泗洪洪澤湖濕地底泥中氮、磷特征及其與水體富營養(yǎng)化關(guān)系

趙 宇，周思聰，沈匯超，何 卿

（江蘇省環(huán)境工程重點實驗室 江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 南京 210036）

0 引言

目前，湖泊富營養(yǎng)化是中國湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化的主要形式之一。導(dǎo)致湖泊水體富營養(yǎng)化的N, P 等營養(yǎng)物質(zhì)來源復(fù)雜，污染源控制極為困難[1]。湖泊底泥中含有腐殖質(zhì)，是湖泊營養(yǎng)鹽的重要蓄積庫，大量污泥的淤積不僅會加速湖泊的沼澤化，而且對湖泊水質(zhì)及生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時，底泥作為內(nèi)源污染會釋放出N, P 等營養(yǎng)元素[2-4]，促進(jìn)藻類大量增殖，對水體富營養(yǎng)化程度產(chǎn)生了重要影響。研究沉積物中N,P 等營養(yǎng)物質(zhì)的分布規(guī)律，對水體營養(yǎng)化的治理和控制具有十分重要的意義。

泗洪洪澤湖濕地位于江蘇省泗洪縣南部約25 km，核心區(qū)面積近 1 萬 hm2，2006 年 2 月 11 日被國務(wù)院批準(zhǔn)為國家級自然保護(hù)區(qū)。近年來，隨著洪澤湖周圍人口增加，人為活動日益頻繁，水體水質(zhì)開始惡化，大量水藻繁殖生長，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益凸顯，嚴(yán)重影響了水生動植物的生長。有關(guān)泗洪洪澤湖濕地底泥中N,P 與水體富營養(yǎng)化關(guān)系的研究鮮有報道。

本研究以洪澤湖濕地表層新鮮沉積物和水體為主體，研究了泗洪洪澤湖濕地底泥中N,P 特征及其與水體富營養(yǎng)化的關(guān)系，為洪澤湖水體富營養(yǎng)化的治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析方法

（1）采樣點的設(shè)置

本研究共設(shè)6 個樣點，點位分布見圖1。

圖1 泗洪洪澤湖濕地采樣點

（2）樣品的采集

分別于 2018 年夏（8 月份）、秋（11 月份）2 季，于上述所選樣點采集水樣和底泥。在同一垂直面上先用顛倒式采水器采水樣，取樣后放入車載冰箱（4～5 ℃）里暫存，24 h 內(nèi)測定水樣中總氮（TN）、總磷（TP）、CODMn、濁度、葉綠素 a（chla）的含量。采集的水樣距離底泥1 m。

泥樣用采樣器采集表層沉積物，各樣點均取3～4 次，充分?jǐn)嚢韬笕∫还鼙４嬗谲囕d冰箱中（4～5 ℃）保存待測。

1.2 實驗方法

水樣中TP 的測定用硫酸/硝酸消煮，鉬藍(lán)法測定；TN 采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；COD 采用重鉻酸鉀法, 用COD 快速分析儀(HACHDR890, 美國)測定；Chla 采用丙酮浸泡分光光度法測定；水體透明度采用塞氏盤測定；底泥中TP 利用硫酸-高氯酸消煮，鉬藍(lán)法測定；TN 用凱氏定氮法測定。

1.3 水質(zhì)分析方法

本研究數(shù)據(jù)分析采用綜合營養(yǎng)指數(shù)法評價湖泊富營養(yǎng)化程度[5]。運用 TP，TN，濁度（SD），CODMn對其水質(zhì)進(jìn)行評價。TLI 公式如下：

式中：TLI（Σ）表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI（j）代表第j 種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j 種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

為了說明湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)情況，采用0～100 進(jìn)行營養(yǎng)分級：TLI(Σ) < 30，貧營養(yǎng)；30 ≤ TLI(Σ) ≤50，中營養(yǎng)；5070，重度富營養(yǎng)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，營養(yǎng)化程度越重[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 水體富營養(yǎng)化隨季節(jié)變化關(guān)系

