向愛農(nóng)，蘇 甜，劉方平，時 紅，廖 偉，姜成名

(1. 江西省袁惠渠工程管理局，江西 新余 338000; 2. 江西省灌溉試驗中心站，南昌 330201)

沉積物是河道的重要組成部分，在不同的環(huán)境條件下可以釋放出不同含量的營養(yǎng)鹽，對水體造成二次污染[1]。沉積物的污染狀況不僅能反映所在水體的污染情況[2]，也能間接反映出污染物的來源[3,4]?？偟?、總磷及有機質(zhì)含量的增加是水質(zhì)污染加劇的重要因子[5]。有機質(zhì)是極重要的膠體之一，是與重金屬及有機污染物發(fā)生吸附、分配和絡(luò)合等作用的活性物質(zhì)，也是反映沉積物有機營養(yǎng)程度的重要標志[6]。氮、磷是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素，而沉積物中有機質(zhì)的生物降解過程中可以釋放出大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。因此，搞清這3個指標在沉積物中的分布特征，對研究沉積物的污染程度十分重要。Yan等[7]對清潩河許昌段表層沉積物污染進行了研究，發(fā)現(xiàn)清潩河河道表層沉積物受到較嚴重的總氮、總磷和有機質(zhì)污染，其中總氮的污染尤為突出。鐘小燕等[8]則認為底泥作為二次污染源，會影響河道的水環(huán)境。有人[9]研究太湖富營養(yǎng)化時發(fā)現(xiàn)在控制外源污染后，水體中的磷含量出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。沉積物作為內(nèi)源污染物可釋放各種污染物，引發(fā)水體的二次污染。因此，在外源污染物排放得到控制的同時，污染物的內(nèi)源釋放則成為河道污染治理的潛在問題和生態(tài)污染風險。

撫河故支橫跨豐城市和南昌縣，途徑三江鎮(zhèn)、黃馬鄉(xiāng)等眾多村鎮(zhèn)，是贛撫平原灌區(qū)水資源的重要“凈化池”和調(diào)蓄區(qū)，具有重要的戰(zhàn)略地位。而研究村鎮(zhèn)河流內(nèi)源污染物的分布特征和污染程度，不僅可以揭示人類活動對河流的水環(huán)境影響程度，還能為控制河道內(nèi)源污染負荷提供支撐和指導(dǎo)作用。

本研究以撫河故支為研究區(qū)域，以沉積物為研究對象，通過對河道及河道灘地沉積物污染物的測定分析，揭示污染物分布規(guī)律和污染程度，以此作為撫河故支水環(huán)境防治和治理的科學(xué)依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

江西省豐城地處亞熱帶濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，光照充足，全年平均氣溫為15.3～17.7 ℃，年平均降水量1 552.1 mm。研究河段位于撫河下游左岸支流箭江口堵口處，止于崗前大壩，是贛撫平原灌區(qū)西總干渠的一段，全場約20.0 km，兩岸堤防長度約39.5 km。

1.2 采樣點設(shè)置

研究人員依據(jù)地形狀況和現(xiàn)場調(diào)查，設(shè)置了12個河中采樣點，同時對生長了挺水植物的河灘地設(shè)置采樣點。河灘地附近的采樣點主要集中于河流上游。共設(shè)置21個采樣點，其中20個采樣點采集到沉積物，點14舒家灣河中由于水較深，未能采集到沉積物。

采樣布點見圖1。

圖1 撫河故支沉積物采樣點分布圖Fig.1 Distribution map of sediment sample points

1.3 樣品處理與測定

使用彼得森采泥器采集表層沉積物，裝于密封袋中并帶回實驗室冷凍保存。在暗室陰干后研磨過100目篩，測定pH、總氮、總磷、有機質(zhì)等指標。其中pH采用浸提法測定，總氮采用凱氏定氮法測定，總磷采用堿熔-鉬銻抗比色法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采樣EXCEL對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和整理，SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行顯著性和Pearson的相關(guān)性分析，Origin 9.0進行繪圖。

