高 赟(甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 定西 730500)

甘肅省渭源縣南部的豁豁山是渭河的源頭[1]。多年來關(guān)于渭河流域的研究主要集中在渭河陜西段，研究內(nèi)容涉及水資源利用[2-3]、生態(tài)景觀、生態(tài)基流影響[4]、環(huán)境污染[5-6]等，但對渭河源頭河道污染情況的研究報道較少。通過分析河道沉積物鹽類分布情況和形態(tài)構(gòu)成了解渭河源頭渭源段的污染狀況，對渭河污染治理具有重要意義。

1 渭河渭源段概況

渭源縣位于甘肅省中部、定西市中西部，全縣土地總面積2 065 km2，共轄8鎮(zhèn)8鄉(xiāng)3個社區(qū)居委會217個行政村。渭河渭源段流域面積116 km2，河道比降35.4‰，干流清源河天然水化學(xué)特性主要為重碳酸鹽類鈣組水，礦化度249 mg/L，總硬度約為124 mg/L。渭源段污水年排放總量為127萬t，其中：工業(yè)污染年排放量5萬t，主要來自地方馬鈴薯淀粉加工企業(yè)；河道兩岸梁峁溝壑較多，村莊主要集中在河谷平坦地帶，無生活污水處理設(shè)施，生活污水年排放量122萬t。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植各類中藥材為主，農(nóng)藥化肥使用量大、時間集中。據(jù)渭源縣水文資料，當(dāng)?shù)啬昶骄邓?36.4 mm、蒸發(fā)量1 103.7 mm、徑流量1 834萬m3、含沙量2.566 kg/m3、輸沙量5.44萬t，流域內(nèi)有總庫容745萬m3的水庫一座[7]。

2 研究方法

2.1 定位采樣點與采集樣品

根據(jù)河道特點并結(jié)合村鎮(zhèn)分布情況選擇采樣點，尤其是在有溪流匯入的地方和河道垃圾堆放點。2016年8月17日在靠近源頭的鹿鳴村至流出渭源境內(nèi)的三河村之間設(shè)置了10個采樣點，采樣點信息見表1。用活塞式取樣器(直徑5 cm)在河道中心同一位置采集3次厚5 cm的河道沉積物樣品，采集后將樣品裝入自封袋中混勻，用不銹鋼定深采水器(型號WB-SS，北京普力特儀器有限公司)在采樣點附近河水中距水面5 cm深處對河水進(jìn)行采樣。

表1 采樣點GPS數(shù)據(jù)

2.2 試驗方法

在定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校土肥實驗室將采集到的沉積物樣品用孔徑0.5 cm篩去除植物殘體和小卵石等，再風(fēng)干研磨并用100目篩過篩，檢測方法見表2。

2.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表制作，采用SPSS 18.0 軟件、SNK(Student-Newman-Keuls)法進(jìn)行相關(guān)性分析。

