伊通河城區(qū)段表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽分布的研究

李春明，趙可，陳際峰，王金鑫

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

伊通河，發(fā)源于吉林省伊通縣境內(nèi)，有23 km河段流經(jīng)長(zhǎng)春市，貫穿長(zhǎng)春市南北。伊通河及其支流基本承納了長(zhǎng)春市全部的生活污水和工業(yè)廢水，部分河段水質(zhì)長(zhǎng)期呈現(xiàn)劣Ⅴ類，水體富營(yíng)養(yǎng)化等污染十分嚴(yán)重。研究河流沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的分布對(duì)其水生態(tài)環(huán)境的控制和改善具有重要意義[1-2]。本研究通過(guò)對(duì)河流表層沉積物中氮、磷、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定，分析其分布特征，并對(duì)其污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解河流底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽污染現(xiàn)狀，以期為河流水環(huán)境治理與保護(hù)提供一定的參考依據(jù)。

圖1 伊通河采樣點(diǎn)位

1 調(diào)查研究

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集

以伊通河流經(jīng)長(zhǎng)春市區(qū)內(nèi)的23 km 河段為研究區(qū)域，選擇7 個(gè)采樣點(diǎn)位，分別為：新立城水庫(kù)、南繞城高速橋、南三環(huán)南攔河閘、小板橋橡膠壩、興華攔河閘、四化攔河閘、北湖大橋，記為S1～S7。其中S1 點(diǎn)位為本研究區(qū)段的源頭，水質(zhì)較好，周圍農(nóng)田居多，是本市重要的水源和防洪屏障；S2～S7點(diǎn)位人員密集，周圍多建筑、道路，有公園、攔河閘、排水口等設(shè)施。

采樣工作于2019年11月進(jìn)行，采用彼得森采泥器采集表層沉積物樣品于密封袋中，經(jīng)低溫避光保存后，運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室以備檢測(cè)。

1.2 樣品處理與分析

將采集表層沉積物樣品的雜質(zhì)去除后風(fēng)干，研磨過(guò)篩，置于干燥器中待測(cè)，主要測(cè)定項(xiàng)目為有機(jī)質(zhì)（OM，采用燒失量法）、總氮（TN，采用過(guò)硫酸鹽消解法）、總磷（TP，采用氫氧化鈉堿熔法）。

1.3 污染評(píng)價(jià)方法

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，采用綜合污染指數(shù)法[3]、有機(jī)指數(shù)法[4]和加拿大安大略省環(huán)境和能源部（1992）制定的沉積物環(huán)境質(zhì)量指南[5]等方法，對(duì)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.1 沉積物環(huán)境質(zhì)量指南

采用沉積物中能引起最低級(jí)別生態(tài)毒性效應(yīng)的總氮和總磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值（0.055%和0.060%），評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 綜合污染指數(shù)法

計(jì)算公式如式（1）、式（2）所示，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

式中：i—評(píng)價(jià)因子；

Si—單項(xiàng)因子的評(píng)價(jià)指數(shù)；

Ci—評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值；

Cs—評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值。

式中：F—n項(xiàng)污染指數(shù)的平均值；

Fmax—最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

表2 湖泊沉積物污染程度等級(jí)

1.3.3 有機(jī)指數(shù)法

計(jì)算公式如式（3）、式（4）和式（5）所示，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3、表4。

表3 沉積物有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表4 沉積物有機(jī)氮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征

由圖2 可知，河流表層沉積物中OM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.03%～0.17%，平均值為0.10%，其中最高值和最低值分別位于S4 和S3 點(diǎn)位，空間分布差異顯著。本研究河段周圍多市區(qū)，受生活污水影響較大，其中S1、S4、S5 點(diǎn)位OM 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這可能與其周圍草木繁多及水生植物大量生長(zhǎng)有關(guān)。

表層沉積物TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布整體上呈現(xiàn)下游高于上游的趨勢(shì)，空間分布差異較顯著。TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為304～1 005 mg·kg-1，平均值為564 mg·kg-1，其中最高值和最低值分別位于S6 和S2點(diǎn)位。TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為196～597 mg·kg-1，平均值為338 mg·kg-1，其中最高值和最低值分別位于S6和S4 點(diǎn)位。此結(jié)果與前人研究結(jié)果相比較，TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均有所下降，但整體上呈現(xiàn)出下游較上游污染嚴(yán)重的趨勢(shì)[6]，分析其原因是與近階段伊通河長(zhǎng)春段采取的治理行動(dòng)有關(guān)，說(shuō)明此次治理中底泥污染狀況較為改善。

