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东大海柱状沉积物营养盐沉积记录 * 王凡臧淑英肖海丰 哈尔滨师范大学黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室, 哈尔滨 150025 摘要 通过对东大海柱状沉积物岩芯有机质 OM 、 总氮 TN 、 总磷 TP 、 C/N 指标综合分析, 研究了营养盐变化垂向 演化特征。根据有机指数评价法、 有机氮评价法和沉积物总磷的评价标准评价了营养盐状况, 并且结合粒度探寻其来 源。结果表明 岩芯深部 39 ~28 cm 营养元素处于自然沉积状态; 岩芯中下部 28 ~16 cm OM 与 TN 来源相同, 营养 指标的变化主要是受气候等自然因素的影响, 受人类活动的影响较小; 岩芯中上部 16 ~7 cm OM 和 TN 含量的减小 在很大程度受到粗颗粒物质的影响, 证实了降水量下降对该时期沉积物各项指标含量的影响; 岩芯上部 7 ~1 cm 有 机质数由尚清洁类型向有机污染类型转变, 有机氮属于有机氮无染类型, 总磷为重污染。C/N 说明有机质以内源碎屑 为主, 各营养指标增加明显并处于较高的阶段, 说明近年来湖泊富营养化现象明显加剧, 因此水体富营养化的治理仍 是大庆地区水环境整治工作的重点。 关键词 东大海; 营养盐; 评价标准 DOI 10. 13205/j. hjgc. 201403006 SEDIMENTARY RECORD OF NUTRIENT ELEMENTS IN CORE SEDIMENTS FROM THE DONGDAHAI LAKE Wang FanZang ShuyingXiao Haifeng Key Laboratory of Remote Sensing Monitoring of Geographic Environment, College of Heilongjiang Province, Harbin Normal University,Harbin 150025,China AbstractOM,TN,TP,and C/N were comprehensively investigated from the D core sediments of the Dongdahai Lake, which represented vertical evolution characteristics of nutritive salt. Furthermore nutritive salt were also uated by organic index and organic nitrogen appraisal and uation criterion of phosphorus in deposit sediment,and its sources were investigated with particle size. The results indicated that the concentrations of most elements were from natural sources at 39 ~ 28 cm. OM and TP shared the same origin at 28 ~16 cm,for the change of nutritive index was mostly impacted by the climate and other natural factors and less by human activities. Largely controlled by coarse particulate matters,OM and TP decreased at 16 ~7 cm,which confirmed the influence of decreasing precipitation on the indicators of the sediment in that period. At the upper part core 7 ~1 cm ,the organic index transed from clean to organic pollution type,organic nitrogen was pollution free,and total phosphorus was heavily polluted. Organic matter mainly was endogenous clastics by C/N and the nutrition indicators were at the higher stage,which indicated the lake eutrophication was aggravated in recent years and the control of water eutrophication in Daqing should be focused on. KeywordsDongdahai Lake;nutrient salt;uation criteria * 国家自然科学基金重点项目 40972115 。 