瀘沽湖沉積物中氮、磷等垂向分布特征研究

宋　迪，陳毅良

(云南省環(huán)境科學研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南 昆明 650034)

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瀘沽湖沉積物中氮、磷等垂向分布特征研究

宋迪，陳毅良

(云南省環(huán)境科學研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南 昆明 650034)

摘要：對瀘沽湖北部和西部柱狀沉積物中TP、TN、TOC、TS含量進行了分析，研究了垂向分布特征和形成原因。結果顯示瀘沽湖各點位沉積物氮負荷近年來受人為影響有所加重，如果不引起足夠的重視并加強管理，瀘沽湖富營養(yǎng)化的控制工作將變得日益困難。

關鍵詞：湖泊沉積物；氮；磷；垂向分布；瀘沽湖

湖泊富營養(yǎng)化已成為全球性的重大環(huán)境問題，其主要表現(xiàn)為藻類水華現(xiàn)象，從而引起水質(zhì)惡化，消耗水中溶解氧影響水生生物活動[1]。氮磷是湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)所必須的關鍵元素[2]，但過量的氮磷負荷會引起水體的富營養(yǎng)化。

沉積物不僅間接反映湖泊水體的污染情況，且在物理化學因素制約下向上覆水釋放營養(yǎng)成分，影響富營養(yǎng)化過程[3]。

瀘沽湖是一個外流淡水湖，屬雅礱江水系，經(jīng)實際調(diào)查，湖面海拔2692.2m。湖泊呈北西走向，南北長22.3km，東西寬(最寬處)7.6km；流域面積272.45km2，其中寧蒗部分139.16km2，占總流域面積的51.1%；水面面積57km2，其中寧蒗部分30.3km2，占湖泊面積的53%。最大水深105.3m，平均水深38.4m，庫容21.17億m3。近年來，隨人口增長和旅游業(yè)的快速發(fā)展，瀘沽湖水質(zhì)呈下降趨勢。

本研究在瀘沽湖北部和西部設置了觀測點，對沉積物中氮磷含量進行分析和研究，以了解氮磷在瀘沽湖沉積物中的垂向分布特征，為研究其富營養(yǎng)化現(xiàn)狀及控制技術提供基礎數(shù)據(jù)和科學借鑒。

1材料與方法

1.1觀測點位

瀘沽湖屬深水湖泊，且湖區(qū)禁用大型工作船只，對樣品采集造成一定程度影響；水下地形資料相對匱乏，柱狀沉積物的采集有較大困難。因此本項目的研究區(qū)域選取為瀘沽湖北部和西部，共布設采樣點3個，分別為S1、S2和S3，見圖1。

1.2樣品采集

采集樣品的過程在2014年5月風浪較小的時候進行，在每個采樣點采集原狀低擾動柱狀沉積物樣品。樣品采用柱狀沉積物采樣器采集。將現(xiàn)場采集的柱狀沉積物從表層至10cm深度每1cm分割為一份樣品，其余每2cm分隔為一份樣品，研磨過100目篩[4]。

1.3分析方法

含水率采用烘干法測定；TN含量分析方法采用K2S2O8消解法；TP含量分析方法采用濃H2SO4-HClO4消解法；TOC含量采用IL550總有機碳測定儀分析；TS采用vario MACRO cube元素分析儀分析。

2結果與討論

2.1沉積物含水率調(diào)查結果

沉積物的含水率與其再懸浮潛力有密切的關系。研究表明，瀘沽湖各點位含水率排列順序為S3>S1>S2(見圖2)，S1點位、S2點位和S3點位沉積物的平均含水率分別為62.31%、43.21%和70.31%。S2號點位沉積物表層含水率顯著高于下層，反映表層沉積物孔隙度相對較大，可在一定的水動力條件發(fā)生再懸浮。S1點位和S3點位沉積物含水率垂向變化無明顯規(guī)律。同時，S1點位一帶沉積物植物殘體含量高，質(zhì)地較為松軟，顏色以灰黑為主；S2點一帶沉積物植物殘體含量也很高，顆粒極為細膩，以黃褐色粉土為主；S3點一帶沉積物質(zhì)地相對較硬，以漆黑塊狀為主。

