南通市區(qū)河流底泥營養(yǎng)物質(zhì)污染特征及環(huán)境風險分析

趙 力，蔣 慧，董 艷，錢 鵬，方淑榮

南通大學地理科學學院，江蘇 南通 226007

底泥是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，既可蓄積各種污染物，又會向上層水體釋放污染物質(zhì)，是一種動態(tài)平衡的過程，對河流生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。

南通市域內(nèi)河網(wǎng)縱橫，但大量排放的污染物給南通水環(huán)境造成極大的污染和破壞。另一方面，南通地勢平緩，水流速度極慢，對污染物的稀釋擴散能力弱，導(dǎo)致污染物在一些閘口、轉(zhuǎn)彎處和河流末端等區(qū)域極度富集［1］。近年來，在南通市某些污染嚴重的河段，已經(jīng)出現(xiàn)河水發(fā)臭，藻類叢生等現(xiàn)象。該文在研究底泥營養(yǎng)物質(zhì)污染特征的基礎(chǔ)上，對南通市區(qū)河流底泥進行了環(huán)境風險評價。

1 實驗方法

1.1 底泥采樣點設(shè)置

選擇南通市區(qū)內(nèi)的學田河、南川河、法倫寺河、城山河及西山河為研究對象，每條河流各選取了6個采樣點，見表1。

利用抓斗式采樣器采集0～10 cm的表層底泥樣品，樣品采集后，裝入聚乙烯密封袋中，迅速帶回實驗室。底泥樣品經(jīng)自然風干后，去除礫石顆粒、植物殘體等雜物，用研缽研磨成粉末，過 0.150 mm篩，儲存在密封袋中備用。

表1 河流底泥采樣點

1.2 實驗方法

有機質(zhì)(重鉻酸鉀氧化-比色法)，總氮(開氏消煮法)，氨氮(KCl浸提-靛酚藍比色法)，硝酸鹽氮(飽和硫酸鈣提取-紫外分光光度法)，總磷(高氯酸硫酸消解-鉬銻抗比色法)，無機磷(鉬銻抗比色法)。

實驗用水采用超純水，所用儀器均經(jīng)過校準，每個監(jiān)測指標測定3個平行樣(相對偏差均保持在10%內(nèi))。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機質(zhì)

河流底泥中的有機質(zhì)含量影響著氮、磷、重金屬等污染物的吸附和釋放過程，對河流水質(zhì)有著重要的影響。有機質(zhì)含量高，會造成底泥中富集的污染物增加;另一方面，豐富的有機物有利于微生物的生長繁殖，分解大量的有機物，使其他污染物的釋放速度加快［2］。

每條河流各個采樣點底泥中有機質(zhì)含量的平均值數(shù)據(jù)見圖1，平均值最高的是西山河(75.80 g/kg)，然后依次為學田河(58.74 g/kg)＞法倫寺河(53.13 g/kg)＞城山河(41.75 g/kg)＞南川河(40.05 g/kg)。

圖1 底泥有機質(zhì)含量平均值

2.2 氮

氮作為主要營養(yǎng)元素，是水生生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的關(guān)鍵限制性因子［3］。其中氨氮、硝氮屬于可交換性氮，可以直接被初級生產(chǎn)者吸收，對水生態(tài)系統(tǒng)具有重要的生態(tài)意義。同時，可交換性氮也可以在底泥和上覆水體之間進行氮素交換［4］。

每條河流各個采樣點底泥中總氮、氨氮和硝氮的平均值數(shù)據(jù)見圖2。氮素中氨氮所占的比例較大，氨氮屬于溶解性可交換氮，當環(huán)境條件改變時，可以重新釋放入河水中。總氮含量由高到低的順序為學田河(2 131.67 mg/kg)＞西山河(2 066.33 mg/kg)＞南川河(1 650.67 mg/kg)＞法倫寺河(1 593.33 mg/kg)＞城山河(1 310.33 mg/kg);氨氮含量則為學田河(1 522.77 mg/kg)＞西山河(1 310.40 mg/kg)＞法倫寺河(1 129.12 mg/kg)＞南川河(1 021.88 mg/kg)＞城山河(817.08 mg/kg);硝氮含量為西山河(2.02 mg/kg)＞學田河(1.91 mg/kg)＞南川河(1.72 mg/kg)＞法倫寺河(1.43 mg/kg)＞城山河(1.34 mg/kg)。

