華南地區(qū)大型水庫(kù)鐵時(shí)空分布特征及影響因子
——以大沙河水庫(kù)為例

張 依,周史強(qiáng),肖利娟,3*,張 穎 (.暨南大學(xué)生態(tài)學(xué)系,廣東 廣州 5063；.廣東省水文局江門水文分局,廣東 江門 59000；3.廣東省水庫(kù)藍(lán)藻水華防治中心,廣東 廣州 5063；4.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 5063)

鐵(Fe)元素是細(xì)胞生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)鹽,是重要的水質(zhì)指標(biāo),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的健康有重要影響[1-3].水體中鐵濃度過(guò)高不僅對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性還會(huì)導(dǎo)致水體變黃、鐵銹味等水質(zhì)問(wèn)題,威脅生態(tài)系統(tǒng)的健康和服務(wù)功能[3].飲用水中鐵濃度過(guò)高會(huì)刺激胃腸道,引起惡心、嘔吐,長(zhǎng)期飲用鐵超標(biāo)的水會(huì)導(dǎo)致胃腸道疾病[4-5].有研究表明鐵攝入過(guò)量會(huì)引發(fā)急性中毒,嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致休克或死亡,而長(zhǎng)期鐵攝入過(guò)量會(huì)損害肝臟,影響肝臟功能[6].此外水體中鐵濃度超標(biāo)會(huì)引發(fā)水質(zhì)問(wèn)題,劉斯璇等[7]發(fā)現(xiàn)南寧天雹水庫(kù)冬季泛黑現(xiàn)象是由于分層期后富氧促進(jìn)鐵和硫化物形態(tài)轉(zhuǎn)變,向上遷移生產(chǎn)FeS 等泛黑物質(zhì).我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中規(guī)定,集中式生活飲用水地表水源的鐵濃度不能超過(guò)0.3mg/L[8],明確水體中鐵的時(shí)空特征,揭示鐵的來(lái)源和污染狀況,于水質(zhì)保障和水生態(tài)系統(tǒng)健康管理有重要的意義.

自然水體中鐵的來(lái)源主要有兩種途徑:地表徑流的外源輸入和沉積物釋放與再懸浮的內(nèi)源輸入[2,9].湖泊中的鐵能與有機(jī)物、磷酸鹽和硫化物等有機(jī)配體結(jié)合形成多種存在形態(tài)的絡(luò)合態(tài)鐵.通常水體中的鐵被劃分為顆粒態(tài)和溶解態(tài),其中小于0.45μm 粒徑的鐵定義為溶解態(tài)鐵[10].鐵在地殼中的含量位居第4,泥沙尤其是紅壤地區(qū)的泥沙中鐵含量豐富,地表徑流攜帶的泥沙是湖庫(kù)中鐵的重要來(lái)源.但因鐵的氧化還原敏感性,富氧的地表徑流中鐵通常以非溶解態(tài)(顆粒態(tài))形式進(jìn)入水庫(kù)[11-12].沉積物中的鐵在水體氧化還原條件和再懸浮作用下進(jìn)一步影響水體鐵濃度的分布和時(shí)空變化[13-14].一般而言,在溶解氧豐富、堿性水體中,鐵常處于+3 價(jià)態(tài),與水結(jié)合形成不溶性的氫氧化鐵,而在厭氧的酸性環(huán)境下,鐵以易溶于水的+2 價(jià)態(tài)存在,通常形成較高的濃度[11,15].例如,在浙江長(zhǎng)潭水庫(kù)中,熱分層效應(yīng)引發(fā)的內(nèi)源鐵污染是庫(kù)區(qū)水體鐵超標(biāo)的主要原因[16].在粵東南水庫(kù)中,淺水水庫(kù)鐵濃度處于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)安全范圍內(nèi),而深水水體底部厭氧和酸性條件導(dǎo)致溶解性鐵濃度較高[13].可見(jiàn),水體中鐵分布具有明顯的時(shí)空異質(zhì)性,但由于常規(guī)水生態(tài)監(jiān)測(cè)中主要關(guān)注氮和磷的污染,我們對(duì)大部分水體中鐵污染及其時(shí)空異質(zhì)性理解不足.