2.2沉積物TN、TP含量調(diào)查結果

TN和TP在3個采樣點的空間分布如圖3和圖4所示。研究表明，S1點位、S2點位和S3點位沉積物的TN平均含量分別為1.42mg/g、0.73mg/g和2.11mg/g，TP平均含量分別為0.54mg/g、0.42mg/g和1.05mg/g，3個點位沉積物TN和TP含量在水平分布上差異很大。這是由于S3點湖岸農(nóng)村人口相對密集，生活污水隨著直接排放以及地表徑流進入湖體，而且瀘沽湖整體水體交換頻率相對較低，導致入湖的氮磷不能及時擴散。在懸浮物質(zhì)的吸附和水生生物的吸收等作用綜合影響下，沉淀形成局部氮磷含量相對較高的底泥。同時由于瀘沽湖風場主要受西南與偏南氣流控制，造成該湖南部與北部的水體連通帶交換機會少，進入湖內(nèi)的污染物極易順湖流在東北部水域聚集，形成局部高濃度污染。

另一方面，3個點位沉積物TN和TP含量在垂直分布上也存在一定變化。其中各點位TN含量的總體變化趨勢基本呈現(xiàn)出不同程度地隨深度的增加而下降的特點。這說明各點位沉積物近年來氮負荷有所加重。如果不引起重視和加強管理，瀘沽湖富營養(yǎng)化的控制工作將變得日益困難。

2.3沉積物TOC含量調(diào)查結果

TOC在3個采樣點的空間分布如圖5所示。研究表明，S1點位、S2點位和S3點位沉積物的TOC平均含量分別為18.34mg/g、4.63mg/g和25.55mg/g。在3個采樣點中，同樣是S3點位的TOC含量最高，S1點位次之，而S2點相對較低。但對比于TN和TP的含量變化，各點位沉積物的TOC含量的垂直變化并未出現(xiàn)相對統(tǒng)一的規(guī)律特征。其中S2點位與S3點位的變化趨勢與TN的變化趨勢類似，一定程度上含量隨深度的增加而降低。這是由于湖泊沉積物中溶解氧含量極為有限，同時瀘沽湖屬于深水湖泊，底層水體與上層所發(fā)生的水體交換較為緩慢，導致沉積物中溶解氧含量相對其他淺水湖泊較低。隨著沉積物的分層深度的增加，溶解氧含量逐漸降低，有機物處于缺氧條件下，經(jīng)過各種微生物的礦化分解，轉化為二氧化碳釋放。同時，S1點位和S3點位的TOC含量隨著沉積物分層深度的變化呈現(xiàn)不規(guī)則的趨勢，出現(xiàn)較高含量。可能是由于微生物作用產(chǎn)生的無機產(chǎn)物并未完成擴散至間隙水的過程。

2.4沉積物TS含量調(diào)查結果

TS含量的高低也是衡量水體沉積物環(huán)境優(yōu)劣的一項重要指標。TS在3個采樣點的空間分布如圖6所示。研究表明，S1點位、S2點位和S3點位沉積物的硫化物平均含量分別為0.92mg/g、0.62mg/g和1.04mg/g。S3點位沉積物中TS含量相對較高，而S2點位沉積物中TS含量最低，S1點位沉積物中的TS含量較S3點位的低，但明顯高于S2點位。各點位柱狀沉積物中TS含量的垂直變化趨勢并不統(tǒng)一，但其中S1點位和S3點位自表層向下隨著層位深度的增加，含量呈增大的趨勢，但變化幅度較小，無明顯的變化梯度帶。研究區(qū)域內(nèi)沉積物中高的TS含量可能是由于硫化氫和碎屑鐵礦物反應形成的黃鐵礦造成。同時可能是由于外源污染導致了沉積物中硫化物含量增高。