2.3 磷

磷是水體富營養(yǎng)化的限制性因子，底泥是河流磷素的重要儲存庫，通過不斷釋放與吸附，維持著動態(tài)平衡［5］。

每條河流各個采樣點底泥中總磷、無機磷、活性有機磷含量的平均值數(shù)據(jù)見圖3。磷素中無機磷所占的比例較大，無機磷更容易被藻類利用，引起藻類增殖。總磷含量由高到低的順序為法倫寺河(455.82 mg/kg)＞南川河(451.12 mg/kg)＞西山河(410.81 mg/kg)＞城山河(362.25 mg/kg)＞學田河(358.12 mg/kg);無機磷含量為南川河(365.55 mg/kg)＞法倫寺河(353.78 mg/kg)＞西山河(333.46 mg/kg)＞城山河(288.88 mg/kg)＞學田河(278.98 mg/kg);活性有機磷含量為法倫寺河(102.03 mg/kg)＞南川河(85.57 mg/kg)＞學田河(79.14 mg/kg)＞西 山河(77.34 mg/kg)＞城山河(73.38 mg/kg)。

圖2 底泥總氮、氨氮和硝氮含量平均值

圖3 底泥各形態(tài)磷含量平均值

2.4 污染最重的監(jiān)測點分析

學田河有機質(zhì)、各形態(tài)氮、磷濃度最高點均出現(xiàn)在學田東苑，因其周圍有農(nóng)田，施用的化肥和農(nóng)田土壤營養(yǎng)物會隨地表徑流匯入河中，所以污染較重。

南川河有機質(zhì)、各形態(tài)氮、磷含量在虹橋夜市處最高，其周圍有大量大排檔，產(chǎn)生的污水及廚余垃圾很大比例都直接排入河中，導(dǎo)致此處的營養(yǎng)物質(zhì)含量維持較高水平;

法倫寺河在東景國際處有機質(zhì)、總氮、氨氮及硝氮的濃度最高，因為污染較重的校西河在東景國際斷面前與法倫寺河匯流，經(jīng)過長時間的沉積富集，導(dǎo)致該處污染加劇;總磷、無機磷和活性有機磷的最高濃度出現(xiàn)在德民橋，由于其附近有很多小餐館、大排檔，排放大量的污水和廚余垃圾，使德民橋處磷污染嚴重。

城山河有機質(zhì)、各形態(tài)氮、磷污染最重的地點均出現(xiàn)在蘇果超市。這與此處河流水面較窄，深度較淺，污染物不易擴散有關(guān)。

西山河在紅星路北處的有機質(zhì)、各形態(tài)氮、磷營養(yǎng)物含量均最高，由于其周圍的河流堤坡上有不少裸露的土地，土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)會被沖刷到河中，導(dǎo)致污染較重。

2.5 研究河流各采樣點變異系數(shù)分析

變異系數(shù)表示了地理數(shù)據(jù)的相對變化波動程度［6］，各研究河流中，南川河有機質(zhì)、總氮、氨氮、硝氮的變異系數(shù)，法倫寺河有機質(zhì)的變異系數(shù)，城山河總磷、無機磷的變異系數(shù)相對較高，指示它們受人為活動干擾相對較大(表2)。

表2 各采樣點變異系數(shù)分析

3 底泥營養(yǎng)物質(zhì)環(huán)境風險評價

底泥中營養(yǎng)物質(zhì)是形成富營養(yǎng)化的重要因素，是水體營養(yǎng)物質(zhì)沉積與釋放動態(tài)平衡的結(jié)果。污水排放、地表徑流及生物殘骸會造成底泥中營養(yǎng)物質(zhì)不斷積累，而當入河營養(yǎng)負荷減少后，底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)會逐漸釋放，仍對水質(zhì)造成威脅。