華南地區(qū)缺乏天然湖泊,水庫(kù)是主要的蓄水水體,是粵港澳大灣區(qū)重要的水源地,掌握鐵的時(shí)空特征對(duì)水質(zhì)和水生態(tài)管理有重要意義,但目前關(guān)于該地區(qū)水庫(kù)鐵時(shí)空動(dòng)態(tài)及變化機(jī)理的研究明顯不足.受熱帶季風(fēng)氣候的影響,華南地區(qū)的降雨量大且豐水期和枯水期區(qū)分明顯,季節(jié)性高強(qiáng)度的地表徑流導(dǎo)致外源性鐵輸入也呈現(xiàn)季節(jié)性特征[17].在高溫高光照環(huán)境下,水庫(kù)光合作用強(qiáng)烈,湖上層通常處于高pH 值和富氧狀態(tài),不利于溶解性鐵存在,同時(shí)水體底部通常出現(xiàn)季節(jié)性厭氧和酸化,導(dǎo)致季節(jié)性高強(qiáng)度的沉積物鐵釋放[18].因此推測(cè),季節(jié)性外源輸入和季節(jié)性內(nèi)源釋放共同影響水庫(kù)鐵空間分布特征及季節(jié)性.為驗(yàn)證該推測(cè),本研究以典型水庫(kù)——大沙河水庫(kù)為例,探究華南地區(qū)大型水庫(kù)中鐵的空間分布和季節(jié)動(dòng)態(tài)及其影響因子,并評(píng)價(jià)水庫(kù)鐵污染狀況,為水庫(kù)水質(zhì)保障和生態(tài)系統(tǒng)健康管理提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)與采樣時(shí)間

大沙河水庫(kù)(22°52'N,112°43'E)位于廣東省開(kāi)平市,是廣東省37 座大型水庫(kù)之一,發(fā)揮灌溉、防洪、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖、造林等功能,是開(kāi)平市區(qū)主要的水源地.水庫(kù)的集雨面積2.17×105m2,正常庫(kù)容1.57×108m3,最大深度14m,為中富營(yíng)養(yǎng)水庫(kù).水庫(kù)有5 條主要的入庫(kù)河流,另外兩條小溪流對(duì)水庫(kù)的入庫(kù)流量貢獻(xiàn)極小[19-20].流域內(nèi)以農(nóng)業(yè)為主,包括林業(yè)、農(nóng)田、養(yǎng)殖等,沒(méi)有工業(yè)污染[20].2006 年大沙河水庫(kù)發(fā)生嚴(yán)重的藍(lán)藻水華,之后水庫(kù)管理部門對(duì)流域內(nèi)污染源進(jìn)行排查和治理,水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻水華得到較好的控制[21].水庫(kù)流域內(nèi)土壤有6 種類型:潴育水稻土、麻黃壤、麻紅壤、麻赤紅壤、頁(yè)赤紅壤、酸性紫色土,其中以麻赤紅壤分布最廣[20].根據(jù)水庫(kù)形態(tài)、水流特征和入庫(kù)河流分布,在水庫(kù)湖泊區(qū)、過(guò)渡區(qū)和入庫(kù)河流區(qū)共設(shè)置10個(gè)采樣點(diǎn)(DS1～DS10),其中 DS1 位于湖泊區(qū);DS2～DS5 位于過(guò)渡區(qū);DS6～DS10 位于入庫(kù)河流區(qū),分別對(duì)應(yīng)5 條主要的入庫(kù)河流(圖1).于2016 年9 月～2017 年10 月期間開(kāi)展逐月監(jiān)測(cè).

圖1 水庫(kù)位置和采樣點(diǎn)分布Fig.1 The location of Dashahe reservoir and sampling sites

1.2 樣品采集與分析

現(xiàn)場(chǎng)采用測(cè)深儀測(cè)定水深;用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀(YSI6600)每間隔1m 測(cè)定水溫(T)、溶解氧濃度(DO)、pH 值.對(duì)深度大于10m 且有穩(wěn)定分層的湖泊區(qū)采樣點(diǎn)(DS1)進(jìn)行分層采樣,于湖上層表層(0.5m),中層(5m)和湖下層(距底部0.5m 高度)處采集水樣;在其他深度較淺(<10m)沒(méi)有穩(wěn)定分層的DS2～DS5樣點(diǎn),采集表層(0.5m)水樣;5 條入庫(kù)河流DS6～DS10樣點(diǎn),采集表層0.5m 處水樣.每個(gè)點(diǎn)位采集1L 水樣用于測(cè)定總鐵(TFe)和溶解態(tài)鐵(DFe),DFe 即經(jīng)過(guò)0.45μm 的纖維濾膜抽濾后濾水的總鐵.Fe 的測(cè)定采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),所有樣品在24h 內(nèi)處理和完成測(cè)定.

