嘉陵江重慶段水體富營養化及底泥重金屬污染評價

李 燕，但 言*，王恕橋，余鳳琴，張 闖，沈子偉

(1. 重慶市水產科學研究所，重慶 401120；2. 中國水產科學研究院長江水產研究所/農業部長江中上游漁業資源環境科學觀測實驗站, 湖北 武漢 430223)

【研究意義】嘉陵江發源于秦嶺南麓，流經陜西、甘肅、四川、重慶4省(市)，在重慶市朝天門匯入長江，全長1345 km ，流域面積約16萬平方千米，主要支流包括涪江、渠江、八渡河、西漢水、白龍江等。嘉陵江重慶段全長約153 km，沿岸有許多城鎮、工業園、企業和居民點，企業排污、生活污水、農業用水等多種水源流入嘉陵江及其支流，影響水體質量，且自草街電站修建以來，水體流速減慢，自我凈化能力減弱，一定程度造成了水體富營養化和重金屬元素污染。加強水環境監測，對水體富營養化和重金屬污染評價具有重要的意義。【前人研究進展】前人對嘉陵江的水體研究主要包括浮游生物多樣性、有毒重金屬研究和營養鹽濃度。【本研究切入點】本研究以長江漁業資源與環境調查(嘉陵江下游漁業資源與環境調查)和農業部長江中上游魚類資源環境科學觀測實驗站開放課題為依托，開展嘉陵江重慶段水環境調查。【擬解決的關鍵問題】評價嘉陵江重慶段水體富營養化現狀和重金屬污染現狀，底泥重金屬污染現狀，為漁業資源和環境調查、水污染防治提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 監測點的設置

本研究參照文獻[1-2]在嘉陵江重慶段設置了利澤鎮、渠江口、涪江口、草街電站 (壩前)4個監測點(圖1)，每個監測點設左、中、右3個采水點。

1.2 樣品采集

2018年5、8月對4個監測點分別采樣2次，用5 L的有機琉璃采水器采集水面下0.5 m的水樣，底泥樣品用不銹鋼彼得森抓斗式采泥器采樣，每個監測點采一個底泥樣品，樣品采集符合水質采樣技術指導(HJ 494-2009)的要求，水樣品保存和管理符合水質樣品的保存和管理技術規定(HJ 493-2009)的要求。

1.3 樣品分析

樣品在規定的時間內檢測總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(COMMn)、葉綠素a(Chl a)、透明度(SD)、溶解氧(DO)和pH。總磷檢測采用鉬酸銨分光光度法，總氮檢測采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，氨氮檢測采用納什試劑分光光度法，高錳酸鹽指數采用酸式高錳酸鉀滴定法，葉綠素a采用紫外分光光度法，透明度采用Secchi盤法，溶解氧和pH測定采用化學探頭法。

水樣和底泥樣品在規定的時間內檢測銅、砷、鉛、鎘、汞和鋅，用原子吸收分光光度計火焰檢測器檢測銅、鋅，用原子吸收分光光度計石墨爐檢測器檢測鉛、鎘，用原子熒光光度計檢測砷和汞，底泥的測定參照國家環境保護局標準方法GB/T 171382-1997和GB/T 171412-1997。

1. 利澤鎮，2. 渠江口，3. 涪江口，4. 草街電站圖1 嘉陵江重慶段水樣采集點分布圖Fig.1 Map showing the location of the sampling sites in Chongqing section of Jialing river

1.4 評價方法

1.4.1 單因子評價水體類別 水體監測結果與地表水環境質量標準(GB 3838-2002)、中國漁業水質標準(GB 11607-1989)和生活飲用水衛生標準(GB 5749-2006)比較，以該監測點反映的最低水質類別作為該監測點的水質類別[3]。

1.4.2 卡爾森綜合營養狀態指數(TLI)評價水體富營養化 利用總磷、總氮、高錳酸鉀指數、透明度、葉綠素a的監測結果按下列公式計算TLI[4]：

TLI(∑)=∑Wj×TLI(j)

①

式中，TLI(∑)表示綜合營養狀態指數，TLI(j)表示第j種參數的營養狀態指數，Wj表示第j種參數的營養狀態指數權重[5-7]。以葉綠素a為基準參數，總磷、總氮、高錳酸鉀指數、透明度、葉綠素a的權重分別為0.188、0.179、0.183、0.183、0.266。當TLI(∑)<30為貧營養，30≤TLI(∑)≤50為中營養，5070為重度富營養。