水體富營養(yǎng)化隨季節(jié)變化關(guān)系見圖2。

圖2 夏秋季節(jié)水體富營養(yǎng)化指數(shù)

由圖2 可知，泗洪洪澤湖濕地各點位秋季TLI普遍低于夏季。夏季為洪澤湖豐水期，流域內(nèi)降雨集中，淮河等匯入河流水位上升，涵閘放水行洪，枯水期積聚的污水等匯入洪澤湖；此外，農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生的農(nóng)田退水隨地表徑流進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體TLI持續(xù)上升。到了秋季，入湖水量減小，外源污染減小，水體TLI變小。

2.2 底泥中TN，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨季節(jié)變化關(guān)系

泗洪洪澤湖濕地夏秋季節(jié)底泥中TN，TP 含量見圖3、圖4。

圖3 夏、秋季節(jié)各點位底泥中TN含量

圖4 夏、秋季節(jié)各點位底泥中TP 含量

由圖3、圖4 可知，泗洪洪澤湖濕地秋季底泥中TN，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍低于夏季。雖然泗洪洪澤湖濕地中豐富的水生植被可消耗底泥中部分TN，TP，對改善和穩(wěn)定洪澤湖水環(huán)境質(zhì)量、控制富營養(yǎng)化發(fā)揮了重要作用[7]，但夏季較多的外源污染導(dǎo)致水體污染程度加重，底泥中TN，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)變高。到了秋季，入湖水量減小，外源污染減小，水體TLI 變小。隨著沉水植物的生長消耗，底泥中TN，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)也進(jìn)一步變少。

水體TLI及土壤中TN，TP 含量具體見表1。

表1 水體TLI 及土壤中TN，TP 含量 g·kg-1

2.3 水體Chla 與季節(jié)變化關(guān)系

在所有研究指標(biāo)中，水體Chla 受季節(jié)的影響較大。夏、秋季節(jié)水體中Chla 質(zhì)量濃度見圖5。

圖5 夏、秋季節(jié)水體中Chla 質(zhì)量濃度

由圖5 可知，夏季大部分樣點Chla 質(zhì)量濃度遠(yuǎn)大于秋季，其中S1 和S3 下降最為顯著。Chla 質(zhì)量濃度的高低與水體中藻類的種類和數(shù)量密切相關(guān)，是水體營養(yǎng)狀態(tài)的表征參數(shù)[8]。從地理位置與地形地貌來看，S1 和S3 水域狹窄，水深較淺。夏季入湖水量上升，在周圍人類活動的影響之下，N，P 等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊，造成藻類植物迅速生長，水體溶解氧下降。大量的N，P 化合物在短時間內(nèi)排入湖泊，造成洪澤湖自凈能力減弱，大量藻類過度繁殖。夏、秋2 季更替時，水中藻類明顯減少，導(dǎo)致Chla 下降較為明顯。

3 對策建議

為有效改善泗洪洪澤湖濕地富營養(yǎng)化現(xiàn)象，必須針對不同季節(jié)、不同區(qū)域統(tǒng)籌安排，有序推進(jìn)。既要控制外源污染，又要避免內(nèi)源污染，在必要時還應(yīng)制定水體綜合治理方案，及時避免水體進(jìn)一步惡化。

3.1 外源污染控制

目前，泗洪洪澤湖濕地外源污染是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵，減少外源污染能有效改善富營養(yǎng)化現(xiàn)象。應(yīng)加強(qiáng)濕地周邊農(nóng)業(yè)面源污染控制，提高生活污水處理率，同時提升水環(huán)境監(jiān)測能力。

