北大港水庫沉積物中有機質(zhì)含量已經(jīng)嚴重超標；營養(yǎng)鹽中氮元素的含量為0.296%≥0.133%,屬于Ⅳ級有機氮污染；磷元素平均含量為544.6mg/kg,與我國其他湖泊污染水平相比,處于中營養(yǎng)化；綜合結(jié)果,表明水庫漁業(yè)以及農(nóng)村灌溉已經(jīng)污染了北大港水庫,水環(huán)境受到一定程度的影響。(5)沉積物中總有機質(zhì)與營養(yǎng)鹽的關(guān)系分析在縱向分布上,總有機碳(TOC)與總氮(TN)含量變化趨勢呈現(xiàn)出明顯的相似性,通過SPSS數(shù)據(jù)處理分析,結(jié)果得出,TOC與TN垂直含量分布的相關(guān)方程為y=13.44x一0.199,兩者相關(guān)性系數(shù)為0.977,呈顯著相關(guān)性關(guān)系,兩者具有同源性；而總有機碳與總磷的計算結(jié)果是無明顯相關(guān)性,說明北大港水庫沉積物中磷主要來源于外源污染,而有機質(zhì)的釋放只占很少比例,總氮與總磷的相關(guān)性分析的計算結(jié)果(無明顯相關(guān)性)也說明了氮元素與磷元素的來源不同,原因可能是氮元素主要是通過有機質(zhì)的釋放產(chǎn)生的,氮元素與有機質(zhì)具有同源性,而磷元素的來源比較復雜,大部分來源于外來輸入。北大港水庫不同采樣點柱狀沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)含量的比值基本上變化不大,其中C/N值范圍為11.000-13.432,平均值為12.388,根據(jù)C/N比值的大小,可以判定北大港水庫中營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源是藻類植物；C/P值和N/P值的變化范圍分別為4.935-24.182、0.401-1.892,平均值分別為9.528、0.775,其中C/P值變化較大,目前對C/P和N/P比值的結(jié)果評價還沒有統(tǒng)一的標準,但這也從另一方面體現(xiàn)出該區(qū)域的污染來源及吸收轉(zhuǎn)化的特征。(6)北大港水庫沉積物中C和N同位素組成分布特征有機質(zhì)中碳、氮同位素聯(lián)合C/N能夠更加準確地估算有機質(zhì)的來源。綜合分析表明,北大港水庫中有機質(zhì)的δ13C值的變化范圍為-15.5‰～-24.8‰,平均值為(-21.1±2.2)‰。有機質(zhì)中δ15N值的變化趨勢與δ13C值的相似,變化區(qū)間為-1.9‰～3.1‰,平均值為(1.5±1.1)‰,由此說明,北大港水庫有機質(zhì)中δ 13C、δ 15N歷史來源穩(wěn)定,根據(jù)其數(shù)值的變化范圍可以初步判斷出,近年來北大港水庫中有機質(zhì)為混合來源,一部分來源于陸源土壤有機質(zhì),另一部分來源于水庫中水生浮游植物。(7)沉積物中有機碳和營養(yǎng)鹽的環(huán)境意義近代人口的急劇增加和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因,這幾方面的污染因素的迅速發(fā)展向環(huán)境中的不同介質(zhì)中釋放了大量的污染物,深入了解探究污染物的環(huán)境行為,提供治理和保護環(huán)境的有效措施迫在眉睫,在本文中主要研究水庫沉積物中有機碳和營養(yǎng)鹽的垂直分布特征及它們的相互關(guān)系不僅可以為人類對水污染的防治和保護提供理論依據(jù),還能幫助人類深入了解地球上不同環(huán)境介質(zhì)間水體的環(huán)境行為及其存在狀況,另外,水體富營養(yǎng)化是一個需要經(jīng)歷長時間演變的過程,所以,研究沉積物的垂直分布規(guī)律還能作為環(huán)境記錄的一種手段,為分析湖泊水庫中營養(yǎng)物質(zhì)的積累過程提供有力的證據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：沉積物 有機碳 營養(yǎng)鹽 CN同位素 北大港水庫
【學位授予單位】：天津師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X524
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 前沿11-15
• 1.1 研究意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 沉積物中有機碳的研究12
• 1.2.2 沉積物中營養(yǎng)鹽的研究12-13
• 1.2.3 水體富營養(yǎng)化的研究近況13
• 1.2.4 沉積物中C、N同位素的研究近況13-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 2 研究區(qū)域15-17
• 2.1 地理概況15-16
• 2.2 水質(zhì)狀況16-17
• 3 材料與方法17-22
• 3.1 樣品采集和預處理17-18
• 3.2 測試方法18
• 3.3 測試分析18-22
• 3.3.1 含水率18
• 3.3.2 總磷(TP)18-20
• 3.3.3 有機碳(TOC)、總氮(TN)20-21
• 3.3.4 碳同位素(δ~(13)C)和氮同位素(δ~(15)N)21-22
• 4 結(jié)果與討論22-33
• 4.1 沉積物中含水率分布特征22
• 4.2 沉積物中TOC分布特征22-24
• 4.3 沉積物中營養(yǎng)鹽(TN和TP)分布特征24-26
• 4.4 沉積物中有機污染和營養(yǎng)鹽污染評價26-27
• 4.4.1 有機指數(shù)26
• 4.4.2 營養(yǎng)鹽與同類地區(qū)比較26-27
• 4.5 沉積物中有機質(zhì)與營養(yǎng)鹽的關(guān)系27-30
• 4.5.1 有機碳與營養(yǎng)鹽的關(guān)系27-28
• 4.5.2 沉積物中C、N和P的關(guān)系28-30
• 4.6 沉積物中C和N同位素組成分布特征30-31
• 4.7 沉積物中有機碳和營養(yǎng)鹽的環(huán)境意義31-33
• 5 結(jié)論和展望33-36
• 5.1 結(jié)論33-34
• 5.2 不足之處34
• 5.3 展望34-36
• 參考文獻36-40
• 致謝40

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本文編號：583491