3.1 有機指數(shù)法

有機指數(shù)法可用于評價水體底泥肥力，是反映水體底泥有機污染情況的重要方法，計算方法及評價標準( 見表3)［7］:

表3 底泥有機指數(shù)評價標準

該研究采用營養(yǎng)物質(zhì)含量的平均值進行評價，學田河、南川河、法倫寺河、城山河和西山河的有機指數(shù)分別為 0.288、0.203、0.199、0.166 和0.461。各研究河流底泥的有機指數(shù)均超過0.05，為肥污染級。其中最為嚴重的為西山河，為評價標準的9倍，其次依次為學田河、南川河、法倫寺河和城山河。說明各研究河流有機污染很嚴重，是河流生態(tài)風險的潛在因素，必須采取措施加以防治。

3.2 營養(yǎng)物質(zhì)比值

各研究河流底泥中有機碳與總氮含量比(C/N)、有機碳與總磷含量比(C/P)、總氮與總磷含量比(N/P)見表4。

表4 底泥營養(yǎng)鹽含量比值

水域底泥中的C/N可以反映其營養(yǎng)鹽來源，主要來源不同，C/N不同。有研究表明，如營養(yǎng)鹽主要來源為高等植物，則為14～23，藻類為5～14，浮游動植物約為6.0～6.3，底棲動物為2.8～3.4［8］。從表5可以看出，C/N由高到低的順序為西山河＞法倫寺河＞城山河＞學田河＞南川河。各條河流的C/N比值幾乎都接近或超過23，說明這些河流底泥中營養(yǎng)鹽的來源除了河流中的藻類及植物外，更多來源于周圍環(huán)境，陸源有機質(zhì)占多數(shù)。

河流中的C/P關(guān)系較為復(fù)雜，目前還沒有較為統(tǒng)一的評價方法和標準。除學田河外，其他河流的C/P由高到低的順序與C/N基本吻合。

底泥中N/P在某種程度上反映了水體的營養(yǎng)化狀態(tài)。學田河和西山河底泥中N/P值較高，表明它們的富營養(yǎng)化程度要高一些，甚至高于國內(nèi)一些富營養(yǎng)化湖泊［9］。現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)河流的某些河段已出現(xiàn)河水發(fā)臭，藻類叢生現(xiàn)象，應(yīng)予以重視，避免大面積富營養(yǎng)化的發(fā)生。

4 底泥營養(yǎng)鹽相關(guān)性分析

各研究河流底泥中有機碳與總氮、有機碳與總磷的相關(guān)性方程見表5。

表5 底泥有機質(zhì)和總氮、總磷相關(guān)性分析

學田河、南川河、法倫寺河及城山河底泥中有機質(zhì)與總氮，南川河有機質(zhì)與總磷之間有著良好的線性相關(guān)性，說明有機質(zhì)與總氮或總磷可能具有一定的同源性。此外，可以用相關(guān)方程中的一種指標(特別是實驗測定方法相對簡單的指標)的含量預(yù)測另一種指標的含量。

5 結(jié)論

1)學田河底泥中總氮、氨氮的污染最為嚴重，西山河有機質(zhì)、硝氮的污染最為嚴重，法倫寺中總磷、活性有機磷的污染最為嚴重，南川河無機磷的污染最為嚴重。

2)5條研究河流底泥的有機污染指數(shù)均超過0.05，為肥污染級，其中最為嚴重的是西山河。

3)5條研究河流的C/N都很高，說明這些河流的營養(yǎng)物質(zhì)來源除了河流中的藻類及植物外，主要為周圍環(huán)境。

4)學田河和西山河表層底泥中N/P較高，說明它們的富營養(yǎng)化程度相對較高。

5)學田河、南川河、法倫寺河及城山河底泥中有機質(zhì)與總氮，南川河有機質(zhì)與總磷之間有著良好的線性相關(guān)性。

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