TLI(chla)=10×(2.5+1.086·lnchla)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624·lnTP)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694·lnTN)

TLI(SD)=10×(5.118-1.941·lnSD)

TLI(COD)=10×(0.109+2.66·lnCOD)

1.4.3 浮游植物限制因子 總磷、總氮為浮游植物生長的營養鹽限制因子，當TP、TN的濃度分別達到0.02、0.2 mg/L這兩個閾值時，兩者均能滿足浮游植物的生長。但日本合田健教授對TN/TP值與藻類增殖的關系做了研究后認為，其比值大于10時，磷為藻類增長的限制性因子，小于10時，氮為藻類增長的限制性因子；在12～13最適宜藻類增殖[8]。

1.4.4 采用地質積累指數(Geoaccumulation Index, Igeo)對底泥中重金屬富積程度進行量化評價 Igeo的計算公式為[9]：Igeo=ln(Cn/1.5Bn)

(2)

式中，Cn指所測底泥所含元素的濃度，Bn是地球化學背景濃度，1.5為考慮到成巖作用會引起背景的變動。地質積累指數包括7個等級，即(Igeo)≤0、0～1、1～2、2～3、3～4、4～5和≥5，分別對應幾乎沒有污染、沒有污染到中度污染、中度污染、中度污染到重度污染、重度污染、重度污染到極度污染和極度污染。

2 結果與分析

2.1 水體分析

2.1.1 單因子評價水體類別 表1的數據顯示，4個監測點2次監測結果的pH值在6.88～8.69范圍內，符合地表水的要求，但在豐水期渠江口和涪江口的pH值接近或超過8.5，呈弱堿性，略超過漁業水質的要求。4個監測點兩次監測結果的DO在6.88～9.04 mg/L范圍內，均滿足漁業水質的要求；氨氮在0.02～0.15 mg/L范圍內，均滿足一級地表水的要求。5月COD監測結果在2.15～4.24 mg/L范圍內，滿足Ⅲ級地表水要求，8月監測結果在1.56～2.18 mg/L范圍內，滿足Ⅱ地表水要求；5月TP監測結果在0.052～0.130 mg/L范圍內，滿足Ⅲ級地表水要求，8月監測結果在0.051～0.090 mg/L范圍內，滿足Ⅱ地表水要求，2次監測結果均表現出CODMn和TP以涪江口監測結果最高，其次是渠江口；5月TN監測結果在0.75～1.76 mg/L范圍內，8月監測結果在0.86～1.62 mg/L范圍內，總體上2次監測結果的數據相差不大，部分監測點已在Ⅳ～Ⅴ類水之間，總氮是引起水體類別降低的關鍵因子。

從圖2可以看出，各監測點總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數、葉綠素a平均值的變化趨勢，在枯水期(5月)葉綠素a、高錳酸鹽指數和總氮的變化幅度較大，在豐水期(8月)葉綠素a的變化幅度最大，同時也可以清楚地看到葉綠素a在豐水期濃度明顯增大，這與豐水期陽光促進浮游植物的生長有關。

由整體監測數據判斷，利澤鎮監測點為Ⅳ類地表水，渠江口監測點為Ⅲ～Ⅳ類地表水，涪江口監測點為Ⅳ～Ⅴ類地表水，草街電站監測點為Ⅳ類地表水。

表1 水質監測結果

續表1 Continued table 1

圖2 水監測平均值變化趨勢Fig.2 Trend of average value of water monitoring

2.1.2 水體重金屬 4個監測點的重金屬元素濃度如表2，6個監測指標中，只有汞的濃度達到Ⅲ類地表水，其他指標的濃度均在Ⅰ類地表水范圍內。4個監測點的6個監測指標均滿足中國漁業水質標準(1989年)和生活飲用水衛生標準(2006年)。比較4個監測點各監測指標的濃度發現變化范圍均不大，這與水體處于流動狀態的特征有關，且水體自我凈化能力較強，受重金屬污染程度較小。

表2 水體重金屬元素監測結果

表3 水營養狀態評價

2.1.3 卡爾森綜合營養狀態指數(TLI)評價水體富營養化 利用表1中的總磷、總氮、高錳酸鉀指數、透明度、葉綠素a的監測結果計算出卡爾森綜合營養狀態指數，結果顯示，涪江口監測點的水體達到輕度富營養等級，其他3個監測點水體都處于中營養等級，但草街電站監測點和渠江口監測點的TLI已接近輕度富營養等級的閾值(表3)。