1.5 評價方法

1.5.1 有機污染指數(shù)和有機氮指數(shù)評價

沉積物中的氮以有機氮為主[10]，有機氮是衡量河流沉積物是否受到氮污染的重要指標。有機指數(shù)常用來作為評價沉積物營養(yǎng)狀況，因此采用有機氮和有機指數(shù)來評價撫河故道沉積物的氮污染，計算方法[11]如下：

ON=TN×95%

(1)

OC=OM/1.724

“那天我肯定沒有看錯?！卑霟熞贿厼樽约簺_著咖啡，一邊說，“別人我或許能看錯，楚墨我能看錯？扒皮認識骨頭?！?/p>

(2)

OI=ON×OC

(3)

其中，總氮和有機質(zhì)百分比換算為1.0 g/kg的總氮和有機質(zhì)=0.1%。

表1 沉積物有機指數(shù)與有機氮指數(shù)的評價標準Tab.1 Evaluation standard of organic index and organic nitrogen index

1.5.2 單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評價

在對沉積物單因子污染的評價基礎(chǔ)上，對沉積物的污染現(xiàn)狀進行綜合評價[12]。單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)[13]計算如下：

Si=Ci/CS

(4)

(5)

式中：Si為單項評價指數(shù)或標準指數(shù)，Si大于1表示因子i含量超過評價標準值；Ci為評價因子i的實測值；CS為評價因子i的評價標準值；F為n項污染物污染指數(shù)平均值；Fmax為最大單項污染指數(shù)。依據(jù)國內(nèi)對沉積物現(xiàn)有的研究資料，取CS(TN)=0.67 g/kg，CS(TP)=0.44 g/kg[14]。污染程度分級標準[15]見表2。

表2 撫河沉積物污染程度綜合評價標準Tab 2. Evaluation standard of comprehensive pollution

2 結(jié)果與分析

2.1 撫河故之河道沉積物的分布特征及評價結(jié)果

2018年撫河故道沉積物的pH變化范圍為5.16至7.52，均值為6.14，沉積物呈弱酸性。其中總氮的濃度變化范圍是1.05～3.01 g/kg，均值為2.00 g/kg，變異系數(shù)為0.34，空間分布較不均勻。2019年沉積物pH變化范圍是6.20～7.10，均值為6.65，呈弱酸性?？偟臐舛茸兓秶?.04～2.74 g/kg，均值為1.85 g/kg，變異系數(shù)為0.24，空間分布較均勻。

圖2 2018年和2019年撫河故支河道沉積物總氮的分布情況Fig. 2 Distribution of total nitrogen in 2018 and 2019

總氮空間分布的差異，可能是與人類活動(鳳眼蓮的清除、養(yǎng)豬場的取締)、降雨量等相關(guān)。沿岸村鎮(zhèn)較多，河流接納了來自生活污水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)面源污染等多種污染源，造成了總氮、總磷等污染物空間分布上的差異。不同位置的沉積物污染來源也有所不同，也可能造成氮磷含量的差異。

2018年總磷的濃度變化范圍為0.41～1.66 g/kg，均值為1.17 g/kg，變異系數(shù)為0.42，空間分布不均勻。2019年總磷濃度變化范圍為0.11～1.32 g/kg，均值為0.84 g/kg，變異系數(shù)為0.47，空間分布不均勻。點3、點6、點11和點16為輕度污染，總磷濃度低于0.42 g/kg。撫河沉積物總體呈重度的磷污染，一方面與人類活動有關(guān)，另一方面也與水位、降雨有關(guān)。豐水期水位上升，一定程度上也會攪動沉積物，引起上覆水的總磷污染。

圖3 2018年與2019年撫河故支河道沉積物總磷分布情況Fig.3 Distribution of total phosphorus in 2018 and 2019

