孫 玥，高 敏，姜曉霞，儲(chǔ) 茵

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036）

巢湖是我國(guó)五大淡水湖之一，位于安徽省中部，流域面積13486km2，屬于大型淺水湖泊［1］，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題逐漸嚴(yán)重，為我國(guó)重點(diǎn)治理的“三湖”之一。 2019年巢湖全湖平均為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，總磷為其主要污染指標(biāo)［2］。 磷是湖泊中藍(lán)藻等水生生物暴發(fā)的主要限制性營(yíng)養(yǎng)鹽之一［3-4］，而降雨—徑流等過(guò)程引起的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素通過(guò)入湖河流輸送是受納水體污染物的主要來(lái)源［5］，因此，針對(duì)巢湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題， 更應(yīng)研究對(duì)其富營(yíng)養(yǎng)化元素有影響的入湖河流， 包括入湖河流河水和底泥中的磷形態(tài)及其含量。

流域磷的輸出包括磷的累積和輸送兩個(gè)主要過(guò)程，流域自然特征的空間差異，加上人類活動(dòng)、降雨和徑流的動(dòng)態(tài)變化，使得河流磷輸出具有復(fù)雜的時(shí)空變化特征［6-7］。 非洪水期，不同來(lái)源的磷會(huì)在陸面和河道底部累積，河流輸送能力相對(duì)較小，而在洪水期，隨著降雨和徑流強(qiáng)度的加強(qiáng)，沖刷和輸送污染物的能力也在增強(qiáng)，造成污染物輸出濃度及總量的增多。 已有研究普遍認(rèn)為，磷進(jìn)入底泥后并不只是單純累積，還可能隨著環(huán)境條件的改變向水體中釋放，底泥既是磷的“源”也是磷的“匯”［8-9］。 磷的不同形態(tài)和含量變化不僅能夠反映區(qū)域環(huán)境變化的程度，也有助于評(píng)估對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響。 從環(huán)境的角度，針對(duì)底泥磷形態(tài)的提取方法也一直在發(fā)展中，其中SMT（standards measurements and testing）［10］法因?qū)嶒?yàn)誤差較小、 數(shù)據(jù)可比性高而被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用［4，11］。

本研究以巢湖入湖河流豐樂(lè)河為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)河水和底泥進(jìn)行分布式采樣并測(cè)定， 分析夏季非洪水與洪水期不同形態(tài)磷含量變化特征， 以期為巢湖的污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 流域概況

豐樂(lè)河，古稱桃溪，位于巢湖西面，是巢湖主要支流之一（圖1），發(fā)源于六安市金安區(qū)張店鎮(zhèn)境內(nèi)，在下游與杭埠河匯合后注入巢湖。 上游河流寬約30m，而中、下游為沖積平原，河寬約100m。 以位于豐樂(lè)河中下游的桃溪水文站控制斷面為流域出口，流域面積1579km2，整個(gè)流域以農(nóng)業(yè)用地為主。

1.2 樣品的采集和處理

依據(jù)豐樂(lè)河水系、子流域和土地利用特征，并通過(guò)實(shí)地考察確定了14個(gè)采樣點(diǎn)（圖1），于2019年7月14日和8月11日分別對(duì)豐樂(lè)河河水和底泥進(jìn)行了分布式采樣。其中，巢湖流域7月大多為陰天或晴天，降水量很少，桃溪控制斷面整體水位較低，因此將該監(jiān)測(cè)時(shí)段定為非洪水期。8月10日臺(tái)風(fēng)“利奇馬”在浙江省登陸，受其影響，浙江、山東、江蘇等地均出現(xiàn)極端強(qiáng)降雨天氣。 桃溪控制斷面8月2日水位9.10m，8月12日水位達(dá)到最高10.65m，因此將8月11日在豐樂(lè)河的采樣定為洪水期。

圖1 采樣點(diǎn)位置

水樣和底泥樣均采用多點(diǎn)法， 根據(jù)采樣點(diǎn)河道斷面寬度和取樣難易程度，確定3～5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行樣品采集。 水樣采集時(shí)， 用水質(zhì)采樣器分別采集水面以下0.3～0.5m處的表層水樣，混合后裝入500mL的聚乙烯塑料瓶中，放置低溫冷藏保溫箱，帶回實(shí)驗(yàn)室低溫保存并在24h內(nèi)分析測(cè)定。 底泥樣品采集時(shí)，用抓斗式采泥器分別采集河道的底泥， 混合并去掉石塊等雜物，混合樣品封裝于聚乙烯塑料袋中，帶至實(shí)驗(yàn)室。將采集的底泥自然風(fēng)干后，過(guò)1mm（16 目）篩后裝入塑封袋中標(biāo)號(hào)待測(cè)。