開展農(nóng)業(yè)面源污染治理。削減洪澤湖周邊農(nóng)業(yè)面源污染，控制N，P 肥使用及排放量。推廣測土配方，減少化肥使用量，提高化肥的使用效率。治理規(guī)模化養(yǎng)殖污染，按照“減量化、無害化、資源化、生態(tài)化”要求，進(jìn)一步提高畜禽養(yǎng)殖污染治理技術(shù)水平。合理有效利用養(yǎng)殖廢棄物，提高資源化利用水平。通過生態(tài)農(nóng)業(yè)工程建設(shè)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)新技術(shù)研究和應(yīng)用[9]。

加強(qiáng)生活污水處理設(shè)施建設(shè)。實現(xiàn)流域內(nèi)工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放，完善污水處理設(shè)施建設(shè)，加快生活污水集中處理。根據(jù)農(nóng)村不同區(qū)位條件、村莊人口聚集程度、污水產(chǎn)生規(guī)模，因地制宜采用污染治理與資源利用相結(jié)合、工程措施與生態(tài)相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合的建設(shè)模式和處理工藝，同時要加強(qiáng)改廁與農(nóng)村生活污水治理的有效銜接。

提升水環(huán)境監(jiān)測能力。建立洪澤湖濕地生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測體系，加強(qiáng)對泗洪洪澤湖周邊生活污水處理設(shè)施進(jìn)出水口的監(jiān)測，提高夏季（7~9 月）監(jiān)測頻次； 建立洪澤湖周邊生活污水處理設(shè)施定期監(jiān)測制度，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測部門的技術(shù)裝備，嚴(yán)格工程驗收和運行維護(hù)情況的跟蹤監(jiān)測。

3.2 內(nèi)源污染控制

底泥和植物等內(nèi)源也可能釋放N，P 等營養(yǎng)元素，對水體造成二次污染。常見的內(nèi)源污染控制技術(shù)有清淤挖泥和生物修復(fù)等[10]。

適時清淤挖泥。定期對洪澤湖水體及底泥進(jìn)行監(jiān)測，掌握底泥特征及水體中污染物性質(zhì)，并對其進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查分析，制定有針對性的處理方案。在有效清除水體中內(nèi)源污染物的同時，需要合理選取施工方法，科學(xué)安排施工時間，減少疏浚對動植物生存環(huán)境的破壞，保護(hù)生物多樣性。

加強(qiáng)生物修復(fù)技術(shù)研究。微生物群對透明度、Chla 含量的改善有明顯的效果，可有效抑制藻類的生長，防止水華的發(fā)生[11]。應(yīng)因地制宜研發(fā)適合泗洪洪澤湖濕地的生態(tài)環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)，例如水生植物修復(fù)、微生物修復(fù)、水生動物修復(fù)技術(shù)等，堅持標(biāo)本兼治，合理考慮物種間的相互作用及生態(tài)安全，切實有效開展富營養(yǎng)化的控制和治理。

4 結(jié)論

泗洪洪澤湖夏季部分區(qū)域水體出現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化，秋季未出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。N，P 營養(yǎng)元素過高是引起水體富營養(yǎng)化的根本原因。底泥中TN，TP 含量在夏季高于秋季，雖然沉水植物的生長消耗了底泥中部分TN，TP，但受豐水期外源污染的影響較大。夏季藻類營養(yǎng)源N，P 豐富，生長迅速，水體溶解氧下降，水體自凈能力減弱，導(dǎo)致大部分樣點Chla 含量遠(yuǎn)大于秋季。為有效改善泗洪洪澤湖季節(jié)性富營養(yǎng)化現(xiàn)象，主要從控制污染源出發(fā)，結(jié)合多種治理手段，重點開開展農(nóng)業(yè)面源污染治理、加強(qiáng)生活污水處理設(shè)施建設(shè)、提升水環(huán)境監(jiān)測能力，并適時清淤和加強(qiáng)生物修復(fù)技術(shù)研究，逐步恢復(fù)洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而使湖泊富營養(yǎng)化問題得到真正解決。