洱海緩沖帶典型入湖溪流沉積物磷形態的分布特征

趙 斌, 盧少勇, 羅楊陽,, 董文飛,, 劉佩佩, 王國靜, 張聞濤

(1.玉溪師范學院 資源環境學院, 云南 玉溪 653100; 2.中國環境科學研究院, 北京 100012)

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洱海緩沖帶典型入湖溪流沉積物磷形態的分布特征

趙 斌1, 盧少勇2, 羅楊陽1,2, 董文飛1,2, 劉佩佩2, 王國靜2, 張聞濤2

(1.玉溪師范學院 資源環境學院, 云南 玉溪 653100; 2.中國環境科學研究院, 北京 100012)

摘要：[目的] 了解洱海緩沖帶典型入湖河流沉積物磷形態分布特征,為洱海生態系統修復提供科學依據。[方法] 對洱海緩沖帶3條典型入湖溪流茫涌溪、莫殘溪、中和溪進行了沉積物的采集,并對其中總磷(TP)、無機磷(IP)、鐵鋁磷(Fe/Al-P)、鈣磷(Ca-P)4種磷形態的含量進行測定。[結果] 3條溪流沉積物磷形態沿程變化趨勢大不相同;洱海的緩沖帶結構缺乏合理性,有待改進;土地的利用類型不同對洱海緩沖帶入湖河流沉積物磷形態貢獻率也就不同;入湖口沉積物磷形態含量從大到小均依次為:中和溪>莫殘溪>茫涌溪;從磷形態組成來看,茫涌溪沉積物中的磷主要為Ca-P,莫殘溪、中和溪則均以Fe/Al-P為主;磷形態的相關性分析表明,3條溪沉積物中TP含量的變化與Fe/Al-P,及有機磷(OP)呈極顯著正相關。[結論] 沉積物中OP的變化對Ca-P,Fe/Al-P的含量有一定影響。Fe/Al-P含量對IP含量有較高的貢獻率。Fe/Al-P與Ca-P之間相關性較弱。

關鍵詞：茫涌溪; 莫殘溪; 中和溪; 沉積物; 磷形態; 洱海

文獻參數： 趙斌, 盧少勇, 羅楊陽, 等.洱海緩沖帶典型入湖溪流沉積物磷形態分布特征[J].水土保持通報，2016,36(3)：94-97.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.017

湖泊水體的富營養化是中國現在面臨的一個嚴峻環境問題。當水體中的TP含量超過0.02 mg/L時，對于水體富營養化將會有很明顯的增進作用[1]。作為水體富營養化的主要限制因子，磷的控制和去除是控制水體富營養化的關鍵,而沉積物磷是水體中磷的重要來源[2]，因此，研究沉積物磷形態對于水體富營養化的控制有重要意義。緩沖帶又可稱為“保護緩沖帶”,是指利用永久性植被攔截有害物質或污染物的受保護的、條狀土地。一方面，它可以截留部分水土，從而截留污染物；另一方面,其組成中的林、草、土壤和濕地本身也能發揮降解或吸收污染物的作用[3]。對水體富營養化的控制和治理有一定作用。

洱海位于云南大理州境內，是中國第7大淡水湖，云南第2大淡水湖，發源于洱源縣江尾鄉的芘碧湖，西納蒼山18溪，東南收波羅江，北有彌沮河注入，海拔1 972 m，湖面面積約251 km2，南北長41.5 km，總徑流面積2 565 km2，平均水深約11.5 m，最大水深20 m，蓄水量為3.0×109m3，形狀酷似人耳[3]。洱海也是大理白族自治州居民生活用水、旅游與發電、工農業生產用水的水源地，對于大理州的經濟發展具有重要作用[4]。近年來，隨著湖區人口的迅猛增長和經濟的飛快發展，流域生態環境逐步惡化，水質持續下降，洱海正處于從中營養化向富營養化過渡的關鍵時期[5]，水體治理刻不容緩。污染源的控制是水體富營養化控制中最基本的環節，對湖泊水質的治理須在控制外源污染物進入的條件下進行。而外源污染物進入湖泊的主要途徑是入湖河流[6]。洱海流域內的各種污染物均以地表徑流為途徑進入河道，再流經緩沖帶，從而匯入洱海，所以，分析和了解洱海緩沖帶內典型入湖河流的污染特征，有利于對入湖河流開展針對性的治理工作，進而有效的控制外源污染物匯入洱海。本研究選擇洱海緩沖帶的茫涌溪、莫殘溪、中和溪3條典型入湖河流沉積物中的磷形態進行測定和分析，旨在探討其空間分布特征以及對洱海富營養化的影響和意義，以期為洱海生態系統的修復提供基礎數據以及科學依據。