收稿日期 2013 -06 -14 0引言 湖泊沉积物具有沉积连续性好、 沉积速率大、 时 间分辨率高、 信息量丰富与剖面保存完整等特点, 记 录着包括湖泊自身演化、 流域内自然环境变化、 气候 变化以及人类活动等在内的丰富信息[1- 2 ]。沉积物的 粒度组成特征是恢复过去古气候、 古环境状况的一个 重要代用指标 [3 ]。沉积物中的营养元素主要来自成 土母质和人类生活生产的排放, 同时与粒度的组成有 着密不可分的关系。本文建立东大海营养盐沉积记 录, 探寻来源状况, 对了解环境变化、 人为污染程度以 22 环境工程 Environmental Engineering 及水体污染治理具有重要意义。 东大海 北纬 4605 ~ 4608, 东经 12437 ~ 12441 位于大庆市西南郊。地处嫩江左岸的湖沼 湿地, 为洼地滞水湖泊。水位 142. 00 m, 长 6. 20 km, 最大宽 3. 25 km, 平均宽 2. 98 km, 面积 18. 5 km2 , 最 大水深 2. 73 m, 平均水深 1. 35 m, 蓄水量 0. 25 108 m3。湖区属温带半湿润气候, 年均气温 3. 4 ℃, 1 月平均气温 -10. 7 ℃, 7 月平均气温 23. 1 ℃。多年 平均日照时数 2 845 h, 年无霜期 142 d, 年降水量 420 mm。湖水主要依赖湖面降水和泡沼来水补给, 湖 畔有新华电厂的冷却水排入湖中, 出流泄入西大海 [ 4 ]。 1样品采集与实验方法 2010 年 7 月, 在野外考察的基础上, 利用重力采 泥器在东大海 北纬 46 5 39. 48″, 东经 124 38 38. 4″ 采集柱状岩芯, 所采集的柱状岩芯 D 岩芯 保 持完好, 悬浮层未受扰动, 界面水清澈透明, 现场进行 分层, 每 1 cm 分一个层次, 自上而下编号, 共分为 39 层, 各编号为 1、 2、 339 号样品, 分别装入聚乙烯袋 中标记编号, 带回实验室待实验分析。有机质 OM 指标的测定采用重铬酸钾容量法, 总氮 TN 指标的 测定采用重铬酸钾 - 硫酸消化法 [5 ], 总磷 TP 含量 测定采用 SMT 法 [6 ], 粒度的测定运用 Mastersizer 2000 激光粒度仪。 2结果与讨论 2. 1营养盐评价方法和结果 有机指数评价法和有机氮评价法[10- 11 ]为 有机指数 有机碳 有机氮 1 有机碳 有机质 /1. 724 2 有机氮 总氮 0. 95 3 当有机指数 <0. 05 为清洁, 0. 05≤有机指数 <0. 2 为较清洁, 0. 2≤有机指数 <0. 5 为尚清洁, 有机指数≥ 0. 50 为 有 机 污 染; 当 有 机 氮 < 0. 033 为 清 洁, 0. 033≤有机氮 <0.066为较清洁, 0.066≤有机氮 <0.133为尚清洁, 有机氮≥0.133为有机氮污染。 总磷的评价标准为 总磷 > 0. 1 为重污染, 0. 05 < 总磷 < 0. 1 为中度污染, 总磷 < 0. 05 为 未污染。 评价结果表明 有机指数 39 号 ~27 号主要为较 清洁类型 其中 37、 35 为尚清洁类型 , 26 号 ~ 4 号 主要为尚清洁类型 其中 24 号、 9 号为较清洁类型 , 3 号 ~1 号为有机污染类型; 有机氮属于有机氮污染 类型; 总磷为 39 号 ~32 号为重污染, 31 号 ~ 8 号主 要为中度污染 24 号、 22 号、 16 号、 11 号为重度污 染 , 7 号 ~1 号为重度污染。 2. 2营养盐沉积记录 D 岩芯 OM 含量为 0. 944 ~ 3. 180, 平均为 1. 764, TN 含 量 为 0. 167 ~ 0. 555,平 均 为 0. 281, TP 含量为 860. 145 ~1371. 307 mg/kg, 平均 为 1 041. 288 mg/kg。粒度机械组成的粒级划分按照 Udden- Went worth 标准分成黏土< 4 μm 、 细粉砂 4 ~16 μm 和粗粉砂 16 ~64 μm 和砂>64 μm 。 D 岩芯粒度机械组成 黏土含量为 11. 655 ~ 51. 611, 平均值为 32. 335; 细粉砂为 20. 526 ~ 41. 507, 平均值为 30. 755; 粗粉砂为 13. 667 ~ 48. 354, 平均值为 33. 140; 砂粒含量较少, 为 0. 182 ~9. 843, 平均为3. 770。中值粒径 Md 为 3. 816 ~19. 450 μm, 平均为 9. 664 μm。平均粒径 Mz 为 8. 649 ~ 25. 417 μm, 平均为 17. 475 μm。