1.3 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中規(guī)定的飲用水源地鐵含量的限制值0.3mg/L,采用單因子評(píng)價(jià)法判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)鐵濃度值是否超標(biāo),并計(jì)算超標(biāo)倍數(shù)和超標(biāo)率[22]:

1.4 數(shù)據(jù)處理

在樣點(diǎn)間的數(shù)據(jù)比較中,對(duì)符合正態(tài)性和方差齊性的單指標(biāo),采用方差分析(ANOVA)檢驗(yàn)位點(diǎn)間差異顯著性,所有檢驗(yàn)的顯著性水平均為P<0.05.對(duì)于不滿足正態(tài)性和方差齊性經(jīng)過(guò)log 轉(zhuǎn)換再正態(tài)性和方差齊性,確定滿足條件,再進(jìn)行方差分析,否則采樣用非參數(shù)方差分析.用皮爾遜相關(guān)性分析(Pearson)和逐步線性回歸模型,確定因子之間的相關(guān)性和回歸關(guān)系.用方差分解分析(VPA)識(shí)別環(huán)境因子對(duì)鐵濃度時(shí)空動(dòng)態(tài)的解釋作用.所有統(tǒng)計(jì)分析均通過(guò)R 軟件4.1.2 版本完成,在R 語(yǔ)言平臺(tái)上采用軟件包(vcd, vegan 和ggplot).

2 結(jié)果與分析

2.1 大沙河水庫(kù)理化環(huán)境

2016 年9 月～2017 年10 月期間,大沙河水庫(kù)降雨量為2467mm,75%降雨量出現(xiàn)在4～9 月期間,屬于豐水期.水庫(kù)庫(kù)區(qū)深度在4～12.2m 之間,湖泊區(qū)屬于深水區(qū),DS1 位點(diǎn)深度在9.5～12.2m,其他各點(diǎn)深度均低于10m.表層水溫在17～32℃之間,各點(diǎn)表層水溫沒(méi)有明顯差異;底層水溫在16～25℃之間,4～10 月期間底層水溫顯著低于表層水溫,表明水庫(kù)有明顯分層.表層溶解氧(DO)在7.8～10mg/L 范圍,湖泊區(qū)底層溶解氧在0～9mg/L 之間,5 月～9 月期間底層溶解氧低于1mg/L,指示水層處于缺氧或厭氧狀態(tài).表層pH值在7.0～8.6 之間,5～9 月期間底層pH 值低于7.0,處于酸化環(huán)境(圖2).

圖2 水庫(kù)環(huán)境條件季節(jié)特征Fig.2 Seasonal characteristics of reservoir environmental conditions

2.2 鐵濃度時(shí)空異質(zhì)性特征

整體上,表層水體的鐵以顆粒態(tài)為主要存在形式,溶解態(tài)鐵占比較低,DFe 占TFe 的比例為(19±14)%.TFe 和DFe 濃度在縱向空間上均呈現(xiàn)出河流區(qū)>過(guò)渡區(qū)>湖泊區(qū).表層TFe 濃度均值河流區(qū)為(1.12± 0.13) mg/L,過(guò)渡區(qū)為(0.29±0.02) mg/L,湖泊區(qū)為(0.15±0.03) mg/L.表層DFe 濃度均值河流區(qū)為(0.20±0.02) mg/L,過(guò)渡區(qū)為(0.03±0.01) mg/L,湖泊區(qū)為(0.02±0.01) mg/L.水庫(kù)湖泊區(qū)水深大于10m,具有明顯的水體分層,與表層Fe 濃度變化不同,湖泊區(qū)底層鐵以DFe為主,底層DFe占TFe的(50±40)%,顯著高于表層(圖3).

圖3 TFe 和DFe 濃度的空間差異Fig.3 Spatial differences in TFe and DFe concentrations

鐵濃度有明顯的季節(jié)性,各分區(qū)的季節(jié)性有明顯區(qū)別.各區(qū)域表層最大TFe 濃度出現(xiàn)季節(jié)分別為:湖泊區(qū)、過(guò)渡區(qū)和河流區(qū)均在2016 年9～10 月,過(guò)渡區(qū)和河流區(qū)在2017 年3～8 月TFe 濃度也處于較高水平;表層最大DFe 濃度出現(xiàn)季節(jié)分別為:湖泊區(qū)和過(guò)渡區(qū)在2017 年8～9 月,而河流區(qū)在2017 年4～8月期間.底層TFe 和DFe 濃度最大值均出現(xiàn)在2017年7 月(圖4).

