天然水塘氮、磷时空变异特征及迁移规律

高秀一 秦智通 周 晗

（1 山西汾河水库管理有限公司，山西太原 030012 2 山西农业大学水土保持科学研究所，山西太原 030013）

面源污染，又称非点源污染，是指在自然降水和径流的冲刷、淋溶作用下，污染物从非特定地点经地表径流汇入受纳水体，而引起的水体污染[1]。目前，面源污染受到了国内外的广泛关注，已成为国际水环境问题研究的热点领域[2]。由于氮、磷随降雨径流从农田向河流、湖泊、水库等水体输移，截止目前，我国已有63.3%的湖泊水体达到富营养化[3]，大量消耗水中的溶解氧并危机地表水体的环境安全[4]。本文以忻州市庆鲁沟淤地坝坝后积水水塘为研究对象，对2020年雨季坝后水塘内氮、磷含量进行定量分析，探究其时空变异特征和迁移规律，以期为该区氮、磷污染防治提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于忻州市静乐县庆鲁沟，属汾河流域上游，吕梁山东脉。试验区属北温带大陆性季风气候，冬季严寒、夏季暖热，四季分明。由于受季风影响，该区域光照长、热量足，降雨较少，气候温和。多年平均降雨量447.6 mm，多年平均气温7.3 ℃，一月均温-9.0 ℃，七月均温23.0 ℃，无霜期161 d，年均蒸发量2 860.2 mm。试验区土壤主要以沙质土为主。

2 研究方法

本研究通过翻斗式自记雨量计记录降水过程，根据雨量计记录数据分别统计10 min 和30 min 两个时间间隔的降水量，换算成相应时间段的雨强，选择出单场降水中最大的时段雨强；在坝后水塘上、中、下游每隔30 m 设置3 个监测断面，在雨后连续5 d 内采样，样瓶采用200 ml PVC 标准采样瓶，样品在4 ℃下保存。总磷采用过硫酸钾法消解，钼酸铵分光光度法测定；总氮采用过硫酸钾氧化，紫外分光光度法测定。

3 结果分析

3.1 氮、磷流失的时空变异特征

3.1.1 氮流失的空间变异特征

表1 为水塘水体中总氮质量浓度对比表。可以看出，水体中总氮质量浓度自水塘上游向下游逐渐递减，其中，7月9日水塘中游、下游水体较上游分别减少了6.18%和10.11%；8月5日水塘中游、下游水体较上游分别减少了8.19%和13.31%；9月17日水塘中游、下游水体较上游分别减少了6.60%和10.66%。

表1 水塘水体中总氮质量浓度对比

3.1.2 磷流失空间变异特征

表2 为水塘水体不同断面中总磷质量浓度对比表。可以看出，总磷质量浓度自水塘上游向下游变化较小，只有8月5日水塘上游水体总磷质量浓度达0.05 mg/L，远大于中游和下游断面。

表2 水塘水体不同断面中总磷质量浓度对比

3.2 水体中氮、磷迁移时间特征

选取2020年8月5日降水，研究雨后总氮、总磷随时间变化迁移规律。该降水过程降水量达24.5 mm，历时3.1 h，为该地区较有代表性的一次短历时高强度降雨。

3.2.1 水体中氮的迁移时间特征

图1 是不同断面总氮随时间变化特征。可以看出，降水当日（8月5日）上、中、下游断面的总氮浓度均为最高，分别达到2.87 mg/L、2.42 mg/L 和1.31 mg/L，随着时间推移，浓度呈减少趋势，至8月9日，上、中、下游总氮浓度为2.18 mg/L、1.42 mg/L 和1.28 mg/L，分别较8月5日下降24.04%、41.32%和0.02%。

图1 不同断面总氮质量浓度随时间变化特征

3.2.2 水体中磷的迁移时间特征

图2 是不同断面总磷随时间变化特征。可以看出，降水当日（8月5日）上、中、下游断面的总磷浓度均为最高，分别达到0.052 mg/L、0.042 mg/L 和0.020 mg/L，随着时间推移，浓度呈减少趋势，至8月9日，上、中、下游总氮浓度为0.019mg/L、0.014 mg/L 和0.013 mg/L，分别较8月5日下降55.93%、66.67%和35.00%。

图2 不同断面总磷质量浓度随时间变化特征

4 结论

本研究对天然降水条件下淤地坝坝后水塘不同断面水体氮、磷含量进行了分析，总结了氮、磷时空变异特征和迁移规律。主要研究结论如下：

（1）淤地坝坝后水塘水体总氮、总磷浓度空间差异明显。中、下游总氮含量较上游分别减少6.18～8.19%和10.11～13.31%，上游总磷含量远大于中、下游水平。

（2）淤地坝坝后水塘水体总氮、总磷浓度随时间推移下降趋势明显。降水后第5日总氮浓度较第1日降低0.02～24.04%，总磷浓度较第1日降低35.00～66.67%。