陈 敬安[9 ]等用 Mz 的数值大小指示降雨量, 表 1 分析结 果表明东大海 D 岩芯 Md 与 Mz 显著相关, 说明 Md 与降雨量的波动成相反趋势; 沉积物粒度机械组成的 不同组分存在不同来源, 通过对粒度组成各参数做相 关分析可以了解具有共同或相似来源的粒度组分, 从 而有利于分析粒度组分之间的关系[7 ], 表 1 分析结果 表明 <4 μm与 16 ~ 64 μm、<4 μm与 > 64 μm、 4 ~ 16 μm与16 ~64 μm 显著负相关, 表明各组成来源不同。 表 1粒度机械组成 Pearson 相关分析结果 Table 1Results of Pearson correlation analysis among the size mechanical composition MdMz<4 μm4 ~16 μm 16 ~64 μm >64 μm Md1 Mz0. 828* *1 <4 μm-0. 861* *-0. 733* *1 4 ~16 μm-0. 207-0. 328*-0. 2181 16 ~64 μm0. 903* *0. 738* *-0. 778* *-0. 387*1 >64 μm0. 437* *0. 821* *-0. 361*-0. 2390. 2381 注 * * 、 * 分别表示在0. 01 和0. 05 水平上显著相关。 湖泊沉积物中有机质的 C/N 原子比值可有效 指示有机质的来源[12- 13], 低等水生植物蛋白质含量 较高, C/N 原子比值一般小于 7, 陆生维管束植物 C/N 原子比值为 20 ~30。因此, 湖泊沉积物中有机 质的 C/N 比值反映了有机质的物源状况。东大海 D 岩 芯 C/N 为 2. 074 ~ 6. 901 ,平 均 值 为 3. 806 , 因此东大海有机质主要以内源碎屑物为 主要来源。 32 水污染防治 Water Pollution Control 在长时间尺度、 低分辨率 百年、 千年 研究中, 粗粒沉积物指示湖泊收缩、 湖水较浅的干旱气候期; 细粒沉积物指示湖泊扩张、 湖水较深的湿润气候期。 在短时间尺度、 高分辨率 年际、 十年 研究中, 粗颗 粒沉积物指示降雨量较大的湿润年份; 细粒沉积物指 示降雨量相对较小的干旱年份[9 ]。Mz 大指示降雨量 小的干旱气候, Mz 小指示降雨量大。如图 1 所示 Mz 曲线变化表现为粒度增大减小增大减小的变 化过程, 相应降雨量变化表现为减小增大减小 增大, 并且营养盐在这四个阶段也有相应的变化趋 势。表 2 分析结果表明 在总体分析中 OM、 TN、 TP 均与 <4 μm 呈显著相关, 并且 OM 与 TN 显著相关 r 0. 668, P <0. 01 , 而在分段分析只有 TP 在 P1、 P4 与 <4 μm 呈显著相关, P3、 P4 与 4 ~ 16 μm 显著 相关, OM 与 TN 在 P1、 P2、 P3 显著相关。这说明 OM、 TN、 TP 来源并不相同, 其中 P2 阶段 OM、 TN 与 >64 μm 显著相关并且 OM 与 TN 显著相关, 表明 P2 阶段 OM 与 TN 来源相同。 图 1D 岩芯粒度中值粒径、 平均粒径、 粒度机械组成和 营养盐垂向演变 Fig.1Vertical distribution of D core particle median diameter,average particle size,mechanical composition and nutrient salt 表 2营养元素和粒度机械组成之间 Pearson 相关分析结果 Table 2Results of Pearson correlation analysis among the nutrient elements and the size mechanical composition 项目OMTN<4 μm4 ~16 μm16 ~64 μm>64 μm P1 ~P4 39 ~1 cm P1 39 ~28 cm P2 28 ~16 cm P3 16 ~7 cm P4 7 ~1 cm OM10. 350*-0. 085-0. 090-0. 714* * TN0. 668* *10. 415* *-0. 325*-0. 168-0. 131 TP0. 2370. 0480. 615* *0. 010-0. 624* *-0. 064 OM1-0. 0470. 126-0. 0480. 039 TN0. 715* *10. 1690. 217-0. 312-0. 008 TP-0. 0540. 3260. 641*0. 393-0. 809* *-0. 393 OM1-0. 607*0. 1480. 3700. 862* * TN0. 917* *1-0. 713* *0. 3440. 3860. 843* * TP-0. 622*-0. 4890. 3090. 027-0. 226-0. 514 OM1-0. 270-0. 5390. 4620. 243 TN0. 4021-0. 806* *-0. 858* *0. 873* *0. 