鄱陽湖入湖河流磷污染特征

姜 勇

（南京伯克利環境修復有限公司，江蘇 南京 210018）

0 引言

人類社會的進步以及經濟的發展，使得鄱陽湖及其支流的水質特征發生了變化，水體中營養物質增多，湖泊污染導致水質下降，不可避免地出現水質缺水問題，對湖水生態平衡也造成了破壞。隨著鄱陽湖富營養化問題的日益凸顯[1]，以及“永遠保持鄱陽湖一湖清水”的要求，鄱陽湖的生態環境保護愈發受到關注。

近年來，諸多學者對鄱陽湖的水環境問題進行了研究。其中，盛文濤等[2]對鄱陽湖五條入湖河流總磷的動態變化進行了研究；王子為等[3]對鄱陽湖入湖河流總磷的控制限值進行試算，并提出控制限制的方案；唐國華等[4]對總磷在湖區轉移、擴散和削減特征進行了分析和研究；很多學者還對鄱陽湖中總氮總磷的污染、相應污染物濃度的變化和主要污染源、富營養化評價方法、氮磷營養鹽變化特性及沉積物中磷的賦存狀態等進行了研究[5-9]，從中判斷出鄱陽湖富營養化的主要因素為氮磷的增加，對鄱陽湖水污染治理具有很好的參考性和指導性。

上述研究讓人們對鄱陽湖區域及相關流域主要污染物的濃度和形態組成有了一定的認知，但存在一些局限性。在研究的指標上，較集中研究TP（總磷）值，而較少關注磷形態的分布，沒有較深層次研究；從討論的角度，缺少水文因素的相關分析和磷的歸因分析。

本研究以鄱陽湖入湖河流為研究對象，依據水質與水文的年度基礎數據，分析主要河流中磷素的時空分布特征，以及磷素與水文條件的相關性，旨在確定入湖河流磷污染特征的差異。

1 材料與方法

1.1 研究區域

鄱陽湖是我國最大的淡水湖，地處九江、南昌、上饒三市，地理坐標115°49′～116°46′E，28°11′～29°51′N，上承贛江、撫河、信江、饒河、修河等五江之水，自南向北流入長江[1]。高水位時，鄱陽湖總面積約有4100 km2。鄱陽湖是一個過水性、吞吐型、季節性的淡水湖泊，其水質與出入湖水質關系密切[10]。

1.2 監測斷面

根據水量大小[11]，選擇鄱陽湖的3條主要入湖河流作為此次的監測范圍，在每條河流各布設1個水質監測斷面，分別為吳城贛江斷面（贛江主支入湖）、塔城斷面（撫河東支入湖）和瑞洪大橋斷面（信江西支入湖）（詳見圖1）。2017年的每個月，在每個監測斷面進行水文水質的取樣監測，相應的數據指標有懸浮顆粒物濃度、pH值、水溫、濁度、溶解氧濃度、TP濃度、DTP（溶解型磷）等指標。為了保證水文流量數據的一致性，我們的流量數據收集科學觀測站的數據和離監測斷面較近的水文站進行同步測量。

圖1 鄱陽湖入湖河流監測斷面分布示意圖

1.3 分析方法

為了便于數據的快速準確獲取，在監測斷面使用高精度多通道便攜式水質分析儀（SL1000，HACH company, USA）量測溫度值、pH值以及溶解氧含量，利用塞氏盤取得水體透明度的信息，懸浮物濃度的獲得使用便攜式懸浮物測定儀（連華LH-SS2M）。選擇過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法，使用法國全自動智能化學分析儀SmartChem進行總磷的測定。溶解型磷濃度ρ（DTP）和顆粒型磷濃度ρ（TTP）按《HJ 704-2014 土壤有效磷的測定》進行測定。選擇單因子評價法，將水質指標按照國家標準進行一一比對，有超過限值的視為主要污染物[11]。