表2 樣本檢測內(nèi)容及檢測方法

3 結(jié)果與分析

3.1 各采樣點鹽類含量

3.1.1 TN、Org-N和TP含量

各采樣點沉積物中TN、Org-N和TP含量分布情況見圖1，整體均呈現(xiàn)從鹿鳴村采樣點(1#)到三河村采樣點(10#)波動升高的狀態(tài)。1#采樣點靠近源頭，植被茂密，河道兩岸無大型村落及工廠污染物排放點，沉積物中TN、TP、Org-N含量較低。順流而下，3種檢測物含量在1#至3#采樣點、4#至5#采樣點各出現(xiàn)一次降低趨勢，其中TN分別平均降低34.75%、32.29%，TP分別平均降低9.61%、20.89%，Org-N分別平均降低28.23%、34.95%。10個采樣點中，3#采樣點的3類檢測物數(shù)據(jù)(TN、TP、Org-N含量)均為最低或接近最低，分別為1 050.56、1 130.42、942.21 mg/kg。原因是3#采樣點位于峽口水庫入口處、渭源縣水源保護(hù)地，該處水流平緩，外源營養(yǎng)物質(zhì)被吸附沉降，而采樣時間正處于8月中旬，氣溫偏高，水庫浮游生物大量繁殖時N、P等營養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗，加之水庫水的混合稀釋作用使得水中N、P濃度相對降低[13]，導(dǎo)致沉積量變少，故而3類檢測物檢測量數(shù)值較小。在6#采樣點上游，4#采樣點的3類檢測物含量均出現(xiàn)高值，這是由于該采樣點附近有一處渭源縣最大的垃圾填埋場，垃圾滲濾液隨雨水進(jìn)入河流，導(dǎo)致河道沉積物中N、P含量增加[14]。5#、6#、7#采樣點河道兩岸為農(nóng)田，主要種植中藥材，田間農(nóng)藥化肥使用量較大，加之采樣時間處于當(dāng)?shù)囟嘤昶冢r(nóng)業(yè)退水匯入河流使河道沉積物N、P含量逐漸積累升高，相比5#采樣點，7#采樣點TN含量平均升高58.85%，TP平均升高61.34%，Org-N平均升高59.20%。有研究結(jié)果表明，僅定西市安定區(qū)每年因水土流失造成N流失1.34萬t，P流失1.16萬t[15]，另外TN中Org-N含量所占比例較高的原因也與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植中農(nóng)藥、化肥的不合理使用有關(guān)[16]。7#采樣點在所有采樣點中TN和Org-N含量最高(TN為3 247.65 mg/kg，Org-N為3 141.72 mg/kg)，盡管TP含量2 479.78 mg/kg小于最大值8#采樣點的2 547.61 mg/kg，但兩者之間數(shù)值差距不大。7#采樣點TN、Org-N和TP含量較高的原因是該點位于渭源縣城，大量生活污水等流入渭河，導(dǎo)致河水有嚴(yán)重異味，沉積物發(fā)黑發(fā)臭[17-18]。7#至10#采樣點Org-N和TN含量又分別逐漸降低至2 025.48、2 198.54 mg/kg，8#至10#采樣點TP含量逐漸降低至1 105.24 mg/kg，這是由于7#至10#采樣點間水流緩慢，沉積作用相對明顯，另外2016年6月曾對該河段采砂遺留坑跡進(jìn)行過大面積填平處理，使得3種檢測物含量相對較低。

圖1 各采樣點沉積物中TN、Org-N和TP含量

圖2 各采樣點沉積物中和含量

3.1.3 TOC含量

沉積物中腐殖質(zhì)含量和河水富營養(yǎng)化程度可以通過TOC含量的分布來了解[20]。圖3為各采樣點沉積物中TOC含量。由圖3知，10個采樣點中，1#采樣點TOC含量較高，為28.42 g/kg，因為該點靠近源頭，森林覆蓋面積大，植被良好，土壤腐殖質(zhì)豐富；3#采樣點TOC含量最低，為20.12 g/kg；8#采樣點TOC含量最高，達(dá)31.09 g/kg；3#、5#和9#采樣點受農(nóng)田和居民區(qū)的大面積分布，以及沉積物的自凈作用和碳的自我消耗影響[21]，TOC含量相對較低；4#、6#、7#、8#采樣點附近居民生活污水直排入河使河水富營養(yǎng)化，微生物大量繁殖，導(dǎo)致TOC含量增加，同時較低的河水流速導(dǎo)致更多的有機質(zhì)顆粒沉積[21]，也會導(dǎo)致TOC含量處于較高值。

圖3 各采樣點沉積物中TOC含量

3.2 沉積物中C、N、P耦合度分析

3.2.1 C、N耦合度

通過C/N值可以判斷有機質(zhì)的來源屬外源輸入還是內(nèi)源產(chǎn)生：當(dāng)C/N<10時，以內(nèi)源有機質(zhì)為主；C/N=10時，內(nèi)源與外源有機質(zhì)達(dá)到基本平衡狀態(tài)；C/N>10時，以外源性有機質(zhì)為主[22]。