1.3 樣品的分析方法

采用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893—1989）測(cè)定水樣原水和原水經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾液，分別得到河水總磷（TP）和可溶性磷（DP）含量［12］；底泥中不同形態(tài)磷的測(cè)定方法運(yùn)用歐洲標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試委員會(huì)發(fā)布的SMT［10］法分別進(jìn)行分級(jí)提取，采用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893—1989）測(cè)定提取液磷含量。 SMT分級(jí)測(cè)定步驟如圖2。

圖2 底泥磷形態(tài)SMT分級(jí)測(cè)定法［12］

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

使用軟件Excel 2016與SPSS 26對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在Origin 2017軟件中完成繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 非洪水與洪水期河水磷含量變化

如圖3可知， 非洪水期豐樂(lè)河各采樣點(diǎn)河水TP含量介于0.032～0.292mg/L之間，均值0.095mg/L；DP含量介于0.028～0.262mg/L之間，均值0.063mg/L；DP占TP比例的均值為65.9%， 說(shuō)明河水中磷的主要成分是可溶性磷。 可溶性磷易被藻類及其他水生生物吸收，占比越大，富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)也就愈大。 水體富營(yíng)養(yǎng)化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定TP含量在0.02～0.5mg/L之間為富營(yíng)養(yǎng)化［13］，由此可以得出豐樂(lè)河存在著富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 非洪水與洪水期河水TP和DP含量箱線

洪水期各采樣點(diǎn)TP含量介于0.063～0.341mg/L之間， 均值0.174mg/L；DP含量介于0.046～0.181mg/L之間，均值0.085mg/L；DP占TP比例的均值48.4%。 與非洪水期相比，洪水期各采樣點(diǎn)TP和DP含量均有顯著增加，各點(diǎn)TP含量總體變幅也增大（圖3），但DP占TP的比例均值下降了17.5%。 這主要是因?yàn)榉呛樗诤恿饕缘叵滤蜕钗鬯扰欧叛a(bǔ)給為主， 流量及變幅較小，攜帶污染物能力也?。?4］，而在洪水期地表徑流是主要補(bǔ)給，流量激增，加上降雨和徑流對(duì)地表和河道的侵蝕作用，河水?dāng)y帶和輸送能力大大增強(qiáng)，使河水污染物， 特別是懸浮態(tài)的污染物濃度顯著增大，導(dǎo)致河水中的TP和DP含量增多，而TP增幅相對(duì)更大［15］。

由圖4（a）和（b）可知，TP和DP含量在各采樣點(diǎn)均有一定差異，在洪水期差異更大。除采樣點(diǎn)F14，其余各點(diǎn)TP含量均表現(xiàn)為洪水期高于非洪水期， 而各點(diǎn)DP含量除采樣點(diǎn)F8和F14，也表現(xiàn)出相同特點(diǎn)。 這主要是因?yàn)檫@次采樣主要在洪水的漲水時(shí)段， 以侵蝕和輸送作用為主，稀釋作用為輔，使很多點(diǎn)TP和DP含量增加，但在少數(shù)點(diǎn)，由于侵蝕作用減弱，以稀釋作用為主，所以表現(xiàn)為磷含量的降低。

圖4 非洪水與洪水期河水TP和DP含量

2.2 非洪水與洪水期底泥磷含量變化

由圖5和圖6（a）可知，非洪水期采樣點(diǎn)底泥TP含量介于229.82～1437.41mg/kg之間，均值520.09mg/kg，中值432.10mg/kg，由于異常值的影響均值高于中值。從磷的不同形態(tài)來(lái)看，IP含量遠(yuǎn)高于OP含量，而在IP中，NaOH-P平均含量要略低于HCL-P含量 （圖5）。HCL-P一般被認(rèn)為是生物不可利用的磷， 其主要來(lái)源于碎屑巖或本地自生［16］，不易釋放，而NaOH-P被認(rèn)為是可為生物所利用的磷，與人類活動(dòng)密切相關(guān)，主要來(lái)源于家庭或工業(yè)廢水［10］，說(shuō)明豐樂(lè)河受生活污水和工業(yè)廢水等影響相對(duì)較小。 不同采樣點(diǎn)NaOH-P含量最大和最小值相差近9倍， 反映了人類活動(dòng)對(duì)不同區(qū)域的影響程度不同。

