王麗娟，史正濤 ，葉燎原 ，蘇 斌

(1.云南師范大學旅游與地理科學學院，昆明 650500；2.昆明理工大學電力工程學院，昆明 650500)

0 引 言

富營養(yǎng)化是最為嚴重的湖泊災害問題。滇池是云南省最大的淡水湖，有高原明珠之稱，是中國水體富營養(yǎng)化最嚴重的湖泊之一[1]。整個流域有70余條河流匯入滇池，污染物通過眾多的河流匯入[2,3]，導致滇池水體富營養(yǎng)化治理困難。近年來，各級部門加大了對滇池流域水污染的綜合治理力度，但滇池流域水環(huán)境總體情況仍然不容樂觀[4-6]。據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示滇池治理投資達 400～500 億元人民幣，雖然通過流域污染源控制入湖污染物數(shù)量有明顯下降、湖泊生態(tài)有所改善[7]，但并未有效解決問題[8]，水質(zhì)的改善主要發(fā)生在滇池北部的草海[9]，作為滇池主體的外海形勢依然嚴峻，藍藻暴發(fā)呈現(xiàn)常態(tài)化[10]。

寶象河是第二大入滇河流，對滇池的水質(zhì)有著極為重要的影響。寶象河位于滇池東北部(24°58′～ 25°03′N，102°41′～ 102°56′E)，發(fā)源于官渡區(qū)東部老爺山，從河源注入寶象河水庫，出庫之后流經(jīng)大板橋鎮(zhèn)、阿拉壩子盆地、昆明經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、小板橋，流經(jīng)官渡古鎮(zhèn)，于寶豐濕地匯入滇池，干流全長36.2 km，流域面積302 km2。寶象河流域?qū)賮啛釒駶櫄夂颍昶骄鶜鉁貫?4.7 ℃，年平均降雨量1 007 mm，年內(nèi)干濕季節(jié)分明，80%以上的年降雨集中在5-10月，汛期主要集中在7-8 月[11]。

寶象河為典型的農(nóng)業(yè)和城市混合型的流域，城市點源與農(nóng)業(yè)面源污染同時影響著該區(qū)域[14]。因此研究區(qū)內(nèi)的各水質(zhì)指標均受到人類活動的影響，時間和空間上的分布差異較大，從上游到下游地區(qū)，隨著土地利用類型的變化，TDN濃度值也有明顯的變化特征，上游地區(qū)受人類活動影響較小，中下游地區(qū)以人工建設的不透水下墊面為主，河道也屬于人工硬質(zhì)化的河道，區(qū)域用地類型以城市用地為主，河流面上的污染物主要來自于城市區(qū)域，各區(qū)域的水質(zhì)指標濃度相較于上游有明顯的升高趨勢。滇池水質(zhì)的好壞將影響該流域區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和地區(qū)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。目前，滇池流域的大多數(shù)研究集中在水土流失、生活污水處理、農(nóng)地肥料的浸出和控制、源污染等方面，對主要入湖河流水質(zhì)時空變化特征的研究相對較少[15]。水體當中的氮是導致富營養(yǎng)化的重要因素，而氮在水體當中的諸多賦存形態(tài)當中，TDN為其主要形態(tài)，是氮素[15-17]參與水生態(tài)過程的主要形式，因此選擇滇池流域?qū)毾蠛覶DN溶解態(tài)氮素進行研究，能夠揭示滇池氮素面源污染的輸移過程，以期為滇池各子流域、寶象河流域水體氮素污染以及全流域的富營養(yǎng)化過程的認識和治理提供參考依據(jù)。

1 研究方法

為了研究寶象河流域TDN濃度值的變化規(guī)律，自上游至下游共布置了7個采樣點，按照上下游順序為：一朵云村、沙溝村、漕河、金馬村、高橋村、季宏路和寶豐濕地(圖1)。

圖1 寶象河采樣點分布圖Fig.1 Distribution diagram of sampling points of the Baoxiang river

采樣時間自2016年5月起于2017年4月止，采樣周期為按月采集，即各月底采集1次。采樣點選擇在河道較直河流水體混合較為均勻處，每次采樣2 L，選用同等體積清洗干凈的聚乙烯瓶對樣品進行保存和運輸，樣品采集后當天運回云南師范大學云南省高原地表過程與環(huán)境變化研究重點實驗室于24 h之內(nèi)完成實驗測試。

水環(huán)境因子pH、水溫、NTU(turbidity)、TDS(Total Dissolved Solids)采用日本HORIBO(U-50)水質(zhì)監(jiān)測儀現(xiàn)場測定，每個樣點重復三次求平均值以減小誤差。溶解態(tài)總氮(TDN)的測試方法為將水樣用0.45 μm的濾紙進行過濾之后用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法進行測試。