900* * TP-0. 697*-0. 635*0. 3590. 632*-0. 546-0. 387 OM10. 001-0. 3360. 1320. 013 TN0. 3961-0. 812*-0. 881* *0. 871*0. 584 TP-0. 222-0. 931* *0. 952* *0. 920* *-0. 957* *-0. 765* P1 阶段 39 ~28 cm Md 为 4. 375 ~16. 831 μm, 平均为9. 463 μm, Mz 为13. 105 ~25. 417 μm, 平均为 19. 451 μm, 如图 1 所示 此阶段 Mz 波动增加, 说明 降雨量波动减小。OM 为 0. 944 ~1. 501, 平均为 1. 216, 在此范围内波动变化趋势不明显, 比较稳 定; TN 为 0. 167 ~ 0. 304, 平均为 0. 253, 其于 有机质变化趋势相似, 波动较大; TP 为 881. 736 ~ 1 266. 840 mg/kg, 平均值为1 078. 557 mg/kg, 整体趋 势减小但在 35 ~31 cm 先增大后急剧减小, C/N 比值 为 2. 074 ~4. 970, 平均值为 2. 874, 略显增加, 波动幅 度不大。有机质数主要属于较清洁类型, 有机氮属于 有机氮污染类型, 磷由重污染向中度污染转变。该阶 段为沉积早期阶段, 当时人类的活动强度较小, 营养 元素的 OM、 TN 含量值处于相对较低水平, 而 TP 由 重污染“被稀释” 成中度污染, 在 35 ~ 32 cm处又增 加, 这表明可能受到单一的污染影响, 并且这种影响 仍然存在。总体变化较稳定, 表明该阶段营养元素处 于自然沉积状态, 有机质以内源碎屑为主。 P2 阶段 28 ~16 cm Md 为 4. 498 ~16. 831 μm, 平均为 11. 663 μm, Mz 为 9. 026 ~ 25. 417 μm, 平均 17.606 μm。OM 为1.085 ~2.315, 平均为1.907, 增大趋势明显; TN 为 0. 185 ~ 0. 304, 平均为 42 环境工程 Environmental Engineering 0. 255, 波动变化趋势不明显; TP 为 860. 145 ~ 1 171. 458 mg/kg, 平均为 955. 462 mg/kg, 波动增加, 在 23. 5 cm 处出现本阶段的最大值; C/N 为 2. 074 ~ 6. 901, 平均为 4. 454, 在较小范围内波动。有机质数 由较清洁类型向尚清洁类型转变, 有机氮属于有机氮 污染类型, 总磷主要为中度污染。此阶段分为两部分 图 1 中由虚线分开 , OM 在 P2- 1 减小趋势比在 P2- 2 明显, TP 在 P2- 1 值低于 P2- 2 除出现最大值处 。 该阶段营养指标的变化主要是受气候等自然因素的 影响, 受人类活动的影响较小。 P3 阶段 16 ~7 cm Md 为 4. 498 ~19. 450 μm, 平均为 9. 619 μm; Mz 为 9. 026 ~24. 274 μm, 平均为 16. 315 μm, 此阶段 Mz 波动增加, 指示降雨量下降; OM 为 1. 667 ~ 2. 315, 平均为 1. 938; TN 为 0. 195 ~0. 314, 平均为 0. 247; TP 为952. 096 ~ 1 062. 373 mg/kg, 平均为 996. 033 mg/kg; C/N 为 3. 838 ~6. 901, 平均为 4. 659。就岩芯整体含量变化 而言, 该阶段营养盐变化幅度较小, 比较稳定, OM、 TN、 C/N 均在较小范围内以减小趋势变化, TP 在 11cm 处出现峰值; 有机质数主要属于尚清洁类型, 有 机氮属于有机氮污染类型, 总磷主要为中度污染。该 阶段有机质和总氮含量的减小在很大程度受到粗颗 粒物质的影响 , “稀释作用” 掩盖了元素的真实含量, 证实了降水量下降对该时期沉积物各项指标含量的 影响 [1 ]。 P4 阶段 7 ~ 1 cm Md 为 3. 816 ~ 19. 450 μm, 平均为 8. 401 μm; Mz 为 8. 649 ~24. 274 μm, 平均为 16. 549μm, 此阶段 Mz 波动减小, 指示降雨量增加; OM 为 1. 731 ~ 3. 180, 平均为 2. 163; TN 为 0. 241 ~0. 555, 平均为0. 411; TP 为1 010. 664 ~ 1 371. 307 mg/kg, 平均为1 177. 283 mg/kg; C/N 比值 为 2. 316 ~ 5. 435, 平均为 3. 228。此阶段 OM、 TN 和 TP 平均值高于前一阶段, 有明显增大趋势; 有机质数 由尚清洁类型向有机污染类型转变, 有机氮属于有机 氮污染类型, 总磷为重污染。该阶段代表近些年湖泊 沉积污染状况, 对湖泊环境治理有较大意义, 各营养 指标增加明显并处于较高阶段, 说明近年来湖泊富营 养化现象明显加剧, 很可能与东大海所在地区大量工 农业及人类日常生活产生的废弃物排放入湖有关。 