2016—2019年山美水库氮磷分布特征

王俊毅

(福建省泉州环境监测中心站，福建 泉州 362000)

水库是人们重要的生活饮用水水源之一，由于人类活动输入生物所需的大量N、P等营养物质，导致了水库的富营养化，富营养化改变了水体的理化性质，破坏生态平衡，并对人体健康带来危害，造成严重的经济损失[1]。富营养化是中国湖泊普遍面临的重要环境问题，是湖泊水体营养盐含量不断上升、生产力从低的贫营养状态逐步向生产力高的富营养状态过渡的一种现象[2-3]。随着人类社会经济的发展，全球性的水体富营养化现象日趋严重，已经成为世界性的水体污染问题[4-6]。苏玉萍等[1]对福建省4个典型的大型饮用水源地水库富营养状况和污染成因进行综合分析与评价，结果表明4个典型的大型饮用水源地水库均已出现不同程度的富营养化。柴夏等[7]对大钟岭水库进行为期1年的水质和生态系统的调查，发现氮磷营养盐的浓度变化具有明显的季节性，大钟岭水库水体有向富营养化方向发展的趋势。

山美水库是闽南地区重要的水源保护区之一，被国家生态环境部列入国家良好湖泊生态环境保护计划。山美水库位于福建省四大江之一的晋江支流东溪中游，是福建省泉州市重要的水源保护区，兼具饮用水源地、防洪、发电、灌溉等多种功能，水库集雨面积1 023 km2，年平均来水量14亿立方米，总库容6.55亿立方米，为泉州市社会经济发展提供了防洪安全和水资源供给保障。为了解近年来山美水库富营养化程度的变化趋势，本研究拟根据2016—2019年山美水库进口、出口的总氮、总磷监测结果，分析其时空分布特征，以期为该水库的氮磷污染防治提供一定的参考，服务于水库的富营养化控制。

1 材料和方法

1.1 样点设置

监测点位分别布设在水库的进口、出口。根据水深情况，在监测点位垂线上设置上、中、下三个点，监测点位分布图详见图1。

图1 监测点位分布图

1.2 监测时间

监测时间为2016年1月至2019年12月，每月一次。

1.3 分析方法

总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ636-2012)，总磷采用钼酸铵分光光度法(GB11893-1989)。进、出口浓度均值为上、中、下三层浓度的均值，年度浓度均值为1月至12月浓度均值。

2 结果与讨论

2.1 时间分布特征

2.1.1 年度分布结果

图2为2016—2019年山美水库进口、出口总磷和总氮浓度走势图。2016—2019年总磷总体呈上升趋势，其中进口浓度范围为0.026～0.037 mg/L，达Ⅱ类标准(GB3838-2002《地表水环境质量标准》，下同)，出口浓度范围为0.015～0.025 mg/L，达Ⅰ、Ⅱ类标准。2016—2018年总氮呈上升趋势，2019年有明显下降，进口浓度范围为2.11～2.75 mg/L，出口浓度范围为2.02～2.61 mg/L，均低于V类标准。

图2 山美水库进、出口2016—2019总氮、总磷浓度走势图

2.1.2 年度分布结果分析

2016—2019年山美水库进、出口氮磷总体上是呈上升趋势，这与林志杰等[8]分析山美水库2008—2011年的水质监测情况得出的该水库富营养化程度基本为中营养状态并有向中富营养转变的趋势基本一致。

水体营养盐是指营养盐的相对组成。梁作光等[9]介绍小塔山水库富营养化污染的成因、对富营养化污染采取的防治措施，得出了降低水库总氮总磷的含量及控制氮磷比是治理水库富营养化污染的关键措施。总氮/总磷比值是决定水体藻类生物量的主要因子之一，它对藻类的暴发性生长具有重要指示作用。当TN/TP<7时，氮是限制性营养盐；TN/TP在8～30之间为适宜藻类生长范围；TN/TP>30，则磷将成为藻类生长的限制因子[8]。2016—2019年山美水库进口总氮和总磷的比值范围为59.8～85.7，出口比值范围为91.4～139.5，表明该水库磷为藻类生长的限制因子，对山美水库流域采取禁磷限磷措施，更有利于保护水库水质。