點8傅家岔與點10湯家兩岸有面積較大的魚塘和鴨塘，養(yǎng)殖業(yè)排污進入河流并沉積在沉積物中，對沉積物中有機質(zhì)的含量產(chǎn)生一定影響。點8傅家岔左岸，點9傅家岔右岸，及點10湯家灘地的撫河沉積物樣品中，有機質(zhì)含量較高，2018年這3個位點的均值達到27.20 g/kg，2019年均值達22.63 g/kg。點11湯家河中的有機質(zhì)含量與前三個位點比，含量驟降，可能是因為湯家處于河面變寬的過渡段，流速由快變慢，兩岸的有機質(zhì)遷移水平變低，未被沖刷至河中央。

除去種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及河面寬度對沉積物中有機質(zhì)的影響外，兩岸濕地植被的密度會對有機質(zhì)的沉積作用產(chǎn)生影響。通過2018年和2019年的數(shù)據(jù)可以看到河中沉積物的有機質(zhì)含量普遍低于灘地兩岸，可能是由于濕地植被根系的吸附作用，減少了污染物進入河中。2018年河面變寬前，點3晏家灘河中、點6蔡家河中和點11湯家河中，其有機質(zhì)含量分別為28.00、7.40和3.80 g/kg，普遍低于同斷面灘地兩岸的含量。自點12界崗開始，撫河河面變寬，河水流速變緩，沉積作用加劇，致使之后的采樣點中有機質(zhì)含量普遍升高，2018年界崗至嶺前沉積物中有機質(zhì)含量均值達23.20 g/kg。2019年也出現(xiàn)了相似的情況。寬河面的河段上，灘地稀少，河中位點的沉積物有機質(zhì)含量普遍較高。點17東灣由于沉積物主要組成為沙，沙對有機質(zhì)的沉積和吸附作用較輕，其樣品中有機質(zhì)含量低。

圖4 2018年和2019年撫河灘地與河中沉積物有機質(zhì)含量對比Fig.4 Distribution of organic matter in 2018 and 2019

2018年撫河沉積物的有機指數(shù)范圍是0.024～0.405，均值為0.230，整體處于較清潔。有機指數(shù)評價結(jié)果顯示65%的采樣點處于尚清潔，30%處于較清潔，只有5%處于清潔。有機氮范圍為0.048%～0.286%，均值為0.18%。85%的采樣點處于有機氮污染。2019年撫河沉積物的有機指數(shù)范圍是0.035～0.388，均值為0.179，整體處于較清潔。有機指數(shù)評價結(jié)果顯示45%處于尚清潔，40%處于較清潔，15%處于清潔。有機氮范圍為0.099%～0.260%，均值為0.176%，85%的采樣點處于有機氮污染。

2018年總氮污染指數(shù)范圍是0.76～4.49，均值是2.79，整體評價結(jié)果是重度污染。其中85%的位點處于重度污染，10%的位點中度污染，只有5%的位點(點8傅家岔左岸)是清潔。2019年總氮污染指數(shù)范圍是1.55～4.09，均值是2.76，整體評價結(jié)果是重度污染，與2018年相一致。其中85%的位點處于重度污染，15%的位點處于中度污染。

2018年總磷污染指數(shù)范圍是0.93～4.73，均值是2.66，總體評價結(jié)果是重度污染。其中75%處于重度污染，20%處于中度污染，只有5%(點8傅家岔左岸)是輕度污染。2019年總磷污染指數(shù)范圍是0.24～3.00，均值是1.90，總體評價結(jié)果是重度污染。65%位點處于重度污染，15%的位點處于中度污染，15%處于輕度污染，只有點15(東灣右岸灘地)是清潔。