10個采樣點C/N均值為12.45(圖4)，其中1#采樣點C/N最低，為8.5，3#采樣點C/N最高，為18.68。除1#、7#、8#、9#采樣點外，其余采樣點C/N均大于10，表明該河段有機質(zhì)輸入以外源輸入為主。2#至6#采樣點C/N均大于10，且3#、5#采樣點C/N分別達(dá)到18.48和16.14，比值高于15，說明表層沉積物中陸源輸入的有機質(zhì)較多[23]。從7#采樣點開始C/N數(shù)值變化不大，均在10左右浮動，其中7#、8#、9#C/N均小于10，9#C/N為8.85，說明沉積物中有機質(zhì)以內(nèi)源輸入為主。另外，C、N同為生物體組成成分，來源有同源性。通過對TOC含量和TN含量的相關(guān)性分析(p<0.01，n=10)，進(jìn)一步證明了C、N的同源性，并且說明樣品中的N也是以O(shè)rg-N的形式存在。

圖4 沉積物中C、N、P耦合度

3.2.2 C、P耦合度

由圖4知，10個采樣點C/P變化幅度在13.67～51.24之間，平均值為25.71。3#、5#采樣點C/P分別為51.24和38.31，處于較高值。根據(jù)圖1、圖3可知，3#、5#采樣點TOC含量相對較高而TP含量相對較低，表明沉積物中C的釋放速率小于P的釋放速率。TOC含量與TP含量的相關(guān)性分析(p<0.05，n=10)結(jié)果顯示，兩者呈極顯著正相關(guān)，證實了TOC的大量富集造成了P的積累[24]。

3.2.3 N、P耦合度

由圖4知，10個采樣點N/P在1.21～2.76變化，均值為2.00，比值變化幅度較小，其中3#采樣點最高，為2.76，8#采樣點最低，為1.21。對TN含量和TP含量進(jìn)行相關(guān)性分析(p<0.05，n=10)，結(jié)果顯示兩者呈極顯著正相關(guān)，說明N元素與P元素有同源性，同時表層沉積物中的TN/TP為1.1，比值小于Redfidld比(C∶N∶P=106∶16∶1)，證實了陸源輸入為P的主要來源[25]。

3.3 渭河渭源段污染評價

3.3.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

采用冀峰等[18]研究太湖污染的有機氮評價法和有機指數(shù)評價法(OI)評價渭河渭源段污染情況，即河流沉積物是否受到氮污染可以利用有機氮相對含量來判斷，而有機指數(shù)可以評價沉積物有機質(zhì)污染情況，兩方法的河流污染評價標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 河流污染評價標(biāo)準(zhǔn)[18]

3.3.2 評價結(jié)果

渭河渭源段污染狀況評價結(jié)果見表4。由表4知，渭河渭源段10個采樣點有機指數(shù)在0.14～0.92，平均值為0.50，表明該河段已被污染，且屬于有機污染Ⅳ級，處于尚清潔狀態(tài)的采樣點為2#、5#、10#，僅1#和3#采樣點呈現(xiàn)較清潔狀態(tài)； 有機氮在10個采樣點均值為0.19%，最小值為0.06%，最大值為0.29%，表明該河段已被有機氮污染，1#采樣點有機氮含量為0.06%，處于較清潔狀態(tài)，3#和5#采樣點有機氮含量分別為0.07%和0.10%，處于尚清潔狀態(tài)。

表4 渭河渭源段污染狀況評價

4 結(jié) 論

渭河渭源段河道表層沉積物中TN、TP、Org-N、TOC分布具有差異性，其數(shù)值受到生活污水、農(nóng)業(yè)種植、垃圾堆放、河水流速等影響不斷發(fā)生變化，但從源頭到渭源縣出口整體呈上升趨勢，采樣點數(shù)據(jù)的升降與其周圍環(huán)境情況相對應(yīng)，如農(nóng)田分布、居民點分布、河道特點等。通過對C/N分析發(fā)現(xiàn)，該河段有機質(zhì)輸入以外源輸入為主，并推斷P的大量積累是由于有機物的大量富集導(dǎo)致的。N與P耦合度分析結(jié)果表明N、P有同源性，且N、P輸入以陸源輸入為主。通過對河流沉積物污染狀況分析，渭河渭源段各采樣點有機指數(shù)均值為0.50，判斷該河段已被污染，且屬有機污染Ⅳ級；有機氮指數(shù)均值為0.19%，表明該河段已被有機氮污染。

[1] 周侃.鳥鼠同穴之山,渭水出焉?——細(xì)辨渭河源頭[J].甘肅水利水電技術(shù),2014,50(8):64-65.