圖5 非洪水與洪水期底泥不同形態(tài)磷含量箱線

洪水期采樣點(diǎn)底泥TP含量介于223.23～900.43mg/kg之間，均值495.96mg/kg，中值463.20mg/kg。與非洪水期相比，底泥中不同形態(tài)磷總體含量水平之間與非洪水期類似， 但OP和IP不同采樣點(diǎn)之間的差異減?。▓D5）。 另外，洪水期各采樣點(diǎn)不同形態(tài)磷含量都沒(méi)有異常值出現(xiàn)，表明一方面洪水期通過(guò)降雨徑流對(duì)河道的水體擾動(dòng)作用較強(qiáng)，可使部分底泥發(fā)生再泛起隨水流走［6，17］，另一方面由于沉淀作用同時(shí)存在，從整個(gè)上下游水系的底泥來(lái)說(shuō)，又可能有一定的整體均衡作用。 由于豐樂(lè)河河道整體坡度較小，因此非洪水與洪水期底泥磷含量總體水平相差較小。

非洪水與洪水期TP含量在不同采樣點(diǎn)都有較大差異， 不同點(diǎn)洪水底泥TP含量比非洪水期有的增大有的減少［圖6（a）］。 磷形態(tài)分布在各采樣點(diǎn)也有不同， 不同點(diǎn)洪水底泥磷形態(tài)變化也差別較大 ［圖6（b）］，這反映出特定點(diǎn)的變化與局地坡度、水流、上游來(lái)水等具體條件有關(guān)。

圖6 非洪水與洪水期底泥不同磷形態(tài)含量

2.3 相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明（表1～表2），河水TP與底泥中各形態(tài)磷在非洪水與洪水期均無(wú)相關(guān)性， 這可能是由于河流中底泥和河水是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)， 受上游來(lái)水影響很大，而且在不斷變化中。非洪水期底泥中TP含量與NaOH-P含量的相關(guān)性最好， 與OP含量也有較好的相關(guān)性，均達(dá)到極顯著水平，但與HCL-P含量相對(duì)較差， 表明底泥中TP含量的增加與NaOH-P和OP的增加相關(guān)。 在各形態(tài)磷中，OP含量與NaOH-P含量呈極顯著相關(guān)， 這可能與這兩種形態(tài)主要都是人為來(lái)源有關(guān)。

表1 豐樂(lè)河非洪水期底泥各形態(tài)磷及河水TP之間的相關(guān)性分析

表2 豐樂(lè)河洪水期底泥各形態(tài)磷及河水TP之間的相關(guān)性分析

洪水期底泥TP含量與NaOH-P、HCL-P含量呈極顯著相關(guān)，與OP含量基本不相關(guān)。 在各形態(tài)磷中，OP含量與NaOH-P、HCL-P含量也基本不相關(guān)，NaOH-P與HCL-P含量呈顯著相關(guān)， 這可能與在洪水沖刷與沉淀過(guò)程中，NaOH-P與HCL-P的遷移輸送特征相似有關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）豐樂(lè)河在非洪水期河水TP、DP均值含量分別為0.095，0.063mg/L，DP占TP的均值比例為65.9%，根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知豐樂(lè)河存在著富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。非洪水期底泥TP平均含量為520.09mg/kg，其中IP含量顯著高于OP含量，NaOH-P含量略低于HCL-P。

（2）在洪水期，豐樂(lè)河河水TP、DP均值含量分別為0.174，0.085mg/L，顯著高于非洪水期，洪水期河水對(duì)磷的輸送更強(qiáng)。 DP占TP的比例均值為48.4%，低于非洪水期。 豐樂(lè)河非洪水與洪水期底泥磷含量總體水平相差較小。

（3）非洪水和洪水期河水和底泥在不同采樣點(diǎn)都有較大差異，表明局地來(lái)源、坡度、水流等具體特征的影響較大。