由于入湖污染物增加, 湖泊内水生植物大量繁殖, 导 致水体富营养化严重。因此, 水体富营养化的治理仍 是大庆地区水环境整治工作的重点。 3结果与讨论 东大海沉积岩芯 D 的各项指标含量变化很好地 反映其沉积特征, 也反映了湖泊沉积物对湖区气候变 化以及湖区社会经济发展的响应。岩芯深部 39 ~ 28 cm Mz 波动增加说明降雨量随之波动减小, OM、 TN 比较稳定, 有机质数主要属于较清洁类型, 有机氮 属于有机氮污染类型, C/N 说明有机质以内源碎屑为 主, 磷受到单一的污染影响, 由重污染向中度污染转 变。总体变化较稳定, 表明该阶段营养元素处于自然 沉积状态。岩芯中下部 28 ~16 cm Mz 减小趋势说 明降雨量随之增加, OM 增大趋势明显; TN 波动变化 趋势不明显; TP 波动增加, 在 23. 5 cm 处出现本阶段 的最大值; C/N 在较小范围内波动。此阶段 OM 与 TN 来源相同。有机质数由较清洁类型向尚清洁类型 转变, 有机氮属于有机氮污染类型, 总磷主要为中度 污染。该阶段营养指标的变化主要是受气候等自然 因素的影响, 受人类活动的影响较小。岩芯中上部 16 ~7 cm 此阶段 Mz 波动增加, 指示降雨量下降。 就岩芯整体含量变化而言, 该阶段营养盐变化幅度较 小, 比较稳定, OM、 TN、 C/N 比值均在较小范围内以 减小趋势变化, 有机质数主要属于尚清洁类型, 有机 氮属于有机氮污染类型, 总磷主要为中度污染。该阶 段有机质和总氮含量的减小在很大程度受到粗颗粒 物质的影响 , “稀释作用” 掩盖了元素的真实含量, 证 实了降水量下降对该时期沉积物各项指标含量的影 响。岩芯上部 7 ~1 cm Mz 波动减小, 指示降雨量 增加, OM、 TN 和 TP 平均值高于前一阶段, 有明显增 大趋势; 有机质数由尚清洁类型向有机污染类型转 变, 有机氮属于有机氮污染类型, 总磷为重污染。该 阶段代表近些年湖泊沉积污染状况, 各营养指标增加 明显并处于较高的阶段, 说明近年来湖泊富营养化现 象明显加剧, 因此水体富营养化的治理仍是大庆地区 水环境整治工作的重点。 参考文献 [1]孙丽, 臧淑英, 肖海丰. 连环湖他拉红泡重金属和营养元素的沉 积记录[J]. 地理与地理信息科学, 2010, 26 4 99- 103. 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[4]王苏民, 窦鸿身. 中国湖泊志[M]. 北京 科学出版社, 1998 504- 505. 下转第 82 页 52 水污染防治 Water Pollution Control 防风抑尘网, 在不影响作业的情况下, 扩大了捕尘系 统对扬尘的控制区 [4 ], 既防止了喷雾抑尘过程受大 风影响, 又保障了被捕捉的粉尘能够顺利沉降到车 厢内。 4应用效果与总结 在应用过程中, 废石仓排料过程所产生的扬尘得 到了有效抑制, 并且效果显著, 平均除尘效率达 90 以上, 厂区环境得到了明显改善, 数据如表 1 所示。 表 1废石仓 0m 处粉尘浓度 Table 1Dust concentration at position 0 m around waste rock storehouse 测试编号 投入使用前/ mg m -3 投入使用后/ mg m -3 除尘效率/ 11731293. 1 21801890. 0 31691193. 5 41711392. 4 51781591. 6 平均174. 213. 892. 12 由表 1 测试结果表明 超声波雾化除尘技术解决 了巴润矿业公司废石仓排料过程中, 粉尘污染严重的 难题, 同时, 也为以后此类粉尘污染的治理积累了宝 贵经验。通过应用超声波雾化除尘装置, 发现它仅使 用少量的水就可形成浓密的水雾, 对扬尘能起到强力 抑制作用。它是一种高效、 节能、 易于操作、 便于维护 的新型除尘装置, 具有良好的应用前景。与传统的干 式除尘器和湿式除尘器相比具有如下优点 1 产生的水雾颗粒为干雾级, 在产尘点进行粉 尘治理, 从根本上抑制了粉尘的外逸。非常适用于无 组织排放, 密闭或半密闭空间的污染源。 2 抑尘效率高, 无需清灰, 节省了后续粉尘处理 的费用, 同时减轻了岗位人员的劳动量。 3 系统设施可靠性高, 省去传统的风机、 除尘 器、 通风管、 喷洒泵房、 洒水枪等, 设备运行、 维护费用 低。并且占地面积小, 全自动 PLC 控制, 节省基建投 资和管理费用等优点。 参考文献 [1]陈秀厅, 徐立成. 超声波雾化技术在选厂除尘中的应用[J]. 化 工矿山技术, 1998 1 22- 24. [2]张小艳, 王小文. 超声雾化性能的试验研究与回归分析[J]. 工 业安全与环保, 2002, 28 2 8- 13. 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