監測點左、中、右段面水樣的監測數據顯示，同一斷面左、中、右水質也存在一定的差異，這主要與兩岸受污染影響程度有關，其中差異較突出的是涪江口監測點，其右岸是合川主城區的文峰古鎮和碼頭，而左岸則只居住少量農戶和居民，兩次監測的結果都表現出右岸受污染的程度比左岸大，而且右岸兩次監測的綜合營養狀態指標平均值已達到輕度富營養等級。

對比兩次監測結果的綜合營養狀態指標，8月的監測結果比5月有下降的趨勢，但相差不大，引起差距的主要數據來源與透明度、高錳酸鹽指數和葉綠素a。引起差距的原因可能在于5月是枯水期，水位低，水體中污染物濃度相對較高，而8月是豐水期，水位高、水流量也大，水體中污染物濃度相對較低。

2.1.4 浮游植物限制因子 利用4個監測點左、中、右斷面的TP、TN檢測結果計算出TN/TP結果在6.64～31.76范圍內，除渠江口監測點在5月監測中、右斷面的TN/TP結果小于10，N為浮游植物生長的營養鹽限制因子，其他監測點的TN/TP均大于10，P為浮游植物生長的營養鹽限制因子。總體上，嘉陵江重慶段TN/TP平均值為18.04，P為浮游植物生長的營養鹽限制因子。

2.2 底泥檢測結果及分析

底泥中的重金屬元素監測結果見表4，各重金屬濃度變化范圍如下：汞，0.048(渠江口)～0.209 mg/kg(涪江口)；鎘，0.120(草街電站)～0.398 mg/kg(涪江口)；銅，10.49(渠江口)～26.5 mg/kg(涪江口)；鉛，14.57(利澤鎮)～83.81 mg/kg(涪江口)；鋅，23.56(渠江口)～153.64 mg/kg(涪江口)；砷，4.96(利澤鎮)～10.43 mg/kg(涪江口)。總體分析，所監測的6個重金屬元素都表現出涪江口監測點的濃度最高，可能是因為涪江口監測點特殊的地理位置所造成的。由表4數據可知，底泥重金屬元素濃度變化范圍與水體重金屬元素濃度變化范圍比較相差較大，這與底泥的沉積作用有一定的關系。

Igeo指數評價參照中國陸殼(CCC)和上層陸殼(UCC)背景值，結果見表5。4個監測點除砷、鎘、鉛屬輕度污染外，汞、銅、鋅屬幾乎沒有污染。

表4 底泥金屬元素監測結果

表5 基于不同地殼背景下底泥重金屬元素的地質積累指數

3 討 論

利澤鎮監測點位于嘉陵江重慶段上游，水體流動性大，但也會受嘉陵江四川段的影響，部分監測指標比渠江口大。渠江口監測點位于合川區郊外，受合川市區的影響較小，水質較涪江口好；涪江口監測點處于合川區主城區，右岸是文峰古鎮和碼頭，右岸沿江是濱江公園，受居民在江中洗衣、游泳等人為活動的影響和其他綜合因素的影響較大，涪江口監測點的水質較差，且涪江口受上游沿岸綿陽市、射洪縣、遂寧縣和潼南區等城鎮的影響，污染相對較重，部分污染物匯集到下游，影響水體質量。數據還顯示，涪江口監測點左、右岸水質存在明顯差異，右岸已達到輕度富營養化等級，Ⅴ級地表水，左岸是中等營養等級，Ⅳ類地表水；這一定程度說明左、右岸環境等因素的影響會造成水體質量差異。下游草街電站監測點處于大壩前，水流十分緩慢，受上游水體中的污染物沉積作用，一定程度造成水體富營養化。

4 結 論

嘉陵江重慶段枯水期水體水質在Ⅲ～Ⅴ類水之間，豐水期在Ⅲ～Ⅳ類水之間。枯水期水體綜合營養狀態指數在42.67～51.43，平均值為46.92，但部分監測點已處于或接近輕度富營養等級。豐水期的水體綜合營養狀態指數在44.32～47.75，平均值為45.5，處于中營養等級。

水體受重金屬元素污染較小，除Hg是潛在的污染物質外，其他重金屬元素濃度均能達到Ⅰ級地表水要求，并滿足中國漁業水質標準(1989年)和生活飲用水衛生標準(2006年)的要求。

底泥重金屬元素變化幅度比水體重金屬元素變化幅度大，利用Igeo指數評價底泥中重金屬，只有As、Cd的Igeo在0～2范圍內，存在輕度污染，Zn、Hg、Cu幾乎沒有污染。