[2] 古明興.陜西省渭河流域近年水資源量及用水量變化情勢分析[J].水資源與水工程學(xué)報，2009,20(1):143-145.

[3] 張倩,李懷恩.渭河關(guān)中段生態(tài)基流保障對灌區(qū)的影響及補償研究[J].水資源與水工程學(xué)報，2016,27(6):227-231.

[4] 林啟才,李懷恩.寶雞峽引水對渭河生態(tài)基流的影響及其保障研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2010,24(11):114-119.

[5] 李孝廉,杜新黎,王安林.渭河干流(陜西段)水污染現(xiàn)狀及控制對策研究[J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,38(5):823-828.

[6] 楊學(xué)福,關(guān)建玲,段晉明,等.渭河西安段水體重金屬污染現(xiàn)狀及其健康風(fēng)險評價[J].水土保持通報,2014,34(2):152-156.

[7] 盧彬,鄧居禮.渭河源頭清源河水資源狀況及其變化分析[J].中國水利,2011(3):34-35.

[8] 錢君龍,張連弟,樂美麟.過硫酸鹽消化法測定土壤全氮全磷[J].土壤,1990,22(5):258-262.

[9] 尚媛媛,王連喜,鄭建偉,等.河濱帶土壤氮、磷自然滲透與遷移特征研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2012,28(26):224-228.

[10] 張英利,許安民,尚浩博,等.AA3型連續(xù)流動分析儀測定土壤和植物全氮的方法研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,34(10):128-132.

[11] 邵孝侯,HOUBA V J G,胡靄堂,等.土壤可溶性有機態(tài)氮的釋放動力學(xué)研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1990,13(3):65-69.

[12] 陳殿波,盧建偉.低溫外熱重鉻酸鉀氧化——比色法測定脫水污泥有機碳[J].云南化工,2012,39(1):39-42.

[13] 謝麗強,謝平,唐匯娟.武漢東湖不同湖區(qū)底泥總磷含量及變化的研究[J].水生生物學(xué)報,2001,25(4):305-310.

[14] 唐鳳喜,曹國憑，劉景良,等.我國垃圾滲濾液處理現(xiàn)狀及處理技術(shù)進(jìn)展[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,34(1):116-120.

[15] 謝艷艷.水土保持與甘肅山區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的耦合關(guān)系研究[D].甘肅:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2009:32-35.

[16] 卜崇峰,蔡強國,張興昌,等.土壤結(jié)皮的發(fā)育特征及其生態(tài)功能研究述評[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2008,27(2):26-31.

[17] 李彥旻,冼超凡，徐剛,等.城市污水氮污染排放特征及來源探討——以北京市海淀區(qū)為例[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,37(1):146-153.

[18] 冀峰,王國祥,韓睿明,等.太湖流域農(nóng)村黑臭河流表層沉積物營養(yǎng)鹽的污染特征[J].水土保持通報,2016,36(3):81-86.

[19] 尹忠東,左長清,高國雄,等.江西紅壤緩坡地壤中流特征研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2006,21(4):47-49.

[20] 李洪麗,韓興,張志丹,等.東北黑土區(qū)野外模擬降雨條件下產(chǎn)流產(chǎn)沙研究[J].水土保持學(xué)報,2013,27(4):49-52.

[21] 李雷.巢湖濕地沉積物中有機碳、氮、磷分布特征及其相關(guān)性研究[D].安徽:安徽師范大學(xué),2010:29-31.

[22] 張倩.水平潛流人工濕地去除受污染水體中磷的研究[D].上海:同濟大學(xué),2007:1-50.

[23] 師榮光.城郊土水界面污染流污染特征、空間分布及其生態(tài)風(fēng)險[D].天津:南開大學(xué),2009:107-108．

[24] 楊麗原,沈吉,劉恩峰,等.南四湖現(xiàn)代沉積物中營養(yǎng)元素分布特征[J].湖泊科學(xué),2007,19(4):390-396.

[25] 孫順才,黃漪平.太湖[M].北京:海洋出版社,1993:224-228.