2018年綜合污染指數(shù)(FF)是3.86，評價結(jié)果為重度污染。2019年FF值是3.33，評價結(jié)果為重度污染。

整體而言，撫河故支沉積物總氮、總磷和有機氮污染嚴重，一方面與頻繁的人類活動有關(guān)，另一方面和豐水期水位上升造成對沉積物的攪動有關(guān)。

2.2 污染成因分析

2.2.1 營養(yǎng)鹽相關(guān)性分析

通過對沉積物中總氮、總磷和有機質(zhì)的相關(guān)性研究，來反應(yīng)各因子之間的相互依存關(guān)系，以此來探討其來源是否相似[16]。

使用Pearson法統(tǒng)計分析2018年撫河沉積物數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2018年pH與有機質(zhì)呈極顯著的負相關(guān)(P≤0.01)，相關(guān)系數(shù)為-0.671。pH與總氮、總磷等相關(guān)性并不明顯；而總氮、總磷與有機質(zhì)也無明顯的相關(guān)性，表明三者來源可能不同。2019年pH與有機質(zhì)無明顯的相關(guān)性，但pH和有機質(zhì)含量高于2018年，間接說明沉積物的pH能影響其有機質(zhì)的沉積和分解轉(zhuǎn)化。

2018年總氮和總磷與有機質(zhì)均無明顯的相關(guān)性，表明氮和磷的主要來源可能是外來污染如污水排放、地表徑流等，而非有機質(zhì)的礦化和分解。有機質(zhì)與總氮、總磷出現(xiàn)顯著的相關(guān)性，表明撫河沉積物中的氮和磷主要來源可能為有機質(zhì)的礦化和分解。相關(guān)研究表明水體沉積物總氮中的70%～90%是以有機氮的形式存在的[17]。有研究[18]表明，有機質(zhì)是磷的重要載體。氮、磷的來源可能與有機質(zhì)相同。

2.2.2 污染來源調(diào)查

走訪調(diào)查結(jié)果表明河道兩岸(尤其上中游)遍布一些魚塘和鴨塘，河道上漂浮著大量的鳳眼蓮有村莊建立了養(yǎng)豬場。家禽等養(yǎng)殖污水排放進入河中，鳳眼蓮衰敗后可沉積在河道底部。這些均可導(dǎo)致有機質(zhì)、氮、磷的沉積。參考畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范(HJ497-2009)中對畜禽養(yǎng)殖排污的相關(guān)資料，并結(jié)合實地走訪調(diào)查，統(tǒng)計得知撫河兩岸養(yǎng)殖業(yè)每年排放的總氮量約為7.27～7.35 t，總磷排放量約為11.22～11.29 t。另兩岸村民生活污水中總氮全年排放量約為318.25 t，總磷全年排放量約為275.14 t。兩岸種植業(yè)全年排放總氮、總磷的量分別為976.36，81.64 kg。

根據(jù)調(diào)查，河道上的主要優(yōu)勢植物是鳳眼蓮和菰，植物腐解時向水體釋放大量的氮磷。除上述一些因素外，水體中的一些懸浮顆粒也易吸附磷，后通過沉降作用存于沉積物種，因此入河的一些泥沙也可能是磷的來源之一。采集的沉積物中，一些樣品是泥沙混合物，個別樣點全部為沙，而點14舒家灣附近有采砂場，這些因素都直接或間接表明泥沙也是磷污染的來源。

3 結(jié) 語

(1) 2018年撫河沉積物中總氮、總磷和有機質(zhì)平均含量分別為2.00、1.17和21.62 g/kg。2019年撫河沉積物中總氮、總磷和有機質(zhì)平均含量分別為1.85、0.84和16.25 g/kg。

(2) 有機指數(shù)顯示沉積物整體處于較清潔，但有機氮指數(shù)顯示整體處于有機氮污染狀態(tài)，總氮和總磷污染指數(shù)表明撫河故支沉積物整體處于重度污染，綜合評價指數(shù)評價結(jié)果為重度污染。

(3) 2018年總氮、總磷與有機質(zhì)并無明顯的相關(guān)性，表明氮磷的主要來源可能是外源污染。2019年總氮、總磷與有機質(zhì)呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性，表明總氮和總磷主要來源可能是有機質(zhì)的礦化和分解。家禽、水產(chǎn)等養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的污染，鳳眼蓮等水生植物衰敗后釋放出大量營養(yǎng)鹽，都是沉積物污染來源。

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