根據(jù)沉積物環(huán)境質(zhì)量指南標(biāo)準(zhǔn)值，判斷研究區(qū)域OM、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過(guò)最低級(jí)別；S2、S3、S5、S7 點(diǎn)位TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過(guò)最低級(jí)別，而S1、S4、S6 點(diǎn)位TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，但未超過(guò)嚴(yán)重級(jí)別。結(jié)果表明，研究區(qū)域內(nèi)OM、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)，對(duì)環(huán)境有一定的潛在危害。

圖2 表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽含量

2.2 表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽污染狀況評(píng)價(jià)

2.2.1 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

如圖3 所示，污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明：表層沉積物TN、TP 單項(xiàng)污染評(píng)價(jià)指數(shù)范圍為0.55～1.83、0.33～1.00，平均值為1.03、0.56。分別有28.6%、14.3%點(diǎn)位TN 屬于輕度、中度污染，有42.9%點(diǎn)位TP 屬于輕度污染，其余點(diǎn)位均為清潔狀態(tài)。表層沉積物綜合污染指數(shù)范圍為0.52～1.63，平均值為0.90。分別有28.6%、14.3%點(diǎn)位屬于輕度、中度污染，其余點(diǎn)位均為清潔狀態(tài)。表層沉積物TN、TP 單項(xiàng)污染以及綜合污染程度均表現(xiàn)為下游高于上游的趨勢(shì)，相比于TN 和TP 在空間上的分布規(guī)律一致。

上述結(jié)果表明河流表層沉積物中存在一定的氮、磷污染風(fēng)險(xiǎn)。這與通過(guò)沉積物環(huán)境質(zhì)量指南標(biāo)準(zhǔn)所判斷的結(jié)果較為一致，均表明所研究區(qū)域內(nèi)表層沉積物都受到了一定程度的污染，尤其是S6 點(diǎn)位氮污染最為嚴(yán)重，須控制外來(lái)污染。

2.2.2 有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)

各個(gè)采樣點(diǎn)位的有機(jī)指數(shù)值如圖4 所示，結(jié)果表明：有機(jī)污染指數(shù)范圍為0.001～0.006，平均值為0.003，均屬于清潔狀態(tài)。有機(jī)氮指數(shù)范圍為0.029～0.095，平均值為0.054，整體上屬于較清潔狀態(tài)，針對(duì)單個(gè)采樣點(diǎn)而言，分別有57.1%、42.9%點(diǎn)位屬于輕度、中度污染。

圖3 表層沉積物污染指數(shù)

圖4 表層沉積物有機(jī)污染指數(shù)

上述結(jié)果表明河流表層沉積物有機(jī)污染較輕，但存在一定的有機(jī)氮污染風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)指數(shù)與綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果一致，均顯示河段多數(shù)點(diǎn)位表層沉積物污染較輕，個(gè)別點(diǎn)位存在一定的氮磷污染和有機(jī)污染，如S1、S4、S6 點(diǎn)位。區(qū)段污染較為嚴(yán)重的原因主要是周邊環(huán)境污染物隨徑流流入河流，S1 點(diǎn)位處于新立城水庫(kù)出水位置，且周邊有農(nóng)田耕地，S4、S6 點(diǎn)位周邊為公園，受攔河閘等的影響，水流量較小，河流中污染物不易擴(kuò)散。因此，在該河段后期的治理工作中仍應(yīng)繼續(xù)控制外源輸入。

3 結(jié)論

1）伊通河河流表層沉積物中TN、TP 和OM 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，空間格局分布上均表現(xiàn)為下游高于上游的趨勢(shì)，河流氮污染風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)重。研究區(qū)域河流表層沉積物中OM、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過(guò)最低級(jí)別，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高值未超過(guò)嚴(yán)重級(jí)別，表明其營(yíng)養(yǎng)鹽成分具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)，對(duì)環(huán)境有一定的潛在危害。

2）綜合污染指數(shù)、有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)均表明，河流表層沉積物屬于清潔狀態(tài)，有機(jī)氮污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明其基本處于較清潔狀態(tài)，整體呈現(xiàn)為下游高于上游的趨勢(shì)，這與TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布情況相一致。河流表層沉積物中存在一定的氮、磷污染風(fēng)險(xiǎn)，有機(jī)污染較輕，但存在一定的有機(jī)氮污染風(fēng)險(xiǎn)。整體評(píng)價(jià)結(jié)果表明，伊通河長(zhǎng)春段表層沉積物存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，在后續(xù)防治工作中應(yīng)對(duì)此加以重視。