2 數據分析結果

2.1 水文水質特征

根據上述方法在每條河流的監測斷面獲得相應的水文水質數據，具體數據見表1。可以看出，在2017年度，監測斷面的流量為贛江主支（1198.4 m3/s）＞撫河東支（451.9 m3/s）＞信江西支（434.1 m3/s），贛江主支的流量年內波動比較明顯，撫河和信江年內變化較一致（圖2）。 3條河流6—9月流速大小排序為贛江主支 （0.462 m/s）＞信江西支（0.356 m/s）＞撫河東支 （0.337 m/s）。各河流來水水溫相差不大，平均溫度范圍在17.54～18.05℃。贛江主支和信江西支的來水水溫整體上相差不大。入湖河流的水體均呈中性偏弱堿性，pH值的范圍為6.98～7.34。水中懸浮物的含量排序為贛江主支（38.22 mg/L）＞信江西支（32.62 mg/L）≈撫河東支（32.59 mg/L），同相關文獻[12]中所述的入湖河流土壤侵蝕量的現狀相對應。在水體透明度方面的排序則為信江西支（0.61 m）＜撫河東支（0.62 m）＜贛江主支（0.51 m），這與水中懸浮物濃度反映出的水體混濁信息不相符，這是因為水的透明度既受到水體懸浮物的影響，也受到水中膠體顆粒的影響[13]。

表1 各監測斷面水文和水質指標監測值

圖2 2017年河流流量

2.2 入湖河流磷濃度的時空分布特征

從監測的數據可以得到磷濃度的時空分布（2017年），詳見圖3。贛江主支、撫河東支、信江西支的ρ（TP）范圍分別為0.05～0.23、0.06～0.18、0.04～0.55 mg/L，平均值分別為0.09、0.11、0.08 mg/L，同《地表水環境質量標準》進行對比可以看出，贛江、信江的總磷含量平均值達到Ⅱ類水質標準，撫河的總磷含量達到Ⅲ類水質級別，湖泊藻類暴發的總磷濃度臨界值為0.02 mg/L，可見，這3條主要入湖河流輸送的總磷濃度已經超出臨界值很多[14]，對以往研究[15]提及的鄱陽湖具備發生水華的水質條件的結論是有效的佐證。贛江主支、撫河東支、信江西支的ρ（DTP）的范圍分別為0.031～0.207、0.051～ 0.169、0.009～0.109 mg/L，平均值分別為0.091、0.094、0.067 mg/L；ρ（PO43--P）范圍分別為0.029 ～0.192、0.048～0.158、0.008～0.098 mg/L，平均值分別為0.079、0.087、0.064 mg/L。

對于同一條河流，在年內的分布上，總磷的濃度與溶解型磷濃度、正磷酸鹽濃度的波動變化保持平穩（圖3）。但是從3條河流之間的數據變化來看，這一年內磷的濃度變化波動是存在一定差異性的。從圖中可以看出，撫河東支、信江西支的全年磷濃度變化波動不是很大，在枯水期出現了磷濃度的最大值；贛江主支則不同，全年的波動變化較大，豐水期枯水期都出現過磷濃度的峰值。這種磷濃度波動規律的差異也是鄱陽湖入湖河流的來水多樣性的一種體現。從圖4可以看出，空間上，總磷、溶解型磷、正磷酸鹽的濃度的分布基本一致，撫河和信江的磷濃度遠低于贛江（圖4）[19]。

圖3 不同形態磷素的時間分布特征

圖4 不同形態磷素的空間分布特征

2.3 入湖河流磷素組成時空分布特征

在沒有進行生態保護前，鄱陽湖水系的磷素組成中溶解態磷（DTP）和顆粒態磷（TTP）較為常見。2017年的數據結果中，溶解態磷占據了較大占比，顆粒態磷卻很少，相應組成變化圖，詳見圖5。贛江主支、撫河東支、信江西支入湖斷面各月的DTP占比（ρ（DTP）/ρ（TP））分別在62%～96.15%、44%～91.1%和45%～86.25%，其中PO43--P占比（PO43--P）/ρ（DTP））的平均值分別為82.20%、93.44%、94.39%。在時間分布上，贛江在1月（62%）和9月（66.52%）溶解態磷的占比低于其他月份（68.33% ～96.15%），表明這兩個月份顆粒態磷突然增加，存在局部土壤流失或挖沙的可能。同樣的，撫河東支在2月和 9月也存在類似情況，表明贛江主支和撫河東支都存在土壤流失、泥沙挖掘等情況；對于磷素年度變化較平緩的信江西支來講，5月份的數據顯示溶解態磷素出現了低谷，存在顆粒態磷集中匯入的情況，這跟信江西支監測斷面上游農業用地大面積的施肥活動有一定的相關性。空間分布上，贛江主支、撫河東支、信江西支入湖斷面的DTP占比平均值分別為83.14%、73.43%、74.63%，表明贛江主支的溶解型磷素的占比是明顯高于東南部水系入湖河流的。