1試驗材料與方法

1.1研究區概況

洱海屬亞熱帶高原季風氣候，湖面年平均蒸發量1 208.6 mm，年平均氣溫為15.1 ℃[7]。洱海周圍土壤、巖石種類較多。東、西面主要為石灰巖，而表土以沖積土、紅壤和水稻土為主。洱海流域人口密集，旅游業興旺，工農業發達，流域內的大理市是滇西文化、經濟、政治中心[8]。

(1) 茫涌溪。位于灣橋鎮，發源于蒼山蓮花峰與白云峰之間，流域面積22 km2，全長12 km，寬約8 m，流經釧邑、灣橋及石嶺和楊家登等，系常年性河，溪口建有目前大理發電量較大的電站——茫涌溪水電站[9]。

(2) 莫殘溪。位于下關鎮，發源于蒼山佛頂峰與圣應峰之間，流域面積12 km2，全長9.5 km，寬約8 m，流經上末南村、萬慶村以及大灣莊和大莊等村，系常年性河[9]。

(3) 中和溪。發源于蒼山龍泉峰與中和峰之間，流域面積為21 km2，全長11 km，寬約8 m[9]。

洱海緩沖帶是由以東岸環海路以西，石屏、團山路以北，大麗路以南、以東，洱海湖面最高水位1 966 m以外等組成的區域[10]。洱海緩沖帶非點源污染嚴重，水位下降，水資源緊張。目前由于大量侵占灘地填筑碼頭和宅基地、圍建魚塘、修建水田，洱海緩沖帶自然群落的生態結構已被嚴重破壞，緩沖帶的功能也隨之減弱，甚至喪失[11]。茫涌溪小流域緩沖帶類型主要為農田型，入湖處有少量村落。莫殘溪小流域農田型緩沖帶和村落型緩沖帶交錯。中和溪流域緩沖帶則以農田型緩沖帶為主，入湖處為才村，屬于村落型緩沖帶。3條溪流域內土地的利用方式都包含村落和農田，不同之處在于中和溪流域內中上游存在景區和城鎮兩種土地利用方式。

1.2采樣點位和采樣方法

在洱海緩沖帶的茫涌溪、中和溪、莫殘溪每條溪各設采樣點3個，分別布設在該條溪洱海緩沖帶起點、中間點、入湖口。用麥哲倫315型定位儀對采樣點進行導航定位(表1)，于2014年4月對采樣點進行了表層沉積物的采集。采樣現場用卡尺測量水深，YSI-DO 200便攜式溶氧儀測定溶氧(DO)和溫度(T)。采用彼德森采泥器在同一斷面采4～5次，去除貝類、砂石、枯枝等，置聚乙烯袋內，碾壓空氣后分裝密封，在冰盒中暫存，帶回實驗室進行冷凍干燥。茫涌溪緩沖帶上段采樣點無沉積物，因此未采集沉積物樣品。

表1　采樣點位描述

1.3樣品處理與測定

沉積物樣品經冷凍干燥機干燥后置于潔凈硬質白紙上，經玻璃棒壓散，去除雜質，再經陶瓷研缽研磨后過100 mm尼龍篩，裝入聚乙烯袋置于干燥器內備用，采用SMT法[12]測定其總磷(TP)、無機磷(IP)、鐵鋁磷(Fe/Al-P)、鈣磷(Ca-P)含量。本研究所述沉積物磷含量均為干重，所用分光光度計為721型可見分光光度計。

1.4數據處理

采用Excel 2003和SPSS Statistics 18.0軟件進行試驗數據分析。

2結果與討論

2.13條溪流沉積物磷形態含量沿程變化趨勢

研究分析發現，緩沖帶3條溪沉積物的磷形態沿程變化趨勢各不相同(圖1)。磷形態含量沿程上升，則表明緩沖帶結構合理性不足。

莫殘溪沉積物在緩沖區內的磷形態沿程變化趨勢有明顯差異。第1個采樣點位之前的陽河莊和神能莊作為污染源排入大量生活污水后，水體中P含量較高，而上覆水體中顆粒的吸收和沉降作用是沉積物中磷的主要來源[1]，致使第1個點位處沉積物中P含量較高。