圖4 TFe 和DFe 濃度的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.4 Seasonal dynamics of TFe and DFe concentrations

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

相關(guān)性分析表明,在TFe 濃度上,僅有過(guò)渡區(qū)DS2和湖泊區(qū)DS1與河流區(qū)DS8有顯著相關(guān)關(guān)系(P< 0.05),以及過(guò)渡區(qū)DS3 和DS4 之間有顯著相關(guān)關(guān)系,其他各點(diǎn)均沒(méi)有顯著相關(guān)性.在DFe 濃度上,僅有過(guò)渡區(qū)DS5與河流區(qū)DS9有顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.05),湖泊區(qū)DS1 與過(guò)渡區(qū)DS5 和河流區(qū)DS9 有顯著相關(guān)性(P<0.05).該結(jié)果表明TFe 和DFe 濃度在樣點(diǎn)間差異較大,較少存在顯著的線性關(guān)系(圖5).

圖5 TFe(A)和DFe(B)各位點(diǎn)間Pearson 相關(guān)性系數(shù)矩陣Fig.5 Coefficient matrix of Pearson correlation between sites in TFe (A) and DFe (B) concentration

進(jìn)一步分析湖泊區(qū)和過(guò)渡區(qū)鐵濃度與環(huán)境因子的關(guān)系,相關(guān)分析表明僅有DS3 點(diǎn)的TFe 濃度與深度呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與DO 呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),其他點(diǎn)的TFe 濃度與環(huán)境因子均沒(méi)有顯著相關(guān)性.溶解性DFe 受環(huán)境因子的影響更明顯,且越靠近湖泊區(qū),環(huán)境因子與DFe 的相關(guān)性越顯著:T與湖泊區(qū)DS1 和過(guò)渡區(qū)DS2 點(diǎn)的DFe 濃度均顯著正相關(guān)(P<0.05);DO 和降雨量與湖泊區(qū)DFe 濃度有顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05).該結(jié)果表明,環(huán)境因子對(duì)DFe濃度的影響明顯大于對(duì)TFe 濃度的影響,且其影響主要在湖泊區(qū)以及靠近湖泊區(qū)的過(guò)渡區(qū)(表1).

表1 各位點(diǎn)TFe 和DFe 與環(huán)境因子Pearson 相關(guān)性分析Table 1 Pearson correlation analysis between TFe and DFe concentrations and associated environmental variables

與表層鐵變化不同,底層DFe 主要受溶解氧(DO)和pH 值條件的影響,方差分解分析表明DO 和pH 值解釋了76%的DFe 變化(圖6A).DFe 與TFe 有極顯著回歸關(guān)系(P<0.01),DFe 幾乎決定了TFe 的變化(圖6B).底層DFe 與湖上層DFe 也有顯著的回歸關(guān)系,解釋了表層DFe 濃度41%的變化(圖6C).

圖6 基于方差分解的DO 和pH 值對(duì)底層DFe 的解釋作用(A)以及底層DFe 與TFe(B)和表層DFe(C)的回歸關(guān)系Fig.6 The explaining effect of DO and pH on bottom DFe by Variance Partitioning Analysis (A), and the regression relationship between bottom DFe and TFe (B) and between bottom DFe and surface DFe (C)

2.5 污染評(píng)價(jià)

水庫(kù)鐵污染狀況有明顯的空間差異和季節(jié)性特征.調(diào)查期間每個(gè)月河流區(qū)鐵超標(biāo)率均在50%以上,超標(biāo)倍數(shù)均值大于2;過(guò)渡區(qū)有6 個(gè)月份出現(xiàn)Fe超標(biāo),超標(biāo)率多在50%以下,超標(biāo)倍數(shù)在1 左右(圖7A);湖泊區(qū)底層具有明顯的季節(jié)性鐵超標(biāo),出現(xiàn)在5～9月期間,超標(biāo)倍數(shù)在5以上(圖7C).但湖泊區(qū)表層很少出現(xiàn)鐵超標(biāo),調(diào)查期間僅有2016 年10 月出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象,超標(biāo)倍數(shù)也很低,僅為0.7(圖7B).

