新疆乌伦古湖溶解性有机质赋存特征及来源解析

作     者：朱山林 

作者单位：沈阳农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：芦晓峰;王坤

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：乌伦古湖 平行因子模型 溶解性有机质 荧光组分 外源 释放特征 

摘      要：湖泊对于维持生态系统稳定性至关重要,特别是内流湖泊。由于其地理位置的特殊性,目前人们对内流湖泊关注较少,目前为止,湖泊相关的研究主要集中在经济发达、人口密集、气候条件适宜的地区,对于我国西北干旱、半干旱地区的湖泊知之甚少,这类湖泊往往对人类活动和气候改变更为敏感,但尚未得到重视。乌伦古湖作为我国有机浓度偏高且具有代表性的内流湖泊。近年来,由于自然环境因素以及长期人为活动干扰下,导致湖泊面积不断萎缩、水盐关系失衡、矿化度升高等诸多环境问题;水质呈现有机污染,难降解有机物赋存导致化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)持续超标,严重影响水资源水质,水生态系统结构受损严重,生态功能大幅降低。为探究乌伦古湖COD较高的主要原因,采用三维荧光光谱—平行因子、紫外可见光吸收光谱、静态释放模拟实验等多方法对乌伦古湖水体及沉积物中溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在不同水期的组分特性及来源进行探究,同时结合多种数据分析手段,揭示DOM与水环境因子相关关系,为乌伦古湖水环境生态治理提供可靠的理论依据。得出主要结论如下:(1)乌伦古湖水体中COD与氟化物指标处于Ⅳ、Ⅴ类水质,其余指标均达到了Ⅰ、Ⅱ类水质,总体来看乌伦古湖受有机污染影响较大,五日生化需氧量(Biochemical oxygen demand,BOD)与高锰酸盐指数(COD)处于相较低的水平,未超过地表水Ⅲ类水质,COD的占比与生活、农业废水的COD与BOD严重不符合,同时,水体中DOM生化性较低,表明COD可能来自于水体中难降解的有机物。(2)乌伦古湖流域DOM主要组分为陆源类腐殖质(C1)、色氨酸组分(C2)、富里酸物质(C3),各个湖区中组分占比及来源差异性明显。冰封期间,吉力湖DOM中以腐殖质占主要成分,布伦托海以蛋白类占主要成分,总体来看,冰封期DOM受内、外源共同影响,且DOM主要来自内源,表现为腐殖化程度较低;丰水期间乌伦古湖以色氨酸占主要成分,乌伦古河以腐殖质为主要成分,乌伦古湖湖区与河流DOM均呈现外源与内源共同影响,湖区DOM主要来自于内源作用产生,腐殖化程度较低,而河流则表现为DOM来自于外源所产生,腐殖化程度较高枯。枯水期间,吉力湖以腐殖质占主要成分,布伦托海在枯水期以色氨酸占主要成分;总体来看,枯水期间,乌伦古湖以色氨酸占主要成分,乌伦古湖湖区与丰水期DOM来源特性一致,受内、外源特征影响,且主要以内源为主,内源贡献率大于丰水期,枯水期间的乌伦古河由丰水期间的外源影响变为受内、外源的共同影响。乌伦古湖沉积物在冰封期、丰水期、枯水期间,DOM均以色氨酸占主要成分,且DOM同样以内源占主导地位,腐殖化程度相对较低。(3)沉积物静态释放得出,沉积物释放过程中,从实验开始到实验结束,上覆水中DOM浓度累积了0.53mg/L。同时开始释放过程中DOM中色氨酸占主要组分,随着培养时间的色氨酸占比逐渐降低,且总荧光强度呈现降低的趋势,最终趋于与表层水色氨酸组分含量一致的状态。上覆水中溶解性氮、磷均存在正增长,七天结束水体中氮、磷浓度分别增长了0.37、0.01 mg/L,表明沉积物存在对氮磷的释放,因此对水体氮磷的控制,应加强对沉积物内源的控制。以丰水期释放通量为标准,布伦托海全年DOM释放量为14.76 t/km,布伦托海沉积物DOM全年释放量处于一个较高的水平,内源的污染应加强重视。