3結論

本項目研究了瀘沽湖北部和西部3個采樣點柱狀沉積物中TN、TP、TOC和TS的垂向濃度分布特征，主要得出以下結論：

(1)S1點位、S2點位和S3點位沉積物的平均含水率分別為62.31%、43.21%和70.31%。其中S2號點位沉積物表層含水率顯著高于下層，反映表層沉積物孔隙度相對較大，可在一定的水動力條件發(fā)生再懸浮。

(2)S1點位、S2點位和S3點位沉積物的TN平均含量分別為1.42mg/g、0.73mg/g和2.11mg/g，TP平均含量分別為0.54mg/g、0.42mg/g和1.05mg/g。S3點處于有相對較嚴重污水排入情況的湖灣區(qū)，且由于瀘沽湖風場主要受西南與偏南氣流控制，造成該湖南部與北部的水體連通帶交換機會少，進入湖內(nèi)的污染物極易順湖流在東北部水域聚集，形成局部高濃度污染。各點位TN含量的總體變化趨勢基本呈現(xiàn)出不同程度地隨深度的增加而下降的特點。這說明了各點位沉積物氮負荷在今年來受人為影響有所加重。如果不引起足夠的重視和加強管理，瀘沽湖富營養(yǎng)化的控制工作將變得日益困難。

(3)S1點位、S2點位和S3點位沉積物的TOC平均含量分別為18.34mg/g、4.63mg/g和25.55mg/g。各點位沉積物的TOC含量的垂直變化并未出現(xiàn)相對統(tǒng)一的規(guī)律特征。其中S2點位與S3點位的變化趨勢與TN的變化趨勢類似，一定程度上出現(xiàn)了含量隨深度的增加而降低。

(4)S1點位、S2點位和S3點位沉積物的硫化物平均含量分別為0.92mg/g、0.62mg/g和1.04mg/g。各點位柱狀沉積物中TS含量的垂直變化趨勢并不統(tǒng)一，但其中S1點位和S3點位自表層向下隨著層位深度的增加，含量呈增大的趨勢，但變化幅度較小，無明顯的變化梯度帶。研究區(qū)域內(nèi)沉積物中高的TS含量可能是由于硫化氫和碎屑鐵礦物反應形成的黃鐵礦造成，同時可能是由于外源污染導致了沉積物中硫化物含量增高。

參考文獻：

[1]和麗萍, 趙祥華.“九五”期間滇池流域水污染綜合治理工程措施及其效益分析[J].云南環(huán)境科學,2003,3(5):40-42.

[2]Sharpley,A. N.,Chapra,S. C., Wedepohl, R, et al. Managing agricultural phosphorus for protection of surface waters Issues and Options[J]. Journal of Environmental Quality, 1994(23):437-451.

[3]朱元容, 張潤宇, 吳豐昌. 滇池沉積物中氮的地球化學特征及其對水環(huán)境的影響[J]. 中國環(huán)境科學, 2011,31(6): 978-983.

[4]宋迪, 武孔煥. 滇池北部示范區(qū)沉積物磷的分布特征研究[J]. 環(huán)境科學導刊, 2014, 33(6): 1-5.

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《環(huán)境科學導刊》編輯部

Vertical Distribution of Nitrogen and Phosphorus in the Sediments of Lugu Lake

SONG Di, CHEN Yi-liang

(Yunnan Institute of Environmental Science, Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake-watershed, Kunming Yunnan 650034, China)

Abstract：According to the content of total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), total organic carbon (TOC) and total sulfur (TS) in the sediments in the northern and western Lugu Lake, their vertical distributions were studied as well as the factors causing the distributions. It showed that the nitrogen load has been increased by human influence in recent years. The eutrophication control in Lugu Lake would be more difficult if more pollution control management was not applied.

Key words：sediment; nitrogen; phosphorus; vertical distribution; Lugu lake

中圖分類號：X52

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)01-0001-04

通信作者：宋迪，碩士，工程師。

基金項目：省應用基礎研究計劃青年項目(2013FD076)。

收稿日期：2015-09-16