圖5 磷素含量變化的時空分布

3 討論

3.1 各形態磷與水文物理參數的關聯性分析

對鄱陽湖入湖河流磷素濃度與水文參數利用相關性分析以探索它們之間的相關關系，詳見表2。通過上述分析和表中數據可見：①贛江主支入湖斷面流量和水體透明度（R=-0.546）呈現出顯著負相關、而與懸浮物濃度（R=0.451）和總磷濃度（R=-0.463）的相關性比較弱；懸浮物濃度與總磷濃度（R=0.812）的相關性較明顯，為正相關。整體上，水文因素對贛江主支的磷污染是有重要影響的，總磷的濃度與水體中懸浮物濃度高度關聯，隨著水流流量的增加，懸浮物濃度也有增加的趨勢，同時，總磷的濃度隨之提高，全年流量的波動變化與總磷濃度的波動存在一定的同趨性，但并不是完全同步的。②信江西支入湖斷面的流量與懸浮物濃度呈現出明顯的正相關性，懸浮物濃度與顆粒型磷濃度（R=0.502）的相關性較明顯，為正相關，但入湖斷面流量與信江西支主要的溶解型磷濃度（R=0.196）、總磷濃度（R=0.284）的相關性則呈現出弱相關。為了更深一步研究信江西支的來水特點，根據不同水期進行數據分析。數據結果表明，水文因素與磷濃度的變化有著緊密的聯系，然而這種關聯特性在枯水期和豐水期是完全相反的；在枯水期的時候，入湖斷面流量與總磷濃度（R=0.688）、溶解型磷濃度（R=0.542）、顆粒型磷濃度（R=0.712）的相關性均呈現為正相關；在豐水期的時候，入湖斷面流量與總磷濃度（R=-0.526）、溶解型磷濃度（R= -0.777）、懸浮物濃度（R=-0.853）的相關性均呈現為負相關。這種情況可以說明，在枯水期和豐水期信江西支入湖斷面來水的特征是有所不同的。這可能與信江西支上游來水的變化有關，豐水期由于水量豐富，上游源頭豐溪提供主要流量，豐溪來水總磷濃度較低與流量呈負相關；當枯水期時，豐溪的流量減少甚至出現河道斷流，中下游來水及水庫放水成為撫河主要來水，由此帶來的富營養化水和生活污水使得總磷濃度提高，并與流量呈正相關，這與相關文獻中所指出的枯水期信江磷濃度較大的結論存在一致性[16]。③撫河東支的入湖斷面流量和水體透明度呈現出負相關性、與水體的懸浮物濃度呈現出正相關性，從整體上看這些相關性不是很明顯；入湖斷面流量與溶解型磷濃度（R=0.673）的相關性呈現出正相關，但與總磷濃度的相關性不明顯；同時，懸浮物濃度與各形態磷相關系數均呈現較低狀況，由此可知，3條入湖河流的來水水文水質與磷分布濃度的相關特征是不同的。

表2 水文指標與水質指標的相關性分析

3.2 入湖河流磷污染物的來源分析

我國主要河流湖泊的汛期主要集中在4—9月，鄱陽湖水域也是如此。這個階段的贛江主支、撫河東支、信江西支的入湖流量分別占全年的71.89%、72.60%、71.61%，根據污染物形成過程的原理，如果河流中磷污染物來源結構不同，汛期和非汛期的影響對磷濃度的響應會存在一定的差異性[17]。當點源的污染物負荷占據優勢時，降雨量的增加和污染物濃度的變化呈現出負相關，也就是流量增加，濃度會隨之變小；當面源的污染物負荷占據主導地位時，這種相關性就完全相反；當面源、點源的污染物負荷處于同一水平時，污染物濃度變化和降雨徑流波動的相關性則不是很明顯。從圖6可以看到，贛江主支、撫河東支、信江西支的總磷濃度在汛期分別為0.142、0.082、0.070 mg/L，在非汛期時，它們的總磷濃度分別為0.063、0.125、0.088 mg/L；汛期時贛江主支監測點的總磷濃度是高于非汛期的，溶解型磷濃度和正磷酸鹽濃度也符合這種規律，能夠得到贛江主支以面源污染為主的初步結論；撫河東支、信江西支則是同贛江主支相反，它們的磷濃度在非汛期較高，充分證明撫河東支、信江西支的污染總體上為點源污染。通過翻閱相關資料和現場實地調查，鄱陽湖流域具有季節性的特點，污染物負荷狀況與湖泊水文情況有著緊密關聯性[18,19]。2017年汛期雨水比較集中，在贛江中下游發生了洪澇災害、暴雨引發兩岸的地質災害，直接造成土壤中磷溶于江水中，大量農用化肥和生活垃圾也流入江水，汛期提高了入湖通量，降低了總磷的濃度。在汛期階段，撫河東支和信江西支的磷污染程度主要依賴于上游盱江和豐溪的來水狀況，水質整體上相對較好，在非汛期階段，上游來水較小甚至出現部分支流斷流情況，受到城鎮生活和企業污染排放主要影響，磷污染呈現出濃度增加的趨勢。