圖7 水庫(kù)Fe 超標(biāo)率和超標(biāo)倍數(shù)的時(shí)空差異Fig.7 The situation of Fe pollution in the reservoir

3 討論

3.1 水庫(kù)鐵濃度和污染的空間特征及影響因子

整體上,表層水體的鐵以顆粒態(tài)為主要存在形式.入庫(kù)河流鐵濃度長(zhǎng)期較高且以顆粒態(tài)鐵為主,鐵濃度隨水流方向逐漸降低,表明高外源輸入和沉降作用決定了鐵空間分布特征.大沙河水庫(kù)入庫(kù)河流主要發(fā)源于開(kāi)平市西部山區(qū),流域內(nèi)坡度變化大,河流上游森林茂密,下游由于人為活動(dòng)的影響,植被覆蓋率銳減,水土流失嚴(yán)重,同時(shí)流域內(nèi)土壤類型以紅壤為主,鐵含量高[20].高鐵含量的泥沙長(zhǎng)期輸入可能是入庫(kù)河流顆粒態(tài)鐵濃度較高的主要原因.

大沙河水庫(kù)表層溶解氧(DO)在7.8～10mg/L 之間,pH 值在7.0～8.6 之間,表明表層水體長(zhǎng)期處于富氧和堿性條件.碳酸緩沖體系是控制水體pH 值的主要過(guò)程,水體二氧化碳(CO2)的變化會(huì)導(dǎo)致pH 值發(fā)生改變.水庫(kù)處于北回歸線以南,水溫常年較高,不利于CO2溶解,同時(shí)高光高溫環(huán)境有利于浮游植物光合作用消耗水體中CO2,造成水體pH 值升高.郭芳等對(duì)粵東地區(qū)8 座水庫(kù)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),即使在營(yíng)養(yǎng)鹽較低、浮游植物豐度不高的中營(yíng)養(yǎng)水體中,夏季表層pH 值都在7.0 以上,水體表層偏堿性是華南地區(qū)水庫(kù)普遍特征[23].Fe 是氧化還原敏感性元素,在富氧和堿性條件下通常以Fe(OH)3非溶解態(tài)存在[7,16,18,24],水庫(kù)表層富氧和堿性環(huán)境是導(dǎo)致溶解性鐵濃度較低、鐵以顆粒態(tài)存在的重要原因.

顆粒態(tài)鐵易沉淀,沉淀作用會(huì)隨著水流變緩、水體穩(wěn)定性增強(qiáng)而增強(qiáng),導(dǎo)致入庫(kù)河流的鐵輸入對(duì)水庫(kù)鐵濃度的變化具有后效性和傳遞性[25-26].本研究結(jié)果表明,水體TFe 在縱向空間上呈現(xiàn)河流區(qū)>過(guò)渡區(qū)>湖泊區(qū),隨水流方向逐漸降低,與顆粒態(tài)鐵沉降特性相一致.與TFe 分布相對(duì)應(yīng),大沙河水庫(kù)入庫(kù)河流段鐵濃度長(zhǎng)期超標(biāo),且超標(biāo)倍數(shù)均值達(dá)到3.隨著顆粒態(tài)鐵的沉降,庫(kù)區(qū)鐵濃度明顯降低,超標(biāo)現(xiàn)象也減少,湖泊區(qū)表層水極少出現(xiàn)超標(biāo).

與表層鐵的組成不同,湖泊區(qū)底層鐵以溶解態(tài)鐵為主,底層DFe 占TFe 的50%±40%.湖泊區(qū)水深大于10m 有季節(jié)性分層,分層期間底層水體基本上處于缺氧條件,DO 濃度低于1mg/L,pH 值低于7.0,處于酸化缺氧環(huán)境,沉積物中的鐵被還原釋放,主要以溶解態(tài)鐵存在.統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,DO 和pH 值是決定底層DFe 的主要因子.雖然底部鐵釋放顯著影響表層DFe,但表層TFe 濃度主要以顆粒態(tài)為主,維持在較低的濃度.在其他水庫(kù)也觀察到水體熱分層導(dǎo)致溶解氧變化影響水庫(kù)中鐵濃度變化的現(xiàn)象[7,13,27].厭氧層大量的鐵釋放,使湖泊區(qū)底層出現(xiàn)鐵超標(biāo)問(wèn)題,危害供水水質(zhì).