進入緩沖帶后，河道兩岸為大片農田，面源污染有所減少，入河污染降低，沉積物P隨之減少。之后河道流經大莊村，排入河道水體污染物增多，沉積物P含量再次升高。同時，河道上游流速較入湖口快，且入湖處為大莊村，排入水體有機污染物增多，使水體有機污染物升高，水體自凈過程需氧量增加，Fe元素存在氧化還原平衡，當氧化還原電位發生變化時易受到影響[13]，表現出Fe/Al-P含量升高，Ca與磷的結合能力降低，Ca-P含量下降。

緩沖帶內中和溪沉積物各形態磷含量則呈現沿程上升趨勢。中和溪進入緩沖帶前先流經大理古城，古城屬于居民住宅區，城內有大量客棧、民居、餐館和商鋪，旅游業興旺，各類生活污水的排入，導致水質嚴重降低，磷含量大幅升高，流經緩沖區的過程中水體中的磷不斷向沉積物中沉積。同時，緩沖區內農田產生的大量含有化肥、農藥的農田廢水流入河道，且在水流流動過程中逐漸沉降。因此，表現出沉積物中各形態磷含量沿程不斷上升的趨勢。

在農業生產中，P肥的投入有助于實現糧食增產。然而，施用的P肥能被植物有效吸收利用的只有約30%，其余約70%則積累在土壤中并隨著降雨徑流遷移到水體中[14]。緩沖區內茫涌溪流域為大量農田，種植業發達[6]，面源負荷較重，大量磷進入河道，并沿程沉積到沉積物中，表現出總磷含量沿程逐漸升高的趨勢。流經農田的過程中，無機磷逐漸釋放，表現出沿程略有下降的趨勢。

2.23條溪流入湖口沉積物磷形態分析

將3條溪入湖口處水體中各形態磷含量進行對比分析，結果顯示，不同溪流間沉積物磷形態差異性顯著(圖2)。TP，IP，Fe/Al-P，Ca-P含量由高到低均為:中和溪>莫殘溪>茫涌溪。

中和溪流經大理古城、農田和才村，且有18家客棧和餐飲等經營單位分布在下段河道的兩岸，其所產生的廢水先通過化糞池進行處理，再由河道內的8個排污口向河內排放，導致中和溪污染嚴重[6]，沉積物中磷含量升高；而莫殘溪雖流經上末南村、劉官廠、萬慶村、大灣莊、大莊等村落以及農田，但上段無大型城鎮，排污情況低于中和溪，磷含量較低。茫涌溪則處于種植業區，周邊多為農田，村落污染較少，磷含量為3條溪中最低。3條溪雖流域內緩沖帶類型均有農田型及村落型，土地利用方式為農田和村落，但中和溪入湖口處為旅游型，且上游土地利用類型為城鎮，磷含量較莫殘溪及茫涌溪高。莫殘溪流域內緩沖帶為交錯的農田型和村落型緩沖帶，沉積物中磷含量較以農田型緩沖帶為主的茫涌溪高。不同土地利用類型對磷形態的貢獻率不同。土地利用類型為城鎮及村落的區域對磷形態的貢獻率較農業土地利用類型用地的區域大。

圖2　3條溪流入湖口沉積物磷形態含量對比

根據沉積物有機磷(OP)含量為TP與IP之差，計算出沉積物中OP含量。3條溪沉積物中各磷形態占TP含量百分比見表2。3條溪入湖口沉積物中占TP含量百分比最高的磷形態均為IP。茫涌溪沉積物的IP中占TP含量百分比最高的為Ca-P，占67.73%。Ca-P也可稱作磷灰石磷，源自碎屑巖或本地自生[12]，表明茫涌溪沉積物中以不可生物利用性磷為主，河道沉積物受污染情況較小。莫殘溪、中和溪沉積物P則是以Fe/Al-P為主，分別為38.04%，53.32%。此處所測的Fe/Al-P是指被Fe，Al，Mn的氧化物和其水合物所包裹的磷，是可被生物所利用的磷，與人類活動密切相關，主要來源于工業廢水和生活污水[12]。

表2　3條溪流入湖口沉積物各形態磷占TP比例

2.33條溪流沉積物中各形態磷的相關性分析

對3條溪流沉積物中各形態磷進行相關性分析(表3)。相關系數顯著性檢驗表明，TP含量與OP，IP，Fe/Al-P都有較好的相關性，三者均達到極顯著水平，其中與Fe/Al-P相關性最好，而與Ca-P的相關性相對較差，僅達到顯著水平，表明沉積物TP含量的增加，主要來自于Fe/Al-P部分,其次來自于OP，也有一部分來自于Ca-P[12]。各形態磷中，OP與IP，Fe/Al-P，Ca-P均呈顯著相關關系，表明OP的含量對Fe/Al-P，Ca-P的含量有一定影響[12]。在無機磷形態中，IP含量與Fe/Al-P的呈現較好的正相關關系，達到了極顯著水平，與Ca-P的相關性則只達到顯著水平，表明沉積物中Fe/Al-P含量對IP含量有較高的貢獻率。而Fe/Al-P與Ca-P之間相關性較弱，表明二者的含量是相對獨立的，可能由于兩者來源不同[12]。