圖6 汛期與非汛期磷濃度的分布

3.3 入湖河流磷污染特征的歷史對比分析

贛江的總磷濃度平均值為0.102 mg/L，與2015年（0.087 mg/L）、2016年（0.96 mg/L）相比有所降低。贛江的總磷年均入湖通量為5933 t/a，明顯高于撫河東支（1841 t/a）、信江西支（1473 t/a），表明雖然2017年贛江入湖的總磷濃度平均值（0.102 mg/L） 低于撫河東支（0.103 mg/L），可是贛江的年均流量遠高于撫河東支，盡管總磷濃度稍低，但從入湖總量上來看，贛江主支對鄱陽湖磷污染的輸出程度依然扮演著主力的角色。這同相關文獻說明的鄱陽湖磷素污染主要受到贛江入湖總量影響[20]的結論是相一致的。2017年撫河東支的總磷濃度（0.103 mg/L）與2015年（0.158 mg/L）、2016年（0.136 mg/L）相比呈現出趨于變小的情況，盡管如此，撫河東支的總磷濃度依然是3條河流中最高的。根據相關水文研究可以了解到撫河流域的流量年際變化較大，總體上，自2010年以來撫河東支的水量呈現稍微下降的趨勢，與之形成對比的是，2015年該流域的輸沙量有明顯減少，較之2000—2014年平均減少了68.2%[21]。由于泥沙與懸浮物的伴生效應，泥沙量較少，必然引起懸浮態顆粒磷濃度的降低，在此階段，撫河東支的總磷也逐漸從以顆粒型磷素為主轉變為以溶解型磷素為主，可以從本研究中撫河東支的磷素組成分布驗證此觀點。信江西支溶解型磷素的占比是最小的，與2015年的總磷濃度 （0.101 mg/L）和2016年的總磷濃度（0.088 mg/L）相比，信江西支的總磷濃度也呈現出逐年降低的趨勢，充分證明自2015年以來在鄱陽湖流域開展的“河長制”行動在水體磷污染方面取得了較好的成果[22]。

4 結論

通過調研鄱陽湖3條主要河流的水文、磷污染形態以及不同水期的污染濃度變化，確認了贛江主支、撫河東支、信江西支磷污染的濃度和形態具有時空差異性。河流中磷的各個形態在年內波動變化是一致的，但每條河流之間的同一年度內磷形態分布具有較大差異。其中，溶解型磷濃度在磷污染物中占據絕對優勢地位，顆粒型磷隨著加大綜合整治力度逐漸式微；撫河東支的各形態磷素濃度都是最高的，但由于贛江主支年流量大，總磷的平均入湖通量仍然在鄱陽湖磷污染中占據主導地位。在汛期和非汛期方面，贛江主支的各形態磷濃度都是汛期高于非汛期的，可以推斷其主要受到面源污染的影響，而撫河東支、信江西支則與它相反，在非汛期總體上受到點源污染的影響。

鄱陽湖水域共有18條河流入湖，由于缺少這些河流的水文水質資料以及受到人員設備、現場情況的影響，本研究僅以贛江主支、撫河東支、信江西支3條流量較大河流的監測斷面來代表鄱陽湖的磷污染的特征，不可避免地存在局限性。僅憑這幾條河流的斷面數據無法完整系統地評價入湖河流的磷分布差異性，未來將增加15條入湖河流的細化剖析。