冰封期乌梁素海N、P和TDS在水体和沉积物中的分布及迁移特征

发布时间：2020-11-01 08:24

　　水体和沉积物是调节和控制湖泊水生态系统物质交换和输送的重要途径。寒区湖泊冰封期较长使得污染物的分布和迁移规律独具特殊性。氮、磷和盐分是乌梁素海水环境的主要污染物,也是参与湖泊物质循环的重要成分,对湖泊水生态环境构成胁迫。查明冰封期湖泊中主要污染物的分布特征和迁移过程,明晰寒区湖泊污染机理,对寒区湖泊水生态环境保护和修复具有十分重要的意义。为揭示冰封期乌梁素海氮、磷和盐分在水-沉积物界面的分布及迁移特征,于2018年2月初湖冰冻结厚度达到最大后,在乌梁素海湖区7个采样点采集了冰下水体与沉积物样品,得到了湖冰冻结后期冰下水体和沉积物间隙水中的氨氮(NH4+-N)、溶解性磷(DTP、DIP)和总溶解性固体(TDS)浓度。在此基础上,估算了水-沉积物界面NH4+-N、DTP、DIP、Na+和Cl-的扩散通量。结果显示:(1)冰下水体中NH4+-N浓度变化范围为0.55～1.60 mg/L,平均值为1.05 mg/L,0～5 cm表层沉积物间隙水中NH4+-N浓度是冰下水体中的10倍以上,其变化范围为6.64～18.63mg/L,平均值为11.92 mg/L。估算沉积物间隙水NH4--N向冰下水体的扩散通量为1.282～4.269 mg/(m2·d);(2)冰下水体中DTP浓度变化范围为0.036～0.204mg/L,平均值为0.075mg/L,0～5 cm表层沉积物间隙水中DTP浓度是冰下水体中的3.4倍,其变化范围为0.164～0.334mg/L,平均值为0.254mg/L。估算沉积物间隙水DTP向冰下水体的扩散通量为 0.033～0.147 mg/(m2·d);(3)冰下水体中DIP浓度变化范围为0.032～0.197mg/L,平均值为0.070mg/L,0～5 cm表层沉积物间隙水中DIP浓度是冰下水体中的3.3倍,其变化范围为0.142～0.329mg/L,平均值为0.231mg/L。估算沉积物间隙水DIP向冰下水体的扩散通量为 0.028～0.146 mg/(m2.d);(4)TDS、Na+和Cl-在冰-水中分配系数K的均值分别是0.02,0.03和0.01。水体中Na+和Cl-向沉积物间隙水中扩散,估算其扩散通量均值分别为-229mg/(m2·d)和-676mg/(m2·d)。总之,乌梁素海N、P和TDS均处于较高的水平,DTP的扩散通量略高于DIP的扩散通量。在湖水结冰过程中,随着冰晶的逐渐析出,盐分随之向冰下水体中迁移浓缩,致使其在冰下水体中浓度不断增加,继而在浓度梯度驱动力作用下向沉积物中迁移。沉积物接纳了大量的盐分成为内源污染源,在冰封稳定期、融冰期和融冰后的一段时间内成为湖水的主要污染源。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X524
【部分图文】：

冰封期,寒区,湖泊

近年来由于气候变暖和人类活动的影响，对湖泊生态系统的健康造成了严重??的威胁，湖泊面临着富营养化和盐度增加的生态环境问题［１＿３］。??水－沉积物界面是水生生态系统中重要的物理化学界面和物质输送与交换的中??介，频繁发生着营养盐的生物地球化学循环［４］。水体与表层沉积物间隙水之间存在??的浓度梯度是内源释放的主要动力，间隙水作为水－沉积物界面物质交换的重要介??质，在内源释放过程中起着重要的作用［５］。沉积物中大量溶解性物质主要是以间隙??水作为介质，通过表面扩散层向水体迁移，从而对水体产生影响［？７］。??相比于不封冻湖泊，寒区污染物的迁移规律不同于无冰条件下的水环境。寒区??湖泊冰封期长，冰层厚度大，冰介质的增加对湖泊中物质的迁移产生了影响。冰封??期湖水在结冰过程中，物质由冰体迁移至冰下水体，造成湖泊水体中物质浓度增加??从而促进水体与沉积物之间的物质交换，使得湖泊水环境发生变化。湖泊水??污染和水质恶化不仅直接影响其自身水生态环境功能，同时也会在一定程度上引发??区域生态环境问题。乌梁素海湖水在冬季结冰过程中，湖水中的污染物在“冰冻浓缩”??作用的驱使下，逐渐向冰下水体汇集，致使冰下水体中污染物负荷和浓度远高于冰??体中污染物的负荷和浓度。??

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