2.1.3 月度分布结果

图3为2016—2019年山美水库进口总磷、总氮月度走势图，图4为2016—2019年山美水库出口总磷、总氮月度走势图。由图可知，进口总磷在4-9月浓度较高，进口总氮在3-8月浓度较高，出口总磷浓度月度分布总体较为平稳，而出口总氮浓度表现出的走势与进口较为相似，丰水期浓度较高。

图3 山美水库进口2016—2019总氮、总磷浓度月度走势图

图4 山美水库出口2016—2019总氮、总磷浓度月度走势图

2.1.4 月度分布结果分析

月度分布结果可能与本地区3-9月降雨量较多，属丰水期，造成较多的外源污染进入库区有关。马腾飞等[10]分析了高州水库总氮、总磷浓度丰水期高是由于受强降雨的影响，农业面源污染携带大量的氮磷随地表径流进入库区。山美水库上游桃溪、湖洋溪沿岸和山美水库周边乡镇的耕地面积为10 494.8 ha，农田化肥、农药流失易于将区域内的氮磷带入库区。氮、磷是藻类生长的必需营养物质，对藻类生长繁殖起着十分重要的作用，库区的藻类等水生植物在繁殖的时候消耗降解了一部分的磷氮，造成了进、出口氮磷浓度的差异性。

2.2 空间分布特征

2.2.1 空间分布结果

由图2可知，2016—2019年总磷出口与进口浓度比值分别为0.68、0.58、0.71、0.62，总氮出口与进口浓度比值分别为0.96、0.95、0.95、0.95，总磷、总氮进、出口年度趋势较为一致。

图5为山美水库进、出口2016—2019总磷浓度上、中、下三层年度走势图。进口下层浓度基本高于中上层浓度，中层浓度略高于上层浓度。出口下层浓度基本会高于中上层浓度，中层浓度与上层浓度互有高低。无论进口与出口，总磷浓度下层都会较高。

图5 山美水库进、出口2016—2019总磷上、中、下三层浓度年度走势图

图6为山美水库进、出口2016—2019总氮浓度上、中、下三层年度走势图。总氮进、出口上层浓度基本会低于中下层浓度，中下层浓度基本一致。

图6 山美水库进、出口2016—2019总氮上、中、下三层浓度年度走势图

2.2.2 空间分布结果分析

总磷、总氮的进、出口年度趋势较为一致，说明水库对磷、氮每年的降解效果基本一致，且对磷有较好的降解作用。氮、磷降解作用不一致的情况，一方面可能是因为库区内藻类等水生植物对氮磷吸收的差异，另一方面可能是因为氮相对磷的浓度较高，基数较大，不易于降解。

总磷所体现的空间分布情况，与底层水质受底泥、沉积物影响有一定关系。马腾飞等[7]指出水库底泥沉积物中积累了大量的磷元素，在合适的环境动力作用下，有可能再次释放到水体中。

总氮所体现的空间分布情况，可能由于总氮上层受底泥和沉积物影响较小，中下层总氮受底泥和沉积物影响没有明显差异。

3 结论

(1)山美水库近年来有富营养趋势，2016—2019年进、出口总磷浓度在Ⅰ、Ⅱ类标准范围，但总体呈上升趋势；2016—2018年进、出口总氮浓度呈上升趋势，2019年有明显下降，但均低于V类标准。对进、出口总氮和总磷的比值分析，表明该水库磷为藻类生长的限制因子。

(2)山美水库2016—2019年进、出口总磷、总氮表现为丰水期浓度较高，可能与丰水期间较多的外源污染进入库区有关。

(3)山美水库总磷进、出口年度趋势较为一致，进口浓度高于出口浓度，总氮亦表现出相似的趋势，可能与分层水受底泥、沉积物的影响有一定关系，表明水库每年对磷、氮的降解效果基本一致，对磷有较好的降解作用，对氮的降解作用较弱。