經(jīng)過為期一年的系統(tǒng)觀測，對實驗數(shù)據(jù)進行了整理后，從寶象河TDN濃度值的時空變化特征及寶象河TDN濃度與環(huán)境因子的響應關系這兩個方面進行了研究分析。

2 寶象河TDN時空變化特征

2.1 寶象河TDN空間變化特征

本研究在寶象河流域從上游到下游選取了7個采樣點，對TDN、水溫、pH值、NTU和TDS的最大值、最小值和均值進行了統(tǒng)計分析。如表1所示。

表1 寶象河溶解態(tài)總氮(TDN)及環(huán)境因子統(tǒng)計值Tab.1 Statistical values of total dissolved nitrogen (TDN)and environmental factors in Baoxiang river

由表1可見從上游到下游平均水溫逐漸升高，各采樣點最高溫度和最低溫度均隨季節(jié)變化，變化范圍為8～25 ℃之間；各采樣點pH值年內(nèi)變化不大，變化范圍為6.0～8.0之間，年均值有從上游到下游逐漸增加的趨勢；NTU(濁度)的變化規(guī)律性不明顯，但總體上有從上游向下游減小的趨勢。TDS值年內(nèi)變化不大，變化范圍0.08～0.42 g/L之間，從上游到下游有明顯增加的趨勢；TDN濃度值的變化從上游到下游有逐漸增加趨勢，各采樣點最大值與最小值均沿程逐漸升高，其中研究區(qū)最大值15.54 mg/L出現(xiàn)在入湖口寶豐濕地處，最小值0.027 mg/L出現(xiàn)在上游一朵云村處。TDN年均值從上游到下游沿程明顯增加(圖2)。

圖2 寶象河TDN年均值沿程分布特征圖Fig.2 Characteristic diagram of TDN annual mean distribution along Baoxiang river

從圖2可見，寶象河流域各月的TDN濃度值都有從上游到下游逐漸增加的趨勢，上游一朵云村和沙溝村為人類活動較少區(qū)域，TDN濃度值較低，隨著人類活動影響的加劇，中游地區(qū)農(nóng)業(yè)污染源和村民生活污染源的逐漸匯入，TDN濃度年均值沿程增加迅速，到寶豐濕地入湖口處達到最大值。因此寶象河水中TDN濃度值有沿程逐漸增加的趨勢，且有明顯的空間特征。

2.2 寶象河TDN時間變化特征

為了研究寶象河水質(zhì)的時間變化特征，以四季為單位畫出TDN濃度值的變化圖，由圖3可知：各采樣點的TDN濃度值均有季節(jié)變化特征，總體上TDN濃度值從上游到下游隨著季節(jié)變化沿程呈現(xiàn)遞增趨勢，上游地區(qū)春季TDN濃度值增加不明顯，但其他季節(jié)都有明顯變化，沙溝村秋季達到最大值；中游地區(qū)各季節(jié)TDN濃度值均明顯增加，最大值出現(xiàn)在高橋村的秋冬季；下游區(qū)受枯水季節(jié)影響春季和冬季TDN濃度值的變化最為顯著。寶象河各采樣點TDN濃度的變化有明顯的季節(jié)性，上游地區(qū)最大值出現(xiàn)在秋季，中游地區(qū)最大值出現(xiàn)在秋冬季，下游地區(qū)最大值出現(xiàn)在冬季。上游一朵云村到中游金馬村TDN濃度值隨季節(jié)變化不明顯，高橋村到寶豐濕地冬春季濃度高于夏秋季。

圖3 寶象河溶解態(tài)氮(TDN)時間變化特征圖Fig.3 Characteristic diagram of time variation of dissolved nitrogen (TDN)in Baoxiang river

3 寶象河TDN濃度值與環(huán)境因子的響應關系

通過對7個采樣點為期一年的數(shù)據(jù)采集和分析，為找出對TDN濃度值有主要影響的環(huán)境因子，對pH值、水溫、NTU、TDS等4個環(huán)境因子與TDN濃度值進行相關性分析，采用SPSS主成分分析法，對各環(huán)境因子與TDN濃度值的相關性進行分析。如圖4-圖7所示。

