天然水塘氮、磷時(shí)空變異特征及遷移規(guī)律

高秀一 秦智通 周 晗

（1 山西汾河水庫(kù)管理有限公司，山西太原 030012 2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持科學(xué)研究所，山西太原 030013）

面源污染，又稱非點(diǎn)源污染，是指在自然降水和徑流的沖刷、淋溶作用下，污染物從非特定地點(diǎn)經(jīng)地表徑流匯入受納水體，而引起的水體污染[1]。目前，面源污染受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，已成為國(guó)際水環(huán)境問題研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[2]。由于氮、磷隨降雨徑流從農(nóng)田向河流、湖泊、水庫(kù)等水體輸移，截止目前，我國(guó)已有63.3%的湖泊水體達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化[3]，大量消耗水中的溶解氧并危機(jī)地表水體的環(huán)境安全[4]。本文以忻州市慶魯溝淤地壩壩后積水水塘為研究對(duì)象，對(duì)2020年雨季壩后水塘內(nèi)氮、磷含量進(jìn)行定量分析，探究其時(shí)空變異特征和遷移規(guī)律，以期為該區(qū)氮、磷污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于忻州市靜樂縣慶魯溝，屬汾河流域上游，呂梁山東脈。試驗(yàn)區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒、夏季暖熱，四季分明。由于受季風(fēng)影響，該區(qū)域光照長(zhǎng)、熱量足，降雨較少，氣候溫和。多年平均降雨量447.6 mm，多年平均氣溫7.3 ℃，一月均溫-9.0 ℃，七月均溫23.0 ℃，無霜期161 d，年均蒸發(fā)量2 860.2 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤主要以沙質(zhì)土為主。

2 研究方法

本研究通過翻斗式自記雨量計(jì)記錄降水過程，根據(jù)雨量計(jì)記錄數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)10 min 和30 min 兩個(gè)時(shí)間間隔的降水量，換算成相應(yīng)時(shí)間段的雨強(qiáng)，選擇出單場(chǎng)降水中最大的時(shí)段雨強(qiáng)；在壩后水塘上、中、下游每隔30 m 設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在雨后連續(xù)5 d 內(nèi)采樣，樣瓶采用200 ml PVC 標(biāo)準(zhǔn)采樣瓶，樣品在4 ℃下保存?？偭撞捎眠^硫酸鉀法消解，鉬酸銨分光光度法測(cè)定；總氮采用過硫酸鉀氧化，紫外分光光度法測(cè)定。

3 結(jié)果分析

3.1 氮、磷流失的時(shí)空變異特征

3.1.1 氮流失的空間變異特征

表1 為水塘水體中總氮質(zhì)量濃度對(duì)比表?？梢钥闯觯w中總氮質(zhì)量濃度自水塘上游向下游逐漸遞減，其中，7月9日水塘中游、下游水體較上游分別減少了6.18%和10.11%；8月5日水塘中游、下游水體較上游分別減少了8.19%和13.31%；9月17日水塘中游、下游水體較上游分別減少了6.60%和10.66%。

表1 水塘水體中總氮質(zhì)量濃度對(duì)比

3.1.2 磷流失空間變異特征

表2 為水塘水體不同斷面中總磷質(zhì)量濃度對(duì)比表。可以看出，總磷質(zhì)量濃度自水塘上游向下游變化較小，只有8月5日水塘上游水體總磷質(zhì)量濃度達(dá)0.05 mg/L，遠(yuǎn)大于中游和下游斷面。

表2 水塘水體不同斷面中總磷質(zhì)量濃度對(duì)比

3.2 水體中氮、磷遷移時(shí)間特征

選取2020年8月5日降水，研究雨后總氮、總磷隨時(shí)間變化遷移規(guī)律。該降水過程降水量達(dá)24.5 mm，歷時(shí)3.1 h，為該地區(qū)較有代表性的一次短歷時(shí)高強(qiáng)度降雨。

3.2.1 水體中氮的遷移時(shí)間特征

圖1 是不同斷面總氮隨時(shí)間變化特征?？梢钥闯?，降水當(dāng)日（8月5日）上、中、下游斷面的總氮濃度均為最高，分別達(dá)到2.87 mg/L、2.42 mg/L 和1.31 mg/L，隨著時(shí)間推移，濃度呈減少趨勢(shì)，至8月9日，上、中、下游總氮濃度為2.18 mg/L、1.42 mg/L 和1.28 mg/L，分別較8月5日下降24.04%、41.32%和0.02%。

圖1 不同斷面總氮質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化特征

3.2.2 水體中磷的遷移時(shí)間特征

圖2 是不同斷面總磷隨時(shí)間變化特征。可以看出，降水當(dāng)日（8月5日）上、中、下游斷面的總磷濃度均為最高，分別達(dá)到0.052 mg/L、0.042 mg/L 和0.020 mg/L，隨著時(shí)間推移，濃度呈減少趨勢(shì)，至8月9日，上、中、下游總氮濃度為0.019mg/L、0.014 mg/L 和0.013 mg/L，分別較8月5日下降55.93%、66.67%和35.00%。

圖2 不同斷面總磷質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化特征

4 結(jié)論

本研究對(duì)天然降水條件下淤地壩壩后水塘不同斷面水體氮、磷含量進(jìn)行了分析，總結(jié)了氮、磷時(shí)空變異特征和遷移規(guī)律。主要研究結(jié)論如下：

（1）淤地壩壩后水塘水體總氮、總磷濃度空間差異明顯。中、下游總氮含量較上游分別減少6.18～8.19%和10.11～13.31%，上游總磷含量遠(yuǎn)大于中、下游水平。

（2）淤地壩壩后水塘水體總氮、總磷濃度隨時(shí)間推移下降趨勢(shì)明顯。降水后第5日總氮濃度較第1日降低0.02～24.04%，總磷濃度較第1日降低35.00～66.67%。