表3　3條溪流沉積物中各形態磷相關性分析

注：**極顯著性水平α=0.01; *顯著性水平α=0.05。OP表示有機磷。下同。

3結 論

(1) 茫涌溪、莫殘溪、中和溪沉積物中磷形態沿程變化趨勢各有不同，但均呈沿程上升趨勢，表明3條河小流域內緩沖帶結構不盡合理。

(2) 入湖口沉積物中的磷含量從大到小依次為：中和溪>莫殘溪>茫涌溪。中和溪流域緩沖帶類型為農田型為主，且入湖口處既是村落型，又是旅游型，莫殘溪為農田、村落兩種類型不斷交錯，茫涌溪則以農業型為主，入湖口處為少量村落型，因此中和溪沉積物磷形態含量最高，莫殘溪次之，茫涌溪較好。

(3) 不同土地利用類型對磷形態的貢獻率不同。土地利用方式為城鎮及村落的區域對磷形態的貢獻率較以農業為主要利用方式的區域大。

(4) 洱海緩沖帶區域內茫涌溪沉積物的IP中占TP含量百分比最高的為Ca-P，莫殘溪、中和溪的沉積物P則是以Fe/Al-P為主。

(5) 通過中茫涌溪、莫殘溪、中和溪各形態磷相關性檢驗，表明沉積物中TP含量的變化，主要來自于Fe/Al-P部分，其次來自于OP，也有一部分來自于Ca-P。沉積物中OP的含量對Fe/Al-P，Ca-P的含量有一定影響；Fe/Al-P含量對IP含量有較高的貢獻率；Fe/Al-P與Ca-P之間的相關性較差。

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收稿日期：2015-01-30修回日期：2015-07-18

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2016)03-0094-04

中圖分類號：X522

Distribution Characteristics of Phosphorus Forms in Typical Inflow Rivers in Buffer Zones of Erhai Lake

ZHAO Bin1, LU Shaoyong2, LUO Yangyang1,2,DONG Wenfei1,2, LIU Peipei2, WANG Guojing2, ZHANG Wentao2

(1.CollegeofResourceandEnvironmental,YuxiNormalUniversity,Yuxi,Yunan653110,China;2.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China)

Abstract：[Objective] Analyzing the distribution characteristics of phosphorus forms in typical inflow rivers in buffer zones of Erhai lake in order to provide the basis for ecosystem restoration in Erhai lake. [Methods] The sediment samples were collected in Zhonghe river, Mocan river and Mangyong river in the buffer zone of Erhai lake. Four different phosphorus forms, including total phosphorus(TP), inorganic phosphorus(IP), Fe/Al-P and Ca-P in the sediments were measured. [Results] The contribution rate of different land-use types was different with the various phosphorous forms. The variation trend of the phosphorous forms in three rivers was different along the way. The structure of the buffer zone in Erhai lake was not reasonable, and need to be improved. The content of phosphorus forms in estuary sediment was as follows(in a descending order): Zhonghe river >Mocan river >Mangyong river. The phosphorus in Zhonghe and Mocan rivers was mainly Fe/Al-P, while it was mainly Ca-P in Mangyong river. There was a significant positive correlation between the change of TP in sediments and the Fe/Al-P, OP(organic phosphorous). [Conclusion] The change of OP in sediments influenced the content of Ca-P, Fe/Al-P. The content of Fe/Al-P had a great contribution to the content of IP. The correlation between Fe/Al-P and Ca-P was not significant.

Keywords:Mangyong river; Mocan river; Zhonghe river; sediments; phosphorus forms; Erhai lake

資助項目：云南省應用基礎研究計劃項目“撫仙湖浮游藻類群落結構演潛及增殖行為研究”(2013ZX07101-014)； 國家水體污染控制與治理科技重大專項“緩沖帶空間結構研究及緩沖帶污染控制工程參數研究”(2012ZX07105-002,2013ZX07101-014)

第一作者：趙斌(1983—),男(漢族),河南省開封市人,碩士,講師,研究方向為水環境生態修復。E-mail:zhaobin@yxnu.net。