圖4 水溫與TDN相關關系圖Fig.4 The correlation diagram of water temperature and TDN

由圖4水溫與TDN濃度值的關系圖可見：水溫變化值在8～25 ℃之間，與TDN相關系數(shù)為0.069，相關性不大。

圖5 pH值與TDN相關關系圖Fig.5 The correlation diagram of pH and TDN

由 pH值與TDN濃度值的關系圖(圖5)可見：pH值變化范圍在6～8之間，與TDN相關系數(shù)為0.035，相關性不大。

圖6 NTU與TDN相關關系圖Fig.6 The correlation diagram of NTU and TDN

圖7 TDS與TDN相關關系圖Fig.7 The correlation diagram of TDS and TDN

由圖6 NTU值與TDN濃度值的關系圖可見：NTU值變化范圍較大，與TDN相關系數(shù)為0.055，相關性不大。由TDS值與TDN濃度值的關系圖(圖7 )可見：TDS濃度值變化范圍較大，與TDN相關系數(shù)為0.89，相關性較大。由此可以斷定，TDS濃度值是影響TDN濃度值變化的主要環(huán)境影響因子。

4 建議與應對措施

2011 年以來，寶象河流域當?shù)卮迕衿毡殚_始種植水稻等農(nóng)作物，由于大量施肥、灌溉和排水的便利條件，尤其是河流和灌溉渠的連通，污染物質(zhì)通過地表水和地下水徑流注入寶象河[16]。在寶象河上游，人口較少，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植活動相對較少，水體污染程度相對較低，該河段面源污染相對較輕。寶象河自上而下流經(jīng)許多農(nóng)業(yè)區(qū)和村莊生活區(qū)進入傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)區(qū)，未經(jīng)處理的生活污水和畜禽糞便直接排入寶象河，使該河流攜帶了大部分來自化肥的磷酸鹽、生活污水和有機磷農(nóng)藥等，使得水體中污染物含量增加，該區(qū)域受人類活動影響較大，水體污染較嚴重[18-26]。通過本文的研究成果，提出建議和應對措施如下：

(1)TDS(溶解性固體總量)指水中全部溶質(zhì)的總量，通常也把含鹽量稱為總?cè)芙夤腆w，TDS僅能測出水中的可導電物質(zhì)，但無法測出細菌、病毒等物質(zhì)。因此，密切關注TDS濃度值及細菌、病毒等物質(zhì)的變化，減少氮素污染源的載體，將會對滇池流域富營養(yǎng)化的治理起到積極的作用，并且對滇池其他子流域的水污染治理提供一定的參考。

(2)人類活動仍然是主要影響因素，化肥農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)污染源是主要影響因素[27]，控制農(nóng)業(yè)面源污染仍是最為有效的措施之一。寶象河作為入滇的重要河道，其水質(zhì)變化對滇池水質(zhì)變化有著極為關鍵的影響，隨著滇池流域富營養(yǎng)化治理目標的提高，對入滇河道的水質(zhì)狀況進行監(jiān)測、治理是從源頭上緩解其富營養(yǎng)化進程的關鍵所在。

(3)寶象河流域受人為活動影響較大，通過研究其水質(zhì)指標變化的規(guī)律研究，可以采取更具體的措施控制其營養(yǎng)元素的遷移和轉(zhuǎn)化，嚴格控制農(nóng)業(yè)面源污染，根據(jù)寶象河流域水質(zhì)指標的季節(jié)特點和空間變化特征采取相應的有效的措施，降低TDS的濃度值，減少氮素污染源的載體，最終使得水質(zhì)達到目標要求并能夠維持良性運行。

目前，引牛欄江調(diào)水工程對滇池水進行置換和寶象河流域截污工程的實施，已經(jīng)取得了初步效果，但是要維持滇池的健康狀態(tài)，可持續(xù)發(fā)展[28]、恢復水生態(tài)[29-31]、提倡水文明，就要從主要環(huán)境影響因子入手，以水質(zhì)目標為終點，采取倒推機制控制各入滇河道的水質(zhì)指標，尤其是控制主要環(huán)境影響因子的濃度值，這是一種被廣泛認可的有效措施。

5 結(jié) 論

通過本次研究，可知：①寶象河流域TDN的時空變化與人類活動影響密切相關，且與TDS的相關性較高，說明寶象河流域TDS(總?cè)芙庑怨腆w)對氮素污染源的遷移轉(zhuǎn)化的影響較大，即水中總?cè)芙庑怨腆w是氮素污染源的主要載體。②寶象河流域TDN濃度值具有明顯的時空變化特征，空間上從上游到下游TDN濃度值逐漸增加，且趨勢明顯；時間上表現(xiàn)出明顯的季節(jié)特征，各采樣點的TDN濃度值在冬春季節(jié)明顯偏大；③在水溫、pH值、NTU和TDS這四個環(huán)境因子中，TDS與TDN濃度值的相關性最高，即TDS濃度值是影響TDN濃度值變化的主要影響因子。要解決滇池、寶象河流域的氮素污染問題，就要密切關注TDS濃度值的變化。