綜上所述,水庫(kù)具有較高的外源鐵輸入,受沉降作用和氧化還原作用共同影響,水庫(kù)鐵濃度具有明顯的空間異質(zhì)性,水流方向、水深、溶解氧和pH 值環(huán)境共同影響鐵的空間分布.湖泊區(qū)穩(wěn)定的水體和表層富氧及堿性環(huán)境使表層水體TFe和DFe均處于最低水平.因此根據(jù)取水口位置,建議在避免有害藻類的影響下采取湖上層取水,避免鐵錳超標(biāo)的危害.

3.2 鐵濃度和污染的季節(jié)性特征及影響因子

降雨導(dǎo)致大沙河水庫(kù)鐵濃度有明顯的季節(jié)性.鐵是地殼中含量排第4 的元素,華南地區(qū)的土壤類型主要為紅壤,土壤鐵含量相對(duì)較高[13,28].降雨會(huì)導(dǎo)致地表徑流增加,隨地表徑流進(jìn)入水庫(kù)的泥沙也增加[17],造成水體中鐵含量增高.已有研究也表明不同強(qiáng)度的降雨會(huì)對(duì)水庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)鹽的形態(tài)及濃度產(chǎn)生影響[29].本研究結(jié)果顯示豐水期(4～9 月)河流區(qū)TFe 明顯高于枯水期,濃度峰值出現(xiàn)在9 月,但水體TFe 濃度與降雨量并沒(méi)有顯著線性相關(guān)關(guān)系,表明降雨和地表徑流對(duì)水體TFe 升高的作用不成線性關(guān)系.

與河流區(qū)不同,過(guò)渡區(qū)和湖泊區(qū)表層TFe 濃度在10～11 月最高,屬于枯水期前期、水體混合初期.水庫(kù)自5 月出現(xiàn)湖下層厭氧,促進(jìn)底泥鐵釋放,數(shù)據(jù)顯示5～10 月期間湖下層溶解性鐵濃度顯著升高.10月份水體混合開(kāi)始,釋放的溶解態(tài)鐵通過(guò)混合過(guò)程向上輸送至表層,表層TFe 濃度升高,可見(jiàn)前期厭氧湖下層底泥鐵釋放和水體的混合作用共同導(dǎo)致該時(shí)期鐵升高.

溶解氧和pH 值條件的季節(jié)變化是影響DFe 濃度季節(jié)性變化的重要原因.大沙河水庫(kù)位于我國(guó)華南地區(qū),為典型的單混合水體[30].4～9 月期間水庫(kù)表層溫度、溶解氧和pH 值均明顯升高,富氧和堿性條件下,水體鐵主要以顆粒態(tài)為主,溶解態(tài)鐵極低.而在高溫分層環(huán)境下,底層厭氧區(qū)形成,沉積物中鐵被還原為溶解態(tài)鐵,從而使底層水體溶解態(tài)鐵濃度升高,造成底層水體鐵濃度超標(biāo).我們的結(jié)果顯示,底層DFe 濃度在7 月達(dá)到最大值,溶解氧和pH 值條件的降低是底層溶解DFe 升高的主要解釋因子.該現(xiàn)象在其他大型深水水體也有出現(xiàn),季節(jié)性厭氧層的出現(xiàn)是華南地區(qū)大型水庫(kù)鐵濃度季節(jié)性變化的重要原因[31-35].

4 結(jié)論

4.1 受外源輸入和底部沉積物釋共同作用,大沙河水庫(kù)鐵濃度具有明顯的空間異質(zhì)性,表現(xiàn)為河流區(qū)>過(guò)渡區(qū)>湖泊區(qū).

4.2 表層水體鐵以顆粒態(tài)為主,高濃度的外源輸入導(dǎo)致河流區(qū)和過(guò)渡區(qū)鐵污染嚴(yán)重,而湖泊區(qū)穩(wěn)定的水體和表層富氧及堿性環(huán)境使表層水體TFe 和DFe均處于安全限制范圍.

4.3 湖泊區(qū)季節(jié)性分層而出現(xiàn)的厭氧層導(dǎo)致底層鐵釋放和鐵超標(biāo),建議在避免有害藻類的影響下采用湖上層取水方式供水,以避免鐵超標(biāo)導(dǎo)致的供水問(wèn)題.